JP2022542640A - 3D printed concrete of coastal deformed structure, fabrication process and application - Google Patents

3D printed concrete of coastal deformed structure, fabrication process and application Download PDF

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Abstract

本発明は、具体的には、沿岸異形構造の3D印刷コンクリート、加工プロセス及び応用に関する。従来の沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、通常の海洋防食技術が3D印刷の沿岸異形構造に適用されると、防食効果が好ましくなく、また、通常の3D印刷材料の層間界面の結合とチキソトロピー性が低いという欠点がある。本発明は、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートを提供し、原料は、複合セメント、再生砂、フライアッシュ、ポリビニルアルコール、酸化グラフェン、鋼繊維、有機繊維、減水剤、凝固調整剤、鉱物混合材及び水を含む。該3D印刷コンクリートは、優れた凝集保水性、及び隣接する薄層界面の結合性を有し、GOとPVA電解液との結合によりマイクロコンデンサーを形成することにより、コンクリート薄層内の腐食性バッテリーの形成を回避し、優れた海洋耐久性を有し、沿岸異形構造工事に適用されると、優れた将来の応用可能性を有する。【選択図】図2The invention specifically relates to 3D printing concrete, fabrication processes and applications of coastal profile structures. 3D printed concrete of conventional coastal deformed structure, when the ordinary marine anticorrosion technology is applied to the 3D printed coastal deformed structure, the anticorrosion effect is not favorable, and the bonding and thixotropic property of the interlayer interface of ordinary 3D printing materials has the disadvantage of being low. The present invention provides coastal deformed structure 3D printed concrete, raw materials are composite cement, recycled sand, fly ash, polyvinyl alcohol, graphene oxide, steel fiber, organic fiber, water reducing agent, coagulation modifier, mineral admixture and Contains water. The 3D-printed concrete has excellent cohesive water retention and connectivity of adjacent lamella interfaces, and the combination of GO and PVA electrolyte to form micro-capacitors can reduce corrosive battery in concrete lamellae. It avoids the formation of , has excellent marine durability, and has excellent future application potential when applied to coastal deformed structure construction. [Selection drawing] Fig. 2

Description

本発明は、沿岸構造の3D印刷の技術分野に属し、具体的に、沿岸異形構造の3D印刷コンクリート、前記沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセス及び沿岸異形構造の製造における応用に関する。 The present invention belongs to the technical field of 3D printing of coastal structures, and specifically relates to 3D printing concrete of coastal deformed structures, the working process of said 3D printed concrete of coastal deformed structures and its application in the production of coastal deformed structures.

開示されるこの背景技術部分の情報は、本発明の全体的な背景の理解を高めることのみを目的としており、この情報が当業者に知られている先行技術を構成するという承認または何らかの形式の提案とは必ずしも見なされない。 The information in this background section disclosed is for the sole purpose of enhancing the understanding of the general background of the invention, and is not an admission or any form of disclosure that this information constitutes prior art known to those of ordinary skill in the art. It is not necessarily considered a proposal.

現在、建築のデジタル化、産業化、知能化の産業アップグレード状況では、構造型組立建築用の異なる仕様の耐震壁、積層床スラブ、積層ビーム、積層柱、プレハブ階段、一体型トイレ、ガベージシュートなどの様々なコンクリートプレハブ部材の迅速な製造が必要とされている。また、建設廃棄物の再資源化利用は、都市の生態学的保護と省エネルギー及び排出削減の圧力を効果的に軽減する。近年、急速に発展している、ロボットの3D印刷に基づくデジタル化建造方法は、様々なコンクリート異形部材の建造精度を正確に制御し、美しい形状の様々な曲面部材を製造することができ、また、金型を予め製造する必要がなく、製造過程において、大量の材料を処理する必要がなく、複雑な鍛造プロセスを経ることなく、最終的に生産上において構造の最適化、材料の節約及びエネルギーの節約を実現し、組立建築の産業化、知能化、資源節約化を効果的に実現し、将来の応用可能性が非常に広い。 At present, in the industrial upgrade situation of digitalization, industrialization and intelligentization of architecture, different specifications of seismic walls for structural prefabricated buildings, laminated floor slabs, laminated beams, laminated columns, prefabricated stairs, integrated toilets, garbage chutes, etc. There is a need for rapid production of various concrete prefabricated members in the field. In addition, the recycling and utilization of construction waste effectively relieves the pressure of urban ecological protection and energy conservation and emission reduction. In recent years, the digitized construction method based on robotic 3D printing, which has been developing rapidly, can precisely control the construction accuracy of various deformed concrete members and manufacture various curved members with beautiful shapes. , no need to pre-manufacture molds, no need to process a large amount of material in the manufacturing process, no need to go through a complicated forging process, the final production is structural optimization, material saving and energy saving can be saved, effectively realizing the industrialization, intelligence and resource saving of assembly building, and the future application potential is very wide.

同時に、鉄筋コンクリート構造は、橋やトンネル、風力エネルギー原子力発電所、石油掘削プラットフォーム、港湾、埠頭などの沿岸構造の工学分野で広く使用されている。同様に、3D印刷技術に基づいて、マンホールの蓋、雨水格子、地下パイプ、卵型水槽、地下鉄パイプ、ハニカムビーム、積層ビーム/スラブなどの沿岸異形構造を高速製造でき、幅広い注目を集めている。 At the same time, reinforced concrete structures are widely used in the engineering field of coastal structures such as bridges and tunnels, wind energy nuclear power plants, oil drilling platforms, ports and wharves. Similarly, based on 3D printing technology, coastal profiled structures such as manhole covers, rainwater grids, underground pipes, egg-shaped cisterns, subway pipes, honeycomb beams, laminated beams/slabs can be rapidly manufactured, attracting wide attention. .

3D印刷コンクリートは、一般的に、鉄筋骨格が添加されていないが、3D印刷コンクリートの早期強度が高く、靭性変形に優れる要求を実現するために、高強度、高弾性のチョップド鋼繊維がドーピングされていることは無視できない。しかし、複雑なコンクリート部材の3D印刷が成功するかどうかは、対応するコンクリートスラリーが持った、凝結速度が速く、保水凝集性が高く、可塑性が高く、層間界面の結合とチキソトロピー性に優れるなどの特徴に依存する。また、沿岸異形構造用コンクリートは、多孔質かつ多相の非均質材料であり、海水及び酸素ガスがコンクリート内の細孔に沿って鋼繊維の表面に到着し、腐食性の自由電子を生成する。これらの電子が鋼繊維を介してカソード領域に輸送され、溶液中のマイナスイオンが細孔溶液を介してアノード領域に輸送され、大量の腐食性のマイクロバッテリーが形成されやすく、さらに速く故障してしまう。 3D printed concrete is generally not added with reinforcing steel skeleton, but is doped with high-strength, high-modulus chopped steel fibers to meet the requirements of 3D-printed concrete with high early strength and excellent toughness deformation. cannot be ignored. However, the success of 3D printing of complex concrete members depends on the properties of the corresponding concrete slurries, such as fast setting speed, high water retention cohesiveness, high plasticity, excellent interlayer bonding and thixotropy. Depends on features. In addition, coastal structural concrete is a porous, multiphase, non-homogeneous material, and seawater and oxygen gas reach the surface of the steel fibers along the pores in the concrete, creating corrosive free electrons. . These electrons are transported through the steel fibers to the cathode area, and the negative ions in the solution are transported through the pore solution to the anode area, easily forming a large amount of corrosive micro-batteries, and even failing faster. put away.

しかし、沿岸組立構造用の3D印刷コンクリート材料を開発する際、発明者は以下の問題があることを発見した。 However, when developing 3D printed concrete materials for coastal assembly structures, the inventor found the following problems.

(1)沿岸異形構造は、曲面が複雑で、ほとんど薄肉構造であるが、3D印刷コンクリートは、1層ずつ印刷されるものであり、ランダムに分散した鋼繊維を海洋腐食から保護するに十分なコンクリート保護層の厚さを有することは困難である。また、表面に防食層をコーティングすることや、カソード保護を追加することなどの通常の海洋防食技術は、印刷界面層が存在し続ける沿岸異形構造には使用できないか、効果が低い。 (1) Coastal deformed structures have complex curved surfaces and are mostly thin-walled structures, whereas 3D-printed concrete is printed layer-by-layer, and has enough thickness to protect randomly dispersed steel fibers from marine corrosion. Having the thickness of a concrete protective layer is difficult. Also, conventional marine anti-corrosion techniques such as coating anti-corrosion layers on the surface and adding cathodic protection cannot be used or are less effective for coastal profile structures where printed interfacial layers continue to be present.

(2)通常の3D印刷コンクリート材料を使用して沿岸異形構造を印刷する場合、良好なレオロジー、保水凝集性、機械的靭性及び体積安定性を有するとともに、十分な層間界面の結合とチキソトロピー性を有することは困難である。 (2) It has good rheology, water retention cohesion, mechanical toughness and volume stability, as well as sufficient inter-layer interface bonding and thixotropy when using ordinary 3D printing concrete materials to print coastal deformed structures. It is difficult to have.

(3)通常の3D印刷コンクリート材料を使用して沿岸異形構造を印刷する場合、建築又は産業固体廃棄物を同時に再資源化利用し、都市の生態学的保護と省エネルギー及び排出削減の圧力を効果的に軽減し、環境保護効果を実現することは困難である。 (3) When using ordinary 3D printing concrete materials to print coastal deformed structures, construction or industrial solid wastes can be recycled at the same time, effectively exerting the pressure of urban ecological protection and energy conservation and emission reduction. It is difficult to reduce it effectively and achieve the environmental protection effect.

上記背景技術に記載の問題に対して、本発明は、最適化された沿岸異形構造の3D印刷コンクリートを提供することを目的とし、印刷して得られた沿岸異形構造は、良好な海洋防食効果及び層間界面の結合とチキソトロピー性を有する。 In view of the problems described in the above background art, the present invention aims to provide an optimized coastal profiled structure 3D printed concrete, the coastal profiled structure obtained by printing has a good marine anticorrosion effect and bond and thixotropy at the interface between layers.

上記技術的効果に基づき、本発明は、以下の技術的解決手段を提供する。 Based on the above technical effects, the present invention provides the following technical solutions.

本発明の第1態様では、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートが提供され、前記沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、複合セメント1重量部、再生砂1-2重量部、フライアッシュ(FA)0.05-0.2重量部、ポリビニルアルコール(PVA)0.005-0.05重量部、酸化グラフェン(GO)0.0002-0.002重量部、鋼繊維0.01-0.05重量部、有機繊維0.005-0.02重量部、減水剤0.005-0.01重量部、凝固調整剤0.005-0.01重量部、鉱物混合材0-0.05重量部及び水0.3-0.5重量部からなり、前記PVAは、酸化剤及び触媒をさらに有する。 In a first aspect of the present invention, there is provided a coastal deformed structure 3D-printed concrete, said coastal deformed structure 3D-printed concrete comprising: 1 part by weight of composite cement, 1-2 parts by weight of recycled sand, 0.5 parts by weight of fly ash (FA). 05-0.2 parts by weight, polyvinyl alcohol (PVA) 0.005-0.05 parts by weight, graphene oxide (GO) 0.0002-0.002 parts by weight, steel fibers 0.01-0.05 parts by weight, 0.005-0.02 parts by weight of organic fibers, 0.005-0.01 parts by weight of water reducing agent, 0.005-0.01 parts by weight of coagulation modifier, 0-0.05 parts by weight of mineral mixture and 0 parts by weight of water .3-0.5 parts by weight, said PVA further comprising an oxidizing agent and a catalyst.

上記原料及び配合比率で製造された沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、従来の機械アーム及び構造モデルのパラメータ印刷ニーズに合わせ、印刷して異なる仕様の沿岸異形コンクリート構造を印刷できる。また、印刷して得られた沿岸異形構造は、優れた海洋耐久性を有する。 The coastal deformed structure 3D printing concrete manufactured with the above raw materials and mixing ratio can be printed to print coastal deformed concrete structures with different specifications according to the needs of conventional mechanical arm and structural model parameter printing. The printed coastal profile structures also have excellent marine durability.

本発明は、絶えず試みることによって、上記3D印刷コンクリートの原料及び配合比率を取得することができ、多くのヒドロキシ基、エポキシ基及びカルボキシル基などの官能基を含むGO、及び多くのヒドロキシ基を含むPVAによって、3D印刷コンクリートが優れた凝集保水性を有するとともに、隣接する3D印刷コンクリート薄層が優れた界面の結合性を有することができる。GO-PVAH@FAを含むことによって、3D印刷コンクリートスラリーが剪断薄化効果を有し、スラリーの優れたチキソトロピー性と可塑性を実現する。また、親水基を含むGOがPVA電解液と安定して結合することで、大量のGO-PVAHマイクロコンデンサーを形成し、これらのマイクロコンデンサーがFA媒質を介して3D印刷コンクリート薄層におけるGO-PVAHマイクロコンデンサーに均一に分散し、3D印刷コンクリート薄層の細孔溶液電解質を大量貯蔵し、海水を媒質として移動したイオンを捕捉し、3D印刷コンクリート薄層鋼繊維における腐食性バッテリーの形成を回避し、鋼繊維の電気化学的腐食を効果的に防止でき、塩化物イオンの浸透と海水の腐食に対する沿岸異形構造全体の耐性をさらに大幅に向上させる。 The present invention can obtain the raw materials and mixing ratio of the above-mentioned 3D printing concrete through constant efforts, including many hydroxyl groups, epoxy groups, GOs containing functional groups such as carboxyl groups, and many hydroxyl groups. PVA allows the 3D-printed concrete to have excellent cohesive water retention, as well as excellent interfacial bonding between adjacent 3D-printed concrete thin layers. By including GO-PVAH@FA, the 3D printed concrete slurry has a shear thinning effect, achieving excellent thixotropy and plasticity of the slurry. In addition, GO containing hydrophilic groups can be stably combined with PVA electrolyte to form a large amount of GO-PVAH microcapacitors, and these microcapacitors can be transferred to GO-PVAH in 3D printed concrete thin layers through FA media. Evenly distributed in the microcapacitor, the pore solution electrolyte in the 3D printed concrete thin layer is stored in large quantities, and the ions that migrate with seawater as the medium are captured to avoid the formation of corrosive batteries in the 3D printed concrete thin layer steel fiber. , can effectively prevent the electrochemical corrosion of steel fibers, and further greatly improve the resistance of the entire coastal profile structure to chloride ion penetration and seawater corrosion.

上記効果に基づき、本発明の第2態様では、第1態様に記載の3D印刷コンクリート原料を用いて3D印刷技術により前記コンクリートドライブレンド材を印刷成形することを含む、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセスが提供される。 Based on the above effects, in the second aspect of the present invention, the 3D-printed concrete of coastal deformed structure includes printing and molding the concrete dry blend material by 3D printing technology using the 3D-printed concrete raw material according to the first aspect. is provided.

本発明の第3態様では、第1態様に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの、沿岸異形構造の製造における応用が提供される。 In a third aspect of the invention there is provided the application of the 3D printed concrete of coastal profile structures according to the first aspect in the manufacture of coastal profile structures.

以上の1つ又は複数の技術的解決手段の有益な効果は、以下のとおりである。 The beneficial effects of one or more of the above technical solutions are as follows.

(1)本発明の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート及び加工プロセスを採用することにより、沿岸異形構造を高速で製造できるとともに、海洋耐久性を効果的に保証できる。本発明は、安定して分散したGO-PVAHをFA媒質の表面の外に革新的にコーティングすることにより、後続のナノ再生コンクリート系に長期かつ均一に分布させることを実現し、再生コンクリートにGOをそのままトーピングする場合、再生コンクリートの流動性を大幅に低減させる問題を効果的に解決でき、対応するナノ再生コンクリートスラリーに、優れた粘ちょう度及びチキソトロピー性をもたらす。また、親水基を含むGOをPVAプレポリマーと組み合わせて、再生コンクリートに均一に分散させることにより、ナノ再生コンクリートの抗単離性と経時的レオロジーを効果的に向上させる。第2には、再生骨材の内部養生及びFAのボール潤滑効果は、対応する再生コンクリートの保水機能に寄与する。第3には、凝固調整剤などの凝固調整効果及び複合セメントの高速凝結特徴は、ナノ再生コンクリートの印刷性及び各層の構築性をさらに保証する。 (1) By adopting the 3D printing concrete and processing process of the coastal deformed structure of the present invention, the coastal deformed structure can be manufactured at a high speed and the marine durability can be effectively guaranteed. The present invention innovatively coats the stably dispersed GO-PVAH off the surface of the FA media to achieve long-term and uniform distribution in the subsequent nano-recycled concrete system, resulting in GO-PVAH in the recycled concrete. directly toping can effectively solve the problem of greatly reducing the fluidity of recycled concrete, resulting in the corresponding nano-recycled concrete slurry with excellent consistency and thixotropy. In addition, the GO containing hydrophilic groups is combined with the PVA prepolymer and uniformly dispersed in the recycled concrete, effectively improving the anti-isolation properties and the rheology over time of the nano-recycled concrete. Second, the internal curing of recycled aggregate and the ball lubrication effect of FA contribute to the water retention function of the corresponding recycled concrete. Third, the coagulation-modifying effects such as coagulation modifiers and the fast-setting characteristics of the composite cement further ensure the printability of the nano-recycled concrete and the buildability of each layer.

3D印刷コンクリート硬化体の機械的靭性及び耐久性の実現メカニズムは、以下の通りである。第1には、GO表面は、多くのヒドロキシ基、エポキシ基及びカルボキシル基などの親水基を含み、GOとセメントモルタル系との相溶を容易にし、また、GOは、ナノ結結晶核とテンプレート効果を十分に発揮し、対応する再生コンクリート硬化体の微細形態を改善できる。第2には、GO-PVAHハイドロゲル及び再生骨材は、ナノ再生コンクリートの成形中に、内部養生成分としてよく機能でき、この後、水分がゆっくりと放出することにより、セメントが高速で水化するときに生じた熱収縮応力を効果的に相殺でき、体積安定性を実現する。第3には、ドーピングされたチョップド鋼繊維による靭性向上、及び有機繊維によるブリッジング効果は、ナノ再生コンクリートの機械的靭性、耐亀裂性、及び耐にじみ性をさらに保証する。 The realization mechanism of the mechanical toughness and durability of the 3D printed concrete hardened body is as follows. First, the GO surface contains many hydrophilic groups such as hydroxy, epoxy and carboxyl groups, which facilitates the compatibility of GO with the cement mortar system, and GO also has nanocrystal nuclei and templates. The effect can be sufficiently exhibited, and the micromorphology of the corresponding hardened recycled concrete can be improved. Second, GO-PVAH hydrogels and recycled aggregates can function well as internal nutrients during molding of nano-recycled concrete, after which the slow release of water leads to rapid hydration of cement. It can effectively offset the thermal shrinkage stress generated when it is used, and achieve volume stability. Third, toughness enhancement by doped chopped steel fibers and bridging effect by organic fibers further guarantee the mechanical toughness, crack resistance and oozing resistance of nano-recycled concrete.

(2)本発明の沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、第1には、多くのヒドロキシ基、エポキシ基及びカルボキシル基などの官能基を含むGO、及び多くのヒドロキシを含むPVAによって、3D印刷コンクリートが優れた凝集保水性を有するとともに、隣接する3D印刷コンクリート薄層が優れた界面の結合性を有することができる。第2には、GO-PVAH@FAによって、3D印刷コンクリートスラリーが剪断薄化効果を有し、スラリーの優れたチキソトロピー性と可塑性を実現する。第3には、親水基を含むGOがPVA電解液と安定して結合することで、大量のGO-PVAHマイクロコンデンサーを形成し、これらのマイクロコンデンサーがFA媒質を介して3D印刷コンクリート薄層におけるGO-PVAHマイクロコンデンサーに均一に分散し、3D印刷コンクリート薄層の細孔溶液電解質を大量貯蔵し、海水を媒質として移動したイオンを捕捉し、3D印刷コンクリート薄層鋼繊維における腐食性バッテリーの形成を回避し、鋼繊維の電気化学的腐食を効果的に防止でき、塩化物イオンの浸透と海水の腐食に対する沿岸異形構造全体の耐性をさらに大幅に向上させる。 (2) The 3D printed concrete of the coastal deformed structure of the present invention is firstly made by GO containing functional groups such as many hydroxyl groups, epoxy groups and carboxyl groups, and PVA containing many hydroxyl groups. can have excellent cohesive water retention while adjacent 3D printed concrete laminae have excellent interfacial bonding. Second, GO-PVAH@FA enables the 3D-printed concrete slurry to have a shear-thinning effect, achieving excellent thixotropy and plasticity of the slurry. Third, GO containing hydrophilic groups can be stably combined with PVA electrolyte to form a large amount of GO-PVAH microcapacitors, and these microcapacitors can be transferred in thin layers of 3D-printed concrete through the FA medium. Uniformly dispersed in GO-PVAH microcapacitor, pore solution electrolyte in 3D printed concrete thin layer is stored in bulk, ions migrated with seawater as medium, and formation of corrosive battery in 3D printed concrete thin layer steel fiber and can effectively prevent the electrochemical corrosion of steel fibers, further greatly improving the resistance of the entire coastal profile structure to chloride ion penetration and seawater corrosion.

本発明のナノ再生コンクリートでは、GO-PVAHは、FA表面において合成され、外添剤の水溶液媒質により、GO-PVAH@FAをナノ再生コンクリートに加える時間を効果的に遅らせ、複合セメントと、アルカリ度を低減させるFAなどの混合材とを組み合わせて使用することにより、GOが強アルカリ性環境で脱酸素化してしまうボトルネック問題を革新的に回避する。FA媒質表面の外にコーティングされたGO-PVAH、再生骨材の自部養生及びFAのボール潤滑効果により、ナノ再生コンクリートスラリーのチキソトロピー性、経時的レオロジー及び可塑性機能を実現する。GOナノテンプレート、有機繊維によるブリッジング効果、及び複合セメントの速硬・早強効果を用い、ナノ再生コンクリートの連続的な早強機能、耐亀裂機能及び耐にじみ機能を包括的に実現する。GO-PVAHと再生骨材の内部養生、複合セメントの微小膨張及びFA低減効果により、ナノ再生コンクリートの界面体積の安定化効果を実現する。GO-PVAHマイクロコンデンサーのエネルギー貯蔵効果を発揮し、3D印刷沿岸構造における鋼繊維の腐食性マイクロバッテリーの形成を回避し、鉄筋の腐食自己免疫効果を実現し、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの印刷・建造性、及び硬化体の早強効果、耐亀裂耐・にじみ効果及び腐食自己免疫効果を革新的に実現するとともに、固形廃棄物の再資源化利用を拡大する。 In the nano-recycled concrete of the present invention, GO-PVAH is synthesized on the FA surface, and the aqueous medium of the external additive effectively delays the time of adding GO-PVAH@FA to the nano-recycled concrete, and the composite cement and the alkali The bottleneck problem of GO being deoxygenated in a strongly alkaline environment is innovatively avoided by using it in combination with an admixture such as FA that reduces the degree of GO. GO-PVAH coated outside the FA media surface, self-curing of recycled aggregate and ball lubrication effect of FA realize the thixotropy, chronological rheology and plasticity function of nano-recycled concrete slurry. Using the GO nanotemplate, the bridging effect of organic fibers, and the fast-hardening and early-strength effects of composite cement, comprehensively realize the continuous early-strength function, crack-resistant function, and bleed-resistant function of nano-recycled concrete. The effect of stabilizing the interfacial volume of nano-recycled concrete is realized by the internal curing of GO-PVAH and recycled aggregate, the micro-expansion of composite cement, and the effect of reducing FA. Exerting the energy storage effect of GO-PVAH microcapacitors, avoiding the formation of corrosive micro-batteries of steel fibers in 3D printed coastal structures, realizing the corrosion autoimmune effect of rebars, and printing 3D printed concrete of coastal deformed structures・Innovative realization of buildability, early strength effect, crack resistance/bleeding resistance effect and corrosion autoimmunity effect of hardened body, and expansion of recycling and utilization of solid waste.

本発明の一部を構成する明細書の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために使用される。本発明の例示的な実施形態及び説明は、本発明を説明するために使用され、本発明の不適切な制限を構成しない。 The drawings of the specification, which form part of the invention, are used to provide a further understanding of the invention. The exemplary embodiments and descriptions of the invention are used to describe the invention and do not constitute undue limitations of the invention.

は、実施例3に記載のGO-PVA重合インターカレート及びGO-PVAH@FAコーティングプロセスの模式図である。1 is a schematic diagram of the GO-PVA polymerization intercalate and GO-PVAH@FA coating process described in Example 3. FIG.

1-FA粒子、2-GO-PVAハイドロゲル層、21-GOシート層、22-PVA重合体、23-ハイドロゲル。当業者がよく理解するために、GO-PVAインターカレート構造は、GOシート層とPVA鎖型重合体で形成されるインターカレート構造を概略的に示し、FAのSEM微細形態は、FA球形中空状構造及びサイズ仕様を概略的に示す。 1-FA particles, 2-GO-PVA hydrogel layer, 21-GO sheet layer, 22-PVA polymer, 23-hydrogel. For those skilled in the art to understand well, the GO-PVA intercalate structure schematically shows the intercalate structure formed by the GO sheet layer and the PVA chain type polymer, and the SEM micromorphology of FA is FA spherical Figure 2 schematically shows a hollow structure and size specifications;

は、実施例3に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート及び加工プロセスのフローチャートである。3 is a flow chart of 3D printing concrete and fabrication process of coastal profiled structures described in Example 3;

なお、以下の詳細な説明はすべて例示的なものであり、本発明のさらなる説明を提供することを意図している。特に明記しない限り、本明細書で使用されるすべての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。 It should be noted that all of the following detailed descriptions are exemplary and are intended to provide further explanation of the invention. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

ただし、ここで使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明による例示的な実施形態を限定することを意図するものではないことに留意されたい。ここで使用される場合、文脈が明確に別段の指示をしない限り、単数形は複数形も含むことを意図している。さらに、「含む」及び/または「備える」という用語が本明細書で使用される場合、機能、ステップ、操作、デバイス、コンポーネント、及び/またはそれらの組み合わせがあることを示す。 Note, however, that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of example embodiments in accordance with the present invention. As used herein, the singular is intended to include the plural unless the context clearly dictates otherwise. Further, when the terms "include" and/or "comprise" are used herein, they indicate the presence of functions, steps, operations, devices, components, and/or combinations thereof.

従来技術の上記の欠点に対して、本発明は、3D印刷コンクリート、加工プロセス及び沿岸異形構造の高速製造におけるその応用を提供する。GO-PVAHをFA表面で合成し、外添剤の水溶液媒質により、GO-PVAH@FAをナノ再生コンクリートに加える時間を効果的に遅らせ、低アルカリ度の複合セメントと、アルカリ度を低減させるFAなどの混合材とを組み合わせて使用することにより、GOが強アルカリ性環境で脱酸素化してしまうボトルネック問題を革新的に回避する。FA媒質表面の外にコーティングされたGO-PVAH、再生骨材の自部養生及びFAのボール潤滑効果により、ナノ再生コンクリートスラリーのチキソトロピー性、経時的レオロジー及び保水機能を実現する。GOナノテンプレート、有機繊維によるブリッジング効果、及び複合セメントの速硬・早強効果を用い、ナノ再生コンクリートの連続的な早強機能、耐亀裂機能及び耐にじみ機能を包括的に実現する。GO-PVAHと再生骨材の内部養生、複合セメントの微小膨張及びFA低減効果により、ナノ再生コンクリートの界面体積の安定化効果を実現する。GO-PVAHマイクロコンデンサーのエネルギー貯蔵効果を発揮し、3D印刷沿岸構造における鋼繊維の腐食性マイクロバッテリーの形成を回避し、鉄筋の腐食自己免疫効果を実現し、沿岸異形構造の3D印刷用ナノ再生コンクリートの印刷・建造性、及び硬化体の早強効果、安定した体積、耐亀裂及び腐食自己免疫効果を革新的に実現するとともに、固形廃棄物の再資源化利用を拡大し、最後に沿岸異形構造の高速製造分野で非常に大きい経済的および環境的利益を有する。 Against the above drawbacks of the prior art, the present invention provides its application in 3D printing concrete, fabrication process and high speed manufacturing of coastal profiled structures. GO-PVAH is synthesized on the FA surface, and the aqueous medium of the external additive effectively delays the time of adding GO-PVAH@FA to the nano-recycled concrete, resulting in low alkalinity composite cement and alkalinity-reducing FA. By using it in combination with a mixed material such as GO, it innovatively avoids the bottleneck problem that GO is deoxygenated in a strong alkaline environment. The GO-PVAH coated on the outside of the FA medium surface, the self-curing of the recycled aggregate and the ball lubrication effect of the FA realize the thixotropy, chronological rheology and water retention function of the nano-recycled concrete slurry. Using the GO nanotemplate, the bridging effect of organic fibers, and the fast-hardening and early-strength effects of composite cement, comprehensively realize the continuous early-strength function, crack-resistant function, and bleed-resistant function of nano-recycled concrete. The effect of stabilizing the interfacial volume of nano-recycled concrete is realized by the internal curing of GO-PVAH and recycled aggregate, the micro-expansion of composite cement, and the effect of reducing FA. Exerting the energy storage effect of GO-PVAH microcapacitors, avoiding the formation of corrosive micro-batteries of steel fibers in 3D printed coastal structures, realizing corrosion autoimmune effects of rebars, and nano-regeneration for 3D printing of coastal deformed structures Innovative realization of printing and building properties of concrete, early strength effect of hardened body, stable volume, crack resistance and corrosion autoimmune effect, expansion of recycling and utilization of solid waste, and finally coastal deformity It has enormous economic and environmental benefits in the field of rapid manufacturing of structures.

本発明の第1態様では、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートが提供され、前記沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、複合セメント1重量部、再生砂1-2重量部、フライアッシュ(FA)0.05-0.2重量部、ポリビニルアルコール(PVA)0.005-0.05重量部、酸化グラフェン(GO)0.0002-0.002重量部、鋼繊維0.01-0.05重量部、有機繊維0.005-0.02重量部、減水剤0.005-0.01重量部、凝固調整剤0.005-0.01重量部、鉱物混合材0-0.05重量部及び水0.3-0.5重量部からなり、前記PVAは、酸化剤及び触媒をさらに有する。 In a first aspect of the present invention, there is provided a coastal deformed structure 3D-printed concrete, said coastal deformed structure 3D-printed concrete comprising: 1 part by weight of composite cement, 1-2 parts by weight of recycled sand, 0.5 parts by weight of fly ash (FA). 05-0.2 parts by weight, polyvinyl alcohol (PVA) 0.005-0.05 parts by weight, graphene oxide (GO) 0.0002-0.002 parts by weight, steel fibers 0.01-0.05 parts by weight, 0.005-0.02 parts by weight of organic fibers, 0.005-0.01 parts by weight of water reducing agent, 0.005-0.01 parts by weight of coagulation modifier, 0-0.05 parts by weight of mineral mixture and 0 parts by weight of water .3-0.5 parts by weight, said PVA further comprising an oxidizing agent and a catalyst.

好適には、前記複合セメントは、高ベライトスルホアルミネートセメント(HBSC)と、ポルトランドセメントと、セッコウとを1:(0.65-1.25):(0-0.15)の重量部比で混合して得られる。 Preferably, the composite cement comprises high bellite sulfoaluminate cement (HBSC), Portland cement and gypsum in parts by weight of 1:(0.65-1.25):(0-0.15). It is obtained by mixing in ratio.

該処方で得られた複合セメントは、速硬・早強の特徴を有し、FAのボール潤滑特徴を組み合わせて、対応するナノ再生コンクリートの印刷可能・構築可能機能を実現するのに寄与する。 Composite cements obtained with this formulation have the characteristics of fast setting and early strength, which combine with the ball lubrication characteristics of FA to contribute to the realization of the corresponding printable and buildable functions of nano-recycled concrete.

好適には、前記再生砂は、粗砂、中砂、細砂及び超細砂を含み、その中で、前記中砂率は、27%-33%である。 Preferably, said reclaimed sand comprises coarse sand, medium sand, fine sand and ultra-fine sand, wherein said medium sand rate is 27%-33%.

さらに好適には、前記粗砂は、細かさ係数が3.7-3.1、平均粒径が0.5mm以上の粗砂である。 More preferably, the coarse sand has a fineness factor of 3.7-3.1 and an average particle size of 0.5 mm or more.

さらに好適には、前記中砂は、細かさ係数が3.0-2.3、平均粒径が0.5mm-0.35mmの中砂である。 More preferably, the medium sand has a fineness factor of 3.0-2.3 and an average grain size of 0.5 mm-0.35 mm.

さらに好適には、前記細砂は、細かさ係数が2.2-1.6、平均粒径が0.35mm-0.25mmの細砂である。 More preferably, the fine sand has a fineness factor of 2.2-1.6 and an average grain size of 0.35mm-0.25mm.

さらに好適には、前記超細砂は、細かさ係数が1.5-0.7、平均粒径が0.25mm以下の超細砂である。 More preferably, the ultra-fine sand has a fineness factor of 1.5-0.7 and an average grain size of 0.25 mm or less.

さらに好適には、前記粗砂と、中砂と、細砂と、超細砂との質量比は1:(1.1-2.0):(1-1.5):(1-1.5)であり、該配合比率での成分を混合した後、良好な粒度曲線を有することができる。 More preferably, the mass ratio of coarse sand, medium sand, fine sand and ultra-fine sand is 1:(1.1-2.0):(1-1.5):(1-1 .5) and can have a good particle size curve after mixing the ingredients in said proportion.

本発明では、再生砂の具体的な種類は特に限定されない。いくつかの実施例では、前記再生砂は、解体された建設廃棄物または産業スラッジを破砕して粒子成形した後に得られた、JC/T2548-2019仕様を満たす再生砂である。再生砂を用いることで、ナノ再生コンクリートスラリーの自己養生効果を効果的に高めるとともに、固形廃棄物の再資源化利用を拡大する。 In the present invention, the specific type of reclaimed sand is not particularly limited. In some embodiments, the reclaimed sand is reclaimed sand meeting JC/T2548-2019 specifications obtained after crushing and granulating demolition construction waste or industrial sludge. By using recycled sand, the self-curing effect of nano-recycled concrete slurry is effectively enhanced, and the recycling of solid waste is expanded.

好適には、前記FAは、GB/T 1596-2017仕様で規定された強熱減量≦5%のI級FAであり、好ましいボール潤滑効果が得られる。 Preferably, the FA is a class I FA with an ignition loss of ≦5% specified in the GB/T 1596-2017 specification, and a favorable ball lubrication effect can be obtained.

好適には、前記PVAは、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液であり、GOをPVA水溶液に分散させ、安定したGO-PVAプレポリマー液を形成する。 Preferably, the PVA is an aqueous PVA solution with an average degree of polymerization of 500-600 and an alcoholysis degree of 88%, and GO is dispersed in the PVA aqueous solution to form a stable GO-PVA prepolymer liquid.

好適には、前記PVA酸化剤、PVA触媒のそれぞれは、中国特許CN103450489又はCN105885064Aに記載されている過ヨウ素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム又は塩素酸カリウム、濃塩酸、希硫酸、希硝酸又はホウ素酸のうちの1つであり、原位置重合インターカレートプロセスにより、GOシート層構造にPVAプレポリマーをインターカレートする。 Preferably, the PVA oxidizing agent, PVA catalyst, respectively, are sodium periodate, potassium permanganate or potassium chlorate, concentrated hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, dilute nitric acid or boric acid as described in Chinese Patent CN103450489 or CN105885064A. which intercalates the PVA prepolymer into the GO sheet layer structure by an in situ polymerization intercalation process.

好適には、前記GOは、単層率≧90%、酸素含有量35~45%のGO粉末又は濃度0.05~10mg/mLの水分散液であり、GO水分散液を用いる場合、濃度比で水分散液中のGO質量を計算し、対応する水分散液中の水を前記3D印刷コンクリートで使用される水の総量に含めて計算する。 Preferably, the GO is a GO powder having a monolayer ratio of ≧90% and an oxygen content of 35-45% or an aqueous dispersion having a concentration of 0.05-10 mg/mL. Calculate the mass of GO in the water dispersion by the ratio and include the water in the corresponding water dispersion in the total amount of water used in the 3D printed concrete.

本発明では、減水剤の具体的な種類は特に限定されるものではなく、市販されている製品は、すべて、本発明の沿岸異形構造を製造する前記使用要求を満たすことができる。いくつかの特定の実施形態では、前記減水剤は、ポリカルボン酸類高性能減水剤、早強型ポリカルボン酸類減水剤、ナフタレンスルホン酸ナトリウム高性能減水剤又はメラミン樹脂類高性能減水剤の1つ又は複数の最適化な組み合わせである。 In the present invention, the specific type of water reducing agent is not particularly limited, and all commercially available products can meet the above-mentioned requirements for producing the coastal profile structure of the present invention. In some specific embodiments, the water reducing agent is one of a polycarboxylic acid superplasticizer, an early-strength polycarboxylic acid superplasticizer, a sodium naphthalenesulfonate superplasticizer, or a melamine resin superplasticizer. Or a combination of multiple optimizations.

好適には、前記凝固調整剤は、無水硫酸ナトリウム、トリエタノールアミン、ナノC-S-H結晶核のうちの1つである。本発明に係る沿岸異形3D印刷コンクリートは、凝固調整剤などの外添剤によってコンクリートの高速凝結を容易にし、ナノ再生コンクリートの高速凝結機能を効果的に確実にする。 Preferably, said coagulation modifier is one of anhydrous sodium sulfate, triethanolamine, nano C—S—H crystal nuclei. The coastal deformed 3D printed concrete according to the present invention facilitates the high-speed setting of concrete with external additives such as solidification modifiers, effectively ensuring the high-speed setting function of nano-recycled concrete.

本発明は、鋼繊維を採用し、具体的な供給源は特に限定されない。前記鋼繊維材料は、一般的には、鋼加工産業の生産廃棄物を使用する。購入の利便性及びコスト節約の考慮のために、本発明のいくつかの実施の形態では、前記鋼繊維は、切断型鋼繊維、剪断型鋼繊維、ミリング型鋼繊維、溶融引抜型鋼繊維の1つまたは複数種の組み合わせである。 The present invention employs steel fibers, and the specific source is not particularly limited. Said steel fiber materials generally use the production waste of the steel processing industry. For purchasing convenience and cost saving considerations, in some embodiments of the present invention, the steel fibers are one or more of cutting type steel fibers, shear type steel fibers, milling type steel fibers, hot drawn steel fibers. A combination of species.

本発明では、前記有機繊維の具体的な供給源も特に限定されない。いくつかの実施の形態では、前記有機繊維は、チョップポリビニルアルコール繊維、ポリプロピレン繊維、高密度ポリエチレン繊維の1つまたは複数種の組み合わせである。 In the present invention, the specific source of the organic fibers is also not particularly limited. In some embodiments, the organic fibers are one or more combinations of chopped polyvinyl alcohol fibers, polypropylene fibers, high density polyethylene fibers.

好適には、前記鉱物混合材は、再生微粉、微粉砕スラグ、フライアッシュ、ポゾラン又はシリコン粉の1つまたは複数種の組み合わせである。本発明では、上記再生微粉などの原料の供給源も特に限定されない。 Preferably, said mineral admixture is a combination of one or more of recycled fines, pulverized slag, fly ash, pozzolana or silicon powder. In the present invention, the supply source of raw materials such as the regenerated fine powder is not particularly limited.

好適には、前記水は、蒸留水、脱イオン水、水道水又は電解水の1つを含むがこれらに限定されない。建設状況に応じて技術者が選択することができる。 Preferably, said water includes, but is not limited to, one of distilled water, deionized water, tap water or electrolyzed water. Engineers can choose according to the construction situation.

本発明の第2態様では、第1態様に記載の3D印刷コンクリート原料を用いて3D印刷技術により前記コンクリートドライブレンド材を印刷成形することを含む、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセスが提供される。 In a second aspect of the present invention, there is provided a fabrication process for 3D-printed concrete of coastal profile structures, comprising print-molding said concrete dry-blend material by 3D-printing technology using the 3D-printed concrete raw material according to the first aspect. be done.

好適には、前記コンクリートドライブレンド材の製造プロセスの具体的なステップは、PVAとGOと酸化剤とを原位置重合インターカレート法によりGO-PVAプレポリマー液に調製するステップと、FAと、減水剤と、触媒と、前記GO-PVAHプレポリマー液とを均一に混合し、FAの外にGO-PVAHプレポリマー液をコーティングし、GO-PVAH@FAを形成するステップと、GO-PVAH@FAを減水剤と凝固調整剤を含む溶液に分散させ、GO-PVAH@FA懸濁液を形成するステップと、
複合セメントと、再生砂と、鋼繊維と、有機繊維と、鉱物混合材とをサイロ内で機械的に均一混合し、ナノ再生コンクリートドライブレンド材を形成するステップとを含む。
Preferably, the specific steps of the manufacturing process of the concrete dry blend material are: preparing PVA, GO and an oxidizing agent into a GO-PVA prepolymer liquid by an in situ polymerization intercalation method; FA; uniformly mixing a water reducing agent, a catalyst, and the GO-PVAH prepolymer liquid, coating the FA with the GO-PVAH prepolymer liquid to form GO-PVAH@FA; dispersing the FA in a solution containing a water reducing agent and a coagulation modifier to form a GO-PVAH@FA suspension;
uniformly mechanically mixing composite cement, reclaimed sand, steel fibers, organic fibers, and a mineral admixture in a silo to form a nano-reclaimed concrete dry blend.

さらに好適には、前記GO-PVAH@FA懸濁液と前記ナノ再生コンクリートドライブレンド材とを3Dプリントヘッド内で高速混合し、3D機械アームの印刷仕様(速度、流量及び層厚)を設定し、異なる層厚のナノ再生コンクリート薄層を1層ずつ印刷し、それにより、沿岸異形構造を得る。 More preferably, the GO-PVAH@FA suspension and the nano-recycled concrete dry blend material are mixed at high speed in a 3D print head, and the printing specifications (speed, flow rate and layer thickness) of the 3D mechanical arm are set. , printing nano-recycled concrete thin layers with different layer thicknesses layer by layer, thereby obtaining a coastal deformed structure.

本発明に係る沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセスについては、効果が高いいくつかの実施形態では、前記加工プロセスの具体的な操作は、以下のとおりである。 For the processing process of 3D printing concrete of coastal profile structure according to the present invention, in some embodiments with high effect, the specific operations of the processing process are as follows.

S1:前記PVAを温水に溶解してPVA水溶液を調製し、前記PVA酸化剤の存在下で、前記GO粉末又は水分散液をPVA水溶液に混合し、原位置重合インターカレートプロセスを用い、GOシート層構造にPVAプレポリマーをインターカレートし、GO-PVAプレポリマー液を得る。 S1: Dissolve the PVA in warm water to prepare an aqueous PVA solution, mix the GO powder or aqueous dispersion with the aqueous PVA solution in the presence of the PVA oxidizing agent, and use an in situ polymerization intercalation process to produce GO A PVA prepolymer is intercalated in the sheet layer structure to obtain a GO-PVA prepolymer liquid.

S2:前記FA、一部の前記減水剤、前記PVA触媒をGO-PVAプレポリマー液に加え、さらにサーモソニックプロセスを用い、前記FA粒子の表面の外にGO-PVAハイドロゲル(GO-PVAH)をコーティングし、GO-PVAH@FAを得て密封する。 S2: Adding the FA, a part of the water reducing agent, the PVA catalyst into the GO-PVA prepolymer liquid, and further using a thermosonic process to form a GO-PVA hydrogel (GO-PVAH) outside the surface of the FA particles. to obtain GO-PVAH@FA and seal.

S3:上記GO-PVAH@FAを残りの前記減水剤、前記凝固調整剤で形成される外添剤の水溶液に加え、高速で均一に撹拌し、GO-PVAH@FA懸濁液を得、同時に、前記複合セメントと、前記再生砂と、前記鋼繊維と、前記有機繊維と、前記鉱物混合材とをサイロ内で機械的に均一混合し、ナノ再生コンクリートドライブレンド材を形成する。 S3: Add the above GO-PVAH@FA to the remaining aqueous solution of the external additive formed by the water reducing agent and the coagulation modifier, and stir uniformly at high speed to obtain a GO-PVAH@FA suspension. and mechanically homogeneously mixing the composite cement, the reclaimed sand, the steel fiber, the organic fiber, and the mineral admixture in a silo to form a nano-reclaimed concrete dry blend.

S4:異なる仕様、サイズ、材料パラメータの沿岸異形構造モデルを決定し、3D機械アームの印刷仕様要求(速度、流量及び層厚)を決定し、当分野でよく知られている方法を使用してGO-PVAH@FA懸濁液をナノ再生コンクリートドライブレンド材と3Dプリントヘッドで高速混合し、異なる層厚のナノ再生コンクリート薄層を1層ずつ印刷し、最終的に、沿岸異形構造を高速で製造する。 S4: Determine coastal deformed structural models of different specifications, sizes, material parameters, determine print specification requirements (velocity, flow rate and layer thickness) of 3D mechanical arms, using methods well known in the art GO-PVAH@FA suspension is mixed with nano-recycled concrete dry blend material at high speed by 3D print head, and thin layers of nano-recycled concrete with different layer thickness are printed layer by layer, and finally coastal deformed structures are produced at high speed. manufacture.

ステップS1では、自動滴定法、回転粘度計、UV-Vis分光光度法、及び微細形態学法を組み合わせて、GO-PVAプレポリマー液中のPVAインターカレート効率及びGO分散効果を分析できる。 In step S1, automatic titration, rotational viscometry, UV-Vis spectrophotometry, and micromorphology methods can be combined to analyze the PVA intercalation efficiency and GO dispersion effect in the GO-PVA prepolymer liquid.

ステップS2では、それぞれ凍結乾燥法、UV-Vis分光光度法、TG-DSC同時熱分析法、及び微細形態学法を組み合わせて、GO-PVAHの平衡膨潤率、透明度、構造架橋度、微細分布形態及び緊密度を測定でき、エタノール排水法、TG-DSC同時熱分析法、剥離強度法及び膜厚計法を組み合わせて、それぞれGO-PVAH@FAの全体密度、含水量及び有機物含有量、界面剥離抵抗及びコーティング層の厚さを測定する。 In step S2, the freeze-drying method, UV-Vis spectrophotometry method, TG-DSC simultaneous thermal analysis method, and micromorphology method are respectively combined to determine the equilibrium swelling rate, transparency, degree of structural cross-linking, and fine distribution morphology of GO-PVAH. and tightness can be measured, and the ethanol drainage method, TG-DSC simultaneous thermal analysis method, peel strength method and film thickness measurement method can be combined to determine the total density, water content and organic matter content, and interfacial peeling of GO-PVAH@FA, respectively. Measure resistance and coating layer thickness.

ステップS4では、当業者に周知の3D印刷用ナノ再生コンクリートの通常の製造方法を使用して、ナノ再生コンクリートを製造し、ナノ再生コンクリートレオメーター(粘度係数、剪断応力、チキソトロピーループ、チキソトロピー面積)、全自動コンクリート凝結時間及びちょう度の測定装置(凝結時間、ちょう度、経時的レオロジー)などにより、対応する減水剤、凝固調整剤の種類及び混合量を選択する。当業者に周知のナノ再生コンクリートの規模化印刷性及び海洋耐久性(凍結融解耐性、塩化物イオン腐食耐性、硫酸塩腐食耐性)テスト方法と組み合わせることにより、該ナノ再生コンクリートの各性能を特徴付けることができる。当業者に周知の鋼繊維を含むナノ再生コンクリートの電気化学的性能の特徴付け方法と組み合わせることにより、鋼繊維の腐食電位、分極抵抗、腐食電流密度、電気化学インピーダンススペクトルなどの電気化学パラメータを特徴付けることができる。本分野でよく知られている方法を用い、3D機械アームの印刷仕様要求(速度、流量及び層厚)に基づき、異なる層厚のナノ再生コンクリート薄層の層間結合引張力及び層間剪断力などの性能パラメータを特徴付ける。当業者に周知の超音波エコーやレーダー波非破壊検出などの方法によって、異なる層数のナノ再生コンクリートの建設品質と凍結融解サイクル、イオン侵食、硫酸塩腐食作用下の層間結合力の劣化状況を評価できる。 In step S4, the nano-recycled concrete is manufactured using the usual manufacturing methods of nano-recycled concrete for 3D printing, well-known to those skilled in the art, and the nano-recycled concrete rheometer (viscosity coefficient, shear stress, thixotropic loop, thixotropic area) is measured. , a fully automatic concrete setting time and consistency measuring device (setting time, consistency, chronological rheology), etc., to select the type and mixing amount of the corresponding water reducing agent and setting modifier. Characterize the performance of nano-recycled concrete by combining with scaled printability and marine durability (freeze-thaw resistance, chloride ion corrosion resistance, sulfate corrosion resistance) test methods known to those skilled in the art. can be done. Characterize electrochemical parameters such as corrosion potential, polarization resistance, corrosion current density and electrochemical impedance spectrum of steel fibers in combination with methods for characterizing the electrochemical performance of nano-recycled concrete containing steel fibers well known to those skilled in the art be able to. Using methods well known in the art, based on the printing specification requirements (velocity, flow rate and layer thickness) of the 3D mechanical arm, the interlaminar bonding tensile force and interlaminar shear force of nano-recycled concrete thin layers with different layer thicknesses Characterize the performance parameters. The construction quality of nano-recycled concrete with different number of layers and deterioration of interlaminar cohesion under freeze-thaw cycle, ion erosion and sulfate corrosion are investigated by methods such as ultrasonic echo and radar wave non-destructive detection well known to those skilled in the art. can be evaluated.

本発明の第3態様では、第1態様に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの、沿岸異形構造の製造における応用が提供される。 In a third aspect of the invention there is provided the application of the 3D printed concrete of coastal profile structures according to the first aspect in the manufacture of coastal profile structures.

好適には、前記沿岸異形構造は、マンホールの蓋、雨水格子、地下パイプ、卵型水槽、地下鉄パイプ、ハニカムビーム、積層ビーム/スラブなどを含むがこれらに限定されない。 Preferably, said coastal profile structures include, but are not limited to, manhole covers, rain grate, underground pipes, oval cisterns, subway pipes, honeycomb beams, laminated beams/slabs, and the like.

当業者が本発明の技術的解決手段をより明確に理解できるようにするために、本発明の技術的解決手段を特定の実施形態と併せて以下に詳細に説明する。以下の実施例に記載の原材料はすべて市販製品である In order to enable those skilled in the art to understand the technical solutions of the present invention more clearly, the technical solutions of the present invention are described in detail below together with specific embodiments. All raw materials described in the examples below are commercially available products

実施例1
本実施例では、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートが提供され、前記沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、複合セメント、再生砂、フライアッシュ(FA)、ポリビニルアルコール(PVA)、酸化グラフェン(GO)、鋼繊維、有機繊維、減水剤、凝固調整剤、鉱物混合材及び水を含み、上記各成分の質量比は1:1:0.05:0.005:0.0002:0.01:0.005:(0.005-0.01):0.005:0.01:0.3であった。
Example 1
In this example, coastal deformed structure 3D printed concrete is provided, said coastal deformed structure 3D printed concrete is composed of composite cement, recycled sand, fly ash (FA), polyvinyl alcohol (PVA), graphene oxide (GO), It contains steel fibers, organic fibers, water reducing agents, coagulation modifiers, mineral mixtures and water, and the mass ratio of the above components is 1:1:0.05:0.005:0.0002:0.01:0. 005:(0.005-0.01):0.005:0.01:0.3.

複合セメントは、高ベライトスルホアルミネートセメント(HBSC)、ポルトランドセメント、セッコウを含み、各成分の質量比は1:0.65:0.1であり、複合セメントの速硬・早強特徴及びFAのボール潤滑特徴は、対応するナノ再生コンクリートの印刷可能・構築可能な機能の実現に寄与した。 The composite cement includes high bellite sulfoaluminate cement (HBSC), Portland cement, and gypsum, and the mass ratio of each component is 1:0.65:0.1. The ball lubrication feature of FA contributed to the realization of the printable and buildable functionality of the corresponding nano-recycled concrete.

前記再生砂の中粗砂と、中砂と、細砂と、超細砂との質量比は1:1.1:1:1であった。 The mass ratio of medium-coarse sand, medium sand, fine sand, and ultra-fine sand in the reclaimed sand was 1:1.1:1:1.

前記FAは、GB/T 1596-2017仕様に規定された強熱減量≦5%のI級FAであった。 The FA was a Class I FA with a loss on ignition ≦5% as specified in the GB/T 1596-2017 specification.

前記PVAは、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液であり、前記GOをPVA水溶液に分散させ、安定したGO-PVAプレポリマー液を形成した。 The PVA is an aqueous PVA solution having an average degree of polymerization of 500 to 600 and an alcohol decomposition degree of 88%. The GO was dispersed in the PVA aqueous solution to form a stable GO-PVA prepolymer liquid.

前記PVA酸化剤、PVA触媒は、それぞれ過ヨウ素酸ナトリウム、濃塩酸であった。 The PVA oxidizing agent and PVA catalyst were sodium periodate and concentrated hydrochloric acid, respectively.

前記GOは、単層率≧90%、酸素含有量が40%のGO粉末であった。 The GO was a GO powder with a monolayer ratio > 90% and an oxygen content of 40%.

前記減水剤は、ポリカルボン酸類高性能減水剤であった。 The water reducing agent was a polycarboxylic acid superplasticizer.

前記凝固調整剤は、無水硫酸ナトリウムであった。 The coagulation modifier was anhydrous sodium sulfate.

前記鋼繊維は、切断型鋼繊維であった。 Said steel fibers were cut steel fibers.

前記有機繊維は、高密度ポリエチレン繊維であった。 The organic fibers were high density polyethylene fibers.

前記鉱物混合材は、再生微粉と微粉砕スラグとを質量比1:1で混合したものであった。 The mineral mixture material was a mixture of recycled fine powder and pulverized slag at a mass ratio of 1:1.

前記水は、水道水であった。 The water was tap water.

実施例2
本実施例では、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートが提供され、前記沿岸異形構造の3D印刷コンクリートは、複合セメント、再生砂、フライアッシュ(FA)、ポリビニルアルコール(PVA)、酸化グラフェン(GO)、鋼繊維、有機繊維、減水剤、凝固調整剤、鉱物混合材及び水を含み、上記各成分の質量比は1:2:0.2:0.05:0.002:0.05:0.02:0.01:0.01:0.05:0.5であった。
Example 2
In this example, coastal deformed structure 3D printed concrete is provided, said coastal deformed structure 3D printed concrete is composed of composite cement, recycled sand, fly ash (FA), polyvinyl alcohol (PVA), graphene oxide (GO), It contains steel fibers, organic fibers, water reducing agents, coagulation modifiers, mineral admixtures and water, and the mass ratio of the above components is 1:2:0.2:0.05:0.002:0.05:0. 02:0.01:0.01:0.05:0.5.

複合セメントは、高ベライトスルホアルミネートセメント(HBSC)、ポルトランドセメント、及びセッコウを含み、各成分の質量比は1:1.25:0.15であった。 The composite cement included high bellite sulfoaluminate cement (HBSC), Portland cement, and gypsum with a weight ratio of each component of 1:1.25:0.15.

前記再生砂中の粗砂と、中砂と、細砂と、超細砂との質量比は1:2.0:1.5:1.5であった。 The mass ratio of coarse sand, medium sand, fine sand, and ultra-fine sand in the reclaimed sand was 1:2.0:1.5:1.5.

前記FAは、GB/T 1596-2017仕様に規定された強熱減量≦5%のI級FAであった。 The FA was a Class I FA with a loss on ignition ≦5% as specified in the GB/T 1596-2017 specification.

前記PVAは、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液であり、前記GOをPVA水溶液に分散させ、安定したGO-PVAプレポリマー液を形成した。 The PVA is an aqueous PVA solution having an average degree of polymerization of 500 to 600 and an alcohol decomposition degree of 88%. The GO was dispersed in the PVA aqueous solution to form a stable GO-PVA prepolymer liquid.

前記PVA酸化剤、PVA触媒はそれぞれ、過マンガン酸カリウム、希硫酸であった。 The PVA oxidizing agent and PVA catalyst were potassium permanganate and dilute sulfuric acid, respectively.

前記GOは、単層率≧90%、酸素含有量が35%のGO粉末であった。 The GO was a GO powder with a monolayer ratio > 90% and an oxygen content of 35%.

前記減水剤は、早強型ポリカルボン酸類減水剤であった。 The water reducing agent was an early-strength polycarboxylic acid water reducing agent.

前記凝固調整剤は、トリエタノールアミンであった。 The coagulation modifier was triethanolamine.

前記鋼繊維は、剪断型鋼繊維とミリング型鋼繊維とを質量比0.5:1で混合したものであった。 The steel fibers were a mixture of shear type steel fibers and milling type steel fibers at a mass ratio of 0.5:1.

前記有機繊維は、ポリプロピレン繊維であった。 The organic fibers were polypropylene fibers.

前記鉱物混合材は、フライアッシュであった。 The mineral admixture was fly ash.

前記水は、脱イオン水であった。 The water was deionized water.

実施例3
本実施例では、沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセスが提供され、具体的に、ステップS1~S3を含んだ。
Example 3
In this example, a processing process of 3D printing concrete of coastal profile structure is provided, specifically including steps S1 to S3.

S1:前記0.25kgのPVAを5Lの温度70℃の温水に溶解し、濃度が5%、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液を調製し、0.02kgの過ヨウ素酸ナトリウム(PVA酸化剤)を含む条件下で、0.025kgのGO粉末を上記PVA水溶液に混合し、原位置重合インターカレートプロセスを用い、GOシート層構造にPVAプレポリマーをインターカレートし、GO-PVAプレポリマー液を得た。 S1: 0.25 kg of PVA was dissolved in 5 L of hot water at a temperature of 70° C. to prepare a PVA aqueous solution having a concentration of 5%, an average degree of polymerization of 500 to 600, and an alcohol decomposition degree of 88%. 0.025 kg of GO powder was mixed with the above PVA aqueous solution under conditions containing sodium periodate (PVA oxidizing agent), and the PVA prepolymer was intercalated into the GO sheet layer structure using an in situ polymerization intercalation process. to obtain a GO-PVA prepolymer liquid.

S2:1.0kgのFA、0.1kgのポリカルボン酸類高性能減水剤、0.01kgの濃塩酸(PVA触媒)を上記GO-PVAプレポリマー液に加え、さらにオイルバスによるサーモソニック分散プロセス(油温100℃、周波数10kHz、パワー50W、超音波時間30min)を用い、前記FA粒子表面の外にGO-PVAハイドロゲル(GO-PVAH)をコーティングし、GO-PVAH@FAを得て密封した。 S2: 1.0 kg of FA, 0.1 kg of polycarboxylic acid superplasticizer, and 0.01 kg of concentrated hydrochloric acid (PVA catalyst) were added to the above GO-PVA prepolymer liquid, and a thermosonic dispersion process using an oil bath ( GO-PVA hydrogel (GO-PVAH) was coated on the outside of the FA particle surface using an oil temperature of 100 ° C., a frequency of 10 kHz, a power of 50 W, and an ultrasonic wave time of 30 min to obtain and seal the GO-PVAH@FA. .

S3:残りの0.15kgのPCA-I型ポリカルボン酸類高性能減水剤(江蘇蘇博特新材料股分有限公司から購入)、0.3kgの無水硫酸ナトリウム(市販)で形成される外添剤の水溶液に上記GO-PVAH@FAを加え、高速かつ均一に撹拌し、GO-PVAH@FA懸濁液を得、同時に、20kgの複合セメント(10kgの525型HBSC、9.5kgのP.O-52.5型ポルトランドセメント及び0.5kgのセッコウからなる)、40kgのII類花崗岩再生砂(青島当地のC40から由来し、28年材齢のコンクリート構造から解体された建設廃棄物を破砕して粒子成形して製造され、平均見かけ密度が2860kg/mである)(8kgの粗砂、12kgの中砂、10kgの細砂及び10kgの超細砂からなる)、0.5kgの微粉砕スラグ粉(見かけ密度が2930kg/mの本鋼の高炉の大きい鉱渣から由来し、ボールミリングして得られる)に、1.0kg/mの剪断形鋼繊維(長さが3-15mm、直径が0.12-0.25mm、引っ張り強度≧2850MPa、莱蕪市金恒通工程材料有限公司産)、0.5kg/mのポリビニルアルコール繊維(線密度1.9g/cm、乾燥破断強度≧11.5MPa、乾燥引張破断伸度≧4.0-9.0%、初期弾性率≧280MPa、長さ6mm、相当直径≦14μm、山東菖源新材料科技有限公司産)を加え、HC-3DPRT型コンクリート(モルタル)の3D印刷システム(建研華測(杭州)科技有限公司産)のサイロ内で機械的に均一混合し、対応するナノ再生コンクリートドライブレンド材を形成した。
S4:上記GO-PVAH@FA懸濁液、及び水セメント比0.45で計算された残りの蒸留水を対応する3D印刷用ナノ再生コンクリートドライブレンド材に加え、HC-3DPRT型コンクリート(モルタル)の3D印刷システムのサイロ内で機械的に均一混合し、3D印刷用のナノ再生コンクリートスラリーを製造した。
S3: The remaining 0.15 kg of PCA-I type polycarboxylic acid superplasticizer (purchased from Jiangsu Subotech New Materials Co., Ltd.), external additive formed by 0.3 kg of anhydrous sodium sulfate (commercially available). The above GO-PVAH@FA was added to the aqueous solution of the agent, and stirred at high speed and evenly to obtain a GO-PVAH@FA suspension. O-52.5 type Portland cement and 0.5 kg of gypsum), 40 kg of Class II granite reclaimed sand (derived from C40 in Qingdao, crushed construction waste dismantled from 28-year-old concrete structures. and has an average apparent density of 2860 kg/m3) ( composed of 8 kg of coarse sand, 12 kg of medium sand, 10 kg of fine sand and 10 kg of ultra-fine sand), 0.5 kg of fine sand Ground slag powder (originating from the large slag of the blast furnace of this steel with an apparent density of 2930 kg/m 3 and obtained by ball milling) was added with 1.0 kg/m 3 shear shaped steel fibers (length 3- 15 mm, diameter 0.12-0.25 mm, tensile strength ≧2850 MPa, produced by Laiwu Jinhengtong Engineering Materials Co., Ltd.), 0.5 kg/m 3 polyvinyl alcohol fiber (linear density 1.9 g/cm 3 , dry Breaking strength ≥ 11.5 MPa, dry tensile elongation at break ≥ 4.0-9.0%, initial elastic modulus ≥ 280 MPa, length 6 mm, equivalent diameter ≤ 14 μm, Shandong Souyuan New Materials Technology Co., Ltd.), HC-3DPRT type concrete (mortar) was mechanically uniformly mixed in a silo of a 3D printing system (manufactured by Kenken Huazoku (Hangzhou) Science and Technology Co., Ltd.) to form a corresponding nano-recycled concrete dry blend material.
S4: Add the above GO-PVAH@FA suspension and the remaining distilled water calculated at a water-cement ratio of 0.45 to the corresponding nano-recycled concrete dry blend material for 3D printing, and HC-3DPRT type concrete (mortar) was uniformly mixed mechanically in the silo of the 3D printing system to produce a nano-recycled concrete slurry for 3D printing.

コンクリート(モルタル)の3D印刷システムのプリントヘッド仕様(ノズルの等価直径2.5cm)を決定し、平面印刷速度が5cm/s、縦方向の向上速度が1.5cm/s、層厚が2cmであり、雨水格子構造体のパラメータ(300mm×450mm×60mm)と組み合わせて、上記製造されたナノ再生コンクリート混合材を沿岸雨水格子構造体に1層ずつ印刷し、高速製造、層間結合及び海洋耐久性を体系的に評価した。 Determine the print head specifications of the concrete (mortar) 3D printing system (equivalent diameter of the nozzle 2.5 cm). Yes, in combination with the parameters of the rainwater grid structure (300mm x 450mm x 60mm), the nano-recycled concrete mixture produced above is printed on the coastal rainwater grid structure layer by layer for high-speed manufacturing, interlayer bonding and marine durability. was systematically evaluated.

ステップS1では、GO-PVAプレポリマー液中のPVAインターカレート効率及びGO分散効果を図1に示した。ステップS2では、GO-PVAH@FAの膨潤率、コーティング層の厚さはそれぞれ、30%、65μmであり、ステップS4では、雨水格子構造体用の3D印刷用ナノ再生コンクリートの高速製造、層間結合及び海洋耐久性を表1に示した。 In step S1, the PVA intercalation efficiency and GO dispersion effect in the GO-PVA prepolymer liquid are shown in FIG. In step S2, the swelling rate of GO-PVAH@FA and the thickness of the coating layer are 30% and 65 μm, respectively; and marine durability are shown in Table 1.

図1は、前記GO-PVA重合インターカレート及びGO-PVAH@FAコーティング構造の模式図を示し、GO-PVAハイドロゲル層は、FA粒子の表面にコーティングされ、PVA重合体には、GOシート層構造が効果的にインターカレートされ、マイクロコンデンサーの正負電気二重層が形成され、ナノ再生コンクリートの海洋防食性能が効果的に高まった。 FIG. 1 shows a schematic diagram of the GO-PVA polymerized intercalate and GO-PVAH@FA coating structure, the GO-PVA hydrogel layer is coated on the surface of the FA particles, and the PVA polymer has a GO sheet The layer structure was effectively intercalated, forming positive and negative electric double layers of microcapacitors, effectively enhancing the marine anticorrosion performance of nano-recycled concrete.

実施例4
本実施例の3D印刷用ナノ再生コンクリートの製造プロセスの具体的なステップは、以下のとおりであった。
Example 4
The specific steps of the manufacturing process of nano-recycled concrete for 3D printing in this example were as follows.

S1:前記0.5kgのPVAを5Lの温度80℃の温水に溶解し、濃度が10%、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液を調製し、0.015kgの過マンガン酸カリウム(PVA酸化剤)を含む条件下で、10mg/mLの2LのGO水分散液を上記PVA水溶液に混合し、原位置重合インターカレートプロセスを用い、GOシート層構造にPVAプレポリマーをインターカレートし、GO-PVAプレポリマー液を得た。 S1: 0.5 kg of PVA was dissolved in 5 L of warm water at a temperature of 80° C. to prepare a PVA aqueous solution having a concentration of 10%, an average degree of polymerization of 500 to 600, and an alcohol decomposition degree of 88%. Under conditions containing potassium permanganate (PVA oxidant), 2 L of 10 mg/mL GO aqueous dispersion was mixed with the above PVA aqueous solution, and PVA pre-precipitation was applied to the GO sheet layer structure using an in situ polymerization intercalation process. The polymer was intercalated to obtain a GO-PVA prepolymer liquid.

S2:1.5kgのFA、0.2kgのSBT(登録商標)-510型早強型ポリカルボン酸類減水剤(江蘇蘇博特新材料股分有限公司から購入)、0.01kgの希硫酸(PVA触媒)を上記GO-PVAプレポリマー液に加え、さらにオイルバスによるサーモソニック分散プロセス(油温120℃、周波数20kHz、パワー50W、超音波時間45min)を採用し、前記FA粒子表面の外にGO-PVAハイドロゲル(GO-PVAH)をコーティングし、GO-PVAH@FAを得て密封した。 S2: 1.5 kg of FA, 0.2 kg of SBT (registered trademark)-510 type early-strength polycarboxylic acid water reducing agent (purchased from Jiangsu Subotech New Materials Co., Ltd.), 0.01 kg of dilute sulfuric acid ( PVA catalyst) is added to the GO-PVA prepolymer liquid, and a thermosonic dispersion process using an oil bath (oil temperature 120 ° C., frequency 20 kHz, power 50 W, ultrasonic wave time 45 min) is adopted to remove the FA particle surface. GO-PVA hydrogel (GO-PVAH) was coated to obtain GO-PVAH@FA and sealed.

S3:残りの0.1kgのSBT(登録商標)-510型早強型ポリカルボン酸類減水剤、0.25kgのクエン酸で形成される外添剤の水溶液に上記GO-PVAH@FAを加え、高速かつ均一に撹拌し、GO-PVAH@FA懸濁液を得、同時に、25kgの複合セメント(12kgの525型HBSC、12kgのP.O 52.5ポルトランドセメント及び1kgのセッコウからなる)、35kgのII類再生砂(見かけ密度が3160kg/mの本鋼のスラグ尾鉱砂から由来し、化学組成CaO=35~38%、Fe=20~24%、SiO=18~21%、Al=5~8%、MgO=5~7%)(8kgの粗砂、12kgの中砂、8kgの細砂及び7kgの超細砂からなる)、1kgのフライアッシュ(I級、青島四方発電所産)に、0.8kg/mのミリング型鋼繊維(長さ10-60mm、直径0.2-0.6mm、引っ張り強度≧850MPa、莱蕪市金恒通工程材料有限公司産)、0.6kg/mのポリプロピレン繊維(線密度0.91g/cm、引っ張り強度≧450MPa、限界伸び率≧10%、弾性率≧3500MPa、長さ12mm、相当直径≦100μm、山東菖源新材料科技有限公司産)を加え、機械的に混合して、対応するナノ再生コンクリートドライブレンド材を形成した。 S3: The above GO-PVAH@FA is added to the remaining 0.1 kg of SBT (registered trademark)-510 type early-strength polycarboxylic acid water reducing agent and 0.25 kg of an external additive aqueous solution formed of citric acid, Stir fast and evenly to obtain a GO-PVAH@FA suspension, at the same time 25 kg of composite cement (consisting of 12 kg of 525 type HBSC, 12 kg of PO 52.5 Portland cement and 1 kg of gypsum), 35 kg Class II regenerated sand (derived from slag tailing sand of this steel with an apparent density of 3160 kg/m 3 , chemical composition CaO = 35-38%, Fe 2 O 3 = 20-24%, SiO 2 = 18-21 %, Al 2 O 3 =5-8%, MgO=5-7%) (composed of 8 kg coarse sand, 12 kg medium sand, 8 kg fine sand and 7 kg ultra-fine sand), 1 kg fly ash (I grade, produced by Qingdao Sifang Power Plant), 0.8 kg/m 3 milling type steel fiber (length 10-60 mm, diameter 0.2-0.6 mm, tensile strength ≥ 850 MPa, produced by Laiwu Jinheng Tong Engineering Materials Co., Ltd. ), 0.6 kg/m 3 polypropylene fiber (linear density 0.91 g/cm 3 , tensile strength ≥ 450 MPa, limit elongation ≥ 10%, elastic modulus ≥ 3500 MPa, length 12 mm, equivalent diameter ≤ 100 μm, Shandong Xiaoyuan New Material Technology Co., Ltd.) was added and mechanically mixed to form the corresponding nano-recycled concrete dry blend material.

S4:上記GO-PVAH@FA懸濁液、及び水セメント比0.42で計算された残りの脱イオン水を対応する3D印刷用ナノ再生コンクリートドライブレンド材に加え、HC-3DPRT型コンクリート(モルタル)の3D印刷システムのサイロ内で機械的に均一混合し、3D印刷用のナノ再生コンクリートスラリーを製造した。 S4: Add the above GO-PVAH@FA suspension and the remaining deionized water calculated at a water-cement ratio of 0.42 to the corresponding nano-recycled concrete dry blend material for 3D printing, and HC-3DPRT type concrete (mortar ) was uniformly mixed mechanically in the silo of the 3D printing system to produce a nano-recycled concrete slurry for 3D printing.

コンクリート(モルタル)の3D印刷システムのプリントヘッド仕様(ノズルの等価直径3cm)を決定し、平面印刷速度が6cm/s、縦方向の向上速度が2cm/s、層厚が3cmであり、沿岸マンホールの蓋の構造パラメータ(Φ600mm×50mm)と組み合わせて、上記製造されたナノ再生コンクリート混合材を用いて沿岸マンホールの蓋構造を1層ずつ印刷し、高速製造、層間結合及び海洋耐久性を体系的に評価した。 Determine the print head specifications of the concrete (mortar) 3D printing system (equivalent diameter of the nozzle 3 cm), the plane printing speed is 6 cm / s, the longitudinal improvement speed is 2 cm / s, the layer thickness is 3 cm, and the coastal manhole Combined with the structural parameters of the cover (Φ600mm × 50mm), the nano-recycled concrete mixture produced above is used to print the cover structure of the coastal manhole layer by layer, and systematically achieve high-speed manufacturing, interlayer bonding and marine durability. evaluated to

ステップS2では、GO-PVAH@FAの膨潤率、コーティング層の厚さはそれぞれ、40%、50μmであった。ステップS4では、円形マンホールの蓋構造用の該3D印刷用ナノ再生コンクリートの高速製造、層間結合及び海洋耐久性も表1に示した。 In step S2, the swelling ratio of GO-PVAH@FA and the coating layer thickness were 40% and 50 μm, respectively. In step S4, the rapid fabrication, interlayer bonding and marine durability of the 3D printing nano-recycled concrete for circular manhole cover structure are also shown in Table 1.

実施例5
本実施例の3D印刷用ナノ再生コンクリートの製造プロセスの具体的なステップは、以下のとおりであった。
Example 5
The specific steps of the manufacturing process of nano-recycled concrete for 3D printing in this example were as follows.

S1:前記0.3kgのPVAを5Lの温度65℃の温水に溶解し、濃度が6%、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液を調製し、0.02kgの塩素酸カリウム(PVA酸化剤)を含む条件下で、濃度が4mg/mLの5LのGO水分散液を上記PVA水溶液に混合し、原位置重合インターカレートプロセスを用い、GOシート層構造にPVAプレポリマーをインターカレートし、GO-PVAプレポリマー液を得た。 S1: Dissolve the above 0.3 kg of PVA in 5 L of hot water at a temperature of 65 ° C. to prepare a PVA aqueous solution having a concentration of 6%, an average degree of polymerization of 500 to 600, and an alcohol decomposition degree of 88%. Under conditions containing potassium chlorate (PVA oxidizing agent), 5 L of GO aqueous dispersion with a concentration of 4 mg/mL was mixed with the above PVA aqueous solution, and the in situ polymerization intercalation process was used to add PVA to the GO sheet layer structure. The prepolymer was intercalated to obtain a GO-PVA prepolymer liquid.

S2:1.2kgのFA、0.15kgのSBTJM-9型ポリカルボン酸類とメラミン樹脂類の複合高性能減水剤(江蘇蘇博特新材料股分有限公司から購入)、0.01kgホウ素酸(PVA触媒)を上記GO-PVAプレポリマー液に加え、さらにオイルバスによるサーモソニック分散プロセス(油温100℃、周波数20kHz、パワー50W、超音波時間60min)を用い、前記FA粒子表面の外にGO-PVAハイドロゲル(GO-PVAH)をコーティングし、膨潤率、コーティング層の厚さがそれぞれ、50%、100μmのGO-PVAH@FAを得て密封した。 S2: 1.2 kg of FA, 0.15 kg of SBTJM-9 type polycarboxylic acid and melamine resin composite superplasticizer (purchased from Jiangsu Subotech New Materials Co., Ltd.), 0.01 kg of boric acid ( PVA catalyst) was added to the above GO-PVA prepolymer liquid, and a thermosonic dispersion process with an oil bath (oil temperature 100 ° C., frequency 20 kHz, power 50 W, ultrasonic wave time 60 min) was used to disperse GO outside the FA particle surface. - PVA hydrogel (GO-PVAH) was coated to obtain GO-PVAH@FA with a swelling ratio of 50% and a coating layer thickness of 100 μm, respectively, and sealed.

S3:残りの0.15kgのSBTJM-9型ポリカルボン酸類とメラミン樹脂類の複合高性能減水剤、0.3kgの酒石酸で形成される外添剤の水溶液に上記GO-PVAH@FAを加え、高速かつ均一に撹拌し、GO-PVAH@FA懸濁液を得、同時に、25kgの複合セメント(12kgの625型HBSC、12kgのP.I 42.5ポルトランドセメント及び1kgセッコウからなる)、40kgの金尾鉱のII類再生砂(見かけ密度が2670kg/m、SiO、Alを主とする莱州鉱業有限公司の金尾鉱を破砕して、粒子成形して得られる)(10kgの粗砂、10kgの中砂、10kgの細砂及び10kgの超細砂からなる)、1kgのポゾラン(100メッシュ、市販品)に、1.0kg/mの溶融引抜型形鋼繊維(長さ13mm、直径0.3mm、引っ張り強度≧850MPa、弾性率≧210GPa、保定市シン火鋼繊維製造有限公司産)、0.5kg/mの高密度ポリエチレン繊維(密度0.97g/cm、引っ張り強度=2.8-4N/tex、弾性率=91-140N/tex、伸び率=3.5-3.7%、東莞市索維特特殊線帯有限公司産)を加え、HC-3DPRT型コンクリート(モルタル)の3D印刷システム(建研華測(杭州)科技有限公司産)のサイロ内で機械的に均一混合し、対応するナノ再生コンクリートドライブレンド材を形成した。 S3: The above GO-PVAH@FA is added to the remaining 0.15 kg of the composite superplasticizer of SBTJM-9 type polycarboxylic acids and melamine resins and 0.3 kg of the external additive aqueous solution formed by tartaric acid, Stir fast and evenly to obtain a GO-PVAH@FA suspension, at the same time 25 kg of composite cement (consisting of 12 kg of 625 type HBSC, 12 kg of PI 42.5 Portland cement and 1 kg of gypsum), 40 kg of Gold tailing class II reclaimed sand (apparent density: 2670 kg/m 3 , obtained by crushing gold tailings of Laizhou Mining Co., Ltd. mainly composed of SiO 2 and Al 2 O 3 and forming particles) (10 kg of coarse sand, 10 kg of medium sand, 10 kg of fine sand and 10 kg of ultra-fine sand), 1 kg of pozzolan (100 mesh, commercially available product), 1.0 kg/m3 of melt - drawn shaped steel fiber (long Thickness 13 mm, diameter 0.3 mm, tensile strength ≥ 850 MPa, elastic modulus ≥ 210 GPa, manufactured by Baoding Xin Huo Steel Fiber Manufacturing Co., Ltd.), 0.5 kg/m 3 high-density polyethylene fiber (density 0.97 g/cm 3 , Tensile strength = 2.8-4 N / tex, modulus of elasticity = 91-140 N / tex, elongation = 3.5-3.7%, (produced by Dongguan Suvei Special Cable Co., Ltd.), HC-3DPRT type They were uniformly mixed mechanically in a silo of a concrete (mortar) 3D printing system (manufactured by Kenken Huazoku (Hangzhou) Technology Co., Ltd.) to form a corresponding nano-recycled concrete dry-blended material.

S4:上記GO-PVAH@FA懸濁液、及び水セメント比0.35で計算された残りの電解水を対応する3D印刷用ナノ再生コンクリートドライブレンド材に加え、HC-3DPRT型工業級コンクリート(モルタル)の3D印刷システムのサイロ内で機械的に均一混合し、3D印刷用のナノ再生コンクリートスラリーを製造した。 S4: In addition to the GO-PVAH@FA suspension and the remaining electrolyzed water calculated at a water-cement ratio of 0.35 to the corresponding 3D printing nano-recycled concrete dry blend material, HC-3DPRT type industrial grade concrete ( The mortar) was uniformly mixed mechanically in the silo of the 3D printing system to produce a nano-recycled concrete slurry for 3D printing.

工業級コンクリート(モルタル)の3D印刷システムのプリントヘッド仕様(ノズルの等価直径5cm)を決定し、平面印刷速度が4cm/s、縦方向の向上速度が1.2cm/s、層厚が1cmであり、卵形水槽構造のパラメータ(1500mm×450mm×300mm)と組み合わせて、上記製造されたナノ再生コンクリート混合材を卵形水槽構造に1層ずつ印刷し、高速製造、層間結合及び海洋耐久性を体系的に評価した。 Determine the print head specifications (equivalent diameter of the nozzle 5 cm) of the 3D printing system for industrial grade concrete (mortar), the plane printing speed is 4 cm / s, the vertical speed is 1.2 cm / s, and the layer thickness is 1 cm. Yes, in combination with the parameters of the egg-shaped water tank structure (1500mm x 450mm x 300mm), the nano-recycled concrete mixture produced above is printed on the egg-shaped water tank structure layer by layer to achieve high-speed manufacturing, interlayer bonding and marine durability. evaluated systematically.

ステップS2では、GO-PVAH@FAの膨潤率、コーティング層の厚さはそれぞれ、40%、50μmであった。ステップS4では、卵形水槽構造用の該3D印刷用ナノ再生コンクリートの高速製造、層間結合及び海洋耐久性を表1に示した。 In step S2, the swelling ratio of GO-PVAH@FA and the coating layer thickness were 40% and 50 μm, respectively. In step S4, the rapid fabrication, interlayer bonding and marine durability of the 3D printing nano-recycled concrete for egg-shaped water tank structure are shown in Table 1.

実施例6
本実施例の製造方法は、実施例3と同様であり、相違点は、S3ステップでは、20kgの複合セメントが10kgの525型HBSC、及び10kgのP.O 52.5ポルトランドセメントの2つの部分からなり、セッコウを含まず、対応する鉱物混合材の混合量が0kgであることであった。
Example 6
The manufacturing method of this example is the same as that of Example 3, the difference being that in step S3, 20 kg of composite cement is mixed with 10 kg of 525 type HBSC and 10 kg of P.I. It consisted of two parts of O 52.5 Portland cement, without gypsum, with a mix of 0 kg of the corresponding mineral admixture.

ステップS2では、GO-PVAH@FAの膨潤率、コーティング層の厚さはそれぞれ、30%、65μmであった。ステップS4では、該3D印刷用ナノ再生コンクリートの関連性能を表1に示した。

In step S2, the swelling ratio of GO-PVAH@FA and the coating layer thickness were 30% and 65 μm, respectively. In step S4, the relevant performance of the nano-recycled concrete for 3D printing is shown in Table 1.

表1 実施例3-6での3D印刷用ナノ再生コンクリートの性能テストの比較結果

Figure 2022542640000002
Table 1 Comparative results of performance test of nano-recycled concrete for 3D printing in Examples 3-6
Figure 2022542640000002

上記の説明は、本発明の好ましい実施形態にすぎず、本発明を限定するために使用されるものではない。当業者にとって、本発明は、様々な修正及び変更を有することができる。本発明の精神及び原理の範囲内で行われた修正、同等置換や改良などは、本発明の保護範囲に含まれるべきである。 The above descriptions are only preferred embodiments of the present invention and are not used to limit the present invention. For those skilled in the art, the present invention can have various modifications and alterations. Any modification, equivalent replacement or improvement made within the spirit and principle of the present invention shall fall within the protection scope of the present invention.

Claims (10)

沿岸異形構造の3D印刷コンクリートであって、
複合セメント1重量部、再生砂1-2重量部、フライアッシュ0.05-0.2重量部、ポリビニルアルコール0.005-0.05重量部、酸化グラフェン0.0002-0.002重量部、鋼繊維0.01-0.05重量部、有機繊維0.005-0.02重量部、減水剤0.005-0.01重量部、凝固調整剤0.005-0.01重量部、鉱物混合材0-0.05重量部及び水0.3-0.5重量部からなり、前記PVAは、酸化剤及び触媒をさらに有する、ことを特徴とする沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。
3D printed concrete of coastal deformed structure,
1 part by weight of composite cement, 1-2 parts by weight of recycled sand, 0.05-0.2 parts by weight of fly ash, 0.005-0.05 parts by weight of polyvinyl alcohol, 0.0002-0.002 parts by weight of graphene oxide, Steel fiber 0.01-0.05 parts by weight, organic fiber 0.005-0.02 parts by weight, water reducing agent 0.005-0.01 parts by weight, coagulation modifier 0.005-0.01 parts by weight, mineral 3D printed concrete for coastal deformed structures, characterized in that it is composed of 0-0.05 parts by weight of a mixture and 0.3-0.5 parts by weight of water, and said PVA further comprises an oxidizing agent and a catalyst.
前記複合セメントは、高ベライトスルホアルミネートセメント、ポルトランドセメント、セッコウを1:(0.65-1.25):(0-0.15)の重量部比で混合して得られる、ことを特徴とする請求項1に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。 The composite cement is obtained by mixing high berite sulfoaluminate cement, Portland cement, and gypsum in a weight part ratio of 1:(0.65-1.25):(0-0.15). 3D printed concrete of coastal profile structure according to claim 1. 前記再生砂は、粗砂、中砂、細砂及び超細砂を含み、前記中砂率は27%-33%であり、
好適には、前記粗砂は、細かさ係数が3.7-3.1、平均粒径が0.5mm以上の粗砂であり、
好適には、前記中砂は、細かさ係数が3.0-2.3、平均粒径が0.5mm-0.35mmの中砂であり、
好適には、前記細砂は、細かさ係数が2.2-1.6、平均粒径が0.35mm-0.25mmの細砂であり、
好適には、前記超細砂は、細かさ係数が1.5-0.7、平均粒径が0.25mm以下の超細砂であり、
好適には、前記粗砂と、中砂と、細砂と、超細砂との質量比は、1:(1.1-2.0):(1-1.5):(1-1.5)である、ことを特徴とする請求項1に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。
The recycled sand includes coarse sand, medium sand, fine sand and ultra-fine sand, and the medium sand ratio is 27% to 33%,
Preferably, the coarse sand is coarse sand having a fineness coefficient of 3.7-3.1 and an average particle size of 0.5 mm or more,
Preferably, the medium sand has a fineness coefficient of 3.0-2.3 and an average particle diameter of 0.5 mm-0.35 mm,
Preferably, the fine sand has a fineness factor of 2.2-1.6 and an average particle size of 0.35 mm-0.25 mm,
Preferably, the ultra-fine sand is ultra-fine sand having a fineness coefficient of 1.5 to 0.7 and an average particle size of 0.25 mm or less,
Preferably, the mass ratio of coarse sand, medium sand, fine sand and ultra-fine sand is 1:(1.1-2.0):(1-1.5):(1-1 .5) The 3D printed concrete of coastal profile structure according to claim 1, characterized in that:
前記FAは、GB/T 1596-2017仕様に規定された強熱減量≦5%のI級FAであり、
又は、前記PVAは、平均重合度が500~600、アルコール分解度が88%のPVA水溶液であり、
又は、前記PVA酸化剤、PVA触媒はそれぞれ、過ヨウ素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム又は塩素酸カリウム、濃塩酸、希硫酸、希硝酸又はホウ素酸のうちの1つであり、
又は、前記GOは、単層率≧90%、酸素含有量35~45%のGO粉末又は濃度0.05~10mg/mLの水分散液である、ことを特徴とする請求項1に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。
The FA is a class I FA with ignition loss ≤ 5% specified in GB / T 1596-2017 specifications,
Alternatively, the PVA is an aqueous PVA solution having an average degree of polymerization of 500 to 600 and a degree of alcohol decomposition of 88%,
or the PVA oxidizing agent, the PVA catalyst is one of sodium periodate, potassium permanganate or potassium chlorate, concentrated hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, dilute nitric acid or boric acid, respectively;
Alternatively, the GO is a GO powder having a monolayer ratio of ≧90% and an oxygen content of 35 to 45% or an aqueous dispersion having a concentration of 0.05 to 10 mg/mL. 3D printed concrete of coastal deformed structure.
前記減水剤は、ポリカルボン酸類高性能減水剤、早強型ポリカルボン酸類減水剤、ナフタレンスルホン酸ナトリウム高性能減水剤又はメラミン樹脂類高性能減水剤の1つまたは複数種の組み合わせであり、
又は、前記凝固調整剤は、無水硫酸ナトリウム、トリエタノールアミン、ナノC-S-H結晶核のうちの1つである、ことを特徴とする請求項1に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。
The water reducing agent is one or more of a polycarboxylic acid superplasticizer, an early-strength polycarboxylic acid superplasticizer, a sodium naphthalenesulfonate superplasticizer, or a melamine resin superplasticizer,
Alternatively, the 3D printed concrete of coastal deformed structure according to claim 1, characterized in that the solidification modifier is one of anhydrous sodium sulfate, triethanolamine, and nano-C—S—H crystal nuclei. .
前記鋼繊維は、切断型鋼繊維、剪断型鋼繊維、ミリング型鋼繊維、溶融引抜型鋼繊維の1つまたは複数種の組み合わせであり、
又は、前記有機繊維は、チョップポリビニルアルコール繊維、ポリプロピレン繊維、高密度ポリエチレン繊維の1つまたは複数種の組み合わせである、ことを特徴とする請求項1に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。
the steel fibers are one or a combination of cutting type steel fibers, shear type steel fibers, milling type steel fibers, hot-draw type steel fibers,
Or, the 3D printed concrete of coastal profile structure according to claim 1, characterized in that the organic fibers are one or more combinations of chopped polyvinyl alcohol fibers, polypropylene fibers, high-density polyethylene fibers.
前記鉱物混合材は、再生微粉、微粉砕スラグ、フライアッシュ、ポゾラン又はシリコン粉の1つまたは複数種の組み合わせであり、
又は、前記水は、蒸留水、脱イオン水、水道水又は電解水のうちの1つを含むがこれらに限定されない、ことを特徴とする請求項1に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリート。
The mineral admixture is one or more of recycled fines, pulverized slag, fly ash, pozzolan or silicon powder, and
Alternatively, the water includes, but is not limited to, one of distilled water, deionized water, tap water, or electrolyzed water.
前記加工プロセスは、請求項1~7のいずれかに記載の3D印刷コンクリート原料を用いて3D印刷技術により前記コンクリートドライブレンド材を印刷成形する、ことを特徴とする沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセス。 3D printed concrete of coastal deformed structure, characterized in that the processing process prints and molds the concrete dry blend material by 3D printing technology using the 3D printed concrete raw material according to any one of claims 1 to 7. Machining process. 前記コンクリートドライブレンド材の製造プロセスの具体的なステップは、
PVAとGOと酸化剤とを原位置重合インターカレート法によりGO-PVAプレポリマー液に調製するステップと、FAと、減水剤と、触媒と、前記GO-PVAHプレポリマー液とを均一に混合し、FAの外にGO-PVAHプレポリマー液をコーティングし、GO-PVAH@FAを形成するステップと、GO-PVAH@FAを減水剤と凝固調整剤を含む溶液に分散させ、GO-PVAH@FA懸濁液を形成するステップと、複合セメントと、再生砂と、鋼繊維と、有機繊維と、鉱物混合材とをサイロ内で機械的に均一混合し、ナノ再生コンクリートドライブレンド材を形成するステップとを含み、
好適には、前記GO-PVAH@FA懸濁液とナノ再生コンクリートドライブレンド材とを3Dプリントヘッド内において高速混合し、3D機械アームの印刷仕様を設定し、異なる層厚のナノ再生コンクリート薄層を1層ずつ印刷し、それにより、沿岸異形構造を取得する、ことを特徴とする請求項8に記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの加工プロセス。
The specific steps of the manufacturing process of the concrete dry blend material are:
Preparing PVA, GO and an oxidizing agent into a GO-PVA prepolymer liquid by an in-situ polymerization intercalation method, and uniformly mixing FA, a water reducing agent, a catalyst and the GO-PVAH prepolymer liquid. and coating the GO-PVAH prepolymer liquid on the outside of FA to form GO-PVAH@FA; Forming an FA suspension, mechanically homogeneously mixing composite cement, reclaimed sand, steel fibers, organic fibers, and a mineral admixture in a silo to form a nano-reclaimed concrete dry blend. and
Preferably, the GO-PVAH@FA suspension and the nano-recycled concrete dry blend material are mixed at high speed in the 3D print head, and the printing specifications of the 3D mechanical arm are set to form thin layers of nano-recycled concrete with different layer thicknesses. The working process of 3D printed concrete of coastal profile structure according to claim 8, characterized in that the coastal profile structure is printed layer by layer, thereby obtaining the coastal profile structure.
好適には、前記沿岸異形構造は、マンホールの蓋、雨水格子、地下パイプ、卵型水槽、地下鉄パイプ、ハニカムビーム、積層ビーム/スラブなどを含むがこれらに限定されない、
請求項1~7のいずれかに記載の沿岸異形構造の3D印刷コンクリートの沿岸異形構造の製造における応用。
Suitably, said coastal profile structures include, but are not limited to, manhole covers, rain grate, underground pipes, oval cisterns, subway pipes, honeycomb beams, laminated beams/slabs, etc.
Application of 3D printed concrete of coastal profile structures according to any of claims 1-7 in the production of coastal profile structures.
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