CN112551968B - 一种沙漠砂-铬铁渣3d打印混凝土材料及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沙漠砂‑铬铁渣3D打印混凝土材料，以重量份数计，所述3D打印混凝土材料包括胶凝材料100～200、水50～150、沙漠砂20～90、铬铁渣60～300，激发剂1～5，外加剂2.8～4.5和纤维0.1～1。本发明还提供了上述沙漠砂‑铬铁渣3D打印混凝土材料的施工方法：室温下用改性剂溶液浸泡铬铁渣后干燥备用；将沙漠砂与激发剂混合后进行搅拌；将沙漠砂与激发剂的均匀混合物与胶凝材料、铬铁渣充分搅拌；加入水和外加剂；撒入纤维后搅拌，对拌和物进行层叠挤出，连续打印。本发明提供的混凝土材料充分利用了天然风化沙漠砂和工业固废，并具有较好的力学性能和打印性能，本发明提供的施工方法适用于增材自制的轮廓建造工艺。

Description

一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料及其施工方法
技术领域
本发明属于建筑材料和土建施工技术领域，特别涉及一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料及其施工方法。
背景技术
3D打印技术因为免模施工，机械作业，和增材自制，数字建造的优势，凸显强大的技术优势，可以实现机械化自动化建造工程。现有的3D打印混凝土材料较多，如申请号为CN201910134165、CN201810913908、CN201910133642的中国专利提出了3D打印混凝土的配合比设计。然而，随着基础设施建设爆发式增长，建筑用砂资源紧张，价格涨幅近100％，部分地区已经开始“进口河砂”。我国西北地区荒漠化，有大量沙漠砂。沙漠砂平均粒径小、吸水率高，由于干燥环境下长期风化作用呈现中空粗糙的空间形态，具有表面包裹力差、硬度低的缺点，含有的有害成分也会对成型后混凝土力学性能及耐久性能产生一定的影响。由于沙漠砂含泥量低、细度偏小，直接作为细骨料成型后的混凝土水胶比、粘度等性能均与现有河砂混凝土呈现显著差异，一直无法被纳入建筑材料使用。铬铁渣为高碳铬铁炉渣，属于Ⅰ类一般工业固废，对生物体无毒、无害，可开发其资源属性作建筑材料使用。铬铁渣硬度大、弹性模量高，耐蚀好，其多孔结构及粒径分布与沙漠砂形成材料及性能互补。
基于沙漠砂和铬铁矿渣开发3D打印混凝土智能建造材料，不仅有利于土建工程建造技术的升级和建造效率的提升，还可解决天然骨料资源短缺和尾矿垃圾的再生利用难题，具有迫切的技术发展需求和广阔的市场应用前景，然而现阶段并无相关技术见诸报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料及其施工方法，本发明提供的混凝土材料充分利用了天然风化沙漠砂和工业固废，并具有较好的力学性能和打印性能，本发明提供的施工方法适用于增材自制的轮廓建造工艺。
本发明提供如下技术方案：
一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料，以重量份数计，所述3D打印混凝土材料包括胶凝材料100～200、水50～150、沙漠砂20～90、铬铁渣60～300，激发剂1～5，外加剂2.8～4.5和纤维0.1～1。
优选的，所述铬铁渣为改性剂溶液处理后的铬铁渣，所述改性剂溶液包括硅酸盐、水泥、矿粉和水。进一步优选的，所述改性剂溶液为硅酸盐：水泥：矿粉：水按1：1：1.4：20混合后的溶液。改性后的铬铁渣与水泥基材料产生协作性良好的界面。
所述的胶凝材料包括水泥55～85％和超细粉15～45％，所述百分比为重量百分比，其中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；所述的超细粉选自硅粉、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。
所述的激发剂为碱类，选自硅酸盐类或醇胺类微粉的一种或组合。采用激发剂有利于提高混凝土的力学性能，提升率为10-20％。
所述的外加剂包括高效减水剂2～3、缓凝剂0.8～1.5。
所述的纤维选自钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或合成聚合纤维中的一种或至少两种的组合。
优选的，所述的沙漠砂的粒径为50～200μm，所述的铬铁渣的粒为2～5mm。
本发明还提供了一种根据沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：
(1)室温下用改性剂溶液浸泡铬铁渣后干燥备用；
(2)将沙漠砂与激发剂混合后进行搅拌；
(3)将沙漠砂与激发剂的均匀混合物与胶凝材料、铬铁渣充分搅拌；
(4)加入水和外加剂；
(5)撒入纤维后搅拌，对拌和物进行层叠挤出，连续打印。
优选的，在步骤(1)中，改性剂溶液为硅酸盐：水泥：矿粉：水按1：1：1.4：20混合后的溶液。
优选的。其中，步骤(1)中的铬铁渣的浸泡时间需超过48h；步骤(2)中搅拌15min；步骤(3)中搅拌10min；步骤(5)中搅拌10-15min，连续打印时的中断时间不宜大于20min，整体结构应该在1h内完成。
由于本发发明采用了天然风化沙漠砂和工业固废，本发明提供的材料配合比设计及打印施工方法与传统3D打印混凝土具有一定技术差异。本发明提供的混凝土材料针对沙漠砂中空结构和常见有害介质进行了激发处理，铬铁渣材质导致拌合物泌水严重，使用前进行了改性处理。
本发明提供的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料的优点在于：充分利用西北荒漠化自然资源和工业固废，材料性能优越，成本低廉，具有与河砂打印材料一致的力学性能，耐久性能，并具有更为良好的可打印性，高保温高隔声性能，同时解决了现有数字建造中细骨料短缺的技术难题。
附图说明
图1为实施例中沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料的施工方法。
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，以下结合附图及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。
实施例1
以重量份数计，本实施例提供的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料包括：硅酸盐425水泥120份，超细粉煤灰45份，水75份，沙漠砂40份，铬铁渣95份，激发剂采用硅酸钠粉末3份，硅酸聚羧酸系高效减水剂2.4份，聚丙烯酸钠0.6份，聚乙烯醇纤维0.3份。其中，铬铁渣为硅酸盐：水泥：矿粉：水按1：1：1.4：20混合后的改性剂溶液在室温下浸泡超过48h后改性的铬铁渣。
本实施例提供的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料的打印及力学性能见表1。
实施例2
以重量份数计，本实施例提供的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料包括：硫铝酸盐水泥95份，超细粉煤灰25份，水50份，沙漠砂30份，铬铁渣90份，PVA纤维0.1份。激发剂采用三乙醇胺微粉3份，聚羧酸系高效减水剂2.5份，酒石酸0.4份。其中，铬铁渣为硅酸盐：水泥：矿粉：水按1：1：1.4：20混合后的改性剂溶液在室温下浸泡超过48h后改性的铬铁渣。
实施例3
以重量份数计，本实施例提供的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料包括：硅酸盐425水泥70份，硫铝酸盐水泥65份，超细粉煤灰55份，水75份，沙漠砂25份，铬铁渣70份，激发剂采用硅酸钠粉末3份，硅酸聚羧酸系高效减水剂2.4份，聚丙烯酸钠0.6份，聚乙烯醇纤维0.25份。其中，铬铁渣为硅酸盐：水泥：矿粉：水按1：1：1.4：20混合后的改性剂溶液在室温下浸泡超过48h后改性的铬铁渣。
本实施例提供的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料的打印及力学性能见表1。
其中，表1中力学性能参考《水泥胶砂强度检验方法(ISO)法》(GB/T 17671)、可打印性和可建造性的测试方法参考中国工程建设标准化协会标准(CECS)《混凝土3D打印技术规程(报批稿)》。
表1实施例1-3提供的3D打印沙漠砂铬铁渣混凝土打印及其力学性能
Figure BDA0002765325420000061
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 (3)

1.一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料，其特征在于，以重量份数计，所述3D打印混凝土材料包括胶凝材料100～200、水50～150、沙漠砂20～90、铬铁渣60～300，激发剂1～5，外加剂2.8～4.5和纤维0.1～1；
所述铬铁渣为改性剂溶液浸泡后的铬铁渣，所述改性剂溶液包括硅酸盐、水泥、矿粉和水；
所述的胶凝材料包括以下重量百分比的水泥55～85%和超细粉15～45%，其中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；所述的超细粉选自硅粉、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；
所述的激发剂为碱类，选自硅酸盐类或醇胺类微粉的一种或组合；
所述的外加剂包括高效减水剂2～3、缓凝剂0.8～1.5；
所述的纤维选自钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或合成聚合纤维中的一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料，其特征在于，所述的沙漠砂的粒径为50～200μm，所述的铬铁渣的粒径 为2～5mm。
3.一种根据权利要求1-2任一所述的沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：
（1）室温下用改性剂溶液浸泡铬铁渣后干燥备用；
（2）将沙漠砂与激发剂混合后进行搅拌；
（3）将沙漠砂与激发剂的均匀混合物与胶凝材料、铬铁渣充分搅拌；
（4）加入水和外加剂；
（5）撒入纤维后搅拌，对拌和物进行层叠挤出，连续打印。
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