[發明專利]一種添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011394218.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112408918A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 董賽陽;朱敏濤;吳杰;卞成輝;魏劼;張玉鵬;周強;王宇;劉龍
• 申請（專利權）人: 上海建工建材科技集團股份有限公司;上海同舜混凝土有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04
• 代理公司: 上海智力專利商標事務所(普通合伙) 31105
• 代理人: 孫金金;周濤

本發明公開了一種添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料及其制備方法，所述3D打印混凝土材料，按照重量百分數計，包括以下各組分：粗骨料14.6％～29.5％、細骨料28.3％～41.7％、水泥11.9％～28.9％、粉煤灰或礦渣粉0～11.7％、硅灰5.3％～11.9％、微米級纖維0～0.65％、毫米級纖維0～2.10％、減水劑0.30％～0.53％、速凝劑0～1.86％、水7.7％～11.9％；所述水泥、粉煤灰或礦渣粉、硅灰共同組成混凝土的膠凝組分，膠凝組分按照混凝土重量百分數計，占26.6％～38.9％；所述微米級纖維和毫米級纖維按照混凝土重量百分數計，毫米級纖維重量與3倍的微米級纖維重量的和占混凝土重量的0.51％～2.10％。本發明制備的添加粗骨料的3D打印混凝土材料，通過優選粗骨料以及各原材料種類、性能參數和摻量，不僅能夠滿足3D打印的要求，而且降低了產品的表面粗糙度。

技術領域

本發明屬于建筑3D打印技術領域，具體涉及一種添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料及其制備方法。

背景技術

建筑3D打印技術正在發展起來，目前用于建筑3D打印的水泥基材料主要是砂漿，對于含粗骨料的3D打印混凝土材料，由于打印設備尺寸以及打印產品表面粗糙度的限制，使得含粗骨料3D打印混凝土材料的研究很少。

混凝土由骨料、水泥石、骨料和水泥石之間的過渡區、孔隙和水組成，骨料在混凝土當中起到類似骨架的支撐作用，水泥石將骨料連為一體。僅考慮骨料被漿體完全包裹的情況下，提高骨料粒徑，能夠減小骨料的相對表面積，減少用于包裹骨料的漿體用量，提高每方混凝土中骨料的相對體積，可以提高強度、降低成本；在每方混凝土中各組分含量一定的情況下，提高骨料粒徑，減少了用于包裹骨料的漿體用量，增加了富余漿體的量，從而可以改善混凝土拌合物的工作性。所以粗骨料的加入，可以相對提高混凝土材料的力學性能、降低成本，提高建筑3D打印實用性。

建筑3D打印技術對于使用材料的要求不同于傳統建筑技術，受到打印設備打印尺寸以及打印產品表面粗糙度的限制，對于骨料粒徑的要求很苛刻，粗骨料的加入至少會造成以下三點負面影響：①增大混凝土輸送、擠出和堆積難度：粗骨料的加入提高了混凝土的容重，就需要相應降低混凝土坍落度來提高其可堆積性，這會降低混凝土的輸送性，此外，粗骨料加入的越多，砂率越小，也越難以輸送；②對設備的要求更加嚴格：主要體現在對輸送管道和打印噴頭的要求；③打印成品表面粗糙度增大：由于沒有模板，打印成品表面容易突出粗骨料，造成表面的不平整，且易產生裂縫，從而使得成品表面粗糙度增大。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料，本發明能夠在兼顧打印產品表面平整度的情況下，將3D打印混凝土的砂率降低至50％。此外，本發明還要提供一種添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料，按照重量份計，包括以下各組分：粗骨料14.6％～29.5％、細骨料28.3％～41.7％、水泥11.9％～28.9％、粉煤灰或礦渣粉0～11.7％、硅灰5.3％～11.9％、微米級纖維0～0.65％、毫米級纖維0～2.10％、減水劑0.30％～0.53％、速凝劑0～1.86％、水7.7％～11.9％；所述水泥、粉煤灰或礦渣粉、硅灰共同組成混凝土的膠凝組分，膠凝組分按照混凝土重量百分數計，占混凝土材料重量的26.6％～38.9％；所述微米級纖維和毫米級纖維按照混凝土重量百分數計，毫米級纖維重量與3倍的微米級纖維重量之和占混凝土重量的0.51％～2.10％；所述粗骨料為粒徑5mm～10mm的碎石，針、片狀顆粒含量不高于1.5％。

作為優選的技術方案，所述細骨料為細度模數2.2～3.2的天然砂或人工砂，天然砂中含泥量不高于3％，人工砂當MB值＜1.4時，石粉含量不高于7％，當MB值≥1.4時，石粉含量不高于3％。

作為優選的技術方案，所述水泥的強度等級不低于42.5。