本發(fā)明涉及一種堿激發(fā)膠凝材料及其制備方法，具體涉及一種適用于3d打印技術的堿激發(fā)膠凝材料混凝土。

背景技術：

堿激發(fā)膠凝材料主要以高爐礦渣、?；自撛?、粉煤灰等工業(yè)廢渣為原料，其能耗低、排放少，被稱為綠色低碳膠凝材料。同時這種材料還具有很多優(yōu)異性能比如早期強度高、耐久性好、熱穩(wěn)定性好等，被認為是一種具有廣闊應用前景的新型膠凝材料。因此，隨著近年對氣候變暖的日益關注，堿激發(fā)膠凝材料的制備及應用技術成為綠色建筑材料領域的研究熱點及前沿。

近幾年，3d打印技術在迅速發(fā)展，未來可能會嚴重沖擊傳統制造業(yè)，相比于傳統制造業(yè)它具有一些不可比擬的優(yōu)勢。第一，3d打印技術不需要開磨具，大幅度降低產品的制造時間和成本；第二，3d打印技術會降低勞動力的使用，從而降低了人工成本；第三，3d打印過程是一個增材的過程，所以會減少材料的浪費。

目前，堿激發(fā)膠凝材料凝結速度快，流動性差，工作性能差，而3d打印對工作性能有較高的要求，所以把堿激發(fā)膠凝材料用于3d打印的問題亟待解決。普通3d打印混凝土材料早期強度低，不足以支撐起上一層的材料，限制了打印混凝土的高度，使得其打印過程受到了很大的制約。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于3d打印的堿激發(fā)膠凝材料及其打印方法，將3d打印技術與堿激發(fā)膠凝材料混凝土相結合，使得堿激發(fā)膠凝材料的激發(fā)劑和膠凝組分分開用兩個泵分別輸運到打印噴頭處攪拌打印，這樣在保證足夠的流動性的同時也利用了堿激發(fā)膠凝材料早期強度高的特性，并且原材料綠色環(huán)保。

本發(fā)明的技術方案如下：

用于3d打印的堿激發(fā)膠凝材料，按重量百分比，包括如下組分：

所述的工業(yè)廢渣微粉選自比表面積不小于400㎡/㎏，堿性指數mb不小于1的磨細高爐礦渣，或比表面積不小于400㎡/㎏，sio2/cao在0.8～1.2的磨細?；自?，或比表面積不小于400㎡/㎏，sio2/cao在0.7～1.1的磨細?；撛虮缺砻娣e不小于400㎡/㎏，f類、c類粉煤灰中任意一種及其組合。

所述的水泥為強度等級42.5或以上的硅酸鹽水泥。

所述的堿激發(fā)劑是模數為不小于1.0液態(tài)水玻璃，其中，硅酸鈉的質量濃度為20％～30％。

所述的細骨料為粒度直徑小于2.5mm的黃砂或石英砂或尾砂及其混合物。

所述粗骨料為碎石或者卵石，粒徑為5～20mm之間。

所述的消泡劑為聚氧丙烯甘油醚或者聚二甲基硅氧烷中的一種或兩種。

所述的減水劑為木質素磺酸鈉鹽減水劑、萘系高效減水劑、聚羧酸高效減水劑中的一種或混合物，減水率不小于15％。

所述高強纖維為鋼纖維、玄武巖纖維、碳纖維、無堿玻璃纖維中的一種，其中鋼纖維為直徑0.17mm～0.2mm,長度為6～20mm，抗拉強度大于1800mpa；玄武巖纖維直徑9μm～13μm,長度為6～20mm，抗拉強度大于3000mpa；碳纖維直徑8μm～18μm,長度為6～20mm，抗拉強度大于3500mpa；無堿玻璃纖維直徑5μm～10μm,長度為6～20mm，抗拉強度大于2500mpa。

所述微納米纖維為碳納米纖維、碳化硅晶須、氧化鋯纖維中的一種。其中，碳納米纖維直徑為90～100nm，長度為50～200μm，比表面不小于200㎡/g；碳化硅晶須直徑為0.1～1.0μm，晶須長度為10～200μm，抗拉強度大于2.9gpa；氧化鋯纖維直徑為7～10μm，長度為2～12mm，抗拉強度大于1200mpa。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

(1)所用原材料來自工業(yè)廢渣，合理利用資源，有利于保護生態(tài)環(huán)境，并且減少了水泥的用量，減少了能源消耗和二氧化碳的排放，實現了綠色可持續(xù)發(fā)展。

(2)本發(fā)明采用兩個泵給料的3d打印技術，可以極大地豐富打印原材料,避免堿激發(fā)膠凝材料混凝土前期流動性差，工作性能差的缺點，同時充分利用了堿激發(fā)材料早期強度高，綠色環(huán)保的特點。

(3)本發(fā)明通過把堿激發(fā)材料和3d技術的結合給人們提供一種新思路，利用堿激發(fā)膠凝材料的熱穩(wěn)定性好，耐久性好等優(yōu)異性能可以打印一些特種功能材料。滿足一些特殊場合的應用。

具體實施方式

一種適用于3d打印技術的堿激發(fā)膠凝材料混凝土的打印方法，包括以下制備步驟：

(a)將工業(yè)廢渣微粉、硅酸鹽水泥、細骨料和粗骨料按比例稱量好，放入攪拌機中混合均勻；

(b)將微納米纖維加入溶有消泡劑、減水劑和水的混合溶液中，在超聲儀中超聲分散10分鐘以上，然后加入攪拌機的固體混合物中，攪拌3～5min，使固體原料從分散狀態(tài)變成粘性漿體狀態(tài)；

(c)將高強纖維均勻的加到粘性漿體狀態(tài)的混合物中并繼續(xù)攪拌5～10min，加入堿激發(fā)劑，攪拌均勻；

(e)通過計算機設計好打印全過程，并通過計算機程序控制打印臂運動軌跡；

(f)將得到的堿激發(fā)劑溶液和混合物漿體分別用兩個泵輸送到3d打印攪拌機器臂上，控制泵的運行速率使堿激發(fā)劑溶液和混合物漿體的比例保持一致，并進行攪拌打印。具體3d打印過程如圖1所示。

實施例1

選取重量百分比25.8％的高爐礦渣微粉(堿性指數mb＝1),20.7％粗骨料和30.9％黃砂細骨料放入攪拌機中混合拌勻，將0.08％碳納米纖維加入溶有0.01％消泡劑和0.26％的減水劑8.3％水的混合液中并在超聲儀中超聲分散10分鐘以上，再將其加入到攪拌機內，攪拌5-10min，使固體原料從分散狀態(tài)變成粘性漿體狀態(tài)，然后將9.81％鋼纖維均勻加到漿體中，得到混合物漿體。然后用輸送泵將水玻璃溶液(模數為1.5)和混合物漿體傳輸到打印攪拌機器臂處攪拌。通過計算機設計的程序，控制打印攪拌機器臂進行逐層混凝土打印，直至完成整個建筑的打印過程，最終得到3d打印堿激發(fā)膠凝材料混凝土建筑。

由此得到混凝土，不僅打印過程順利，而且打印好的混凝土具有很好的早期強度，其自然養(yǎng)護3d的抗壓強度為33.6mpa，其自然養(yǎng)護7d的抗壓強度為45.8mpa，其自然養(yǎng)護28d的抗壓強度為57.5mpa。

實施例2

選取重量百分比2.9％的硅酸鹽水泥，粉煤灰26.6％，23.6％粗骨料和29.5％黃砂細骨料放入攪拌機中混合拌勻，將0.14％碳化硅纖維加入溶有0.01％消泡劑和0.15％的減水劑4.9％水的混合液中并在超聲儀中超聲分散10分鐘以上，再將其加入到攪拌機內，攪拌5-10min，使固體原料從分散狀態(tài)變成粘性漿體狀態(tài)，然后將9.88％鋼纖維均勻加到漿體中，得到混合物漿體。然后用輸送泵將水玻璃(模數為1.8)和混合物漿體傳輸到打印攪拌機器臂處攪拌。通過計算機設計的程序，控制打印攪拌機器臂進行逐層混凝土打印，直至完成整個建筑的打印過程，最終得到3d打印堿激發(fā)膠凝材料混凝土建筑。

由此得到混凝土，不僅打印過程順利，而且打印好的混凝土具有很好的早期強度，其自然養(yǎng)護3d的抗壓強度為32.9mpa，其自然養(yǎng)護7d的抗壓強度為44.7mpa，其自然養(yǎng)護28d的抗壓強度為59.3mpa。

實施例3

選取重量百分比6.1％的硅酸鹽水泥，鋼渣12.1％，高爐礦渣微粉12.1％(堿性指數mb＝1),24.2％粗骨料和33.4％黃砂細骨料放入攪拌機中混合拌勻，將0.27％氧化鋯纖維加入溶有0.01％消泡劑和0.23％的減水劑7.1％水的混合液中并在超聲儀中超聲分散10分鐘以上，攪拌5-10min，使固體原料從分散狀態(tài)變成粘性漿體狀態(tài)，然后將0.59％玄武巖纖維均勻加到漿體中，得到混合物漿體。然后用輸送泵將水玻璃(模數為1.7)和混合物漿體傳輸到打印攪拌機器臂處攪拌，通過計算機設計的程序，控制打印攪拌機器臂進行逐層混凝土打印，直至完成整個建筑的打印過程，最終得到3d打印堿激發(fā)膠凝材料混凝土建筑。

由此得到混凝土，不僅打印過程順利，而且打印好的混凝土具有很好的早期強度，其自然養(yǎng)護3d的抗壓強度為40.0mpa，其自然養(yǎng)護7d的抗壓強度為51.2mpa，其自然養(yǎng)護28d的抗壓強度為65.8mpa。

實施例4

選取重量百分比4.1％的硅酸鹽水泥，磷渣23.4％，,22.0％粗骨料和30.3％黃砂細骨料放入攪拌機中混合拌勻，將0.25％氧化鋯纖維加入溶有0.01％消泡劑、0.21％的減水劑和6.3％水的混合液中并在超聲儀中超聲分散10分鐘以上，再將其加入到攪拌機內，攪拌5-10min，使固體原料從分散狀態(tài)變成粘性漿體狀態(tài)，然后將9.87％鋼纖維均勻加到漿體中，得到混合物漿體。然后用輸送泵將水玻璃(模數為1.6)和混合物漿體傳輸到打印攪拌機器臂處攪拌，通過設計好的計算機程序，控制打印攪拌機器臂進行逐層混凝土打印，直至完成整個建筑的打印過程，最終得到3d打印堿激發(fā)膠凝材料混凝土建筑。

由此得到混凝土，不僅打印過程順利，而且打印好的混凝土具有很好的早期強度，其自然養(yǎng)護3d的抗壓強度為29.3mpa，其自然養(yǎng)護7d的抗壓強度為40.5mpa，其自然養(yǎng)護28d的抗壓強度為58.1mpa。