本发明涉及一种碱激发胶凝材料及其制备方法，具体涉及一种适用于3d打印技术的碱激发胶凝材料混凝土。
背景技术：
碱激发胶凝材料主要以高炉矿渣、粒化磷渣、钢渣、粉煤灰等工业废渣为原料，其能耗低、排放少，被称为绿色低碳胶凝材料。同时这种材料还具有很多优异性能比如早期强度高、耐久性好、热稳定性好等，被认为是一种具有广阔应用前景的新型胶凝材料。因此，随着近年对气候变暖的日益关注，碱激发胶凝材料的制备及应用技术成为绿色建筑材料领域的研究热点及前沿。
近几年，3d打印技术在迅速发展，未来可能会严重冲击传统制造业，相比于传统制造业它具有一些不可比拟的优势。第一，3d打印技术不需要开磨具，大幅度降低产品的制造时间和成本；第二，3d打印技术会降低劳动力的使用，从而降低了人工成本；第三，3d打印过程是一个增材的过程，所以会减少材料的浪费。
目前，碱激发胶凝材料凝结速度快，流动性差，工作性能差，而3d打印对工作性能有较高的要求，所以把碱激发胶凝材料用于3d打印的问题亟待解决。普通3d打印混凝土材料早期强度低，不足以支撑起上一层的材料，限制了打印混凝土的高度，使得其打印过程受到了很大的制约。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于3d打印的碱激发胶凝材料及其打印方法，将3d打印技术与碱激发胶凝材料混凝土相结合，使得碱激发胶凝材料的激发剂和胶凝组分分开用两个泵分别输运到打印喷头处搅拌打印，这样在保证足够的流动性的同时也利用了碱激发胶凝材料早期强度高的特性，并且原材料绿色环保。
本发明的技术方案如下：
用于3d打印的碱激发胶凝材料，按重量百分比，包括如下组分：
所述的工业废渣微粉选自比表面积不小于400㎡/㎏，碱性指数mb不小于1的磨细高炉矿渣，或比表面积不小于400㎡/㎏，sio2/cao在0.8～1.2的磨细粒化磷渣，或比表面积不小于400㎡/㎏，sio2/cao在0.7～1.1的磨细粒化钢渣，或比表面积不小于400㎡/㎏，f类、c类粉煤灰中任意一种及其组合。
所述的水泥为强度等级42.5或以上的硅酸盐水泥。
所述的碱激发剂是模数为不小于1.0液态水玻璃，其中，硅酸钠的质量浓度为20％～30％。
所述的细骨料为粒度直径小于2.5mm的黄砂或石英砂或尾砂及其混合物。
所述粗骨料为碎石或者卵石，粒径为5～20mm之间。
所述的消泡剂为聚氧丙烯甘油醚或者聚二甲基硅氧烷中的一种或两种。
所述的减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸高效减水剂中的一种或混合物，减水率不小于15％。
所述高强纤维为钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、无碱玻璃纤维中的一种，其中钢纤维为直径0.17mm～0.2mm,长度为6～20mm，抗拉强度大于1800mpa；玄武岩纤维直径9μm～13μm,长度为6～20mm，抗拉强度大于3000mpa；碳纤维直径8μm～18μm,长度为6～20mm，抗拉强度大于3500mpa；无碱玻璃纤维直径5μm～10μm,长度为6～20mm，抗拉强度大于2500mpa。
所述微纳米纤维为碳纳米纤维、碳化硅晶须、氧化锆纤维中的一种。其中，碳纳米纤维直径为90～100nm，长度为50～200μm，比表面不小于200㎡/g；碳化硅晶须直径为0.1～1.0μm，晶须长度为10～200μm，抗拉强度大于2.9gpa；氧化锆纤维直径为7～10μm，长度为2～12mm，抗拉强度大于1200mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)所用原材料来自工业废渣，合理利用资源，有利于保护生态环境，并且减少了水泥的用量，减少了能源消耗和二氧化碳的排放，实现了绿色可持续发展。
(2)本发明采用两个泵给料的3d打印技术，可以极大地丰富打印原材料,避免碱激发胶凝材料混凝土前期流动性差，工作性能差的缺点，同时充分利用了碱激发材料早期强度高，绿色环保的特点。
(3)本发明通过把碱激发材料和3d技术的结合给人们提供一种新思路，利用碱激发胶凝材料的热稳定性好，耐久性好等优异性能可以打印一些特种功能材料。满足一些特殊场合的应用。
具体实施方式
一种适用于3d打印技术的碱激发胶凝材料混凝土的打印方法，包括以下制备步骤：
(a)将工业废渣微粉、硅酸盐水泥、细骨料和粗骨料按比例称量好，放入搅拌机中混合均匀；
(b)将微纳米纤维加入溶有消泡剂、减水剂和水的混合溶液中，在超声仪中超声分散10分钟以上，然后加入搅拌机的固体混合物中，搅拌3～5min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体状态；
(c)将高强纤维均匀的加到粘性浆体状态的混合物中并继续搅拌5～10min，加入碱激发剂，搅拌均匀；
(e)通过计算机设计好打印全过程，并通过计算机程序控制打印臂运动轨迹；
(f)将得到的碱激发剂溶液和混合物浆体分别用两个泵输送到3d打印搅拌机器臂上，控制泵的运行速率使碱激发剂溶液和混合物浆体的比例保持一致，并进行搅拌打印。具体3d打印过程如图1所示。
实施例1
选取重量百分比25.8％的高炉矿渣微粉(碱性指数mb＝1),20.7％粗骨料和30.9％黄砂细骨料放入搅拌机中混合拌匀，将0.08％碳纳米纤维加入溶有0.01％消泡剂和0.26％的减水剂8.3％水的混合液中并在超声仪中超声分散10分钟以上，再将其加入到搅拌机内，搅拌5-10min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体状态，然后将9.81％钢纤维均匀加到浆体中，得到混合物浆体。然后用输送泵将水玻璃溶液(模数为1.5)和混合物浆体传输到打印搅拌机器臂处搅拌。通过计算机设计的程序，控制打印搅拌机器臂进行逐层混凝土打印，直至完成整个建筑的打印过程，最终得到3d打印碱激发胶凝材料混凝土建筑。
由此得到混凝土，不仅打印过程顺利，而且打印好的混凝土具有很好的早期强度，其自然养护3d的抗压强度为33.6mpa，其自然养护7d的抗压强度为45.8mpa，其自然养护28d的抗压强度为57.5mpa。
实施例2
选取重量百分比2.9％的硅酸盐水泥，粉煤灰26.6％，23.6％粗骨料和29.5％黄砂细骨料放入搅拌机中混合拌匀，将0.14％碳化硅纤维加入溶有0.01％消泡剂和0.15％的减水剂4.9％水的混合液中并在超声仪中超声分散10分钟以上，再将其加入到搅拌机内，搅拌5-10min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体状态，然后将9.88％钢纤维均匀加到浆体中，得到混合物浆体。然后用输送泵将水玻璃(模数为1.8)和混合物浆体传输到打印搅拌机器臂处搅拌。通过计算机设计的程序，控制打印搅拌机器臂进行逐层混凝土打印，直至完成整个建筑的打印过程，最终得到3d打印碱激发胶凝材料混凝土建筑。
由此得到混凝土，不仅打印过程顺利，而且打印好的混凝土具有很好的早期强度，其自然养护3d的抗压强度为32.9mpa，其自然养护7d的抗压强度为44.7mpa，其自然养护28d的抗压强度为59.3mpa。
实施例3
选取重量百分比6.1％的硅酸盐水泥，钢渣12.1％，高炉矿渣微粉12.1％(碱性指数mb＝1),24.2％粗骨料和33.4％黄砂细骨料放入搅拌机中混合拌匀，将0.27％氧化锆纤维加入溶有0.01％消泡剂和0.23％的减水剂7.1％水的混合液中并在超声仪中超声分散10分钟以上，搅拌5-10min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体状态，然后将0.59％玄武岩纤维均匀加到浆体中，得到混合物浆体。然后用输送泵将水玻璃(模数为1.7)和混合物浆体传输到打印搅拌机器臂处搅拌，通过计算机设计的程序，控制打印搅拌机器臂进行逐层混凝土打印，直至完成整个建筑的打印过程，最终得到3d打印碱激发胶凝材料混凝土建筑。
由此得到混凝土，不仅打印过程顺利，而且打印好的混凝土具有很好的早期强度，其自然养护3d的抗压强度为40.0mpa，其自然养护7d的抗压强度为51.2mpa，其自然养护28d的抗压强度为65.8mpa。
实施例4
选取重量百分比4.1％的硅酸盐水泥，磷渣23.4％，,22.0％粗骨料和30.3％黄砂细骨料放入搅拌机中混合拌匀，将0.25％氧化锆纤维加入溶有0.01％消泡剂、0.21％的减水剂和6.3％水的混合液中并在超声仪中超声分散10分钟以上，再将其加入到搅拌机内，搅拌5-10min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体状态，然后将9.87％钢纤维均匀加到浆体中，得到混合物浆体。然后用输送泵将水玻璃(模数为1.6)和混合物浆体传输到打印搅拌机器臂处搅拌，通过设计好的计算机程序，控制打印搅拌机器臂进行逐层混凝土打印，直至完成整个建筑的打印过程，最终得到3d打印碱激发胶凝材料混凝土建筑。
由此得到混凝土，不仅打印过程顺利，而且打印好的混凝土具有很好的早期强度，其自然养护3d的抗压强度为29.3mpa，其自然养护7d的抗压强度为40.5mpa，其自然养护28d的抗压强度为58.1mpa。