[发明专利]用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土及其制备方法

说明书

用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土及其制备方法，该生物炭混凝土由按重量份的下列有效成分组成：水泥500‑700份、河砂750‑1050份、粉煤灰15‑21份、调凝剂34‑46份、生物炭0‑14份、聚羧酸减水剂5‑7份、水200‑280份。3D打印混凝土对屈服应力和塑性粘度的要求较高，本申请中添加本生物炭并不会导致混凝土屈服应力和塑性粘度的显著增加，添加生物炭增加了混凝土颗粒表面积，此外，精细的生物炭填充了水泥颗粒之间的间隙，使得系统中存在“过量水”，从而产生润滑效果，保持了混凝土的流动性及屈服应力。

技术领域

本发明涉及土木工程材料技术领域，更具体的说，它涉及一种用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土3D打印技术近年来在建筑领域得到快速的发展。混凝土3D打印技术具有高自动化、经济高效、绿色建造等特点，通过打印系统将混凝土材料进行逐层打印成形，生成3D实体；将3D打印技术合理的应用到建筑领域中，可以提高材料的利用率，减少人工成本，降低生产成本。但3D打印对于材料的要求很高，对于3D打印混凝土而言，需要对混凝土材料的开放时间、流动性、挤出性、可建造性、粘结强度等进行严格的把控。

水泥在生产过程中会产生大量的二氧化碳，对生态环境产生巨大的影响。降低建筑材料的碳排放量并提高建材的碳捕获能力是当前的热点问题。生物炭作为一种绿色材料，将其应用到3D打印混凝土里，可以缩短3D打印混凝土的凝结时间，提升粘结强度，并将二氧化碳以“炭”的形式贮存在结构中，降低大气中的二氧化碳含量。

因此，本发明将生物炭应用于3D打印混凝土材料中，对3D打印混凝土的材料特性带来积极影响。

发明内容

本发明的目的是提供用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土及其制备方法，要解决现有技术混凝土生产过程中因水泥用量过多，排入大气中二氧化碳量过多的技术问题，生物炭作为一种新型绿色环保材料，将其应用于建筑材料领域，对于减少碳排放具有重要意义；还解决现有技术混凝土的开放时间、流动性、强度等不适应3D打印技术的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土，其特征在于，该生物炭混凝土由按重量份的下列有效成分组成：水泥500-700份、河砂750-1050份、粉煤灰15-21份、调凝剂34-46份、生物炭0-14份、聚羧酸减水剂5-7份、水200-280份。

进一步优选地，所述生物炭由以下方法制得：

S1：将木屑在65-70℃下干燥48小时，之后通过马弗炉对木屑进行热解，保持加热速率为10℃/min，从室温加热到500℃，并保持60分钟，自然放置冷却至室温，以将产生的生物炭冷却；

S2：将制得的生物炭放入玛瑙球磨机进行干磨，以600转/分的速度顺时针和逆时针旋转研磨5小时，即制得孔径范围为100nm-2μm的所需生物炭。

进一步地，所述河砂为细度模数为2.3-2.8的水洗河砂。

进一步地，水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥。

进一步地，粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰。

进一步地，所述调凝剂为R.SAC42.5级硫铝酸盐水泥。

用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制备生物炭；

步骤2：将水和聚羧酸减水剂按重量比例均匀混合形成水溶液；

步骤3：将水泥、砂、粉煤灰、生物炭、调凝剂按照重量比例配料，低速搅拌2分钟；

步骤4：将步骤2制得的水溶液加入步骤3的混合料中，先低速搅拌1分钟，再高速搅拌2分钟形成混合料，用于3D打印的具有固碳能力的生物炭混凝土制备完成。