一种改性空心玻璃微珠触变增强型3D打印超轻混凝土及其制备方法与流程

本发明属于3d打印混凝土，具体涉及一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、建筑3d打印技术作为一种数字化、智能化的建造方式，无需模板即可实现复杂异型结构的快速成型，具有施工效率高、材料损耗低、人工成本少、绿色环保等优势。超轻3d打印混凝土可大幅降低材料自重，减少打印过程中上层材料对下层结构的压溃变形，提升一次性连续打印的最大高度，同时降低构件运输、吊装的施工成本，兼具保温隔热功能，是3d打印混凝土的重要发展方向。

2、目前3d打印混凝土多采用膨胀珍珠岩、玻化微珠、发泡聚苯乙烯颗粒等作为轻骨料，虽能降低材料密度。然而此类技术中，多孔轻骨料吸水率高，在搅拌过程中易吸水，导致混凝土的工作性快速损失，进而造成打印流动性不足；同时轻骨料自身强度低，搅拌和挤出过程中易破碎，无法实现预期的轻质效果，同时造成混凝土强度大幅下降；最后，轻骨料与水泥浆体界面黏结性能弱，易成为材料内部的缺陷，进一步降低力学性能。

3、空心玻璃微珠作为一种轻质高强的无机球形颗粒，具有堆积密度低、抗压强度高、球形度优异等核心特点。但现有技术中，空心玻璃微珠在3d打印混凝土的应用仍存在瓶颈：一是空心玻璃微珠表面光滑且呈化学惰性，与水泥浆体的界面黏结力弱，易产生界面薄弱区，导致混凝土强度损失；二是制备工艺存在高速搅拌和螺杆挤出过程，空心玻璃微珠易发生破碎，丧失轻质特性；三是超轻混凝土体系中，骨料与浆体密度差大，易出现分层离析，导致材料触变性难以调控，无法平衡3d打印材料的可挤出性与可建造性，即挤出时需低粘度以降低泵送阻力，挤出后需快速增稠以抵抗自重变形、避免层间流挂和塌陷，这导致3d打印混凝土存在可挤出性与可建造性间的核心矛盾。上述瓶颈最终导致现有技术中3d打印超轻混凝土难以同时获得较好的可打印性、力学性能与长期耐久性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土，以解决现有技术中难以让玻璃微珠与水泥基体实现强化学结合，使得现有技术中的3d打印超轻混凝土难以同时获得较好可打印性、力学性能与长期耐久性的技术问题。

2、所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土，以质量份数计，包括下列组分：

3、水泥：40-45份；

4、硅灰：4-4.5份；

5、粉煤灰：3-3.5份；

6、空心玻璃微珠：13-13.5份；

7、减水剂：0.8-0.85份；

8、稳定剂：0.08-0.085份；

9、触变剂：0.6-0.9份；

10、速凝剂：0.3-0.6份；

11、纤维增强剂：0.2-0.4份；

12、拌合水：32-37份；

13、其中，所述空心玻璃微珠经过硬脂酸包覆疏水改性处理，在空心玻璃微珠表面形成疏水包覆膜。

14、优选的，所述空心玻璃微珠的细度为100目，壳体完整率不小于98%；常温24h后吸水率不大于0.6%，静水28d后吸水率不大于2.2%，抗压强度保留率不小于93%，表面游离硬脂酸残留率不大于0.1%。

15、优选的，所述空心玻璃微珠经以下方式实现硬脂酸包覆疏水改性处理：以无水乙醇为溶剂，以质量分数计，配制有效成分占比0.5%-1.5%的硬脂酸改性液，将硬脂酸改性液在50-55℃恒温静置至完全溶解；按空心玻璃微珠堆积体积与改性液体积比1:1.5称取改性液并投料，再将空心玻璃微珠缓慢加入所述改性液中，在50-55℃下恒温搅拌，完成表面改性。

16、优选的，所述触变剂为复合触变剂，由钠基膨润土、温轮胶与纤维素纳米晶以质量比4:2:1复配得到。

17、本发明还提供了一种如上所述的改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，包括下列步骤：

18、s1、称取相应用量的原料；

19、s2、按配比将水泥、硅灰、粉煤灰、稳定剂、触变剂混合制得干混料；

20、s3、向干混料中加入拌合水混合，形成水泥基净浆基体；

21、s4、加入剩余拌合水及减水剂混合后，加入空心玻璃微珠并均匀分散；

22、s5、加入纤维增强剂并均匀分散；

23、s6、加入速凝剂混合后，得到3d打印超轻混凝土。

24、优选的，原料按如下方法进行预处理：

25、s1.1、对空心玻璃微珠原料，先挑除结块团聚体及大块异物，再烘干分散，最后用强磁棒提拉除铁；

26、s1.2、对除杂后的空心玻璃微珠进行硬脂酸包覆疏水改性处理；

27、s1.3、对表面改性所得的悬浮浆体先进行离心分离，再用无水乙醇淋洗，淋洗后立即离心并抽检游离酸残留；

28、s1.4、对纯化后的空心玻璃微珠先进行松散平铺，再进行真空干燥，最后降温密封防潮备用。

29、优选的，烘干分散的方法包括：对空心玻璃微珠原料以105-110℃的温度恒温烘烤12h至水分≤0.3%，之后随炉降温至60℃以下取出，再置于干燥器中冷却至室温，最后轻筛分散；强磁棒的磁感应强度为12000-15000gs。

30、优选的，硬脂酸包覆疏水改性处理的方法包括：在带冷凝回流装置的密闭水浴反应釜中进行改性液配制，并保持体系密闭；表面改性过程中，开启密闭水浴反应釜的冷凝回流，搅拌方式采用斜叶桨搅拌器配合挡板进行搅拌。

31、优选的，所述步骤s1.3中，离心分离的方法包括：将表面改性所得的悬浮浆体倒入带滤网的离心装置，控制离心加速度300~500 g，离心5-8min完成固液分离；淋洗的过程包括：用40-45℃的无水乙醇分2次淋洗，每次无水乙醇的用量为分离后滤饼体积的0.5倍，淋洗的单次接触时间不大于30s。

32、优选的，所述步骤s1.4中，松散平铺所得的料层厚度不大于2cm；真空干燥的方法包括：在真空度-0.08mpa以下和50-55℃的条件下，真空干燥48h至恒重差不大于0.2%。

33、本发明具有以下优点：本发明通过改性技术能在空心玻璃微珠表面形成均匀稳定的疏水包覆层，有效抑制微珠吸水，同时最大限度保护微珠壳体完整，减少搅拌过程中的破损；极大程度降低表面游离硬脂酸，避免干扰水泥水化与速凝效果，适配3d打印混凝土速凝快硬、流变稳定的核心需求，且操作可控，能有效提升3d打印超轻混凝土的可打印性、力学性能与长期耐久性。

1.一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土，其特征在于，以质量份数计，包括下列组分：

2.根据权利要求1所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土，其特征在于，所述空心玻璃微珠的细度为100目，壳体完整率不小于98%；常温24h后吸水率不大于0.6%，静水28d后吸水率不大于2.2%，抗压强度保留率不小于93%，表面游离硬脂酸残留率不大于0.1%。

3.根据权利要求1所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土，其特征在于，所述空心玻璃微珠经以如下方式实现硬脂酸包覆疏水改性处理：以无水乙醇为溶剂，以质量分数计，配制有效成分占比0.5%-1.5%的硬脂酸改性液，将硬脂酸改性液在50-55℃恒温静置至完全溶解；按空心玻璃微珠堆积体积与改性液体积比1:1.5称取改性液并投料，再将空心玻璃微珠缓慢加入所述改性液中，在50-55℃下恒温搅拌，完成表面改性。

4.根据权利要求1所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土，其特征在于，所述触变剂为复合触变剂，由钠基膨润土、温轮胶与纤维素纳米晶以质量比4:2:1复配得到。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

6.根据权利要求5所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，其特征在于，所述原料按如下方法进行预处理：

7.根据权利要求6所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，其特征在于，烘干分散的方法包括：对空心玻璃微珠原料以105-110℃的温度恒温烘烤12h至水分≤0.3%，之后随炉降温至60℃以下取出，再置于干燥器中冷却至室温，最后轻筛分散；强磁棒的磁感应强度为12000-15000gs。

8.根据权利要求6所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，其特征在于，硬脂酸包覆疏水改性处理的方法包括：在带冷凝回流装置的密闭水浴反应釜中进行改性液配制，并保持体系密闭；表面改性过程中，开启密闭水浴反应釜的冷凝回流，搅拌方式采用斜叶桨搅拌器配合挡板进行搅拌。

9. 根据权利要求6所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤s1.3中，离心分离的方法包括：将表面改性所得的悬浮浆体倒入带滤网的离心装置，控制离心加速度300~500 g，离心5-8min完成固液分离；淋洗的过程包括：用40-45℃的无水乙醇分2次淋洗，每次无水乙醇的用量为分离后滤饼体积的0.5倍，淋洗的单次接触时间不大于30s。

10.根据权利要求6所述的一种改性空心玻璃微珠触变增强型3d打印超轻混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤s1.4中，松散平铺所得的料层厚度不大于2cm；真空干燥的方法包括：在真空度-0.08mpa以下和50-55℃的条件下，真空干燥48h至恒重差不大于0.2%。