技术领域本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏。
背景技术：
3D打印是一种与减材制造和等材制造等传统制造技术迥然不同的新兴材料加工技术，以模型的三维数据为基础，通过打印机喷嘴挤出材料逐层打印增加材料来生成实体的技术，因此又称为添加制造。目前3D打印作为“第三次工业革命的重要生产工具”，正在成为一种迅猛发展的潮流，广泛应用于各个研究领域，如生物医学、航空航天、模具制造和汽车制造等。近年来，3D打印在建筑领域的应用也在不断拓展。建筑材料用于3D打印是在3D打印技术的基础上发展起来，可直接用于建筑施工的新技术。主要原理是将拌制好的建筑材料浆体通过挤出装置，在三维软件的控制下，按照预先设置好的打印程序，由喷嘴挤出打印，最终得到设计要求的建筑构件。该技术在打印过程中，无需传统建材构件成型中的支模过程，因此很大程度上简化了施工工序，缩短施工时间。然而随着3D打印在建筑材料技术领域的应用逐渐深入，传统建筑材料已经无法满足其技术需求，特别是在施工性能和力学性能方面，3D打印技术对建筑材料的性能提出了更高要求。对于应用于3D打印的建筑材料，需达到特定性能要求。首先是可挤出性，在打印过程中，建筑材料浆体通过挤出装置的喷嘴挤出打印，因此喷嘴口的大小决定了浆体中颗粒的大小。浆体在拌制过程中要严格控制集料颗粒大小，保证浆体顺利挤出，因此可挤出性也是对浆体流变性能的要求。浆体具备良好的流变性便于挤出成型，保证打印构件的完整性。另一方面是浆体的粘聚性，建筑构件在成型过程中，层与层之间的粘结是薄弱环节，避免出现两层交接薄弱面的现象。另外，3D打印技术对建筑材料的强度也有一定要求，相对而言，对于同级配的建筑材料，3D打印技术所得到的建筑构件强度要低于直接模具成型的，故3D打印建筑材料要达到足够的强度才能满足要求。3D打印技术在建筑领域的应用中材料的选择是重中之重，除了传统混凝土材料的应用，其选择范围也在逐渐拓展。从材料的性能和资源应用的双重角度考虑，以磷石膏为基材的玻璃纤维增强材料，都能很好地满足3D打印在建筑材料领域的应用要求。我国磷石膏年排放量已超过5000万吨，占工业副产石膏的70%以上，其中除了一小部分用于生产水泥、化工原料、石膏建材制品和用作路基材料外，大部分都作为废弃物直接排放到环境中，不仅占地多、投资大，而且对环境造成了很大的污染。因此，开辟磷石膏更有价值的利用途径是实现磷石膏资源化利用的重点。3D打印采用以磷石膏为基材的玻璃纤维增强材料，既能解决3D打印使用材料粘塑性高、收缩率低、水化热小、拌合性能良好的要求，又能解决磷石膏资源化利用问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏。本发明提出的一种可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏，由磷石膏、矿渣粉、水泥、玻璃纤维、减水剂和早强剂组成，各组份的重量比为：磷石膏100矿渣粉50-140水泥2.5-40玻璃纤维1.0-3.0减水剂0.30-0.50早强剂1.0-2.0各组份较佳的重量比为：磷石膏100矿渣粉70-110水泥3-10玻璃纤维1.8-2.2减水剂0.30-0.40早强剂1.2-1.7。本发明中，所述磷石膏为磷酸生产过程中所产生的磷石膏在60℃低温下干燥除去自由水的非煅烧磷石膏。本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。本发明中，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。本发明中，所述玻璃纤维为(1-2)mm的短切耐碱玻璃纤维。本发明中，所述的减水剂为液态早强型聚羧酸系减水剂。本发明中，所述早强剂为一种非氯盐类早强剂。本发明提出的可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏的制备方法，具体步骤为：按前述各重量比例称取各组份，将磷石膏、矿渣粉、水泥、玻璃纤维、早强剂通过机械干拌至均匀状态。本发明中提出的可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏的使用方法，具体步骤如下：准确称量前述玻璃纤维增强石膏、减水剂和水，先将减水剂和水混合均匀后加入搅拌机，在搅拌叶片转动情况下，再将玻璃纤维增强石膏均匀投入搅拌机。搅拌均匀后即可投入3D打印机中进行打印。加水量为本发明材料重量的20%-50%。本发明中，可用于3D打印的建筑材料不同于传统建筑材料，其各项性能都发生了变化。为使打印材料能直接用于施工，需从以下几个角度考虑：高强度、良好的工作性、合适的凝结时间及可泵性。制备可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏，磷石膏作为其主要的胶凝材料，加入矿渣粉和水泥作为辅助胶凝材料，不仅降低了水化热，而且水泥在水化过程中生成的氢氧化钙作为碱激发剂可激发矿渣粉的活性。矿渣粉和水泥的配合使用又能在一定程度上减少打印产品的内部空隙，提高打印产品质量。利用玻璃纤维的柔韧性能，可提高材料的抗压性能和抗拉性能，同时又能提高用于3D打印的材料粘塑性，较高的塑性粘度和较低的极限剪切应力使其具有良好的可塑性。早强型聚羧酸系减水剂在调节凝结时间和提高早期强度的同时又能改善拌制浆体的流变性，提高可泵性，从而适用于3D打印施工。另外，要保证3D打印建筑构件已打印部分的完整性，不至于在施工过程中出现坍塌和倾斜的现象。早强剂的添加可提高打印制品早期强度，获得质量更为优异的3D打印产品。本发明中，磷石膏的选用是基于国内磷石膏大量废弃的现状着手，在保证所制备的建筑材料体系可直接用于3D打印的前提下，能在一定程度上解决磷石膏资源化利用问题。同时采用矿渣粉和水泥作为辅助材料，不仅制备出能满足一定力学性能和工作性能的3D打印材料，又能最大限度地利用各种工业废弃物，具有较高的经济效益和环境效益。本发明可供具备3D打印设备的建材生产厂家生产，广泛适用于室内装饰方面的预制制品生产，应用前景广阔。具体实施方式下面通过实施例具体说明本发明。实施例1，一种可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏，按照磷石膏100，S95矿渣粉50，42.5级的普通硅酸盐水泥2.5，玻璃纤维1.0，聚羧酸系减水剂0.30，早强剂1.0的重量比配制而成。加水量为本发明材料重量的50%。所制备的玻璃纤维增强石膏性能测试结果见表1。采用该玻璃纤维增强石膏所生产的石膏建材制品抗拉性、抗压性和整体性都较好。实施例2，一种可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏，按照磷石膏100，S105矿渣粉100，52.5级的普通硅酸盐水泥10，玻璃纤维1.9，聚羧酸系减水剂0.35，早强剂1.5的重量比配制而成。加水量为本发明材料重量40%。所制备的玻璃纤维增强石膏性能测试结果见表1。采用该玻璃纤维增强石膏所生产的石膏建材制品抗拉性、抗压性和整体性都较好。实施例3，一种可用于3D打印的玻璃纤维增强石膏，按照磷石膏100，S105矿渣粉140，52.5级的普通硅酸盐水泥40，玻璃纤维3.0，聚羧酸系减水剂0.50，早强剂2.0的重量比配制而成。加水量为本发明材料重量的20%。所制备的玻璃纤维增强石膏性能测试结果见表1。采用该玻璃纤维增强石膏所生产的石膏建材制品抗拉性、抗压性和整体性都较好。表1实施例性能测试结果