干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料及其制备方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411807118.5 申请日 2024-12-10
公开(公告)号 CN119638286A 公开(公告)日 2025-03-18
申请人 河北工业大学; 申请人类型 学校
发明人 潘竹; 杨航宇; 王里; 第一发明人 潘竹
权利人 河北工业大学 权利人类型 学校
当前权利人 河北工业大学 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:天津市 城市 当前专利权人所在城市:天津市北辰区
具体地址 当前专利权人所在详细地址:天津市北辰区双口镇西平道5340号 邮编 当前专利权人邮编:300401
主IPC国际分类 C04B28/00 所有IPC国际分类 C04B28/00C04B40/00C04B18/14C04B18/08C04B14/06C04B22/06C04B22/08C04B22/12B33Y70/10
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 北京翔石知识产权代理事务所 专利代理人 刘翔;
摘要 本 发明 涉及3D打印 建筑材料 技术领域,尤其涉及一种低 干燥收缩 的3D打印地质 聚合物 复合材料 及其制备方法,按 质量 份配比:矿渣粉400份、 粉 煤 灰 320份、 钢 渣微粉80份、 石英 砂1200份、氢 氧 化钠5.1份~25.6份、 硅 酸钠46.4份~66.9份、氯化钡8份、 水 296份。制备方法包括:按预设质量配比,将矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉、石英砂充分混合,得到均匀的 基础 粉体混合物;向基础粉体混合物中加入 碱 激发剂和氯化钡,继续混合直至均匀,得到第一混合物;向第一混合物中按预设水胶比加入水,并根据预设搅拌方法进行搅拌处理,以得到低干燥收缩的3D打印 地质聚合物 复合材料。本发明能够降低干燥收缩性。
权利要求

1.一种低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,其特征在于,所述地质聚合物复合材料按质量份配比由以下组分组成:矿渣粉400份、灰320份、渣微粉80份、石英
1200份、氢化钠5.1份~25.6份、酸钠46.4份~66.9份、氯化钡8份以及296份。
2.根据权利要求1所述的低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,其特征在于,所述矿渣粉中CaO含量大于45%,所述粉煤灰中CaO含量大于10%,所述钢渣微粉组分中CaO含量大于40%。
3.根据权利要求2所述的低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,其特征在于,所述矿渣粉粒径为0.5μm~50μm,所述粉煤灰粒径为0.5μm~200μm,所述钢渣微粉粒径为1μm~
600μm,所述石英砂粒径为208μm~415μm。
4.根据权利要求3所述的低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,其特征在于,所述地质聚合物复合材料中的性激发剂为硅酸钠和氢氧化钠的混合物;其中,按质量分数配比,所述硅酸钠为46.4份~66.9份,所述氢氧化钠为5.1份~25.6份。
5.一种地质聚合物复合材料制备方法,其用以制备上述权利要求1‑4任一项所述的低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,其特征在于,包括:
步骤S1,按预设质量配比,将矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂充分混合,得到均匀的基础粉体混合物;
步骤S2,向所述基础粉体混合物中加入碱激发剂和氯化钡,继续混合直至均匀,得到第一混合物;其中,所述碱激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠;
步骤S3,向所述第一混合物中按预设水胶比加入水,并根据预设搅拌方法进行搅拌处理,以得到低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料。
6.根据权利要求5所述的地质聚合物复合材料制备方法,其特征在于,在所述步骤S1中,包括:
步骤S11,获取所述矿渣粉、所述粉煤灰以及所述钢渣微粉中CaO总含量,并根据所述CaO总含量确定研磨以及研磨速度;
步骤S12,基于所述研磨压力以及所述研磨速度对所述矿渣粉、所述粉煤灰、所述钢渣微粉以及所述石英砂进行研磨处理;
步骤S13,将研磨后的所述矿渣粉、所述粉煤灰、所述钢渣微粉以及所述石英砂进行充分搅拌混合,以得到均匀的基础粉体混合物。
7.根据权利要求6所述的地质聚合物复合材料制备方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述碱激发剂通过以下方式得到:
向预设质量的硅酸钠中加入氢氧化钠并充分混合,以调节硅酸钠模数至预设模数,得到所述碱激发剂。
8.根据权利要求7所述的地质聚合物复合材料制备方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述预设搅拌方法包括:
将所述第一混合物与水以第一搅拌速度搅拌第一搅拌时间使其初步混合后,再以第二搅拌速度搅拌第二搅拌时间,使其充分混合为均匀浆体,其中,所述第二搅拌速度大于第一搅拌速度。
9.根据权利要求8所述的地质聚合物复合材料制备方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述预设模数为0.6~1.0。
10.根据权利要求9所述的地质聚合物复合材料制备方法,其特征在于,在所述步骤S3中,根据所述第一混合物与水初步混合后的流动度确定第二搅拌速度。

说明书全文

干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及3D打印建筑材料技术领域,尤其涉及一种低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着智能建造技术的快速发展,3D打印混凝土技术已成为全球研究与应用的热点。该技术凭借数字化成型、无模化施工、材料与人节约、建筑效率提升以及造型灵活多变等显著优势,展现出广泛的应用潜力。3D打印混凝土不仅能够减少传统施工中的资源浪费和环境影响,还为复杂结构的精确制造提供了创新解决方案,为未来建筑行业的高效、绿色发展提供了强有力的技术支撑
[0003] 目前,泥基材料在3D打印建筑领域中依然是最常用的材料之一。然而,生产每吨水泥熟料所导致的排放量约为800千克至900千克,这使得水泥的生产成为建筑行业主要的碳排放源之一,对环境造成了显著压力。因此,采用绿色低碳材料以降低水泥基材料的碳足迹,已成为推动3D打印建筑技术向绿色可持续发展转型的重要策略。此外,水泥基材料的干燥收缩问题也不容忽视。当材料内部的水分向外环境散失时,毛细孔中的水分流失以及相对湿度的降低会导致毛细孔压力增加,从而引发体积收缩和变形。相较之下,激发地聚物胶凝材料显示出较大的应用潜力。该材料由富含的矿物组分与激发剂相结合,能够在生产过程中显著降低二化碳排放和能源消耗。同时,这种材料体系展现出优良的力学性能,包括高抗压强度和低干燥收缩,为低碳和可持续建筑材料的开发提供了新的可能性。
[0004] 现阶段,采用碱激发地聚物胶凝材料体系制备3D打印混凝土的技术存在诸多缺陷,例如:CN113105170A、CN114751768A、CN113277791A胶凝材料体系仅考虑提高抗压强度,导致干燥收缩性比较高,且凝结时间过快,难以施工。
[0005] 因此,探索能否利用工业固废材料,开发一种具备低成本、低干燥收缩、强度稳定的3D打印地聚物建筑材料,是该领域亟待解决的关键问题。

发明内容

[0006] 为此,本发明提供一种低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料及其制备方法,用以克服现有技术中碱激发地聚物胶凝材料体系制备的3D打印混凝土凝结时间过快、干燥收缩性比较高的问题。
[0007] 为实现上述目的,一方面,本发明提供一种低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,所述地质聚合物复合材料按质量份配比由以下组分组成:矿渣粉400份、灰320份、渣微粉80份、石英砂1200份、氢氧化钠5.1份~25.6份、硅酸钠46.4份~66.9份、氯化钡8份以及水296份。
[0008] 进一步地,所述矿渣粉中CaO含量大于45%,所述粉煤灰中CaO含量大于10%,所述钢渣微粉组分中CaO含量大于40%。
[0009] 进一步地,所述矿渣粉粒径为0.5μm~50μm,所述粉煤灰粒径为0.5μm~200μm,所述钢渣微粉粒径为1μm~600μm,所述石英砂粒径为208μm~415μm。
[0010] 进一步地,所述地质聚合物复合材料中的碱性激发剂为硅酸钠和氢氧化钠的混合物;其中,按质量分数配比,所述硅酸钠为46.4份~66.9份,所述氢氧化钠为5.1份~25.6份。
[0011] 另一方面,本发明还提供一种地质聚合物复合材料制备方法,包括:
[0012] 步骤S1,按预设质量配比,将矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂充分混合,得到均匀的基础粉体混合物;
[0013] 步骤S2,向所述基础粉体混合物中加入碱激发剂和氯化钡,继续混合直至均匀,得到第一混合物;其中,所述碱激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠;
[0014] 步骤S3,向所述第一混合物中按预设水胶比加入水,并根据预设搅拌方法进行搅拌处理,以得到低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料。
[0015] 进一步地,在所述步骤S1中,包括:
[0016] 步骤S11,获取所述矿渣粉、所述粉煤灰以及所述钢渣微粉中CaO总含量,并根据所述CaO总含量确定研磨压力以及研磨速度;
[0017] 步骤S12,基于所述研磨压力以及所述研磨速度对所述矿渣粉、所述粉煤灰、所述钢渣微粉以及所述石英砂进行研磨处理;
[0018] 步骤S13,将研磨后的所述矿渣粉、所述粉煤灰、所述钢渣微粉以及所述石英砂进行充分搅拌混合,以得到均匀的基础粉体混合物。
[0019] 进一步地,在所述步骤S2中,所述碱激发剂通过以下方式得到:
[0020] 向预设质量的硅酸钠中加入氢氧化钠并充分混合,以调节硅酸钠模数至预设模数,得到所述碱激发剂。
[0021] 进一步地,在所述步骤S3中,所述预设搅拌方法包括:
[0022] 将所述第一混合物与水以第一搅拌速度搅拌第一搅拌时间使其初步混合后,再以第二搅拌速度搅拌第二搅拌时间,使其充分混合为均匀浆体,其中,所述第二搅拌速度大于第一搅拌速度。
[0023] 进一步地,在所述步骤S2中,所述预设模数为0.6~1.0。
[0024] 进一步地,在所述步骤S3中,根据所述第一混合物与水初步混合后的流动度确定第二搅拌速度。
[0025] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于,本发明地质聚合物复合材料的组分采用矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂,能够实现废物的资源化利用,降低成本,以及提高胶凝性能和抗压强度。通过使用氢氧化钠和硅酸钠制备碱激发剂进行激发,能够显著降低碳排放和能源消耗,提高抗压强度,降低干燥收缩性。通过添加氯化钡作为缓凝剂,能够降低成本,进一步提高抗压强度,改善材料的性能和稳定性
[0026] 进一步地,本发明通过按预设质量配比,将矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂充分混合,能够提高基础粉体混合物的均匀性,从而提高后续碱激发的效率和激发质量,并且利用矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉作为原料,能够降低成本。通过向基础粉体混合物中加入碱激发剂和氯化钡进行激发,能够降低碳排放以及能源消耗,提高抗压强度,降低干燥收缩性。通过向第一混合物中按预设水胶比加入水,并根据预设搅拌方法进行搅拌处理,能够提高生产效率和均质性,进一步提高抗压强度。
[0027] 进一步地,本发明通过利用氢氧化钠调节硅酸钠模数至预设模数制备碱激发剂,能够优化凝胶化过程和孔隙结构,降低干燥收缩性。附图说明
[0028] 图1为本发明实施例地质聚合物复合材料制备方法的流程图
[0029] 图2为本发明实施例步骤S1的流程示意图;
[0030] 图3为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料凝结时间比对图;
[0031] 图4为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料浇筑7天后的抗压强度比对图;
[0032] 图5为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料浇筑28天后的抗压强度比对图;
[0033] 图6为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料干燥收缩性比对图。

具体实施方式

[0034] 为了使本发明的目的和优点更加清楚明白,下面结合实施例对本发明作进一步描述;应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
[0035] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非在限制本发明的保护范围。
[0036] 需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0037] 此外,还需要说明的是,在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038] 本发明提供一种低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料,所述地质聚合物复合材料按质量份配比由以下组分组成:矿渣粉400份、粉煤灰320份、钢渣微粉80份、石英砂1200份、氢氧化钠5.1份~25.6份、硅酸钠46.4份~66.9份、氯化钡8份以及水296份。
[0039] 具体而言,所述矿渣粉中CaO含量大于45%,所述粉煤灰中CaO含量大于10%,所述钢渣微粉组分中CaO含量大于40%。
[0040] 具体而言,所述矿渣粉粒径为0.5μm~50μm,所述粉煤灰粒径为0.5μm~200μm,所述钢渣微粉粒径为1μm~600μm,所述石英砂粒径为208μm~415μm。
[0041] 具体而言,所述地质聚合物复合材料中的碱性激发剂为硅酸钠和氢氧化钠的混合物;其中,按质量分数配比,所述硅酸钠为46.4份~66.9份,所述氢氧化钠为5.1份~25.6份。
[0042] 本发明地质聚合物复合材料的组分采用矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂,能够实现废物的资源化利用,降低成本,以及提高胶凝性能和抗压强度。通过使用氢氧化钠和硅酸钠制备碱激发剂进行激发,能够显著降低碳排放和能源消耗,提高抗压强度,降低干燥收缩性。通过添加氯化钡作为缓凝剂,能够降低成本,进一步提高抗压强度,改善材料的性能和稳定性。
[0043] 请参阅图1所示,其为本发明实施例地质聚合物复合材料制备方法的流程图;
[0044] 本发明还提供一种地质聚合物复合材料制备方法,包括:
[0045] 步骤S1,按预设质量配比,将矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂充分混合,得到均匀的基础粉体混合物;
[0046] 可以理解的是,预设质量配比为:矿渣粉400份、粉煤灰320份、钢渣微粉80份、石英砂1200份、氢氧化钠5.1份~25.6份、硅酸钠46.4份~66.9份、氯化钡8份以及水296份。
[0047] 请参阅图2所示,其为本发明实施例步骤S1的流程示意图;具体而言,在所述步骤S1中,包括:
[0048] 步骤S11,获取所述矿渣粉、所述粉煤灰以及所述钢渣微粉中CaO总含量,并根据所述CaO总含量确定研磨压力以及研磨速度;
[0049] 可以理解的是,CaO总含量越高,矿渣粉、粉煤灰以及钢渣微粉的硬化程度越高,在研磨时会增加流动阻力,需要通过提高研磨压力和研磨速度使矿渣粉、粉煤灰以及钢渣微粉的研磨充分,达到最佳的研磨效果。
[0050] 在一个具体的实施例中,CaO总含量为矿渣粉中CaO质量、粉煤灰中CaO质量以及钢渣微粉中CaO质量之和与矿渣粉、粉煤灰以及钢渣微粉总质量的比值,将CaO总含量与预设含量进行比对,若CaO总含量小于预设含量,则将标准研磨压力确定为研磨压力,将标准研磨速度确定为研磨速度;若CaO总含量大于或者等于预设含量,则根据CaO总含量与预设含量的比值确定第一比值,根据第一比值与标准研磨压力的乘积确定研磨压力,根据第一比值与标准研磨速度的乘积确定研磨速度。
[0051] 可以理解的是,实际实施人员可以根据实际情况或基于历史数据中通过合格性检验的CaO总含量的均值设置预设含量,根据预设含量对应的研磨压力的均值以及研磨速度的均值分别设置标准研磨压力以及标准研磨速度,优选地,预设含量取值范围设置为40%~50%,标准研磨压力取值范围设置为500kN~600kN,标准研磨速度取值范围设置为100r/min~150r/min。
[0052] 步骤S12,基于所述研磨压力以及所述研磨速度对所述矿渣粉、所述粉煤灰、所述钢渣微粉以及所述石英砂进行研磨处理;
[0053] 步骤S13,将研磨后的所述矿渣粉、所述粉煤灰、所述钢渣微粉以及所述石英砂进行充分搅拌混合,以得到均匀的基础粉体混合物。
[0054] 步骤S2,向所述基础粉体混合物中加入碱激发剂和氯化钡,继续混合直至均匀,得到第一混合物;其中,所述碱激发剂包括氢氧化钠和硅酸钠;
[0055] 在实施中,根据胶凝材料(矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉)总质量的1%加入氯化钡。
[0056] 请参阅图3‑图6所示,图3为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料凝结时间比对图;图4为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料养护7天后的抗压强度比对图;图5为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料养护28天后的抗压强度比对图;图6为本发明实施例不同预设模数下地质聚合物复合材料干燥收缩性比对图;图中,M06表示预设模数为0.6,M08表示预设模数为0.8,M10表示预设模数为1.0,M12表示预设模数为1.2;
[0057] 具体而言,在所述步骤S2中,所述碱激发剂通过以下方式得到:
[0058] 向预设质量的硅酸钠中加入氢氧化钠并充分混合,以调节硅酸钠模数至预设模数,得到所述碱激发剂。
[0059] 在实施中,根据胶凝材料(矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉)总质量的9%加入碱激发剂,以此计算预设质量。
[0060] 具体而言,在所述步骤S2中,所述预设模数为0.6~1.0,优选地,预设模数为0.6。
[0061] 可以理解的是,硅酸钠的模数为硅酸钠中的二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔比,在低模数(Ms=0.6)条件下,硅酸钠溶液中Na2O含量较高,使体系中的浓度Na+显著增+ 2‑ +加:Na2SiO3+H2O→2Na+SiO3 ,高浓度的Na会增强溶液的离子强度,通过离子屏蔽效应减少凝胶网络中硅氧聚合物链之间的静电排斥,促进形成致密、稳固的硅氧铝骨架结构,这种致密的凝胶结构有助于减少孔隙率,降低水分蒸发速率,从而有效控制干燥收缩。另外,在低+ ‑
模数条件下,Na和OH 离子浓度较高,加速了粉煤灰、矿渣粉和钢渣微粉中活性SiO2和Al2O3‑ 2‑ ‑ 4‑
的溶解:SiO2+2OH→SiO3 +H2O,Al2O3+3OH→2Al(OH) ,这种高效溶解和缩聚反应形成了均匀分布的凝胶相,内部孔隙结构以细孔和微孔为主,限制了水分的迁移路径,显著降低了毛+
细作用引起的负压效应和收缩应力积累。此外,在低模数条件下,溶液的高Na浓度提升了液相粘度,增加了浆料的滞水能力,减缓了干燥过程中水分的过快蒸发。缓慢的水分迁移降低了毛细压力的累积,减少了干燥收缩带来的应力集中。同时,致密的凝胶网络结构提供了较高的柔韧性,能够适度分散收缩应力,避免微裂纹的产生和扩展。通过调节硅酸钠模数为
0.6,并利用氢氧化钠作为高效激发剂,本发明优化了地聚物材料的化学反应过程与孔隙结构设计,在低模数条件下形成的致密凝胶网络和高滞水性有效抑制了干燥过程中体积收缩的发生,显著提升了固化后材料的尺寸稳定性和结构完整性,这种低干燥收缩性机制为地聚物材料的工程应用提供了更可靠的性能保障。
[0062] 本发明通过利用氢氧化钠调节硅酸钠模数至预设模数制备碱激发剂,能够优化凝胶化过程和孔隙结构,降低干燥收缩性。
[0063] 步骤S3,向所述第一混合物中按预设水胶比加入水,并根据预设搅拌方法进行搅拌处理,以得到低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料。
[0064] 具体而言,在所述步骤S3中,所述预设搅拌方法包括:
[0065] 将所述第一混合物与水以第一搅拌速度搅拌第一搅拌时间使其初步混合后,再以第二搅拌速度搅拌第二搅拌时间,使其充分混合为均匀浆体,其中,所述第二搅拌速度大于第一搅拌速度。
[0066] 具体而言,在所述步骤S3中,根据所述第一混合物与水初步混合后的流动度确定第二搅拌速度。
[0067] 在实施中,预设水胶比为0.37,其中,水胶比为水的质量与胶凝材料(矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉)总质量的比值。
[0068] 可以理解的是,第一混合物与水初步混合后的流动度越小,表明第一混合物的流动性越差,在搅拌时容易发生分层或不均匀现象,需要通过提高搅拌速度来改善材料的混合均匀性。
[0069] 在一个具体的实施例中,获取第一混合物与水初步混合后的流动度(其在水平方向上扩展的平均直径),以得到第一流动度,将第一流动度与预设流动度进行比对,根据预设流动度与第一流动度的比值确定第二比值,根据第二比值与第一搅拌速度的乘积确定第二搅拌速度。也可以根据预设流动度与第一流动度的差距确定第二搅拌速度,只要使第二搅拌速度与第一差值与所述预设差值的差距成正相关即可,具体的调整量能够根据实际场景经若干次试验确定,在此不再赘述。优选地,第一搅拌速度取值范围设置为80r/min~90r/min,预设流动度取值范围设置为200mm~220mm,第一搅拌时间取值范围设置为2min~
3min,第二搅拌时间设置为3min~4min。
[0070] 在实施中,3D打印地质聚合物复合材料的流动度可以达到250mm~280mm。
[0071] 本发明通过按预设质量配比,将矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉以及石英砂充分混合,能够提高基础粉体混合物的均匀性,从而提高后续碱激发的效率和激发质量,并且利用矿渣粉、粉煤灰、钢渣微粉作为原料,能够降低成本。通过向基础粉体混合物中加入碱激发剂和氯化钡进行激发,能够降低碳排放以及能源消耗,提高抗压强度,降低干燥收缩性。通过向第一混合物中按预设水胶比加入水,并根据预设搅拌方法进行搅拌处理,能够提高生产效率和均质性,进一步提高抗压强度。
[0072] 对比例:
[0073] 本对比例按质量份数计包括如下组分:矿渣粉400份、粉煤灰320份、钢渣微粉80份、石英砂1200份、固体片状氢氧化钠0份、固体粒状硅酸钠72份、氯化钡8份、水296份,采用本发明地质聚合物复合材料制备方法进行制备,将得到的对比例地质聚合物复合材料倒入40mm×40mm×40mm的试模中并刮平,在高频振动台震动40~60s,震动完毕后在试件表面覆盖保鲜膜,室内静置2d后脱模;试件脱模后放入温度为20±2℃、湿度≥95%的标准养护箱养护28d,期间检测到其初凝时间45min,终凝时间70min;然后根据相关标准,进行相关性能测试,对比例抗压强度性能检测结果如表1所示,对比例干燥收缩率性能检测结果如表5所示。
[0074] 实施例1:
[0075] 本实施例按质量份数计包括如下组分:矿渣粉400份、粉煤灰320份、钢渣微粉80份、石英砂1200份、固体片状氢氧化钠5.1份、固体粒状硅酸钠66.9份、氯化钡8份、水296份,采用本发明地质聚合物复合材料制备方法进行制备,将得到的实施例1地质聚合物复合材料倒入40mm×40mm×40mm的试模中并刮平,在高频振动台震动40~60s,震动完毕后在试件表面覆盖保鲜膜,室内静置2d后脱模;试件脱模后放入温度为20±2℃、湿度≥95%的标准养护箱养护28d,期间检测到其初凝时间85min,终凝时间125min;然后根据相关标准,进行相关性能测试,实施例1抗压强度性能检测结果如表2所示,实施例1干燥收缩率性能检测结果如表5所示。
[0076] 实施例2:
[0077] 本实施例按质量份数计包括如下组分:矿渣粉400份、粉煤灰320份、钢渣微粉80份、石英砂1200份、固体片状氢氧化钠15.3份、固体粒状硅酸钠56.7份、氯化钡8份、水296份,采用本发明地质聚合物复合材料制备方法进行制备,将得到的实施例2地质聚合物复合材料倒入40mm×40mm×40mm的试模中并刮平,在高频振动台震动40~60s,震动完毕后在试件表面覆盖保鲜膜,室内静置2d后脱模;试件脱模后放入温度为20±2℃、湿度≥95%的标准养护箱养护28d,期间检测到其初凝时间100min,终凝时间135min;然后根据相关标准,进行相关性能测试,实施例2抗压强度性能检测结果如表3所示,实施例2干燥收缩率性能检测结果如表5所示。
[0078] 实施例3:
[0079] 本实施例按质量份数计包括如下组分:矿渣粉400份、粉煤灰320份、钢渣微粉80份、石英砂1200份、固体片状氢氧化钠25.6份、固体粒状硅酸钠46.4份、氯化钡8份、水296份,采用本发明地质聚合物复合材料制备方法进行制备,将得到的实施例3地质聚合物复合材料倒入40mm×40mm×40mm的试模中并刮平,在高频振动台震动40~60s,震动完毕后在试件表面覆盖保鲜膜,室内静置2d后脱模;试件脱模后放入温度为20±2℃、湿度≥95%的标准养护箱养护28d,期间检测到其初凝时间125min,终凝时间155min;然后根据相关标准,进行相关性能测试,实施例3抗压强度性能检测结果如表4所示,实施例3干燥收缩率性能检测结果如表5所示。
[0080] 上述实施例和对比例所使用的部分原料具体为:
[0081] 所用到的矿渣为河北省灵寿县百丰矿产品加工厂获取的矿渣粉,颜色为白色,CaO含量为47.1%;
[0082] 所用到的钢渣为河北省灵寿县泰圳矿产品加工厂生产的钢渣微粉,颜色为灰黑色,CaO含量为41.6%;
[0083] 所用到的矿渣为河北省灵寿县奥红矿产品经营部生产的一级粉煤灰,颜色为灰褐色,CaO含量为12.8%;
[0084] 采用硅酸钠和氢氧化钠作为碱性激发剂,其中硅酸钠(Na2SiO3)由山东省临沂市绿森化工有限公司提供,无水硅酸钠模数(M=n(SiO2)/n(Na2O))约等于1.2。氢氧化钠(NaOH)由江苏省无市亚泰联合化工有限公司提供,纯度大于99.9%。
[0085] 各试件的检测方法和标准为:
[0086] 根据《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70‑2009)中的规定进行3D打印地聚物混泥土材料凝结时间的测试;
[0087] 根据《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T17671‑1999)采用高精度万能试验机设备测试试件的抗压强度;
[0088] 根据《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T2419‑2005)中的规定进行电动跳桌试验,检查是否符合3D打印的流动性测试标准。
[0089] 表1对比例抗压强度性能检测结果
[0090]
[0091]
[0092] 表2实施例1抗压强度性能检测结果
[0093]
[0094] 表3实施例2抗压强度性能检测结果
[0095]
[0096]
[0097] 表4实施例3抗压强度性能检测结果
[0098]
[0099] 表5干燥收缩率性能检测结果
[0100]
[0101]
[0102] 上述表格中的内容表明采用本发明组分及配比制备的低干燥收缩的3D打印地质聚合物复合材料的抗压强度比较稳定,而且提高了凝结时间,并且干燥收缩率明显降低,而碱激发剂对应的预设模数为0.6制备的地质聚合物复合材料干燥收缩率最低。
[0103] 至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
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