CN108147742A - 一种用于3d打印的混杂纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于3D打印的混杂纤维混凝土及其制备，该混凝土包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥100份；粉煤灰20份；硅灰5～10份；水20～45份；细骨料80～100份；混杂纤维；其中，所述混杂纤维的体积占所述混凝土总体积的1～2％，制备时：将混杂纤维搅拌均匀后加入水，制成混合液，将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰和细骨料混合均匀，得到混合粉末；然后将混合液加入至混合粉末中，搅拌均匀后直接放入3D打印机中进行打印即可。与现有技术相比，本发明通过使用不同尺寸、不同弹性模量的纤维替代钢筋，使3D打印混凝土具有良好的力学性能，不仅具有较高的抗拉、抗剪强度，还具有较高的断裂韧性，且该地聚合物材料制备方法简单，成本低。

Description

一种用于3D打印的混杂纤维混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于3D打印的混杂纤维混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是当代建筑中使用量最大、范围最广的建筑材料，其发展有200年的历史，已成为当代社会使用量巨大的建筑工程材料，对建筑工程贡献巨大。但是，传统建筑技术中，混凝土的使用又会产生很高比例的建筑垃圾。中国每年会产生约6亿吨的建筑垃圾。加之人力成本的增加，作为混凝土使用量极高的建筑行业将迎来一次巨大的挑战。所以，需要在建筑行业中，开发一种新型的施工材料及施工技术替代传统的施工工艺，从而减少以混凝土为主的建筑垃圾的生成量。近年来，新兴的结合了3D打印技术的3D打印混凝土及其施工技术的出现，成为是建筑领域的一大创新，以增材建造为主要特点来减少混凝土类建筑垃圾的生成量，必将掀起未来建筑领域的技术革命。

不久前，英国拉夫堡大学获得英国科学委员会的资助，开发了一台可添材制造的机器，这台机器可以利用混凝土打印建筑实体；德国一名建筑师也利用一台大型的3D打印机成功建造了一栋住宅建筑；美国南加州大学和美国宇航局合作，研发了一种轮廓打印工艺，解决了3D打印建筑中表面存在明显层状纹理的问题；除此之外，荷兰、中国等的研究者们也进行了3D打印建筑的相关研究。

打印结构中由于没有配筋，所以抗拉强度不足，该缺点限制了混凝土3D打印技术的发展。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抗拉强度高的用于3D打印的混杂纤维混凝土及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，该混凝土包括以下重量份的组分：

其中，所述混杂纤维的体积占所述混凝土总体积的1～2％。

其中，硅酸盐水泥是工程最常用的水泥，掺加一定量的粉煤灰和硅灰可以在混凝土内形成更密实的结构，从而提高混凝土的力学性能，骨料是混凝土的骨架，本专利考虑到打印设备的管道尺寸和喷嘴尺寸，仅采用细骨料，同时，通过掺加混杂纤维的方式提高3D打印混凝土的抗拉强度和韧性，混杂纤维包括两个或以上的纤维，更具体地，高弹模和低弹模纤维的混合以及大尺寸纤维和小尺寸纤维的混合。

优选的，所述的硅酸盐水泥的型号为42.5R或52.5R，42.5R或52.5R的硅酸盐水泥具有一定的早强效果，使得混凝土具有更短的初凝和终凝时间，打印出的混凝土能够更快地成型。

优选的，所述的粉煤灰为Ⅰ级，所述硅灰的等级为Ⅰ级，I级的粉煤灰和硅灰具有更大的表面积，活性更强。

优选的，所述的细骨料的粒径≤5mm。玄武岩纤维的弹性模量约为100MPa，主要用于增加3D打印混凝土的抗拉强度，而聚丙烯纤维的弹性模量约为10MPa，主要用于增加3D打印混凝土的韧性。

优选的，所述的混杂纤维为玄武岩纤维和聚丙烯纤维的混合物，且所述玄武岩纤维和聚丙烯纤维的体积比为1:1。

一种如上所述用于3D打印的混杂纤维混凝土的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)将混杂纤维搅拌均匀后加入水，制成混合液，待用，将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰和细骨料混合均匀，得到混合粉末；

(2)将步骤(1)制得的混合液加入至混合粉末中，搅拌均匀后直接放入3D打印机中进行打印即可。

其中，将混杂纤维搅拌均匀后加入水，可以更大限度的分散纤维，将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰和细骨料混合均匀，得到混合粉末，可以增加3D打印混凝土原料的便携性，更适合于工程使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：通过使用不同尺寸、不同弹性模量的纤维替代钢筋，使3D打印混凝土具有良好的力学性能，不仅具有较高的抗拉、抗剪强度，还具有较高的断裂韧性，且该地聚合物材料制备方法简单，成本低。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，包括如下重量份的原料：42.5R普通硅酸盐水泥100份、I级粉煤灰20份、I级硅灰10份、水45份、细骨料100份、玄武岩纤维的掺量为1％、聚丙烯纤维的掺量为1％。

其中，玄武岩纤维和聚丙烯纤维的尺寸如下所示：

上述用于3D打印的混杂纤维混凝土的制备方法包括如下步骤：

步骤1：将体积掺量1％的玄武岩纤维和体积掺量1％的聚丙烯纤维混合，放入水中搅拌均匀，备用；

步骤2：按配方量将42.5R普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰混合，搅拌均匀，制得混合物，备用；

步骤3：按配方量将步骤2制得的原料加入步骤1制得的混合物中，搅拌均匀，制得用于3D打印的混杂纤维混凝土。

实施例2

一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，包括如下重量份的原料：52.5R普通硅酸盐水泥100份、I级粉煤灰20份、I级硅灰5份、水20份、细骨料80份、玄武岩纤维的掺量为0.5％、聚丙烯纤维的掺量为0.5％。

上述用于3D打印的混杂纤维混凝土的制备方法包括如下步骤：

步骤1：将体积掺量1％的玄武岩纤维和体积掺量1％的聚丙烯纤维混合，放入水中搅拌均匀，备用；

步骤2：按配方量将52.5R普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰混合，搅拌均匀，制得混合物，备用；

步骤3：按配方量将步骤2制得的原料加入步骤1制得的混合物中，搅拌均匀，制得用于3D打印的混杂纤维混凝土。

对配制的混杂纤维混凝土进行了相应的力学性能测试：

垂直于打印方向的7天抗压强度达到23.2Mpa，沿着打印方向的28天抗压强度达到15.9Mpa；

垂直于打印方向的28天抗压强度达到33.1Mpa，沿着打印方向的28天抗压强度达到21.9Mpa；

垂直于打印方向的7天抗拉强度达到6.5Mpa，沿着打印方向的28天抗拉强度达到4.1Mpa；

垂直于打印方向的28天抗拉强度达到8.9Mpa，沿着打印方向的28天抗拉强度达到6.2Mpa；

垂直于打印方向的7天抗折强度达到11.4Mpa，沿着打印方向的28天抗拉强度达到4.3Mpa；

垂直于打印方向的28天抗拉强度达到17.4Mpa，沿着打印方向的28天抗拉强度达到6.9Mpa。

Claims (6)

1.一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，其特征在于，该混凝土包括以下重量份的组分：

其中，所述混杂纤维的体积占所述混凝土总体积的1～2％。

2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，其特征在于，所述的硅酸盐水泥的型号为42.5R或52.5R。

3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，其特征在于，所述的粉煤灰为Ⅰ级，所述硅灰的等级为Ⅰ级。

4.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，其特征在于，所述的细骨料的粒径≤5mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的混杂纤维混凝土，其特征在于，所述的混杂纤维为玄武岩纤维和聚丙烯纤维的混合物，且所述玄武岩纤维和聚丙烯纤维的体积比为1:1。

6.一种如权利要求1～5任一所述用于3D打印的混杂纤维混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)将混杂纤维搅拌均匀后加入水，制成混合液，待用，将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰和细骨料混合均匀，得到混合粉末；

(2)将步骤(1)制得的混合液加入至混合粉末中，搅拌均匀后直接放入3D打印机中进行打印即可。