CN108609947A - 一种可3d打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：快硬性普通硅酸盐水泥6.8‑7.2份；石英砂6.9‑7.1份；铜炉渣1.65‑1.75份；铜粉0.28‑0.71份，所述铜粉由黄铜粉和紫铜粉构成，黄铜粉和紫铜粉的重量比为7:2.5～3.5；硅灰0.75‑0.85份；减水剂0.09‑0.15份；长度为11‑14mm的玄武岩纤维0.04‑0.07份；粘度为2万‑7万的羟丙基甲基纤维素0.003‑0.005份；水1.70‑1.74份。该混凝土选用铜炉渣和铜粉作为原料，兼容铜炉渣与铜粉的打印性能和电磁吸波性能，为一种可3D打印的电磁吸波混凝土，可以在3.4GHz频段宽度上达到对电磁波90％以上的吸收。

Description

一种可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法
技术领域
本发明涉及3D打印混凝土技术领域，具体来说是涉及一种可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法。
背景技术
建筑级3D打印快速成型技术是一种利用机电一体化技术，自动将水泥基材料层层打印成所设计结构的新型建造技术。3D打印技术具有快速、灵活、效率高的优点，并在道路、桥梁、建筑等领域获得显著的发展。混凝土3D打印技术可以将各种固态的胶凝材料、碳材料、金属材料以及液态的化学添加剂用于材料的制备，有利于对材料功能性、耐久性的改善。同时，3D打印混凝土技术也因其设计自由度大、建造灵活性高、施工速度快、人工成本低、自动化程度高、环境污染小等诸多优点得到了广泛推广。
在当今，人们生活水平的提高和各种电器的频繁使用导致电磁辐射日益增强，电磁污染成为世界环境的第五害。电磁吸波混凝土的研发与应用对改善电磁环境，促进人类在电磁环境下的身心健康具有重大意义。同时，电磁吸波混凝土能够降低电视发射台、基站、微波实验室、医院、变电站等建筑结构的电磁干扰。电磁吸波混凝土的研究成果还可以拓展到军事领域，用于增强军事构筑物反雷达探测的隐身能力。然而，目前针对可3D打印的电磁吸波混凝土材料种类的报道尚少，而且3D打印电磁吸波混凝土材料的使用需要与3D打印机的工作参数协调一致。例如混凝土拌合物的可打印性能(如流动性、挤出性、建造性、早期刚度等)与混凝土材料的电磁吸波参数(如电磁吸波峰值，电磁吸波频宽等)相互制约也相辅相成。只有合理优化设计电磁吸波混凝土材料的可打印性能与打印机的打印参数，方可保证打印的顺利完成。
3D打印混凝土的优势在于可以降低人工费、材料费、机械运输费等，如申请号为201610947297.1的中国专利公开一种用于3D打印的混凝土，申请号为201510375110.0的中国专利公开一种用于3D打印的高性能粉末混凝土，以及申请号为201510228281.0的中国专利公开一种可用于3D打印的混凝土材料及其制备方法，上述的3D打印呢混凝土材料均未涉及电磁吸波材料的制备。
发明内容
本发明的目的是，提供一种可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法。该混凝土选用铜炉渣和铜粉作为原料，配比各种材料掺量，兼容铜炉渣与铜粉的打印性能和电磁吸波性能，为一种可3D打印的电磁吸波混凝土，可以在3.4GHz频段宽度上达到对电磁波90％以上的吸收。该使用方法充分考虑各原料的性能，设置合理的静置时间、挤出速度和打印速度，使本发明混凝土能实现3D打印，有利于推动3D打印混凝土的实际工程应用。
本发明的目的是通过以下技术方案进行实现：
一种可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
快硬性普通硅酸盐水泥6.8-7.2份；
石英砂6.9-7.1份；
铜炉渣1.65-1.75份；
铜粉0.28-0.71份，所述铜粉由黄铜粉和紫铜粉构成，黄铜粉和紫铜粉的重量比为7:2.5～3.5；
硅灰0.75-0.85份；
减水剂0.09-0.15份；
长度为11-14mm的玄武岩纤维0.04-0.07份；
粘度为2万-7万的羟丙基甲基纤维素0.003-0.005份；
水1.70-1.74份。
一种上述可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥6.8-7.2份、铜炉渣1.65-1.75份、石英砂6.9-7.1份；第二组为硅灰0.75-0.85份和玄武岩纤维0.04-0.07份；第三组为减水剂0.09-0.15份、铜粉0.28-0.71份；第四组为1.70-1.74份的水和0.003-0.005份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入横卧式搅拌机进行混合搅拌至完全均匀，然后再将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌至混合物颜色均匀为止；再将第四组拌入，再搅拌160-180s，即得到所述的混凝土。
一种上述可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的使用方法，该使用方法是：
将上述混凝土泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间5-10min，设置打印喷头出口截面积为100～260mm2，挤出速度为0.01-0.02m3/h，水平向打印速度为160-180cm/min，然后进行打印。
本发明中采用了大量铜炉渣和铜粉，导致混凝土干料的粒径总体更细，并导致水泥的水化反应加快，所以，混凝土静置时间大为缩短。但是电磁吸波混凝土要求混凝土内部密实均匀，尽量避免由于打印速度过快导致的裂隙，所以，挤出速度设置为0.01-0.02m3/h，水平向打印速度为160-180cm/min。
与现有的3D打印混凝土材料相比，本发明的有益效果是：
(1)在打印性能上，本发明通过各个材料的合理配比，挤出速度和打印速度的匹配设置，使本发明混凝土有着优良的流动性和挤出性，最终可以达到高宽比等于4:1的建造性，满足了3D打印混凝土结构的建造要求。在电磁吸波性能上，本发明可以在3.4GHz频段宽度上达到对电磁波90％以上的吸收，超过了一般浇注成型的电磁吸波混凝土吸波频宽(1.5-2GHz)，具有优良的电磁吸波性能。此外，本发明采用大量的铜炉渣这种工业废料，降低了材料成本，达到了绿色环保的效果，有利于推动3D打印混凝土的实际工程应用。
具体来说，本发明采用了铜炉渣为原料，起到了吸收绝大部分电磁波的作用，同时也起到了部分支撑结构的作用。两种铜粉(黄铜粉和紫铜粉)通过一定比例混合，形成的新混合物的电磁参数(介电常数和磁导率)在不同频率上分布更均匀，起到了进一步提升电磁吸波的能力。同时，铜粉因为粒径小，可以填充大颗粒之间的缝隙，也起到了提升力学性能的效果。水泥是为了通过其水化反应，胶结各种原材料，形成有力学强度的整体，快硬性水泥的使用使混凝土获得较高的早期强度，有利于提高混凝土的建造性。石英砂是作为粒径最大的材料，起到了主要支撑结构的作用。硅灰的粒径最细，它的作用是填充骨料之间的空隙，使得整个复合物的粒径级配更加均匀，结构更加密实。硅灰不仅可以提升3D打印的流动性、挤出性、建造性，也可以提升混凝土的力学性能。玄武岩纤维的加入一方面减少混凝土早期因水分蒸发而形成的开裂，同时能提高硬化后混凝土的断裂韧性。粘度改性剂的使用提升了砂浆的保水性，从而改善了砂浆的流动性和挤出性。同时，粘度改性剂也能提高3D打印结构层与层之间的截面粘结力，从而提高3D打印结构的整体性。石英砂、铜炉渣、水泥相互之间的反应起到了骨料支撑的作用，保证了3D打印的建造性。铜粉和硅灰起到了填充颗粒缝隙的作用，提升了力学性能，也提升了3D打印的流动性和挤出性。铜炉渣和铜粉的组合，保证了混凝土的电磁吸波性能。
铜炉渣是炼铜过程中的废料，富含铁氧体,Fe2O3含量达到了54.93％，而铁氧体是铜炉渣中主要可以吸收电磁波的物质，铜炉渣平均粒径为106.73微米，较细，可以提升混凝土的力学性能，粒径分布决定了砂浆3D打印的保水性、流动性、挤出性，并最终影响其建造性能。
(2)本发明对电磁防护的改善提升作用，可在很大程度上提升电视发射台、基站、微波实验室、医院和变电站等建筑结构的电磁辐射防护能力，降低电磁干扰的影响，促进人类在电磁环境下的身心健康。
(3)本发明也可以拓展到提高军事构筑物反雷达探测的隐身能力。对军用雷达站、发射台、弹药库等的电磁隐身能力具有重要的意义。
本发明制备方法将原材料分为四组，将粉末类、细砂类和纤维类的原材料合理分组并按照搅拌时间进行投料制备，保证了原材料的均匀拌合和每种材料最佳的搅拌时间，大幅缩短了可3D打印混凝土的静置时间，保证了混凝土的建造性能。
附图说明
图1为本例铜炉渣和混合铜粉的累计粒径分布效果图。
图2为实施例1的混凝土进行挤出性评价测试的效果图。
图3为实施例2的混凝土进行建造性评价测试的效果图。
图4为实施例3的混凝土进行建造性评价测试的效果图。
图5为实施例4的混凝土进行建造性评价测试的效果图。
图6为实施例1-4的混凝土进行电磁吸波评价测试的效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
快硬性普通硅酸盐水泥6.8-7.2份；
石英砂6.9-7.1份
铜炉渣1.65-1.75份；
铜粉0.28-0.71份，所述铜粉由黄铜粉和紫铜粉构成，黄铜粉和紫铜粉的重量比为7:2.5～3.5；
硅灰0.75-0.85份；
减水剂0.09-0.15份；
长度为11-14mm的玄武岩纤维0.04-0.07份；
粘度为2万-7万的羟丙基甲基纤维素0.003-0.005份；
水1.70-1.74份。
所述快硬性普通硅酸盐水泥的比表面积为348m2/kg，密度为3.0g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间为170min，终凝时间为210min，烧失量为3.5％，氧化镁含量为2.18％，3天抗折强度为5.7MPa，3天抗压强度为30MPa。
所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g，含水率为1.5％。
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％；
所述玄武岩纤维的长度为12mm，拉伸强度为3300-4500MPa，弹性模量为95-115GPa，断裂伸长率为2.4-3.0％。
所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)为一种粘度改性剂，优选粘度规格为5万粘度。
所述铜炉渣密度为2.6g/cm3，平均粒径范围为100-150μm，氧化铁含量为53-60％；
所述黄铜粉为水雾法制备而成，平均粒径为55-75μm，D0.5为50-80μm，纯铜含量在90-95％之间；
所述紫铜粉为水雾法制备而成，平均粒径为50-80μm，D0.5(D0.5表示的是粒径分布中，颗粒从细到粗排列到50％时的最大粒径)为55-75μm，纯铜含量在95-98％之间。
本发明将黄铜粉与紫铜粉以大约7:3的比例掺入混凝土，一方面将铜粉颗粒级配分布更加均匀，使其在3D打印能上提升砂浆的流动性和基础性，均匀的颗粒级配有利于填充颗粒之间的空洞，可以抵消电磁波的孤岛效应对于极化和干涉的影响；另一方面，将两种铜粉以固定比例混掺，可以调和锌元素的含量，使得二阶锌元素跃迁到三阶锌元素发激化反应对吸波性能提升达到最佳效果。经过多次相关试验后，铜粉的推荐颗粒级配如图1所示。
本发明可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥6.8-7.2份、铜炉渣1.65-1.75份、石英砂6.9-7.1份；第二组为硅灰0.75-0.85份和玄武岩纤维0.04-0.07份；第三组为减水剂0.09-0.15份、铜粉0.28-0.71份；第四组为1.70-1.74份的水和0.003-0.005份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入横卧式搅拌机进行混合搅拌90-100s，然后再将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌180-200s，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌70-90s，再将第四组拌入，再搅拌170-190s，即得到所述的混凝土。
本发明制备方法中将材料分成四组进行先后混合，严格控制每种材料的掺入时间和搅拌时间。该制备方法能提高混凝土混合的均匀性，考虑到了每一种材料最佳的搅拌时间，缩短了混凝土打印前的静置时间，改善了材料的挤出性与流动性，最终保证了3D打印的建造性。
本发明可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的使用方法是：将上述配方的混凝土泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间5-10min，所述静置时间是指从混凝土制备好到打印开始之间的时间，设置打印喷头出口截面积为100～260mm2，挤出速度为0.01-0.02m3/h，水平向打印速度为160-180cm/min，垂直向打印速度为0.5-0.7m/h，喷头打印高度为50-350mm，然后进行打印。
将按照本发明所提供的配方及制备方法得到的混凝土进行打印，对打印后的结构体进行相关性能测试，即建造性评价、电磁吸波性能评价，经测试使用本发明混凝土在满足所提出的打印要求的前提下可保证打印过程的顺利进行，且打印后所得结构体稳定结实。
本发明电磁吸波性能测试严格参照国家军用标准《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB 2038-1994)。电磁吸波反射率测试采用弓形框反射法，以矢量网络分析仪(安捷伦N5232A)发射电磁波，通过发射头和接收头的传输，测试出材料的电磁吸波的反射率。参与电磁吸波反射率测试的混凝土必须至少经过28天的标准养护(相对湿度95±5％，养护温度20±1℃)。养护完毕后，混凝土试块在60℃的低温下被烘干，用来减小含水率对电磁波反射率的影响。随后，混凝土试块被切割成180mm×180mm×15mm的尺寸，并且在试块下方垫上180mm×180mm的光滑铝板，在1-18GHz的频段内进行测试。
本发明中所述铜炉渣，在选矿冶炼过程中，应当保证氧化铁含量在53％以上，用来保证足够电介质在电磁波等外加电场作用下产生强烈电子跃迁，保证了激发作用将电磁波转化为电能，在原子由低能级别跃迁到高能级别时，足够数量的铁氧体也保证分子电流的偶极矩，抵消电磁波衍生的宏观磁性距，将电磁能转化成铁氧体内部磁能，达到电磁吸波的效果。同时，铜炉渣在使用前应进行统一磨细切削处理。吸波剂的颗粒尺寸和粒径级配对于电磁吸波机能和打印性能都有着重要影响：由于铜炉渣的主要成分铁氧体是致密金属氧化物，其颗粒的粒径大小对电磁波的极化以及衍射产生趋肤效应，影响了电磁波与其形成的平面波的叠加程度。同时，均匀的颗粒级配将最大程度地填充粗细骨料之间空隙，减小了孤岛效应对于电磁极化和干涉的不良影响。基于以上，其平均粒径范围为100-150μm，D0.5为75-100μm即可满足生产使用要求。经过多次相关试验后，铜炉渣的推荐颗粒级配如图1所示。
实施例1
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份；
石英砂7.0份；
铜炉渣1.70份；
硅灰0.80份；
减水剂0.12份；
黄铜粉0.2份；
紫铜粉0.08份；
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份；
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份；
水1.72份。
所述快硬性普通硅酸盐水泥的比表面积为348m2/kg，密度为3.0g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间为170min，终凝时间为210min，烧失量为3.5％，氧化镁含量为2.18％，3天抗折强度为5.7MPa，3天抗压强度为30MPa。
所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％；
所述铜炉渣密度为2.6g/cm3；平均粒径为106μm，氧化铁固量为54.93％，具体铜炉渣中各成分的含量如表1所示。
表1铜炉渣成分
所述黄铜粉平均粒径为60μm，D0.5为55μm，纯铜含量为93％；
所述紫铜粉平均粒径为65μm，D0.5为60μm，纯铜含量为98％。
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法是：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥7.0份、铜炉渣1.70份、石英砂7.0份，第二组为硅灰0.8份和玄武岩纤维0.05份，第三组为减水剂0.12份，黄铜粉0.2份，紫铜粉0.08份，第四组为1.72份的水和0.004份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入30L横卧式搅拌机进行混合搅拌100s，搅拌速度为45转/分钟，然后再对应的将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌200s，搅拌速度为45转/分钟，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌80s，将第四组拌入，再搅拌180s，即得到所述的混凝土。
使用本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土进行3D打印，具体过程是：将上述配方的混凝土泵送至3D打印机的打印喷头内，静置7min，设置打印喷头出口截面积为144mm2，挤出速度为0.013m3/h，水平向打印速度为176cm/min，垂直向打印速度为0.75m/h，喷头打印高度为110mm。按照以上打印参数进行打印，得到打印结构体。打印过程进行顺利，而且所打印结构的整体性较好、稳定性较好。
对本实施例的混凝土及上述打印出的结构体进行相关性能测试：
建造性评价：
建造性表征的是材料被堆积起一定的高度而不发生坍塌的能力，选用直径为12mm的圆形打印喷头进行打印，使材料堆积并进行建造性评价(建造性是指打印材料在垂直方向堆积的能力或者性质，太小的喷口无法进行建造性的评价测试)。
本实例混凝土在挤出速度为0.0135m3/h，水平打印速度为176cm/min，垂直打印速度1.25cm/min，喷头打印高度110mm的条件下，垂直打印23层无中断、无垮塌，所得结构体的高宽比为4:1，每打印层的竖向变形为0.59％，说明本实施例混凝土表现出优异的建造性。
电磁吸波性能评价：
本实施例铜炉渣占石英砂质量的25％，两种铜粉质量总和为石英砂的4％。本实施例依据《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB 2038-1994)的要求进行测试。测试结果如附图6所示。在4-6GHz内，本例反射率低于-9dB，意味着至少吸收了85％的电磁波。同时，本实施例反射率在5.5GHz处也达到-9.5dB峰值，即为87％电磁波的吸收。
实施例2
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份；
石英砂7.0份；
铜炉渣1.70份；
硅灰0.80份；
减水剂0.12份；
黄铜粉0.3份；
紫铜粉0.13份；
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份；
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份；
水1.70-1.74份。
所述快硬性普通硅酸盐水泥的比表面积为348m2/kg，密度为3.0g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间为170min，终凝时间为210min，烧失量为3.5％，氧化镁含量为2.18％，3天抗折强度为5.7MPa，3天抗压强度为30MPa；
所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％；
所述铜炉渣密度为2.6g/cm3；平均粒径为106μm，氧化铁固量为53％；
所述黄铜粉平均粒径为60μm，D0.5为55μm，纯铜含量为93％；
所述紫铜粉平均粒径为65μm，D0.5为60μm，纯铜含量为98％。
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法是：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥7.0份、铜炉渣1.70份、石英砂7.0份，第二组为硅灰0.8份和玄武岩纤维0.05份，第三组为减水剂0.12份，黄铜粉0.3份，紫铜粉0.13份，第四组为1.72份的水和0.004份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入30L横卧式搅拌机进行混合搅拌100s，搅拌速度为45转/分钟，然后再将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌200s，搅拌速度为45转/分钟，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌80s，再将第四组拌入，再搅拌180s，即得到所述的混凝土。将本实施例的混凝土静置7min后运输至打印机的打印喷头内，喷头为直径12mm的圆形进行打印。
建造性评价：
本实施例混凝土，在挤出速度为0.0135m3/h，水平打印速度为176cm/min，垂直打印速度1.3cm/min，喷头打印高度110mm的条件下，垂直打印23层无中断、无垮塌，所得结构体的高宽比为4:1，每打印层的竖向变形为0.7％，说明本实施例混凝土表现出优异的建造性和结构稳定性。
电磁吸波性能评价：
本例铜炉渣占石英砂质量的25％，两种铜粉质量总和为石英砂的6％。本实施例依据《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB 2038-1994)的要求进行测试。测试结果如附图6所示。本实施例在1-18GHz测试频段内,拥有电磁波90％以上吸收的频段宽为3.5GHz。同时，本实施例反射率在4.5GHz处也达到-10.2dB峰值，即为91％电磁波的吸收。
实施例3
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份；
石英砂7.0份；
铜炉渣1.70份；
硅灰0.80份；
减水剂0.12份；
黄铜粉0.4份；
紫铜粉0.17份；
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份；
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份；
水1.70-1.74份。
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法是：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥7.0份、铜炉渣1.70份、石英砂7.0份，第二组为硅灰0.8份和玄武岩纤维0.05份，第三组为减水剂0.12份，黄铜粉0.4份，紫铜粉0.17份，第四组为1.72份的水和0.004份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入30L横卧式搅拌机进行混合搅拌100s，搅拌速度为45转/分钟，然后再将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌200s，搅拌速度为45转/分钟，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌80s，再将第四组拌入，再搅拌180s，即得到所述的混凝土。将本实施例的混凝土静置7min后运输至打印机的打印喷头内，喷头为直径12mm的圆形进行打印。
建造性评价：
本实施例混凝土，在挤出速度为0.0135m3/h，水平打印速度为176cm/min，垂直打印速度1.3cm/min，喷头打印高度110mm的条件下，垂直打印23层无中断、无垮塌，所得结构体的高宽比为4:1，每打印层的竖向变形为0.6％。
电磁吸波性能评价：
本例铜炉渣占石英砂质量的25％，两种铜粉质量总和为石英砂的8％。本实施例依据《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB 2038-1994)的要求进行测试。测试结果如附图6所示。在1-18GHz内，本实施例电磁波吸收85％以上的频宽达到了7GHz。同时，本实施例反射率在3.5GHz处达到了-9.5dB峰值，意味着87％的电磁波吸收。
实施例4
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份；
石英砂7.0份；
铜炉渣1.70份；
硅灰0.80份；
减水剂0.12份；
黄铜粉0.5份；
紫铜粉0.21份；
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份；
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份；
水1.70-1.74份。
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法是：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥7.0份、铜炉渣1.70份、石英砂7.0份，第二组为硅灰0.8份和玄武岩纤维0.05份，第三组为减水剂0.12份，黄铜粉0.5份，紫铜粉0.21份，第四组为1.72份的水和0.004份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入30L横卧式搅拌机进行混合搅拌100s，搅拌速度为45转/分钟，然后再将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌200s，搅拌速度为45转/分钟，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌80s，再将第四组拌入，再搅拌180s，即得到所述的混凝土。将本实施例的混凝土静置7min后运输至打印机的打印喷头内，喷头为直径12mm的圆形进行打印。
建造性评价：
本实施例混凝土，在挤出速度为0.0135m3/h，水平打印速度为176cm/min，垂直打印速度1.3cm/min，喷头打印高度110mm的条件下，垂直打印23层无中断、无垮塌，所得结构体的高宽比为4:1，每打印层的竖向变形为0.75％。
电磁吸波性能评价：
本例铜炉渣占石英砂质量的25％，两种铜粉质量总和为石英砂的10％。本实施例依据《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB 2038-1994)的要求进行测试。测试结果如附图6所示。在1-18GHz测试范围内，本实施例拥有至少85％电磁波吸收能力的频宽达到了2GHz。同时，本例的反射率在2GHz处达到了-10.5dB峰值，即达到了91.5％的电磁波吸收能力。
对比例1
除铜炉渣粒径更换，平均粒径换成56μm，D0.5换为68μm外，其他的材料种类、添加量、搅拌混合方式以及打印参数均与实施例1相同。测试结果显示：打印过程不顺利，混凝土流动性较强，外表沁水严重但内部干燥，打印的结构发生了倾斜以至于坍塌，结构无法成型。远小于实施例1的站立性能。
对比例2
除将混凝土搅拌完成后的静置时间调整为45min，其他的材料种类、添加量、制备方法以及打印参数均与实施例1相同。测试结果显示：由于静置时间过长，混凝土材料由流态转化为塑形状态，打印喷头经常出现堵塞的现象，打印过程无法顺利进行。
对比例3
除玄武岩纤维0.1份外，其他的材料种类、添加量、制备方法以及打印参数均与实施例1相同。测试结果显示：由于纤维的掺入量较大，导混凝土拌合物中的纤维出现了抱团现象，从而在打印过程中，喷头处出现了堵塞的现象，打印过程无法顺利进行。
对比例4
除HPMC粘度改性剂0.009份外，其他的材料种类、添加量、制备方法以及打印参数均与实施例2相同。测试结果显示：打印过程不顺利，砂浆黏性过强，出现了较差的挤出性。
对比例5
除挤出速度改为0.03m3/h，水平向打印速度减慢为150cm/min外，其他的材料种类、添加量、搅拌混合方式以及打印参数均与实施例2相同。测试结果显示：混凝土材料可以顺利从打印头挤出，但是由于混凝土挤出速度较快，而打印速度较慢，导致打印喷头附近出现了堆积现象，打印的平面出现了褶皱现象。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
快硬性普通硅酸盐水泥6.8-7.2份；
石英砂6.9-7.1份；
铜炉渣1.65-1.75份；
铜粉0.28-0.71份，所述铜粉由黄铜粉和紫铜粉构成，黄铜粉和紫铜粉的重量比为7:2.5～3.5；
硅灰0.75-0.85份；
减水剂0.09-0.15份；
长度为11-14mm的玄武岩纤维0.04-0.07份；
粘度为2万-7万的羟丙基甲基纤维素0.003-0.005份；
水1.70-1.74份。
2.根据权利要求1所述的可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土，其特征在于所述黄铜粉的平均粒径为55-75μm，纯铜含量在90-95％之间；所述紫铜粉的平均粒径为50-80μm，纯铜含量在95-98％之间；所述铜炉渣的氧化铁含量在53％以上，平均粒径范围为100-150μm。
3.根据权利要求2所述的可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土，其特征在于所述黄铜粉为水雾法制备而成，D0.5为50-80μm；所述紫铜粉为水雾法制备而成，D0.5为55-75μm；所述铜炉渣的D0.5为75-100μm。
4.一种权利要求1-3任一所述的可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为快硬性普通硅酸盐水泥6.8-7.2份、铜炉渣1.65-1.75份、石英砂6.9-7.1份；第二组为硅灰0.75-0.85份和玄武岩纤维0.04-0.07份；第三组为减水剂0.09-0.15份、铜粉0.28-0.71份；第四组为1.70-1.74份的水和0.003-0.005份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组的原料同时送入横卧式搅拌机进行混合搅拌至完全均匀，然后再将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，再进行混合搅拌，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中，搅拌至混合物颜色均匀为止；再将第四组拌入，再搅拌160-190s，即得到所述的混凝土。
5.一种权利要求1-4任一所述的可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的使用方法，该使用方法的步骤是：将上述混凝土泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间5-10min，设置打印喷头出口截面积为100～260mm2，挤出速度为0.01-0.02m3/h，水平向打印速度为160-180cm/min，然后进行打印。
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