CN114292073A

CN114292073A - 一种可3d打印风积沙抗冻混凝土及其制备方法和使用方法

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Publication number: CN114292073A
Application number: CN202210171275.6A
Authority: CN
Inventors: 马国伟; 胡元元; 王里; 李�荣; 马慧
Original assignee: Yaobai Special Cement Technology Development Co ltd; Hebei University of Technology
Current assignee: Yaobai Special Cement Technology Development Co ltd; Hebei University of Technology
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2042-02-24
Also published as: CN114292073B

Abstract

本发明提供了一种可3D打印风积沙抗冻混凝土及其制备方法和使用方法，属于混凝土技术领域。本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土，按重量份数计，包括以下制备原料：不低于42.5等级的硅酸盐水泥166～186份；硅灰3～13份；粉煤灰6～16份；风积沙330～350份；减水剂1～5份；纤维素醚0.1～1.5份；淀粉醚0.05～0.5份；消泡剂0.1～1.5份；聚丙烯纤维0.2～4份；水60～75份；所述风积沙为经过碱处理的风积沙。本发明提供的风积沙抗冻混凝土不仅可以实现3D打印，而且力学性能和耐久性能优越，对沙漠地区天然沙紧缺、风积沙资源丰富的状况也做到了因地制宜，就地取材。

Description

一种可3D打印风积沙抗冻混凝土及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种可3D打印风积沙抗冻混凝土及其制备方法和使用方法。

背景技术

近年来，混凝土3D打印(3DCP)作为一种新型智能增材建造技术，受到了全世界的广泛关注，并在景观小品、基础设施以及建筑结构的建造上取得了众多成果，成为了实现建造智能化、自动化的有效途径。与传统的施工工艺相比，3DCP具有无模化、耗材少、设计自由度高、建造工期短、劳动力需求低等优势，在偏远地区的工程建设中有着巨大的应用前景。特别是在沙漠地区，一直以来，该地区的基础设施建设往往因恶劣的施工环境、较高的劳动力需求而备受制约，3DCP的快速发展则可以极大限度地减少人工需求，提高可持续性，降低建造成本，有效打破传统建造方式在施工过程中所面临的困境。除此之外，对于沙漠地区，由于河沙资源分布失衡，细骨料短缺，该局限性直接导致了较高的材料运输成本。

沙漠地区拥有丰富的风积沙资源，且具有湿陷性大的特细沙。风积沙是由自然风吹选堆积而成，其颗粒较小且分布集中，粒径在0.074～0.25mm之间。研究表明，风积沙能加速水泥的水化反应，且其具有一定的火山灰活性，能够提高水泥浆体的抗压强度，特别是长期抗压强度。

然而，采用风积沙制备的混凝土进行3D打印，3D打印过程中逐层叠加的成型方式，降低了混凝土基体的整体性，难以避免地引入一定量的弱粘结面及堆叠空隙，造成了材料的细观非均质性与各向异性，将会削弱打印材料的力学性能和耐久性，特别是抗冻融性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可3D打印风积沙抗冻混凝土及其制备方法和使用方法，本发明提供的风积沙抗冻混凝土不仅可以实现3D打印，而且力学性能和耐久性能优越。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种可3D打印的风积沙抗冻混凝土，按重量份数计，包括以下制备原料：

不低于42.5等级的硅酸盐水泥166～186份；

硅灰3～13份；

粉煤灰6～16份；

风积沙330～350份；

减水剂1～5份；

纤维素醚0.1～1.5份；

淀粉醚0.05～0.5份；

消泡剂0.1～1.5份；

聚丙烯纤维0.2～4份；

水60～75份；

所述风积沙为经过碱处理的风积沙。

优选的，所述碱处理包括以下步骤：将风积沙浸泡于氢氧化钠溶液中，采用冷凝回流法煮沸；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2mol/L；所述煮沸的时间为1～3小时。

优选的，所述风积沙的粒径为50～200μm，细度模数为0.7，表观密度为2630kg/cm³，堆积密度为1400kg/m³。

优选的，所述硅灰的粒径为0.2μm～35μm；所述粉煤灰的粒径为0.3μm～650μm。

优选的，所述纤维素醚为羟乙基纤维素和/或羟丙基甲基纤维素；所述羟乙基纤维素的粘度为50000～200000mpa·s，所述羟丙基甲基纤维素的粘度为50000～200000mpa·s。

优选的，所述淀粉醚为羟丙基淀粉醚，粘度为500～20000mpa·s。

优选的，所述消泡剂为非硅型、聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型消泡剂中的一种或几种。

优选的，所述聚丙烯纤维的长度为3～19mm。

本发明提供了上述方案所述风积沙抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将硅酸盐水泥、硅灰、风积沙和粉煤灰混合，得到混合物料；

将减水剂与第一部分水混合，得到减水剂溶液；

将纤维素醚、淀粉醚与第二部分水混合，得到增稠剂溶液；

将消泡剂与剩余水混合，得到消泡剂溶液；

将所述混合物料、减水剂溶液、增稠剂溶液、消泡剂溶液和聚丙烯纤维混合，得到可3D打印的风积沙抗冻混凝土。

本发明提供了上述方案所述可3D打印的风积沙抗冻混凝土或上述方案所述制备方法制备得到的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的使用方法，包括以下步骤：将所述风积沙抗冻混凝土进行3D打印，所述3D打印的参数包括：喷头直径为1～3cm，挤出速度0.3～0.4m³/h，水平打印速度250～290m/h。

本发明提供了一种可3D打印的风积沙抗冻混凝土，按重量份数计，包括以下制备原料：不低于42.5等级的硅酸盐水泥166～186份；硅灰3～13份；粉煤灰6～16份；风积沙330～350份；减水剂1～5份；纤维素醚0.1～1.5份；淀粉醚0.05～0.5份；消泡剂0.1～1.5份；聚丙烯纤维0.2～4份；水60～75份；所述风积沙为经过碱处理的风积沙。

本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土利用碱处理法对风积沙进行化学激发，充分提高其火山灰活性，从而有效参与水泥的水化进程，提高机体的密实度与机械性能；采用不低于42.5等级的硅酸盐水泥替代抗拉强度低、易开裂和脆性大的传统建筑材料作为胶凝材料，保证混凝土的强度；纤维素醚的高分子链状结构对混凝土水化产物有复合吸附作用，并且不会增加材料需水量，因此具有较高的稳定效率，实现材料的可泵送性和可打印性；因为风积砂相对于河沙等常规的建筑材料，具有颗粒粒径相对较小，级配相对均匀等特点，所以使用其制作的水泥砂浆，具有的粘度较高，不利于挤出式的打印成型，因此，引入淀粉醚既能实现保水，又可以降低粘度；此外，本发明细骨料完全采用风积沙，并加入了硅灰和粉煤灰，使得胶凝材料具有较高的流动性和耐腐蚀性。同时，与减水剂和消泡剂的配合使用，在控制材料水灰比的前提下，适当调控胶凝材料的反应速度，实现胶凝体系水化速率适当可控，并且降低了材料的气孔数量，进而保证本发明提供的抗冻混凝土具有更好的力学性能和耐久性能。

此外，沙漠地区天然沙紧缺，本发明利用风积沙制备抗冻混凝土，就地取材，变治沙为用沙，缓解了沙漠地区集料资源短缺的问题，同时有助于遏止土地沙漠化进程。

附图说明

图1为本发明风积沙抗冻混凝土的制备流程图；

图2为实施例1风积沙抗冻混凝土的3D打印实物图；

图3为实施例和对比例的抗冻混凝土的28d抗压强度图；

图4为实施例和对比例的抗冻混凝土的冻融循环质量损失图；

图5为实施例和对比例的抗冻混凝土的冻融循环相对动弹模量图。

具体实施方式

不低于42.5等级的硅酸盐水泥166～186份；

硅灰3～13份；

粉煤灰6～16份；

风积沙330～350份；

减水剂1～5份；

纤维素醚0.1～1.5份；

淀粉醚0.05～0.5份；

消泡剂0.1～1.5份；

聚丙烯纤维0.2～4份；

水60～75份；

所述风积沙为经过碱处理的风积沙。

在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。

按重量份数计，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括不低于42.5等级的硅酸盐水泥166～186份，优选为171～181份，更优选为174～179份。在本发明中，所述不低于42.5等级的硅酸盐水泥作为胶凝材料主要起到包裹骨料、保证硬化后混凝土的强度的作用，与抗拉强度低、易开裂和脆性大的传统建筑材料相比，具有更高的强度。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括硅灰3～13份，优选为4～12份，更优选为6～10份。在本发明中，所述硅灰的粒径优选为0.2μm～35μm，更优选为2μm～25μm，最优选为5μm～10μm。在本发明中，硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与水泥中碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，能够显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括粉煤灰6～16份，优选为7～15份，更优选为9～13份。在本发明中，所述粉煤灰的粒径优选为0.3μm～650μm，更优选为30μm～500μm，最优选为300μm～400μm。在本发明中，所述粉煤灰可节约水泥和细骨料，减少了用水量，改善了混凝土拌和物的和易性。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括风积沙330～350份，优选为335～345份，更优选为337～342份。在本发明中，所述风积沙的粒径优选为50～200μm，细度模数优选为0.7，表观密度优选为2630kg/cm³，堆积密度优选为1400kg/m³。在本发明中，所述风积沙为经过碱处理的风积沙。在本发明中，所述碱处理优选包括以下步骤：将风积沙浸泡于氢氧化钠溶液中，采用冷凝回流法煮沸。在本发明中，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为0.5～2mol/L；所述煮沸的时间优选为1～3h。在本发明中，所述氢氧化钠溶液优选由氢氧化钠溶于去离子水制备得到。本发明对所述氢氧化钠溶液的用量没有特殊要求，能够将风积沙完全浸没即可。完成所述煮沸后，本发明优选还包括将处理后的风积沙进行干燥。本发明对所述干燥的条件没有特殊要求。在本发明中，所述氢氧化钠溶液能够有效激发风积沙的火山灰活性，碱处理后的风积沙能够与水泥发生二次水化反应，增加机体的密实度，提高水泥浆体的抗压强度，特别是长期抗压强度。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括减水剂1～5份，优选为2～5份，更优选为3～4份。在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸系减水剂，所述减水剂的减水率优选大于30％；固含量优选小于40％。在本发明中，所述减水剂能够降低用水量，从而提高混凝土的致密性和硬度，增大其流动性。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括纤维素醚0.1～1.5份，优选为0.2～1.0份，更优选为0.3～0.8份。在本发明中，所述纤维素醚优选为羟乙基纤维素和/或羟丙基甲基纤维素；所述羟乙基纤维素的粘度优选为100000～200000mpa·s，所述羟丙基甲基纤维素的粘度优选为100000～200000mpa·s。在本发明中，所述纤维素醚的高分子链状结构对混凝土水化产物有复合吸附作用；纤维素醚是物理作用溶解于水中，而不是与水产生化学反应，不会增加材料需水量，不需额外拌合用水，更适合低水胶比材料流动性的高效控制，实现材料可打印性。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括淀粉醚0.05～0.5份，优选为0.1～0.5份。在本发明中，所述淀粉醚优选为羟丙基淀粉醚，粘度优选为500～20000mpa·s。由于风积沙相对于河沙等常规的建筑材料，具有颗粒粒径相对较小，级配相对均匀等特点，所以使用其制作的水泥砂浆，具有的粘度较高，不利于挤出式的打印成型，本发明通过引入淀粉醚既能实现保水，又可以降低粘度，实现风积沙的顺利打印。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括消泡剂0.1～1.5份，优选为0.1～1份，更优选为0.5～1份。在本发明中，所述消泡剂优选为非硅型、聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型中的一种或几种。本发明对非硅型、聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型消泡剂的具体种类没有特殊要求，本领域熟知的相应类型的消泡剂均可。在本发明中，非硅型消泡剂具体可以为醇类消泡剂、脂肪酸消泡剂、脂肪酸酯消泡剂、磷酸酯类消泡剂、矿物油类消泡剂、酰胺类消泡剂等；聚醚型消泡剂具体可以为GP型消泡剂、GPE型消泡剂、GPES型消泡剂；有机硅型消泡剂具体可以为固体型消泡剂、乳液型消泡剂、溶液型消泡剂和油型消泡剂等；聚醚改性有机硅型消泡剂具体可以为酸为催化剂制备的－Si－O－C－键连接的共聚物的消泡剂、－Si－C－键衔接的共聚物的消泡剂。在本发明中，消泡剂可以有效降低材料气孔数量，提高材料密实度和水化反应速度，从而提高材料的界面粘结性能和力学性能。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括聚丙烯纤维0.2～4份，优选为0.2～2份，更优选为0.5～1份。在本发明中，所述聚丙烯纤维的长度优选为3～19mm，更优选为9～12mm，最优选为9mm；在本发明中，所述聚丙烯纤维的直径优选为18～48μm，更优选为23～43μm，最优选为33μm。在本发明中，所述聚丙烯纤维与水泥表面握裹力强，纤维化学性能稳定，分散性极佳，不抱团，可以有效提高混凝土的抗冲击、抗折、抗疲劳性能。

以所述硅酸盐水泥的重量份数为基准，本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备原料包括水60～75份。

本发明提供了上述方案所述可3D打印的风积沙抗冻混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将减水剂与第一部分水混合，得到减水剂溶液；

将纤维素醚、淀粉醚与第二部分水混合，得到增稠剂溶液；

将消泡剂与剩余水混合，得到消泡剂溶液；

本发明将硅酸盐水泥、硅灰、风积沙和粉煤灰混合，得到混合物料。本发明对所述硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和风积沙混合的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合物料的技术方案即可。在本发明中，所述硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和风积沙的混合优选在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊的限定，保证各组分混合均匀即可。

本发明将减水剂与第一部分水混合，得到减水剂溶液。在本发明中，所述减水剂与第一部分水的质量比优选为(10～20)：100，更优选为(12～18)：100，最优选为(13～16)：100。本发明对所述减水剂与第一部分水的混合的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。在本发明中，所述减水剂与第一部分水的混合优选在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊的限定，保证减水剂和水混合均匀即可。

本发明将纤维素醚、淀粉醚与第二部分水混合，得到增稠剂溶液。本发明对所述纤维素醚、淀粉醚与第二部分水混合的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。本发明对所述第二部分水的用量没有特殊要求，能够将纤维素醚和淀粉醚完全溶解即可。在本发明中，所述第二混合优选包括：将纤维素醚溶于水中，得到纤维素醚溶液；将淀粉醚溶于水中，得到淀粉醚溶液；将所述纤维素醚溶液和淀粉醚溶液混合，得到增稠剂溶液。在本发明中，所述纤维素醚、淀粉醚与第二部分水的混合优选在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊的限定，保证纤维素醚、淀粉醚与水混合均匀即可。

本发明将消泡剂与剩余水混合，得到消泡剂溶液。本发明对所述消泡剂与剩余水混合的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。在本发明中，所述消泡剂与剩余水的混合优选在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊的限定，保证各组分混合均匀即可。

得到混合物料、减水剂溶液、纤维素醚溶液和消泡剂溶液后，本发明将所述混合物料、减水剂溶液、纤维素醚溶液、消泡剂溶液和聚丙烯纤维混合，得到可3D打印的风积沙抗冻混凝土。

在本发明中，将所述混合物料、减水剂溶液、纤维素醚溶液、消泡剂溶液和聚丙烯纤维混合优选包括：先将所述混合物料进行预搅拌，然后依次加入减水剂溶液、纤维素醚溶液、消泡剂溶液和聚丙烯纤维。

在本发明中，所述预搅拌的时间优选为90～180s，更优选为120～150s，最优选为120s。本发明对所述预搅拌的速率没有特殊的限定；在本发明中，所述预搅拌是为了保证混合物料各组分混合均匀。

在本发明中，每加入一种物料，本发明优选搅拌一段时间。在本发明中，加入减水剂溶液后的搅拌时间优选为400～800s，更优选为500～700s，最优选为600s；加入纤维素醚溶液后的搅拌时间优选为160～200s，更优选为170～190s，最优选为180s；加入消泡剂溶液后的搅拌时间优选为160～200s，更优选为170～190s，最优选为180s；加入聚丙烯纤维后的搅拌时间优选为160～200s，更优选为170～190s，最优选为180s。

在本发明中，加入减水剂溶液、纤维素醚溶液、消泡剂溶液和聚丙烯纤维时分别优选在10s之内匀速加入完毕。

本发明提供的制备方法通过将所述混合物料与减水剂溶液进行搅拌，能够充分发挥减水剂的减水作用；纤维素醚溶液的加入提高了材料的触变性，便于泵送；消泡剂溶液的加入，减少了材料的气孔数量，在搅拌的条件下保证原材料在逐级添加过程中均匀混合，性能统一。

图1为本发明所述风积沙抗冻混凝土的制备流程图。如图1所示，本发明将硅酸盐水泥、硅灰、经过碱处理的风积沙和粉煤灰混合，得到混合物料；将减水剂与第一部分水混合，得到减水剂溶液；将纤维素醚、淀粉醚与第二部分水混合，得到增稠剂溶液；将消泡剂与剩余水混合，得到消泡剂溶液；将所述混合物料、减水剂溶液、增稠剂溶液、消泡剂溶液和聚丙烯纤维混合，得到可3D打印的风积沙抗冻混凝土。

本发明提供了上述方案所述可3D打印的风积沙抗冻混凝土或上述方案所述制备方法制备得到的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的使用方法，包括以下步骤：将所述风积沙抗冻混凝土进行3D打印，所述3D打印的参数包括：喷头直径为1～3cm，挤出速度0.3～0.4m³/h，水平打印速度250～290m/h。进一步优选，喷头直径为2cm，挤出速度0.35～0.38m³/h，水平打印速度为260～285m/h。

本发明对于3D打印的设备没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的3D打印设备即可。

本发明提供的使用方法的打印参数能够与上述技术方案所述可3D打印的风积沙抗冻混凝土或上述技术方案所述制备方法制备得到的可3D打印的风积沙抗冻混凝土相匹配，实现所述风积沙抗冻混凝土的3D打印。

下面结合实施例对本发明提供的可3D打印的风积沙抗冻混凝土及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例和对比例中经过碱处理的风积沙通过以下方法得到：

将风积沙浸泡于浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中，采用冷凝回流法煮沸2h；将风积沙放入烘干箱进行干燥处理，得到经过碱处理的风积沙。

对比例1

(1)按重量份数计，42.5等级的硅酸盐水泥176份、粒径为6μm～8μm的硅灰8份、粉煤灰16份、表观密度2630kg/cm³，堆积密度1400kg/cm³的普通沙340份混合，得到混合物料；按重量份数计，将聚羧酸高性能减水剂3份与24份水混合(减水剂与水的质量比是1：8)，得到减水剂溶液；按重量份数计，将羟乙基纤维素醚0.3份与15份水混合(纤维素醚与水的质量比是1:50)，将淀粉醚0.05份与5份水混合(淀粉醚与水的质量比是1:100)，再将纤维素醚溶液与淀粉醚溶液混合得到增稠剂溶液；按重量份数计，将聚醚改性有机硅型消泡剂0.3份与18份水混合(消泡剂与水的质量比是1:60)，得到消泡剂溶液；

(2)将得到的混合物料在搅拌锅中进行预搅拌120s；然后将得到的减水剂溶液在10s之内匀速加入预搅拌后的混合物料中搅拌600s；将得到的增稠剂溶液在10s之内匀速加入混合物料和减水剂溶液的混合物中进行搅拌，搅拌时间为180s；将得到的消泡剂溶液在10s之内匀速加入混合物料和减水剂溶液的混合物中进行搅拌，搅拌时间为180s；最后加入聚丙烯纤维0.6份即得到所述可3D打印风积沙抗冻混凝土。

(3)将上述混凝土进行3D打印，设置打印喷头直径为2cm，设置打印设备打印参数挤出速度为0.09m³/h，水平打印速度为180m/h，材料泵送至储料仓速度与打印速度相匹配，然后进行打印。

对比例2

不使用纤维素醚、淀粉醚和消泡剂，具体的：

(1)按重量份数计，42.5等级的硅酸盐水泥176份、粒径为6μm～8μm的硅灰8份、粉煤灰16份、表观密度2630kg/cm³，堆积密度1400kg/cm³的风积沙(经碱性处理过)340份混合，得到混合物料；按重量份数计，将聚羧酸高性能减水剂3份与62份水混合(减水剂与水的质量比是1：21.7)，得到减水剂溶液；

(2)将得到的混合物料在搅拌锅中进行预搅拌120s；然后将得到的减水剂溶液在10s之内匀速加入预搅拌后的混合物料中搅拌600s；最后加入聚丙烯纤维0.6份即得到所述可3D打印风积沙抗冻混凝土。

(3)将上述混凝土进行3D打印，设置打印喷头直径为2cm，设置打印设备打印参数挤出速度为0.09m³/h，水平打印速度为180m/h，打印过程中出现了泌水现象，进而导致了挤出头的堵塞，无法进行后续打印。

对比例3

(1)按重量份数计，42.5等级的硅酸盐水泥176份、粒径为6μm～8μm的硅灰8份、粉煤灰16份、表观密度2630kg/cm³，堆积密度1400kg/cm³的风积沙(未经碱性处理过)340份混合，得到混合物料；按重量份数计，将聚羧酸高性能减水剂3份与24份水混合(减水剂与水的质量比是1：8)，得到减水剂溶液；按重量份数计，将羟乙基纤维素醚0.3份与15份水混合(纤维素醚与水的质量比是1:50)，将淀粉醚0.05份与5份水混合(淀粉醚与水的质量比是1:100)，再将纤维素醚溶液与淀粉醚溶液混合得到增稠剂溶液；按重量份数计，将聚醚改性有机硅型消泡剂0.3份与18份水混合(消泡剂与水的质量比是1:60)，得到消泡剂溶液；

实施例1

(1)按重量份数计，42.5等级的硅酸盐水泥176份、粒径为6μm～8μm的硅灰8份、粉煤灰16份、表观密度2630kg/cm³，堆积密度1400kg/cm³的风积沙(经碱性处理过)340份混合，得到混合物料；按重量份数计，将聚羧酸高性能减水剂3份与24份水混合(减水剂与水的质量比是1：8)，得到减水剂溶液；按重量份数计，将羟乙基纤维素醚0.3份与15份水混合(纤维素醚与水的质量比是1:50)，将淀粉醚0.05份与5份水混合(淀粉醚与水的质量比是1:100)，再将纤维素醚溶液与淀粉醚溶液混合得到增稠剂溶液；按重量份数计，将聚醚改性有机硅型消泡剂0.3份与18份水混合(消泡剂与水的质量比是1:60)，得到消泡剂溶液；

(2)将得到的混合物料在搅拌锅中进行预搅拌120s；然后将得到的减水剂溶液在10s之内匀速加入预搅拌后的混合物料中搅拌600s；将得到的增稠剂溶液在10s之内匀速加入混合物料和减水剂溶液、淀粉醚溶液的混合物中进行搅拌，搅拌时间为180s；将得到的消泡剂溶液在10s之内匀速加入混合物料和减水剂溶液的混合物中进行搅拌，搅拌时间为180s；最后加入聚丙烯纤维4份即得到所述可3D打印风积沙抗冻混凝土。

(3)将上述混凝土进行3D打印，设置打印喷头直径为2cm，设置打印设备打印参数挤出速度为0.09m³/h，水平打印速度为180m/h，材料泵送至储料仓速度与打印速度相匹配，然后进行打印。打印得到的产品如图2。

通过图2可知，本发明的风积沙抗冻混凝土可以顺利挤出，并且具有优异的建造性，满足3D打印混凝土对材料的性能要求。由对比例2和实施例1可知，消泡剂溶液与增稠剂溶液能提高了打印材料的触变性、降低粘度、便于泵送及挤出，实现风积沙的顺利打印。

参照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对实施例和对比例的混凝土进行抗压强度测试，规定沿打印方向为X向，垂直于打印方向为Y向，垂直于成型面方向为Z向。结果见图3。图3对应的具体结果见表1。

由对比例1和实施例1可以看出，本发明的3D打印的风积沙抗冻混凝土，其抗压强度要高于3D打印普通硅酸盐水泥混凝土；本发明的3D打印的风积沙抗冻混凝土与普通硅酸盐水泥混凝土相比，在X、Y、Z方向的抗压强度分别提高了19.47％、16.35％、19.30％。

由对比例3和实施例1可以看出，氢氧化钠溶液能够有效激发风积沙的火山灰活性，化学处理后的风积沙能够与水泥发生二次水化反应，增加机体的密实度，提高水泥浆体的抗压强度，经氢氧化钠溶液处理的风积沙与未被碱性处理的风积沙相比，在X、Y、Z方向的抗压强度分别提高了39.84％、27.48％、31.69％。

表1实施例和对比例的28d抗压强度

参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对实施例和对比例的混凝土进行抗冻测试，结果见图4～5。参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，当测试试件的相对动弹模量下降到60％，可视为试件已达到冻融破坏失效的条件。参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，当测试试件的质量损失率超5％，可视为试件已达到冻融破坏失效的条件。

对比例1在冻融循环175次时，其相对动弹模量已下降到60％，达到冻融破坏失效条件；对比例3对比例1在冻融循环225次时，其相对动弹模量已下降到60％，达到冻融破坏失效条件；而实施例1在经历300次冻融循环后，其相对动弹模量为74.50％，未达到冻融破坏失效的条件。对比例1在冻融循环200次时，其质量损失率已超过5％，达到冻融破坏失效条件；对比例3在冻融循环250次时，其质量损失率已超过5％，达到冻融破坏失效条件；而实施例1在经历300次冻融循环后，其质量损失率为2.21％，未达到冻融破坏失效的条件。结合实施例1与对比例1冻融循环后质量损失及相对动弹模量的结果，对比例1冻融循环175次后，就已经冻融破坏失效了，而实施例1条件，在经历300次冻融循环后，未达到冻融破坏失效条件，说明本申请发明的这种混凝土具有良好的低温耐久性能。

结合实施例3与对比例1冻融循环后质量损失及相对动弹模量的结果，对比例1冻融循环225次后，就已经冻融破坏失效了，而实施例1条件，在经历300次冻融循环后，未达到冻融破坏失效条件，说明氢氧化钠溶液能够有效激发风积沙的火山灰活性，化学处理后的风积沙能够与水泥发生二次水化反应，增加机体的密实度，有助于提高抗冻性，说明本申请发明的这种混凝土具有良好的低温耐久性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可3D打印的风积沙抗冻混凝土，按重量份数计，包括以下制备原料：

不低于42.5等级的硅酸盐水泥166～186份；

硅灰3～13份；

粉煤灰6～16份；

风积沙330～350份；

减水剂1～5份；

纤维素醚0.1～1.5份；

淀粉醚0.05～0.5份；

消泡剂0.1～1.5份；

聚丙烯纤维0.2～4份；

水60～75份；

所述风积沙为经过碱处理的风积沙。

2.根据权利要求1所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述碱处理包括以下步骤：将风积沙浸泡于氢氧化钠溶液中，采用冷凝回流法煮沸；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2mol/L；所述煮沸的时间为1～3小时。

3.根据权利要求1或2所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述风积沙的粒径为50～200μm，细度模数为0.7，表观密度为2630kg/cm³，堆积密度为1400kg/m³。

4.根据权利要求1所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述硅灰的粒径为0.2μm～35μm；所述粉煤灰的粒径为0.3μm～650μm。

5.根据权利要求1所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述纤维素醚为羟乙基纤维素和/或羟丙基甲基纤维素；所述羟乙基纤维素的粘度为50000～200000mpa·s；所述羟丙基甲基纤维素的粘度为50000～200000mpa·s。

6.根据权利要求1所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述淀粉醚为羟丙基淀粉醚，粘度为500～20000mpa·s。

7.根据权利要求1所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述消泡剂为非硅型、聚醚型、有机硅型和聚醚改性有机硅型消泡剂中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的风积沙抗冻混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维的长度为3～19mm。

9.权利要求1～8任一项所述风积沙抗冻混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将减水剂与第一部分水混合，得到减水剂溶液；

将纤维素醚、淀粉醚与第二部分水混合，得到增稠剂溶液；

将消泡剂与剩余水混合，得到消泡剂溶液；

10.权利要求1～8任一项所述可3D打印的风积沙抗冻混凝土或权利要求9所述制备方法制备得到的可3D打印的风积沙抗冻混凝土的使用方法，包括以下步骤：将所述风积沙抗冻混凝土进行3D打印，所述3D打印的参数包括：喷头直径为1～3cm，挤出速度0.3～0.4m³/h，水平打印速度250～290m/h。