[发明专利]一种3D打印波特兰水泥混凝土及制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印波特兰水泥混凝土及制备方法，所述混凝土包括有波特兰水泥、河沙、羧甲基纤维素醚、海泡石粉、聚羧酸减水剂、Na₂SO₄、柠檬酸、酒石酸、硼酸、聚丙烯微纤维、CSA和硅粉，各个组分的用量为：波特兰水泥48％，河沙50％，羧甲基纤维素醚0.075％，海泡石粉0.25g，聚羧酸减水剂0.1％，Na₂SO₄0.1％，柠檬酸0.075％，酒石酸0.065％，硼酸0.01％，聚丙烯微纤维0.05％，CSA2％，硅粉2％，余量为水；其中，水灰比为0.35。该混凝土及制备方法能够减少添加剂用量，提高添加剂使用效能，增强材料有益的流变性能，稳定材料在环境变化下受到的影响，有效控制水化时间。

技术领域

本发明属于3D打印的技术领域，具体涉及一种3D打印波特兰水泥混凝土及制备方法。

背景技术

混凝土材料在不同地区的性能可以说是完全不同的，针对不同地区可采购的原料，制作达到符合打印要求的特种3D混凝土打印材料是非常困难的。

如专利申请201710879265.7公开了一种3D混凝土打印原料及其工艺，掺入钢纤维代替钢筋混凝土中的钢筋发挥总用，从而提高3D打印混凝土的抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗弯、抗剪、抗扭强度，使用直径8mm的碎石可以改善3D打印混凝土的抗压性能。又如专利申请202111268243.X公开一种用于打印的3D混凝土材料，按照重量百分比计，该混凝土材料的组分为：硅酸盐水泥20～30％、硫铝酸盐水泥12～16％、复配纤维6～8％、矿物掺和料10～20％、复配细骨料20～40％、减水剂0.5～1％、速凝剂0～1％、纤维素醚1～2％、水10～12％。本申请公开的3D打印混凝土材料调整了胶凝材料配方，以硅酸盐水泥和具有早强特性的硫铝酸盐水泥共同作为胶凝材料，可调整混凝土早期的水化速度和早期强度，起到速凝的效果。

然而，对于美国地区来说，打印用混凝土当前市场上现有产品价格极高，且当前已有材料强度偏低，需要添加硬化剂来增加材料强度，这又提高了产品的成本，促进产品价格升高。

作为建筑材料，3D打印用混凝土因为其添加剂的成本导致材料成本极高。同时在性能要求上，材料的早期强度和水化时间需要精确控制。这导致能够达到要求的材料寥寥无几。材料在打出之前水化过快会导致打印机堵塞，损失极大。材料水化过慢会导致打印出的材料无法支撑后续材料造成坍塌。材料内部凝聚力差会导致材料无法保持形态。而这其中的多项性能间存在冲突关系，需要更可靠的解决方案。例如通过添加增稠提高材料内聚力会对水化时间产生严重影响，而为此添加过量的缓凝剂控制水化时间又会对强度和内聚力产生影响。因此，现有的3D打印混凝土材料存在价格高，稳定性差，强度性能差，流变力学性能差的问题。

发明内容

为解决价格高，稳定性差，强度性能差，流变力学性能差的问题，本发明的首要目的在于提供一种3D打印波特兰水泥混凝土及制备方法，该混凝土及制备方法能够减少添加剂用量，提高添加剂使用效能，增强材料有益的流变性能，稳定材料在环境变化下受到的影响，有效控制水化时间。

本发明的另一目的在于提供一种3D打印波特兰水泥混凝土及制备方法，该混凝土材料可在不添加硬化剂的条件下实现悬挑打印。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种3D打印波特兰水泥混凝土，所述混凝土包括有波特兰水泥、河沙、羧甲基纤维素醚、海泡石粉、聚羧酸减水剂、Na₂SO₄、柠檬酸、酒石酸、硼酸、聚丙烯微纤维、CSA 和硅粉，各个组分的用量按照重量份数为：波特兰水泥48，河沙50，羧甲基纤维素醚0.075，海泡石粉0.25，聚羧酸减水剂0.1，Na₂SO₄0.05-0.1，柠檬酸0.075，酒石酸0.065，硼酸0.001-0.01，聚丙烯微纤维0.05，CSA 2，硅粉2，余量为水；其中，水灰比为0.35。

其中，所述波特兰水泥为墨西哥产波特兰水泥。