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一种水下3D打印 混凝土及其施工方法

阅读：67发布：2021-06-05

专利汇可以提供一种水下3D打印混凝土及其施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种水下3D打印混凝土，以重量份数计，所述水下3D打印混凝土包括胶凝材料80～100、水20～38、细骨料 60～120、水性环氧树脂 10～30、外加剂2.8～4.5和纤维 0.1～1，所述胶凝材料包括水泥 55～85和超细粉15～35。本发明还提供了一种水下3D打印混凝土的施工方法。本发明提供的水下3D打印混凝土适用于增材自制的建造工艺和水下作业，成型后水陆强度比较高，在水中养护能达到C50以上的强度；本发明提供的施工方法可以实现水下免模施工，以指导沿海、近海等建造工程和大量水下混凝土的建造工作。，下面是一种水下3D打印混凝土及其施工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水下3D打印混凝土，其特征在于，以重量份数计，所述水下3D打印混凝土包括胶凝材料80～100、水20～38、细骨料60～120、水性环氧树脂10～30、外加剂2.8～4.5和纤维
0.1～1，所述胶凝材料包括水泥55～85和超细粉15～35。
2.根据权利要求1所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，以重量份数计，所述外加剂包括高效减水剂2～3、缓凝剂0.1～0.2、防水剂0.2～0.3和絮凝剂0.5～1。
3.根据权利要求2所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，所述高效减水剂选自聚羧酸系减水剂或萘系减水剂中的一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求2所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，所述缓凝剂选自酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸及其盐类以及水杨酸、硼酸盐、磷酸盐、锌盐中的一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求2所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，所述防水剂选自纤维素醚、胶粉、有机硅憎水剂或淀粉醚中的一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求2所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，所述絮凝剂选自聚丙烯酸钠、水解聚丙烯酰胺、藻蛋白酸钠、聚氧乙烯、苛性淀粉或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或至少两种的组合；所述超细粉选自硅粉、超细粉煤灰、超细磷渣粉、超细矿渣粉或纳米级碳酸钙粉中的一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，所述纤维选自钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或合成聚合纤维中的一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求1所述的水下3D打印混凝土，其特征在于，以重量份数计，所述水下3D打印混凝土包括胶凝材料91、水27～36、细骨料90～120、水性环氧树脂10～15、高效减水剂
2.2～2.4、缓凝剂0.2、防水剂0.2、絮凝剂0.6～0.7和纤维0.3～0.6，所述胶凝材料包括水泥58～75和超细粉16～31。
10.一种权利要求1-9任一所述的水下3D打印混凝土的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：
(1)将拌和的水下3D打印混凝土放入打印机真空泵中准备打印；
(2)打印口插入水中，出料口距离浇筑面不超过50cm，打印速度不高于50mm/s，以10-
30mm/s的出料速度逐层进行打印；其中，如在静止水中可以逐层打印，分段施工，减少打印制造过程中的扰动；如在流动水中则需要在打印层条间隙喷洒不分散胶浆进行防塌处理；
(3)混凝土应连续打印，中断时间不宜大于20min，整体结构应该在12h内完成。

说明书全文

一种水下3D打印 混凝土及其施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑材料和土建施工技术领域，特别涉及一种水下3D打印混凝土及其施工方法。

背景技术

[0002] 随着沿海地区经济的发展，近海工程建设施工技术成为热点。3D打印技术因为免模施工，机械作业，和增材自制，数字建造的优势，在水下作业凸显强大的技术优势，可以实现机械化自动化水下建造工程。现有的3D打印混凝土配合比设计较多，CN201910134165、CN201810913908、CN201910133642提出了3D打印混凝土的配合比设计。

[0003] 针对普通混凝土的水下建造，现阶段国内外提出了水下混凝土桩基础施工工艺、静态水下混凝土浇筑工艺、水下钢板桩挡墙阻水措施等较为成熟的混凝土施工工艺或措施，通过在混凝土中加入絮凝剂提高混凝土的粘度，提升抗分散性能。CN109748549A、CN109942259A等提出了各种强度水下混凝土配合比设计及制备方法。但现有的水下混凝土尚难以实现增材自制，叠合成型，不能水下打印的工作性要求。目前尚缺乏针对水下打印作业进行的3D打印配合比设计和施工工艺探索，无法实现水下塑形，建造成型。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种水下3D打印混凝土及其施工方法，适用于增材自制的建造工艺和水下作业，成型后水陆强度比较高，在水中养护能达到C50以上的强度；本发明提供的施工方法可以实现水下免模施工，以指导沿海、近海等建造工程和大量水下混凝土的建造工作。

[0005] 本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种水下3D打印混凝土，以重量份数计，所述水下3D打印混凝土包括胶凝材料80～100、水20～38、细骨料60～120、水性环氧树脂10～30、外加剂2.8～4.5和纤维0.1～1，所述胶凝材料包括水泥55～85和超细粉15～35。

[0007] 以重量份数计，所述外加剂包括高效减水剂2～3、缓凝剂0.1～0.2、防水剂0.2～0.3和絮凝剂0.5～1。

[0008] 优选的，所述高效减水剂选自聚羧酸系减水剂或萘系减水剂中的一种或至少两种的组合。

[0009] 优选的，所述缓凝剂选自酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸及其盐类以及水杨酸、硼酸盐、磷酸盐、锌盐中的一种或至少两种的组合。

[0010] 优选的，所述防水剂选自纤维素醚、胶粉、有机硅憎水剂或淀粉醚中的一种或至少两种的组合。

[0011] 优选的，所述絮凝剂选自聚丙烯酸钠、水解聚丙烯酰胺、藻蛋白酸钠、聚氧乙烯、苛性淀粉或聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的组合。

[0012] 优选的，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或至少两种的组合；所述超细粉选自硅粉、超细粉煤灰、超细磷渣粉、超细矿渣粉或纳米级碳酸钙粉中的一种或至少两种的组合。

[0013] 优选的，所述纤维选自钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或合成聚合纤维中的一种或至少两种的组合。

[0014] 优选的，以重量份数计，所述水下3D打印混凝土包括胶凝材料91、水27～36、细骨料90～120、水性环氧树脂10～15、高效减水剂2.2～2.4、缓凝剂0.2、防水剂0.2、絮凝剂0.6～0.7和纤维0.3～0.6，所述胶凝材料包括水泥58～75和超细粉16～31。优选的，所述水泥选自硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合物，所述超细粉选自超细粉煤灰或超细矿渣粉，所述高效减水剂为聚羧酸系高效减水剂，所述缓凝剂选自酒石酸或葡糖糖酸钠，所述防水剂选自纤维素醚或胶粉，所述絮凝剂选自聚丙烯酸钠，所述纤维选自聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维。

[0015] 本发明提供的水下3D打印混凝土根据建造工程的类型和重要性等级确定强度等级和打印环境参数来进行设计的。其中，强度等级主要由胶凝材料比例确定；混凝土的打印形态由外加剂以及纤维种类和掺量确定；混凝土的水下抗分散能力根据水下作业环境，水深和水流速度，由水性环氧树脂、防水剂、絮凝剂确定；根据打印施工工艺和流程确定混凝土水下终凝时间，选定缓凝剂和用量。

[0016] 本发明提供的水下3D打印混凝土适用于增材自制的建造工艺和水下作业，成型后水陆强度比较高，在水中养护能达到C50以上的强度。为实现以上要求，本发明提供的水下3D打印混凝土在新拌混凝土屈服应力增长规律、流动度、凝结时间，水下抗分散性，强度四个方面具备一定的要求：其中，流动度可保持在160-190mm范围内，凝结时间宜保持在
20min-120min内，并同时兼顾水下不分散混凝土的性能要求：抗压强度7d、28d水陆强度比分别大于60％、70％，抗折强度7d、28d水陆强度比分别大于50％、60％，水溶液的PH值需小于12。

[0017] 本发明还提供了一种水下3D打印混凝土的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

[0018] (1)将拌和的水下3D打印混凝土放入打印机真空泵中准备打印；

[0019] (2)打印口插入水中，出料口距离浇筑面不超过50cm，打印速度不高于50mm/s，以10-30mm/s的出料速度逐层进行打印；其中，如在静止水中可以逐层打印，分段施工，减少打印制造过程中的扰动；如在流动水中则需要在打印层条间隙喷洒不分散胶浆进行防塌处理；

[0020] (3)混凝土应连续打印，中断时间不宜大于20min，整体结构应该在12h内完成。

[0021] 其中，水下3D打印混凝土的拌和工艺为：将水泥、超细粉和细骨料按比例称重后混匀作为混匀固体粉末待用；在混匀固体粉末中加入水性环氧树脂、外加剂和1/2水；搅拌90-120s后加入剩下的1/2水；搅拌60-90s后加入纤维；搅拌90-120s后之别完成。

[0022] 本发明提供的施工方法确定了施工建造流程和关键参数，可以指导3D打印混凝土自动化智能建造，实现水下免模施工，以指导沿海、近海等建造工程和大量水下混凝土的建造工作。附图说明

[0023] 图1为水下3D打印混凝土的拌和工艺图。

具体实施方式

[0024] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

[0025] 实施例1

[0026] 以重量份数计，本实施例提供的水下3D打印混凝土包括：42.5硫铝酸盐水泥58份，超细粉煤灰31份，水36份，细骨料90份，水性环氧树脂10份，聚羧酸系高效减水剂2.4份，酒石酸0.2份，纤维素醚0.2份，聚丙烯酸钠0.6份，聚乙烯醇纤维0.3份。水下3D打印混凝土的拌和工艺如图1所示。

[0027] 实施例2

[0028] 以重量份数计，本实施例提供的水下3D打印混凝土包括：硅酸盐水泥60份，硫铝酸盐水泥15份，超细矿渣粉16份，水27份，细骨料100份，水性环氧树脂15份，聚羧酸系高效减水剂2.2份，葡萄糖酸钠0.2份，胶粉0.2份，聚丙烯酸钠0.7份，聚丙烯纤维0.6份。

[0029] 经试验可得，实施例1和实施例2制备的水下打印混凝土材料的流动度可保持在160-190mm范围内，凝结时间宜保持在20min-120min内，并同时兼顾水下不分散混凝土的性能要求：抗压强度7d、28d水陆强度比分别大于60％、70％，抗折强度7d、28d水陆强度比分别大于50％、60％，水溶液的PH值需小于12。最终混凝土能在水中养护能达到C50以上的强度，为未来3D打印水下结构提供有力的强度和质量保障。

[0030] 实施例1或实施例2制备的水下3D打印混凝土的施工方法为：

[0031] 1.准备胶凝材料，掺合料和一半的水，称量好外加剂进行高速搅拌(1200r/min)；

[0032] 2.拌合90-120s，然后加入余下的水高速搅拌(1200r/min)60-90s,加入纤维高速搅拌(1200r/min)拌合90-120s；

[0033] 3.拌合完成后，将搅拌好的基体放入打印机真空泵中准备打印；

[0034] 4.打印口插入水中，出料口距离浇筑面不超过50cm，打印速度不高于50mm/s，以10-30mm/s的出料速度逐层进行打印；

[0035] 5.如在静止水中可以逐层打印，分段施工，减少打印制造过程中的扰动；如在流动水中则需要在打印层条间隙喷洒不分散胶浆进行防塌处理；

[0036] 6.混凝土应连续打印，中断时间不宜大于20min，整体结构应该在12h内完成。

[0037] 以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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