[發明專利]3D打印水泥基材料的制備方法和水泥基打印構件的制備方法

在審

• 申請號: 202210099552.7
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114315288A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王伯林;楊敏;姚曉飛
• 申請（專利權）人: 中交第一公路勘察設計研究院有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B40/02;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 陳明龍

本發明公開了3D打印水泥基材料的制備方法和水泥基打印構件的制備方法，打印構件的制備方向包括以下步驟：S1、將制備得到的水泥基材料放置到混凝土3D打印機的擠出設備內；S2、根據打印構件的形狀和尺寸設置打印參數，使用混凝土3D打印機進行打印形成初始混凝土構件；S3、將初始混凝土構件靜置1?3天后，進行蒸汽養護，得到水泥基打印構件。本發明的水泥基材料大大降低材料配合比成本，本發明水泥基材料打印的打印構件強度可滿足等級C40，各個方向的抗壓強度數值差異在15％以內，表現較好的各向同性性能，且經過蒸汽養護后打印構件的強度滿足預制構件出廠標準，可直接用于吊裝施工，減少了打印構件制備的工期。

技術領域

本發明涉及水泥基3D打印材料領域，特別涉及3D打印水泥基材料的制備方法和水泥基打印構件的制備方法。

背景技術

建筑3D打印技術是一種應用機電一體化技術將水泥基建筑材料自動建造成所設計的模型結構的新型建造方式，具有設計自由化、施工快速化等諸多優勢，在建筑行業具有極大的應用前景，然而，水泥基3D打印構件材料的制造過程為逐層堆疊，難免造成層間界面的薄弱粘結，層間薄弱面在一定程度上成為了打印構件潛在的定向缺陷，導致結構產生不協調的變形、不連續的力學性能，易因應力集中而發生破裂，進而削弱了結構的整體承載能力和長期耐久性能，強度較低是阻礙了3D打印技術在建筑業的廣泛應用。

目前，業內多采用外界加固方式增強打印構件的層間粘結強度或增加材料的成本，或降低擠出成型能力，例如專利文獻CN 111975926 A公開了一種3D打印混凝土緩粘結預應力增強構件及制備方法，該構件包括，3D打印混凝土層、粘性砂漿層、層間強化鋼絲網和緩凝結預應力筋，3D打印混凝土層由并列的混凝土條構成，混凝土條內部縱向方向上設有緩凝結預應力筋；所述混凝土條由3D打印用超高性能混凝土砂漿進行3D打印制成，本發明采用緩凝結預應力筋與3D打印混凝土結合，運用緩凝結預應力筋，在較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層間強度，提高了3D打印混凝土建筑承載力。但是，還沒有文獻報道出同時具備抗壓性能各向同性、經濟性、良好擠出成型能力的3D打印水泥基材料。

發明內容

本發明的目的在于克服水泥基3D材料層間粘結強度低的問題，提供了3D打印水泥基材料的制備方法和水泥基打印構件的制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種各向同性3D打印水泥基材料的制備方法，所述水泥基材料按重量份數計包括以下原料：45-70份硅酸鹽水泥，5-20份粉煤灰，10-20份硅灰，10-30份礦粉，80-180份石英砂，25-50份水，0.15-0.3份減水劑，0.1-0.4份增強纖維，0.01-0.025份增稠劑；將所述水泥基材料的分成A、B、C、D四組，A組原料為3-5份水、0.01-0.025份增稠劑、0.1-0.4份增強纖維，B組原料為0.15-0.4份減水劑、20-47份水，C組原料為45-70份硅酸鹽水泥、5-20份粉煤灰、10-20份硅灰、10-30份礦粉、40-100份石英砂，D組原料為40-100份石英砂；所述制備方法包括以下步驟：

(1)將A組原料：3-5份水、0.01-0.025份增稠劑、0.1-0.4份增強纖維混合，攪拌，得到A溶液；

(2)將C組原料：45-70份硅酸鹽水泥、5-20份粉煤灰、10-20份硅灰、10-30份礦粉、40-100份石英砂置于攪拌機中攪拌，攪拌2-6min后加入B組原料：0.15-0.4份減水劑、20-47份水，攪拌2-6min，再加入A溶液，混合攪拌均勻；

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

進一步地，所述粉煤灰為F類一級，所述礦粉為S95礦粉。

進一步地，所述石英砂的規格為40-80目。

進一步地，所述增強纖維為PVA纖維、玄武巖纖維、碳纖維。