[發明專利]一種基于堿渣的3D打印堿激發纖維混凝土及其制備方法和打印方法

在審

• 申請號: 202211518485.4
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN116102334A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 楊燁凱;魯鵬遠;趙慶新;劉瑞晗;劉中憲
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;B33Y70/10;B33Y10/00;C04B22/00;C04B18/12
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈;姚幸茹

1.一種基于堿渣的3D打印堿激發纖維混凝土，其特征在于，按照重量份數計，包括：

具有堿激發活性的粉體：0.4～0.6份；

細骨料：1～1.5份；

堿激發劑：0.1～0.2份；

纖維：0.008～0.03份；

水：0.20～0.60份；

其中，所述堿激發劑為氫氧化鈉溶液；所述具有堿激發活性的粉體由0.1～0.15份礦粉和0.3～0.45份堿渣組成。

2.根據權利要求1所述的3D打印堿激發纖維混凝土，其特征在于，所述氫氧化鈉溶液的質量分數為17％～83％。

3.根據權利要求1所述的3D打印堿激發纖維混凝土，其特征在于，所述細骨料為石英砂；

優選地，所述細骨料由粗砂0.17～0.25份、中砂0.33～0.50份和細砂0.50～0.75份配比組成；

優選地，所述粗砂的粒徑為380～830μm；所述中砂的粒徑為212～380μm；所述細砂的粒徑為109～212μm。

4.根據權利要求1所述的3D打印堿激發纖維混凝土，其特征在于，所述礦粉中的主要成分為氧化鈣、二氧化硅和三氧化二鋁；其中，氧化鈣的含量為32％～49％，優選為36.3％；二氧化硅的含量為32％～41％，優選為37.1％；三氧化二鋁的含量為6％～17％，優選為14.4％；

優選地，所述礦粉含水率為0.1％～0.15％，進一步優選為0.12％；

優選地，所述礦粉的比重為2.71～2.95g/cm³，進一步優選為2.87g/cm³；粒徑為8～15μm，進一步優選為12.7μm；比表面積為400～500m²/kg。

5.根據權利要求1所述的3D打印堿激發纖維混凝土，其特征在于，所述堿渣中的主要成分為硫酸鈣、碳酸鈣、氯化鈣、氧化鈣、三氧化二鋁和二氧化硅；其中，硫酸鈣的含量為39.5％～49.7％，優選為45.6％；碳酸鈣的含量為3.1％～9.4％，優選為3.9％；氯化鈣的含量為7.1％～11.4％，優選為10.5％；氧化鈣的含量為6.7％～14.3％，優選為10.3％；三氧化二鋁的含量為1.7％～4.5％，優選為3.0％；二氧化硅的含量為6.4％～13.6％，優選為7.8％；

優選地，所述堿渣為經過烘干、破碎后粒徑≤0.075mm的堿渣。

6.根據權利要求1所述的3D打印堿激發纖維混凝土，其特征在于，所述纖維為聚丙烯纖維和鋼纖維的組合物；

優選地，按質量份計，所述纖維為0.004～0.15份聚丙烯纖維和0.004～0.015份鋼纖維的組合物；

優選地，所述聚丙烯纖維的直徑為18～48μm，進一步優選為18μm，長度為6～15mm，進一步優選為10mm；

優選地，所述聚丙烯纖維的抗拉強度≥276MPa，彈性模量為3000～4000MPa，極限拉伸為15％～18％，進一步優選為15％；

優選地，所述鋼纖維的直徑為0.10～0.15mm，進一步優選為0.12mm，長度為6～10mm，進一步優選為6mm；

優選地，所述鋼纖維的抗拉強度≥2700MPa。

7.權利要求1-6任一所述的基于堿渣的3D打印堿激發纖維混凝土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將工業堿渣在100～110℃加熱粉碎研磨得到堿渣；

步驟2：將礦粉和步驟1得到的堿渣攪拌均勻得到混合干料；

步驟3：將堿激發劑加入到步驟3得到的混合干料中，攪拌后加入水繼續攪拌得到漿體；

步驟4：將纖維加入到步驟3得到的漿體中，充分攪拌即得到所述3D打印堿激發纖維混凝土。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述100～110℃加熱的時間為12～24h。

9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟2-4中，每一步驟中的攪拌的總時間≥4min。

10.權利要求1-6任一所述的基于堿渣的3D打印堿激發纖維混凝土的打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

將所述3D打印堿激發纖維混凝土輸送至3D打印機的料斗內，然后開始打印；

其中，所述3D打印堿激發纖維混凝土為新制不超過5min；

優選地，所述3D打印機打印噴頭的截面為圓形，口徑為10～25mm，打印擠出速度為0.5～1.0m³/h，平面內打印速度為180～210m³/h。