[发明专利]3D打印水泥基材料的制备方法和水泥基打印构件的制备方法

说明书

本发明公开了3D打印水泥基材料的制备方法和水泥基打印构件的制备方法，打印构件的制备方向包括以下步骤：S1、将制备得到的水泥基材料放置到混凝土3D打印机的挤出设备内；S2、根据打印构件的形状和尺寸设置打印参数，使用混凝土3D打印机进行打印形成初始混凝土构件；S3、将初始混凝土构件静置1‑3天后，进行蒸汽养护，得到水泥基打印构件。本发明的水泥基材料大大降低材料配合比成本，本发明水泥基材料打印的打印构件强度可满足等级C40，各个方向的抗压强度数值差异在15％以内，表现较好的各向同性性能，且经过蒸汽养护后打印构件的强度满足预制构件出厂标准，可直接用于吊装施工，减少了打印构件制备的工期。

技术领域

本发明涉及水泥基3D打印材料领域，特别涉及3D打印水泥基材料的制备方法和水泥基打印构件的制备方法。

背景技术

建筑3D打印技术是一种应用机电一体化技术将水泥基建筑材料自动建造成所设计的模型结构的新型建造方式，具有设计自由化、施工快速化等诸多优势，在建筑行业具有极大的应用前景，然而，水泥基3D打印构件材料的制造过程为逐层堆叠，难免造成层间界面的薄弱粘结，层间薄弱面在一定程度上成为了打印构件潜在的定向缺陷，导致结构产生不协调的变形、不连续的力学性能，易因应力集中而发生破裂，进而削弱了结构的整体承载能力和长期耐久性能，强度较低是阻碍了3D打印技术在建筑业的广泛应用。

目前，业内多采用外界加固方式增强打印构件的层间粘结强度或增加材料的成本，或降低挤出成型能力，例如专利文献CN 111975926 A公开了一种3D打印混凝土缓粘结预应力增强构件及制备方法，该构件包括，3D打印混凝土层、粘性砂浆层、层间强化钢丝网和缓凝结预应力筋，3D打印混凝土层由并列的混凝土条构成，混凝土条内部纵向方向上设有缓凝结预应力筋；所述混凝土条由3D打印用超高性能混凝土砂浆进行3D打印制成，本发明采用缓凝结预应力筋与3D打印混凝土结合，运用缓凝结预应力筋，在较少增加重量和厚度的前提下提高了3D打印混凝土抗裂性能和层间强度，提高了3D打印混凝土建筑承载力。但是，还没有文献报道出同时具备抗压性能各向同性、经济性、良好挤出成型能力的3D打印水泥基材料。

发明内容

本发明的目的在于克服水泥基3D材料层间粘结强度低的问题，提供了3D打印水泥基材料的制备方法和水泥基打印构件的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种各向同性3D打印水泥基材料的制备方法，所述水泥基材料按重量份数计包括以下原料：45-70份硅酸盐水泥，5-20份粉煤灰，10-20份硅灰，10-30份矿粉，80-180份石英砂，25-50份水，0.15-0.3份减水剂，0.1-0.4份增强纤维，0.01-0.025份增稠剂；将所述水泥基材料的分成A、B、C、D四组，A组原料为3-5份水、0.01-0.025份增稠剂、0.1-0.4份增强纤维，B组原料为0.15-0.4份减水剂、20-47份水，C组原料为45-70份硅酸盐水泥、5-20份粉煤灰、10-20份硅灰、10-30份矿粉、40-100份石英砂，D组原料为40-100份石英砂；所述制备方法包括以下步骤：

(1)将A组原料：3-5份水、0.01-0.025份增稠剂、0.1-0.4份增强纤维混合，搅拌，得到A溶液；

(2)将C组原料：45-70份硅酸盐水泥、5-20份粉煤灰、10-20份硅灰、10-30份矿粉、40-100份石英砂置于搅拌机中搅拌，搅拌2-6min后加入B组原料：0.15-0.4份减水剂、20-47份水，搅拌2-6min，再加入A溶液，混合搅拌均匀；

(3)将D组原料：40-100份石英砂加入步骤(2)中得到的混合溶液中，搅拌90-180s，得到3D打印水泥基材料。

进一步地，所述粉煤灰为F类一级，所述矿粉为S95矿粉。

进一步地，所述石英砂的规格为40-80目。

进一步地，所述增强纤维为PVA纤维、玄武岩纤维、碳纤维。