一种可用于3D打印的混凝土材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种可用于3D打印的混凝土材料及其制备方法。一种可用于3D打印的混凝土材料，按重量份数计，其组成及含量分别为：52.5#水泥100份；砂子120-200份；长度为1-2mm的短切玻璃纤维0.9-1.1份；长度为20-30mm的短切玻璃纤维3.9-7.9份；HPMC纤维素0.05-0.15份和水30-45份。本发明改变了传统混凝土必须通过钢筋才能够堆积定型的固定技术，利用不同长度规格的耐碱玻璃纤维增加混凝土的粘结能力；本发明方法制备的混凝土材料，充分利用了玻璃纤维的柔韧特性，均匀混合了长度为1-2mm的短切玻璃纤维，得到的混凝土材料“打印”的建筑材料，抗压性和抗拉性都很好，保证并提高了产品的整体性能；本发明混凝土材料的强度和使用年限大大高于传统的钢筋混凝土材料；并且可回收利用，大大减轻传统建筑废料造成的环境压力。

权利要求

1.一种可用于3D打印的混凝土材料，其特征在于：按重量份数计，其组成及含量分别为：

52.5#水泥：100份；

砂子：120-200份；

长度为1-2mm的短切玻璃纤维：0.9-1.1份；

长度为20-30mm的短切玻璃纤维：3.9-7.9份；

羟丙基甲基纤维素(HPMC纤维素)：0.05-0.15份；和水：30-45份。

2.如权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于，按重量份数计，还包括：偏高岭土：5-

15份和硅灰：5-15份。

3.如权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于：所述砂子的粒径范围为0.180-

2.00mm。

4.一种可用于3D打印的混凝土材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、砂子120-200份、HPMC纤维素0.05-0.15份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

(2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维0.9-1.1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-

2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

(3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水30-45份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

(4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维3.9-7.9份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

(5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得所述混凝土材料。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中加入偏高岭土5-15份、硅灰

5-15份，和水泥、砂子、HPMC纤维素一起送入干粉搅拌机中进行混合搅拌。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述砂子的粒径范围为0.180-2.00mm。

说明书

一种可用于3D打印的混凝土材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种建筑材料，具体来说，是涉及一种可用于3D打印的混凝土材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 三维打印技术又称3D打印技术，是一种快速成型技术。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

[0003] 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

[0004] 3D打印运用在建筑行业，其对用于“打印机”的“打印油墨”，即混凝土材料的要求不同于传统建筑技术。由于3D打印技术具有快速成型的优点，需要一种能快速堆积成型的混凝土材料。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种可用于3D打印的混凝土材料，强度高且能快速堆积成型。

[0006] 本发明的另一目的是提供上述可用于3D打印的混凝土材料的制备方法。

[0007] 本发明的目的是这样实现的：

[0008] 一种可用于3D打印的混凝土材料，按重量份数计，其组成及含量分别为：52.5#水泥：100份；砂子120-200份；长度为1-2mm的短切玻璃纤维：0.9-1.1份；长度为20-30mm的短切玻璃纤维：3.9-7.9份；羟丙基甲基纤维素(HPMC纤维素)0.05-0.15份；和水30-45份。

[0009] 进一步地，所述混凝土材料中，还包括：按重量份数计的偏高岭土5-15份和硅灰5-15份。其中，硅灰能显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能，具有极强的火山灰效应，提高硬化体的力学性能和耐久性；偏高岭土能提高早期强度并且能进一步改善混凝土的耐久性能。

[0010] 其中，所述砂子的粒径范围为0.180-2.00mm。

[0011] 一种可用于3D打印的混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

[0012] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、砂子120-200份、HPMC纤维素0.05-0.15份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0013] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维0.9-1.1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0014] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水30-45份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0015] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维3.9-7.9份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0016] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0017] 进一步地，在步骤(1)中加入偏高岭土5-15份、硅灰5-15份，和水泥、砂子、HPMC纤维素一起送入干粉搅拌机中进行混合搅拌。

[0018] 其中，所述砂子的粒径范围为0.180-2.00mm。

[0019] 本发明可用于3D打印的混凝土材料，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：改变了传统混凝土必须通过钢筋才能够堆积定型的固定技术，利用不同长度规格的耐碱玻璃纤维增加混凝土的粘结能力；利用本发明方法制备的混凝土材料，充分利用了玻璃纤维的柔韧特性，均匀混合了长度为1-2mm的短切玻璃纤维，得到的混凝土材料“打印”的建筑材料，抗压性和抗拉性都很好，保证并提高了产品的整体性能；本发明混凝土材料的强度和使用年限大大高于传统的钢筋混凝土材料；并且可回收利用，大大减轻传统建筑废料造成的环境压力。

具体实施方式

[0020] 通过以下本发明的实施例示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此。

[0021] 实施例1

[0022] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子120份、HPMC纤维素0.05份、偏高岭土5份、硅灰5份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0023] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0024] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水36份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0025] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维6份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0026] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0027] 上述各材料均可从市售获得。

[0028] 实施例2

[0029] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子120份、HPMC纤维素0.05份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0030] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0031] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水30份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0032] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维3.9份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0033] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0034] 上述各材料均可从市售获得。

[0035] 实施例3

[0036] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子120份、HPMC纤维素0.05份、偏高岭土7份、硅灰15份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0037] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0038] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水36份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0039] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维5.2份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0040] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0041] 上述各材料均可从市售获得。

[0042] 实施例4

[0043] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子120份、HPMC纤维素0.05份、硅灰15份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0044] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0045] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水36份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0046] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维6份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0047] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0048] 上述各材料均可从市售获得。

[0049] 实施例5

[0050] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子120份、HPMC纤维素0.05份、偏高岭土15份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0051] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0052] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水36份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0053] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维6份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0054] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0055] 上述各材料均可从市售获得。

[0056] 实施例6

[0057] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子200份、HPMC纤维素0.15份、偏高岭土5份、硅灰5份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0058] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维0.9份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0059] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水45份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0060] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维6.2份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0061] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0062] 上述各材料均可从市售获得。

[0063] 实施例7

[0064] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子150份、HPMC纤维素0.10份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0065] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1.1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0066] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水38份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0067] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维7.9份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0068] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0069] 上述各材料均可从市售获得。

[0070] 实施例8

[0071] (1)按重量份数计，取52.5#水泥100份、粒径为0.180-2.00mm的砂子180份、HPMC纤维素0.08份、偏高岭土15份，送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速在1000-2000r/s之间，时间在30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0072] (2)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维1.1份，切割成长度为1-2mm的短切玻璃纤维后，加入到步骤(1)中获得的混合物中进行混合搅拌，搅拌温度为常温，搅拌机转速在1500-2500r/s范围内，时间为30-40s之间，形成预混干粉；

[0073] (3)将上述步骤(2)中获得的预混干粉输送到混合搅拌机中，加入水40份，混合搅拌均匀，搅拌时间约为30s，搅拌温度≥5℃；

[0074] (4)按重量份数计，取耐碱玻璃纤维6.5份，切割成长度为20-30mm的短切玻璃纤维，加入进行低速搅拌，搅拌机转速在800-1500r/s范围内，时间为30-40s之间，搅拌温度为常温；

[0075] (5)将步骤(4)中获得的混合物采用挤出机挤出，挤出机的转速为300-500r/s，挤出的同时向挤出的混合物中加入连续玻璃纤维，得本发明混凝土材料。

[0076] 上述各材料均可从市售获得。