一种免模板疏水混凝土及其绿色低碳制备方法与流程

本发明属于建筑材料与数字化建造，尤其涉及一种免模板疏水混凝土及其绿色低碳制备方法。

背景技术：

1、在现代建筑工程中，地下室、隧道、水池等结构对混凝土的防水性能有着极高的要求。传统防水手段主要依靠外部铺设防水卷材或涂刷防水砂浆。随着地下工程、隧道、水利设施等对混凝土防水性能要求的不断提高，而外部防水层易老化、易破损，且一旦发生局部渗漏，水分常在防水层与结构层之间窜流，维修难度极大。

2、现有的自防水混凝土主要通过降低水灰比或加入膨胀剂、普通防水剂来实现。但此类技术存在以下瓶颈：

3、1. 脆性大与开裂风险：高密实混凝土往往伴随高脆性，在干缩应力或环境温度变化下极易产生贯穿性微裂缝。

4、2. 界面粘结弱：传统有机防水组分（如普通聚合物乳液）往往会降低混凝土的后期强度。

5、3. 疏水时效短：简单的表面处理或浅层掺和难以保证混凝土在全截面范围内具备长效的抗渗透能力。

6、4. 高碳排放：传统硅酸盐水泥生产过程中co2排放量巨大，与国家“双碳”战略目标相悖。

7、5. 施工方式落后：传统浇筑工艺难以实现复杂异形结构的精准建造，且模板消耗大、人工依赖度高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种免模板疏水混凝土及其绿色低碳制备方法，以工业固废为主体胶凝材料，制备具有优异自防水性能、并适配3d打印智能建造的混凝土。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明首先提供了一种免模板疏水混凝土的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将全固废胶凝体系或低水泥胶凝体系混合后置于球磨机中粉磨，使混合微粉的比表面积不低于400m²/kg；向粉磨后的混合微粉中加入部分硅烷偶联剂，搅拌混合均匀进行表面改性；所述全固废胶凝体系或低水泥胶凝体系包含钢渣微粉、镍铁渣微粉和矿渣微粉；

5、（2）将玻璃微粉与部分硅烷乳液预混后，进行球磨改性，得到改性玻璃微粉；

6、（3）将pp-hdpe共混纤维置于氧气等离子体处理机中处理3～5分钟；

7、（4）将橡胶颗粒与剩余硅烷偶联剂预混改性，得到改性橡胶颗粒；

8、（5）将碱激发剂溶于水中，搅拌至完全溶解，静置冷却至室温，得到碱激发剂溶液；

9、（6）将剩余水、硅烷乳液和聚羧酸超塑化剂进行超声乳化分散，得到功能组分混合液；

10、（7）将骨料、步骤（1）所得复合活化微粉、步骤（2）所得改性玻璃微粉和触变剂进行干混，然后加入步骤（5）配制的碱激发剂溶液和步骤（6）所得功能组分混合液，搅拌均匀；

11、（8）向步骤（7）所得混合物中均匀加入步骤（3）处理后的pp-hdpe共混纤维、步骤（4）所得改性橡胶颗粒以及水泥基渗透结晶防水剂，继续搅拌均匀，得到免模板疏水混凝土拌合物；

12、（9）采用螺杆泵将所述混凝土拌合物输送至打印头进行挤出成型；

13、（10）挤出成型完成后，覆盖薄膜，进行养护。

14、进一步地，步骤（1）中，所述全固废胶凝体系或低水泥胶凝体系中，普通硅酸盐水泥为0～80重量份，钢渣微粉为80～150重量份，镍铁渣微粉为60～120重量份，矿渣微粉为50～100重量份，所述球磨机的转速为200~300r/min。

15、进一步地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

16、进一步地，所述硅烷乳液为异辛基三乙氧基硅烷乳液。

17、进一步地，所述触变剂为温轮胶或纳米黏土。

18、进一步地，步骤（2）中，所述玻璃微粉的d50粒径为5～12μm。

19、进一步地，步骤（2）中，所述球磨改性，采用卧式行星球磨机，转速 300～350 r/min，球磨时长 60～90 min。

20、进一步地，步骤（3）中，所述pp-hdpe共混纤维以pp:hdpe 质量比=7:3，熔融共混挤出拉丝；所述氧气等离子体处理机的处理条件为：纯氧气，低温等离子体功率300w，时长3～5min。

21、进一步地，步骤（4）中，所述橡胶颗粒的粒径为40～80目。

22、进一步地，步骤（4）中，所述预混改性：先在低速搅拌混合机中常温搅拌 120 s，转速200 r/min，再静置密闭养护 30 min，使硅烷偶联剂充分吸附在橡胶颗粒表面。

23、进一步地，步骤（6）中，所述聚羧酸超塑化剂为聚羧酸系高性能减水剂。

24、进一步地，步骤（7）中，所述干混的时间为90～150s，加入碱激发剂溶液和功能组分混合液后的搅拌时间为60～120s；步骤（8）中，所述继续搅拌的时间为40～80s。

25、进一步地，步骤（9）中，所述打印头的喷嘴直径为15～40mm，挤出压力为0.5～1.5mpa；挤出的速度为30～60mm/s，层高为8～20mm。

26、进一步地，步骤（9）中，所述养护，先于25℃恒温养护48h，然后均匀升温至45～50℃进行热激发养护。

27、进一步地，所述碱激发剂为硅酸钠，其含量为15～35重量份；所述触变剂的含量为0.5～1.5重量份，所述聚羧酸超塑化剂的含量为8～15重量份。

28、本发明还提供了由所述制备方法得到的免模板疏水混凝土。

29、本发明具有如下优点：

30、1、超低碳排放：本发明以钢渣、镍铁渣、矿渣、玻璃微粉等多源工业固废为主体胶凝材料，水泥替代率可达100%，单方混凝土固废利用率超过70%，碳排放较传统c50混凝土降低50%以上。

31、2、优异的自防水性能：通过碱激发体系形成致密孔结构，降低孔隙连通性，再结合异辛基三乙氧基硅烷乳液的整体疏水改性，使混凝土全截面具备低吸水率特性，吸水率较普通水泥体系降低90%以上；抗渗等级达p12以上，接触角≥120°，电通量≤450c。

32、3、裂缝自愈合能力：对于0.2mm以下的微裂缝，经水养后愈合率可达92%以上，形成稳定的封闭层，有效阻断渗水路径，提高混凝土的长期抗渗性与耐久性。

33、4、良好的3d打印适应性：静态屈服应力300～500pa，动态屈服应力80～180pa，层间粘结强度达整体强度的85%以上。

34、5、多源固废协同利用：同步消纳钢渣、镍铁渣、矿渣、废玻璃、废旧轮胎等多种工业与城市固废，环境效益显著。

1.一种免模板疏水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述全固废胶凝体系或低水泥胶凝体系中，普通硅酸盐水泥为0～80重量份，钢渣微粉为80～150重量份，镍铁渣微粉为60～120重量份，矿渣微粉为50～100重量份，所述球磨机的转速为200~300r/min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述玻璃微粉的d50粒径为5～12μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述橡胶颗粒的粒径为40～80目。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述聚羧酸超塑化剂为聚羧酸系高性能减水剂。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（7）中，所述干混的时间为90～150s，加入碱激发剂溶液和功能组分混合液后的搅拌时间为60～120s；步骤（8）中，所述继续搅拌的时间为40～80s。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（9）中，所述打印头的喷嘴直径为15～40mm，挤出压力为0.5～1.5mpa；挤出的速度为30～60mm/s，层高为8～20mm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（9）中，所述养护，先于25℃恒温养护48h，然后均匀升温至45～50℃进行热激发养护。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂为硅酸钠，其含量为15～35重量份；所述触变剂的含量为0.5～1.5重量份，所述聚羧酸超塑化剂的含量为8～15重量份。

10.一种由权利要求1～9中任意一项所述制备方法得到的免模板疏水混凝土。