3D打印碱激发胶凝材料的制备及性能研究.pdf

中文摘要 摘 要 3D 打印技术在建筑行业中的应用受限于打印材料，因该技术对材料的性能要 求不同于传统的水泥基材料，为了制备出满足打印条件的浆体，用 NaOH 和硅酸 钠的混合溶液激发矿渣和粉煤灰。作为绿色建材的碱激发胶凝材料，不仅有优异的 工程技术性能和可持续发展属性，且其早强快凝的特点具有应用于 3D 打印的潜 质。 本文通过正交与平行试验等方法，优选配合比方案，制备出满足可打印性能的 碱激发材料；分析原材料相对掺量、碱组分和溶胶比对其基本性能的影响，并通过 SEM 和XRD 对微观结构进行分析,探讨微观结构与宏观性能之间的关系；对打印 浆体的工作性能和可建造性能进行研究，研究结果表明： 1. 以碱激发矿渣/粉煤灰体系作为建筑3D 打印材料，具备基本的可打印性能， 添加外加剂的浆体工作性能良好，表观效果表现优异，可堆积性较好。流动度在 170-190mm 范围内，堆积层数≥4 层时，其综合性能良好。 2.制备出的满足 3D 打印的理论最佳配比为：粉煤灰和矿渣质量比 3:7，溶胶 比为0.48，碱含量Na O 为5%，模数为1.4。 2 3. 碱含量对浆体初始流动度和早期强度的影响最大，粉煤灰掺量对初始流动 度影响最小；粉煤灰掺量从 0 增加到 50%时，流动度先减小后增大，而体系的强 度减小，；为取得较好的流动度与力学性能，溶胶比和胶砂比这两个参数的合理取 值区间分别为 0.46~0.48 和 0.9~1.2 ；水玻璃模数从 0.8 增加到 1.4 （碱含量为6% 时），浆体的流动度增大，体系的抗折和抗压强度也会增加；碱含量Na O 从3%增 2 加到6%时（水玻璃模数为1.2），浆体的流动度减小，抗压强度先增大后减小。 4. 从试验看，碱激发胶凝材料浆体从拌合到初凝前20min 为最佳的打印时间， 本文模拟了分层加载环境和打印速率，拟合出 P-S 曲线函数，可以计算塑性承载 力、打印层数和打印高度。 关键词：3D 打印材料；矿渣；粉煤灰；碱激发；打印性能 I 英文摘要 ABSTRACT The application of 3D printing technology in construction industry is limited to materials, The performance requirements of printing technology are different from those of traditional cement-based materials. Fly ash and slag are excited by sodium hydroxide and sodium silicate in order to produce paste which meets printing conditions. As a new green material, alkali-activated cementitious material has excellent engineering and technical properties, and it has the potential to be used in 3D printing because of its characteristics of early strong and quick setting. In this paper, orthogonal and parallel experiments are used to optimize the mix ratio scheme to prepare alkali e