CN111018448B - 一种用于低温环境下3d打印的抗冻混凝土及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土，以重量份数计，所述抗冻混凝土包括胶凝材料90‑125份、砂80‑105份、水性环氧树脂5‑15份、贝壳粉6‑12份、膨润土4‑9份、抗分散纤维0.5‑1份、减水剂2‑8份、引气剂0.6‑4份、抗冻剂8‑14份、缓凝剂0.15‑0.3份、絮凝剂0.5‑1.5份和水30‑70份；所述胶凝材料包括水泥55～85和超细粉15～40。本发明提供的抗冻混凝土具有良好抗冻性能和力学性能，适用于低温环境下3D打印，实现特殊气候环境下无人建造，免模施工。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料和土建施工技术领域，具体涉及一种用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝在低温环境下的抗冻性能直接影响混凝土的使用寿命，并且容易出现裂缝及硬度不达标等情况。并且低温环境下进行混凝土浇筑比较困难。如申请号为CN201910659957.X的中国专利文献公开了一种用于低温环境的混凝土及其制备方法，所述混凝土包括以下质量百分数的物质：10～13wt％的水泥，0～3wt％的粉煤灰，0～1wt％的矿粉，20～28wt％的小石，20～28％wt的中石，4～8％wt的水，0.1～1％wt的复合外加剂，余量为砂。所述制备方法包含以下步骤：(1)按质量配比将称重好的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、小石和中石依次混合搅拌均匀，再缓慢加入复合外加剂、水；(2)搅拌2～5min后振捣成型；(3)待混凝土静置硬化之后拆模，将试件放到标准养护室内养护7～90d龄期。低温环境下混凝土配合比设计还可以通过在混凝土中加入抗冻剂提升抗分散性能。如申请号为CN201810195694的中国专利文献提出了一种添加微纳米储热胶囊的早强抗冻混凝土的制备方法。
目前由于3D打印可以信息化建模，机械化施工，适合低温环境工程的无人建造，但现有的抗冻打印混凝土尚难以增材自制，叠合成型，不能满足打印的工作性要求，现有的3D打印混凝土无法实现低温环境下建造成型。因此开发一种可打印的抗冻混凝土，满足低温环境下的建造需求和抗冻性能是当前技术需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土及施工方法，具有良好的抗冻性能和力学性能，适用于低温环境下3D打印，实现特殊气候环境下无人建造，免模施工。
本发明提供的技术方案为：
一种用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土，以重量份数计，所述抗冻混凝土包括胶凝材料90-125份、砂80-105份、水性环氧树脂5-15份、贝壳粉6-12份、膨润土4-9份、抗分散纤维0.5-1份、减水剂2-8份、引气剂0.6-4份、抗冻剂8-14份、缓凝剂0.15-0.3份、絮凝剂0.5-1.5份和水30-70份；所述胶凝材料包括水泥55-85份和超细粉15-40份。
本发明所述的低温环境为气温从9.9℃至-40℃。
优选的，以重量份数计，所述抗冻混凝土包括胶凝材料90份、砂80-90份、水性环氧树脂9-10份、贝壳粉8-9份、膨润土6-7份、抗分散纤维0.5-1份、减水剂2.25-2.5份、引气剂0.2-3份、抗冻剂11-13份、缓凝剂0.15-0.3份、絮凝剂0.5-1份和水42-52份；所述胶凝材料包括水泥50-63份和超细粉27-40份。
所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或至少两种的组合；所述超细粉选自硅粉、超细粉煤灰、超细磷渣粉、超细矿渣粉或纳米级碳酸钙粉中的一种或至少两种的组合。
所述贝壳粉的粒度小于5μm，可有效提升抗冻混凝土密实度，降低孔隙率。所述贝壳粉为含有碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合酶液处理后的贝壳研磨而成。
抗分散纤维可采用但不局限于FRP纤维，PVA纤维等；为不影响流畅打印挤出，所述抗分散纤维的长度不大于10mm，直径不大于40μm。
所述减水剂为萘系高效减水剂和硬脂酸钠的混合物，两者的质量比为1:1-1.5。优选的，两者的质量比为1∶1.3。
所述引气剂为十二烷基磺酸钠和甲基纤维素醚的混合物，两者的质量比为1：1-2。优选的，两者的质量比为1：1.5。
所述抗冻剂为聚羧酸系混凝土防冻剂和乙二醇的混合物，两者的质量比为1：1-2。优选的，两者的质量比为1：1.6。
所述缓凝剂为糊精和乙二胺四乙酸二钠的混合物，两者的质量比为1.5-2.5：1。优选的，两者的质量比为2：1。
所述絮凝剂选自聚丙烯酸钠、水解聚丙烯酰胺、藻蛋白酸钠、聚氧乙烯、苛性淀粉或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。优选的，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠。
本发明还提供了一种用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土的施工方法，所述施工方法包括：
(1)按照比例，将水泥、超细粉、砂加入到搅拌器中，并加入1/2质量的水搅拌均匀；
(2)向搅拌器中加入水性环氧树脂、贝壳粉和膨润土和防分散纤维，加入减水剂、引气剂，搅拌5分钟；
(3)加入抗冻剂、缓凝剂和絮凝剂，并加入剩下的水进行搅拌，待混合均匀后进行送料；
(4)以打印速度10-120mm/s进行挤料打印，制备出抗冻混凝土的3D打印结构。
本发明提供的抗冻混凝土材料具有良好抗冻性能和力学性能，具备适合3D打印的流动度和触变性，又具有耐寒抗冻的低孔隙率和密实度，可适应低温恶劣环境下免模自动建造。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
本发明提供的抗冻混凝土的性能按照如下测试方法进行：
1、流动度：参照标准《水泥胶砂流动度测定方法》(GB_T2419-2005)。2、初凝时间和终凝时间：《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)。3、抗压强度和抗折强度：《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)。4、混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级是采用龄期28d的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25％，而且质量损失不超过5％时所能承受的最大冻融循环次数来确定，划分为F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350、F400和>F400抗冻等级。
实施例1
以重量份数计，3D打印的抗冻混凝土，42.5硫铝酸盐水泥63份和超细粉矿粉18份，超细粉硅灰9份，细石英砂90份和水26份进行充分搅拌，均匀后加入水性环氧树脂10份、贝壳粉9份、膨润土6份、PVA纤维0.5份(长度小于10mm、直径小于40μm)、减水剂2.25份(萘系高效减水剂和硬脂酸钠的混合物，两者的质量比为1∶1.3)、引气剂3份(十二烷基磺酸钠和甲基纤维素醚的混合物，两者的质量比为1：1.5)，搅拌5分钟，加入缓凝剂0.3份(糊精和乙二胺四乙酸二钠的混合物，两者的质量比为2：1)、抗冻剂13份(YD-A3聚羧酸系混凝土防冻剂和乙二醇的混合物，两者的质量比为1：1.6)、絮凝剂0.5份(聚丙烯酸钠)，水26份搅拌均匀后准备打印。
本实施例提供的抗冻混凝土的比流动度为182，终凝时间35min，1天打印成型切割标准化试块抗压强度在15Mpa以上，28天抗压强度60Mpa以上，抗冻性F250。
实施例2
以重量份数计，配制3D打印的抗冻混凝土，52.5硅酸盐水泥50份和超细粉煤灰40份、细石英砂80份和水21份充分搅拌均匀，加入水性环氧树脂9份、贝壳粉8份、膨润土7份、FRP纤维1份(长度小于10mm、直径小于40μm)、减水剂2.5份(SNF-A/PNS-A萘系高效减水剂和硬脂酸钠的混合物，两者的质量比为1∶1.3)、引气剂0.2份(十二烷基磺酸钠和甲基纤维素醚的混合物，两者的质量比为1：1.5)，搅拌5分钟，加入缓凝剂0.15份(糊精和乙二胺四乙酸二钠的混合物，两者的质量比为2：1)、絮凝剂1份(聚丙烯酸钠)、抗冻剂11份(YD-A3聚羧酸系混凝土防冻剂和乙二醇的混合物，两者的质量比为1：1.6)，水21份搅拌均匀，即可送料打印。
本实施例提供的抗冻混凝土的比流动度175，终凝时间42min，1天打印成型切割标准化试块抗压强度在21Mpa以上，28天抗压强度80Mpa以上，抗冻性F300。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土，其特征在于，以重量份数计，所述抗冻混凝土由胶凝材料90-125份、砂80-105份、水性环氧树脂5-15份、贝壳粉6-12份、膨润土4-9份、抗分散纤维0.5-1份、减水剂2-8份、引气剂0.6-4份、抗冻剂8-14份、缓凝剂0.15-0.3份、絮凝剂0.5-1.5份和水30-70份组成；所述胶凝材料包括水泥55-85份和超细粉15-40份；
所述抗分散纤维的长度不大于10mm，直径不大于40μm；
所述减水剂为萘系高效减水剂和硬脂酸钠的混合物，两者的质量比为1:1-1.5；
所述引气剂为十二烷基磺酸钠和甲基纤维素醚的混合物，两者的质量比为1：1-2；
所述抗冻剂为聚羧酸系混凝土防冻剂和乙二醇的混合物，两者的质量比为1：1-2；
所述缓凝剂为糊精和乙二胺四乙酸二钠的混合物，两者的质量比为1.5-2.5：1；
所述超细粉选自硅粉、超细粉煤灰、超细磷渣粉、超细矿渣粉或纳米级碳酸钙粉中的一种或至少两种的组合；
所述贝壳粉的粒度小于5μm，所述贝壳粉为含有碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的混合酶液处理后的贝壳研磨而成；
所述絮凝剂为聚丙烯酸钠。
2.一种权利要求1所述的用于低温环境下3D打印的抗冻混凝土的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括：
（1）按照比例，将水泥、超细粉、砂加入到搅拌器中，并加入1/2质量的水搅拌均匀；
（2）向搅拌器中加入水性环氧树脂、贝壳粉和膨润土和抗分散纤维，加入减水剂、引气剂，搅拌5分钟；
（3）加入抗冻剂、缓凝剂和絮凝剂，并加入剩下的水进行搅拌，待混合均匀后进行送料；
（4）以打印速度10-120mm/s进行挤料打印，制备出低温环境抗冻混凝土的3D打印结构。
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