[发明专利]喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法。本发明将高韧性纤维、磷酸镁水泥基复合材料和喷射3D打印技术有机结合，制备得到极端环境下快速修复加固用的喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料，材料可靠性强，施工灵活性强、效率高，精确度高，在民用和军用建筑结构防护领域具有重要理论价值与实践意义。制备的喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料，具有高延性、快硬早强、高强高韧、高粘结、高流动和常温无模养护的特点，拥有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于建筑材料制备领域，具体为一种喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

高原、寒冷、炎热等极端环境极大降低了建筑施工效率、质量和安全性，研究适用于极端环境下快速提升结构承载力、耗能和耐久性等防护工程的新材料与新方法具有重大意义。

喷射3D打印是一种使用机电一体化的新型增材制造技术，可在极端环境下采用无人智能建造方式涂覆高性能防护材料来快速提升建筑结构安全性。但喷射3D打印也存在缺点，喷射砂浆脆性大，早期强度较低是亟待解决的问题。工程用水泥基增强复合材料(Engineered Cementitious Composite，简称ECC)是一种高延展性、高韧性和严格的裂缝宽度的特种防护材料，其极限延伸率高达1％～7％，将其涂覆于建筑表层能够快速提升结构抗震、抗冲击、抗爆和耐久性等性能。

传统ECC的低流动、高粘度和特定温湿度养护等性能与喷射3D打印过程对材料高流动、快硬早强、高粘结和无模养护等要求存在诸多矛盾。磷酸镁水泥(MPC)具有快硬早强、粘结强度高、体积稳定性好和常温无模养护等特性，完全符合3D打印对材料早期工作与力学性能要求，有效克服传统ECC特定温湿度养护和粘结性差以及3D打印层间界面弱化和无模养护需求等问题。因此，将MPC与喷射3D打印技术结合是解决上述问题的有效途径。文献《刘雄飞,李琦,王里,王楠,喷射3D打印磷酸镁水泥与混凝土界面粘结性能研究,硅酸盐通报[J].40(06)(2021):1895-1904.》中已经研发出可喷射3D打印磷酸镁水泥基材料，并通过调节矿物组分掺量能实现喷射3D打印性能的可控调节，但是磷酸镁水泥基材料本身脆性过大的问题依然存在，无论是与混凝土基体的粘结强度、修复加固能力，还是本身韧性性能都亟待提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将重烧氧化镁、粉煤灰和偏高岭土混合均匀，得到粉体；再在搅拌的同时将纤维加入到粉体中；纤维全部加入完成后，继续搅拌至纤维均匀分散、无成团现象，得到干混合料；

将水和减水剂混合均匀，然后加入磷酸盐和硼砂并混合均匀，形成水溶液；

(2)在低速搅拌的同时将水溶液加入到干混合料中，使水溶液和干混合料在不飞溅的前提下混合均匀，形成粘稠胶凝状；水溶液全部加入完成后高速搅拌，使得混合更均匀，得到高延高韧磷酸镁水泥基复合材料；

(3)将步骤(2)制得的高延高韧磷酸镁水泥基复合材料加入到喷射3D打印设备中，设置喷射3D打印参数，完成喷射3D打印，得到喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料。

本发明解决所述复合材料技术问题的技术方案是，提供一种喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料的制备方法制备得到的喷射3D打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料，其特征在于，该复合材料的凝结时间为20～40min，1h龄期的极限拉伸应变为1.5～4％，1d龄期的极限拉伸应变为1.5～5％，1h龄期的四点挠曲变形为2～4mm，1h龄期的四点挠曲变形为3-6mm，稳态多缝开裂破坏；与混凝土界面粘结强度≥3MPa。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：