CN113173756A - 以钢渣废料为骨料的耐高温3d打印纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents
以钢渣废料为骨料的耐高温3d打印纤维混凝土及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土及其制备方法，该耐高温3D打印纤维混凝土，包括以下原料：水泥、硅灰、粉煤灰、矿粉、钢渣废料、纳米颗粒、钢纤维、聚丙烯纤维、减水剂、保水剂和水。本发明所得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土不但能够满足3D打印的供需求，同时具备高强高韧性耐高温等特点。另外，本发明制备的3D打印纤维混凝土使用了钢渣废料作为骨料，提高固废利用，符合绿色环保的需求。
Description
技术领域
本发明涉及工程材料领域，具体涉及一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土及其制备方法。
技术背景
3D打印作为一项新兴技术，它通过打印机喷嘴进行材料挤出、堆积，打印出可复制、可控制的实体产品，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。与传统的制造技术相比较，3D打印技术具有节约劳动力及原材料，精度高，制造速度快等优势。
3D打印混凝土技术能够实现工程建造的快速化、智能化以及机械化，有利于降低劳动力资源浪费，充分贯彻我国“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念。然而，由于目前3D打印还处在探索阶段，受限于打印技术，3D打印出的建筑结构往往无法配筋，这就导致结构中受弯构件强度不够。同时，重大火灾不断发生，造成了大量人员伤亡和财产损失，这就要求所接触混凝土建筑有较好的耐高温性能，而聚丙烯纤维在高温熔化后可有利于混凝土内部水蒸气的排出，防止混凝土发生高温爆裂。而且，钢渣作为冶炼各类钢铁产品过程中产生的副产品，综合利用率低，污染环境，将钢渣作为骨料应用在混凝土中，既可以取代不可再生的天然石料，又可以提高混凝土的性能，达到变废为宝的目的。因此研发强度高、韧性好、耐高温性能好的高性能混凝土打印材料，是目前将3D打印混凝土技术应用到实际工程建造中的重要途径之一。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土及其制备方法，凝结时间短、粘聚性好，浆料不会发生坍落；同时具有较高的强度，韧性和变形能力强，耐高温性能好，密实性好等优点，最高抗压强度超过200MPa，符合超高性能混凝土的标准要求，能够满足3D打印对于快速凝固的要求；其制备方法简单，易操作实施。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，按照质量百分比，包括以下原料：水泥基胶凝材料47.5％-54.5％、细钢渣废料38％-40％、纳米颗粒0.361％-0.399％、钢纤维1.0％-3.0％、聚丙烯纤维0.1％-0.3％、减水剂0.65％-1.25％、保水剂0.0004％-0.005％，余量为水。
所述水泥基胶凝材料由水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣微粉组成，按照占总原料的质量百分比，水泥35％-40％、硅灰5.5％-6.8％、粉煤灰5.4％-6.0％、矿渣微粉1.6％-1.7％。
所述水泥为P.O.52.5硅酸盐水泥。
所述钢纤维的长度为6-10mm，直径为0.12mm，抗拉强度≥2850MPa。
所述细钢渣废料的最大粒径不超过1mm。
所述纳米颗粒为纳米碳化钙。
所述减水剂为ZJ-PC8020聚羧酸高性能减水剂。
所述保水剂为30万胶黏性的羟甲基丙基纤维素。
上述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将水泥基胶凝材料、纳米颗粒、细钢渣废料、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中搅拌；
步骤2，将减水剂以及三分之一的水混合，置于搅拌机中搅拌；
步骤3，将剩余水置于搅拌机中搅拌，得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。
每一步骤中搅拌时间不得小于4min，然后进入下一步骤。
本发明的有益效果是：使用传统材料，无特殊或高价材料，性价比高。并且，本发明制备工艺简单，便于工程应用。不但具备超高的强度、韧性和变形能力，同时具有较好的耐高温性能，凝结时间短，可塑性好等优点，能够很好适应3D打印的需求。
附图说明
图1为本发明以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土的28天强度和韧性试验曲线(其中横坐标为应变；纵坐标为应力，单位为MPa)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，按照质量百分比，包括以下原料：水泥基胶凝材料47.5％-54.5％、细钢渣废料38％-40％、纳米颗粒0.361％-0.399％、钢纤维1.0％-3.0％、聚丙烯纤维0.1％-0.3％、减水剂0.65％-1.25％、保水剂0.0004％-0.005％，余量为水。
所述水泥基胶凝材料由水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣微粉组成，按照占总原料的质量百分比，水泥35％-40％、硅灰5.5％-6.8％、粉煤灰5.4％-6.0％、矿渣微粉1.6％-1.7％。
优选，所述水泥为P.O.52.5硅酸盐水泥。所述钢纤维的长度为6-10mm，直径为0.12mm，抗拉强度≥2850MPa。所述细钢渣废料的最大粒径不超过1mm。
所述纳米颗粒为纳米碳化钙。所述减水剂为ZJ-PC8020聚羧酸高性能减水剂。所述保水剂为30万胶黏性的羟甲基丙基纤维素。
上述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将水泥基胶凝材料、纳米颗粒、细钢渣废料、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中搅拌；
步骤2，将减水剂以及三分之一的水混合，置于搅拌机中搅拌；
步骤3，将剩余水置于搅拌机中搅拌，得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。
每一步骤中搅拌时间不得小于4min，然后进入下一步骤。
所述硅灰在混凝土中的作用为：(1)填充效应、(2)火山灰效应和(3)润滑作用。所述粉煤灰在混凝土中的作用为：(1)活性效应、(2)形态效应和(3)微集料效应。所述矿渣微粉在混凝土中的作用为：(1)填充效应、(2)活性效应和(3)减热效应。所述聚丙烯纤维的长度为10mm，直径为0.031mm，抗拉强度≥400MPa，弹性模量>3500MPa，熔点165℃，燃点580℃。
以下实施例中的百分比为质量百分比，其中细钢渣废料最大粒径不超过1mm。水泥为P.O.52.5硅酸盐水泥。所述钢纤维的长度为6-10mm，直径为0.12mm，抗拉强度≥2850MPa。纳米颗粒为纳米碳化钙。减水剂为ZJ-PC8020聚羧酸高性能减水剂。保水剂为30万胶黏性的羟甲基丙基纤维素。
实施例1
一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土，包括以下原料：胶凝材料(P.O.52.5硅酸盐水泥37.4kg、硅灰5.5kg、粉煤灰5.4kg、矿渣微粉1.7kg)、细钢渣废料40kg、纳米颗粒0.38kg、钢纤维2.0kg、聚丙烯纤维0.2kg、减水剂0.95kg、保水剂0.002kg、水6.468kg。
上述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉置于搅拌机中干搅3分钟，随后将纳米颗粒、细钢渣废料、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中与水泥等材料一起干搅3分钟。
步骤2，将聚羧酸高性能减水剂以及2.156kg的水混合，置于搅拌机中搅拌。
步骤3，将剩余4.312kg水置于搅拌机中搅拌，得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。上述步骤1至步骤3中均采用水泥胶砂搅拌机进行。
实施例2
一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土，包括以下原料：胶凝材料(P.O.52.5硅酸盐水泥40.0kg、硅灰6.8kg、粉煤灰6.0kg、矿渣微粉1.7kg)、细钢渣废料38kg、纳米颗粒0.361kg、钢纤维1.0kg、聚丙烯纤维0.1kg、减水剂1.0kg、保水剂0.001kg、水5.038kg。
上述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉置于搅拌机中干搅3分钟，随后将纳米颗粒、细钢渣废料、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中与水泥等材料一起干搅3分钟。
步骤2，将聚羧酸高性能减水剂以及1.679kg的水混合，置于搅拌机中搅拌。
步骤3，将剩余3.359kg水置于搅拌机中搅拌，得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。上述步骤1至步骤3中均采用水泥胶砂搅拌机进行。
实施例3
一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土，包括以下原料：胶凝材料(P.O.52.5硅酸盐水泥35.0kg、硅灰5.5kg、粉煤灰5.4kg、矿渣微粉1.6kg)、细钢渣废料39kg、纳米颗粒0.399kg、钢纤维3.0kg、聚丙烯纤维0.3kg、减水剂1.25kg、保水剂0.0004kg、水8.5506kg。
上述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土制备方法，包括以下步骤：
步骤1，先将水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉置于搅拌机中干搅3分钟，随后将纳米颗粒、细钢渣废料、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中与水泥等材料一起干搅3分钟。
步骤2，将聚羧酸高性能减水剂以及2.8502kg的水混合，置于搅拌机中搅拌。
步骤3，将剩余5.7004kg水置于搅拌机中搅拌，得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。上述步骤1至步骤3中均采用水泥胶砂搅拌机进行。
对比例1
一种以河砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土，包括以下原料：胶凝材料(P.O.52.5硅酸盐水泥37.4kg、硅灰5.5kg、粉煤灰5.4kg、矿渣微粉1.7kg)、河砂40kg、纳米颗粒0.38kg、钢纤维2.0kg、聚丙烯纤维0.2kg、减水剂0.95kg、保水剂0.002kg、水6.468kg。
上述以河砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，先将水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉置于搅拌机中干搅3分钟，随后将纳米颗粒、河砂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中与水泥等材料一起干搅3分钟。
步骤2，将聚羧酸高性能减水剂以及2.156kg的水混合，置于搅拌机中搅拌。
步骤3，将剩余4.312kg水置于搅拌机中搅拌，得到以河砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土。上述步骤1至步骤3中均采用水泥胶砂搅拌机进行。
对比例2
一种以石英砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土，包括以下原料：胶凝材料(P.O.52.5硅酸盐水泥37.4kg、硅灰5.5kg、粉煤灰5.4kg、矿渣微粉1.7kg)、石英砂40kg、纳米颗粒0.38kg、钢纤维2.0kg、聚丙烯纤维0.2kg、减水剂0.95kg、保水剂0.002kg、水6.468kg。
上述以石英砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，先将水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣微粉置于搅拌机中干搅3分钟，随后将纳米颗粒、石英砂、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中与水泥等材料一起干搅3分钟。
步骤2，将聚羧酸高性能减水剂以及2.156kg的水混合，置于搅拌机中搅拌。
步骤3，将剩余4.312kg水置于搅拌机中搅拌，得到以石英砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土。上述步骤1至步骤3中均采用水泥胶砂搅拌机进行。
试验
对实施例1-3所得的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土的凝结时间、流动度、7天和28天抗折强度及抗压强度、高温后抗压强度分别进行测试，具体如下：
1)试验方法：
试件制备：试件尺寸为40×40×160mm，具体制作方法参考GB/T17671─1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，试件在温度为20±2℃，相对湿度95％条件下养护到试验龄期。
凝结时间：参考GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。
流动度：参考GB/T 5044-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》附录A.0.2规定的实验方法进行测量。
7天和28天抗折强度及抗压强度：参考GB/T 17671─1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》中的规定。
高温后抗压强度：采用特制1400℃快速升温箱式电炉对28天混凝土进行升温并测其抗压强度。
韧性：参考CECS13:89钢纤维混凝土实验方法进行测量。
2)试验结果：凝结时间、流动度、7天和28天抗折强度及抗压强度、高温后抗压强度测量结果如表1所示，韧性试验结果如图1所示。
表1性能测试结果
由表1可知，实施例1-3所得的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土28天的抗压强度大于180MPa，28天的抗折强度大于30MPa，满足超高性能混凝土的标准要求。
实施例1-3的流动度明显低于对比例1-2，表明本发明的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土具有较好的稳定性。结果表明，以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土的流动性比以河砂或石英砂的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土在打印过程中拥有更好的稳定性和密实性，有助于提高以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土的强度。
实施例1-3的常温抗压强度和抗折强度明显高于对比例2，表明钢渣废料对耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土的抗压能力和抗折能力明显优于采用河砂的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。实施例1-3的抗压强度和抗折强度略高于对比例1，表明钢渣废料对提高常温抗压能力和抗折能力的作用要稍高于石英砂，但钢渣废料不但造价比石英砂低廉，并且不需要消耗现有资源，拥有较高的市场前景。
实施例1-3的高温后抗压强度明显高于对比例1-2，表明本发明的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土在高温后的强度比以河砂或石英砂为骨料的3D打印超高性能纤维增强混凝土在高温后的强度高。实施例1-3的高温后抗压强度表明本发明以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土的抗压强度随着温度的升高先升高，于400℃达到最大，之后随着温度的升高抗压强度开始下降。以河砂或石英砂为骨料的3D打印超高性能纤维混凝土抗压强度在达到200℃后强度就开始发生下降。
综上所述，本发明所得的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土表现出优异的强度特性以及良好的韧性。钢渣废料的加入提高了材料的抗压强度以及耐高温性能。
本发明所得到的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土具有诸多优点，并且制作工艺简单，无需繁琐的加工手续。本发明中使用的材料均为市面常见材料，便于采购。然而，虽然本发明的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土在力学性能以及制备工艺上都十分的优异，由于其均采用了市面常见的材料，也不需要超声波分散器等特殊设备，使得制备成本相对低廉。这使得本发明的以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土拥有较为广阔的应用前景。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，按照质量百分比，包括以下原料：水泥基胶凝材料47.5％-54.5％、细钢渣废料38％-40％、纳米颗粒0.361％-0.399％、钢纤维1.0％-3.0％、聚丙烯纤维0.1％-0.3％、减水剂0.65％-1.25％、保水剂0.0004％-0.005％，余量为水。
2.根据权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述水泥基胶凝材料由水泥、硅灰、粉煤灰和矿渣微粉组成，按照占总原料的质量百分比，水泥35％-40％、硅灰5.5％-6.8％、粉煤灰5.4％-6.0％、矿渣微粉1.6％-1.7％。
3.根据权利要求2所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O.52.5硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述钢纤维的长度为6-10mm，直径为0.12mm，抗拉强度≥2850MPa。
5.根据权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述细钢渣废料的最大粒径不超过1mm。
6.根据权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述纳米颗粒为纳米碳化钙。
7.根据权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述减水剂为ZJ-PC8020聚羧酸高性能减水剂。
8.根据权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土，其特征在于，所述保水剂为30万胶黏性的羟甲基丙基纤维素。
9.如权利要求1所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将水泥基胶凝材料、纳米颗粒、细钢渣废料、保水剂、钢纤维和聚丙烯纤维混合，置于搅拌机中搅拌；
步骤2，将减水剂以及三分之一的水混合，置于搅拌机中搅拌；
步骤3，将剩余水置于搅拌机中搅拌，得以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印超高性能纤维增强混凝土。
10.根据权利要求9所述以钢渣废料为骨料的耐高温3D打印纤维混凝土的制备方法，其特征在于，每一步骤中搅拌时间不得小于4min，然后进入下一步骤。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114702285A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-07-05 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种多源废渣基混凝土3d打印材料及制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110305635A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-10-08 | 天津工业大学 | 一种成形储热材料及其制备方法 |
| CN111302709A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-19 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 3d打印用碱激发胶凝材料及其打印方法 |
| CN111499314A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-07 | 河北工业大学 | 一种可3d打印的超高性能混凝土及其制备方法和使用方法 |
| CN112374825A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-19 | 南京绿色增材智造研究院有限公司 | 一种3d打印韧性混凝土材料及制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110305635A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-10-08 | 天津工业大学 | 一种成形储热材料及其制备方法 |
| CN111302709A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-19 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 3d打印用碱激发胶凝材料及其打印方法 |
| CN111499314A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-07 | 河北工业大学 | 一种可3d打印的超高性能混凝土及其制备方法和使用方法 |
| CN112374825A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-19 | 南京绿色增材智造研究院有限公司 | 一种3d打印韧性混凝土材料及制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 孙振平 等: "适合3D打印施工的超高性能混凝土研究", 《新型建筑材料》 * |
| 徐慎春 等: "钢纤维及纳米材料对超高性能混凝土早期力学性能的影响", 《硅酸盐通报》 * |
| 杨婷 等: "超高性能混凝土高温后性能试验研究", 《土木与工程学报》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114702285A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-07-05 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种多源废渣基混凝土3d打印材料及制备方法 |
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