本发明涉及建筑材料，特别涉及一种膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土及其制备方法。
背景技术：
1、与传统建筑成型工艺相比，建筑材料3d打印技术是根据数字化的三维模型，将胶凝材料由打印机喷头内部螺杆搅拌挤出，层层叠加打印，最终得到复杂三维实体结构。建筑材料3d打印技术可大大降低成本、节约材料、提高施工速度，特别适合于结构复杂的异型和功能装饰构件或制品，同时可以避免粉尘和建筑垃圾的污染实现建筑环保和绿色制造。
2、在混凝土3d打印的施工过程中，已打印成型的下层混凝土条带会受到其上层打印条带的重力作用而被压塌，造成建造物尺寸改变，偏离施工设计尺寸，甚至由于失稳而造成建造物整体倒塌。
3、轻质3d打印混凝土除了具有普通轻质混凝土的优点以外，打印油墨的轻质化可以减小打印过程中上层材料对下层的压力变形，使得打印的结构表观更加均匀美观，并且能够进一步提升一次性连续打印的最大层数，缩短建造工期，可为快速实现工业化生产建筑的智能化做支撑。对于无法原位打印，需要搬运或吊装的打印构件，轻质3d打印材料由于自重小，可以减少3d打印混凝土构件的运输和安装成本。
4、膨胀珍珠岩是一种轻质多孔颗粒，可作为保温材料，具有容重和导热系数都较低的优点。利用膨胀珍珠岩替代3d打印混凝土中的普通骨料可大幅度降低混凝土的密度和增加材料的保温性能。但膨胀珍珠岩由于其多孔的特性，具有很强的亲水性，在利用其制备3d打印混凝土的搅拌过程中易由于大量吸水而导致制备所需的拌合用水增多及硬化后的导热系数增大，从而降低材料的保温性能。同时由于膨胀珍珠岩质轻且易碎，并且3d打印混凝土表观状态较为粘稠，在利用膨胀珍珠岩制备3d打印混凝土的过程中可能由于挤压和撞击而造成膨胀珍珠岩破碎而导致其利用率不高，无法达到轻质和保温的预期效果。
技术实现思路
1、为解决现有技术中利用膨胀珍珠岩制备3d打印混凝土无法达到预期效果的缺陷，本发明提供一种膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土及其制备方法。
2、本发明提供一种膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，按重量份计，原料包括以下组分：水泥500～700份、粉煤灰100～150份、硅灰100～150份、水180～220份、砂600～800份、预湿膨胀珍珠岩12～18份、减水剂10～15份、增稠剂0.7～1份、速凝剂20～25份、胶粉2～3份、纤维30～50份；所述预湿膨胀珍珠岩的制备方法为：将表面改性剂喷涂在膨胀珍珠岩表面，干燥后得到改性膨胀珍珠岩；再将改性膨胀珍珠岩用水浸泡1h后，捞出并控干其表面水分，即得到所述预湿膨胀珍珠岩。
3、优选上述干燥方法为：在100℃的烘箱里烘干3.5～4h。
4、进一步改进，所述表面改性剂的原料包括有机硅防水剂、苯丙乳液和水。
5、有机硅防水剂由本身带有一定反应活性基的硅氧烷类有机硅化合物组成。由于带有反应活性基的硅氧烷，能通过活性基团的相互作用在基材的表面形成网状疏水性硅氧烷膜。这种斥水性网状硅氧烷分子膜具有很低的表面张力，能均匀的分布在多孔的硅酸盐基材的微孔孔壁上，水在毛细管壁的接触角为100°～130°以上，使滴在其上的水成为小水珠，无法渗入到基材内部。这样，经有机硅处理过的基材就具有良好的斥水效应，可以有效地阻止水分的浸入，又由于它并没有封闭基材毛细管通道，不妨碍水气由里向外扩散，使得基材具有好的透气性，因此膨胀珍珠岩经过有机硅防水剂改性处理过后将会有效地降低其吸水性能。
6、而苯丙乳液可以在膨胀珍珠岩表面形成膜，封堵其毛细孔，阻止水分与膨胀珍珠岩直接接触，从而达到降低吸水率的效果。并且经过苯丙乳液预处理过的膨胀珍珠岩表面会形成聚合物膜，该膜具有一定的强度和韧性，可以起到保护膨胀珍珠岩的作用，使其在3d打印混凝土制备的搅拌过程中不再易于被挤压而破碎，进而提高其利用率。
7、再进一步，所述表面改性剂和所述膨胀珍珠岩的质量比为(1～1.4):1。
8、再进一步，所述表面改性剂的制备方法为：将所述有机硅防水剂和苯丙乳液加入搅拌器中搅拌均匀得到混合物，再将所述混合物加水稀释至20～25倍，即得到所述表面改性剂。
9、再进一步，所述有机硅防水剂和苯丙乳液的重量比为1:(10～15)。
10、进一步改进，所述水泥为p·o 42.5水泥、p·o 52.5水泥、p·ii 42.5和p·ii52.5水泥中的一种；
11、所述粉煤灰为i级粉煤灰、ii级粉煤灰中的至少一种；
12、所述硅灰为半加密硅灰或未加密硅灰中的一种，活性指数≥105％。
13、进一步改进，所述砂为机制砂、天然砂和石英砂中的一种，其粒径为0.3～2.36mm，细度模数为1.6～2.4,且含泥量和有害物质限量少于gb/t 14684-2011建筑用砂标准中的规定量。
14、进一步改进，所述膨胀珍珠岩为粒径在1～3mm的建筑膨胀珍珠岩，堆积密度为100～150kg/m3。
15、进一步改进，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为30％；
16、所述增稠剂为纤维素醚，粘度为10万pa·s；
17、所述速凝剂为无碱速凝剂；
18、所述胶粉为可再分散性乳胶粉、塑化树脂粘合胶粉、醋酸乙烯酯胶粉中的一种；
19、所述纤维为聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、木质纤维中的一种或多种，所述纤维长度≥5mm。
20、本发明还提供上述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土的制备方法，包括以下步骤：
21、将所述水泥、粉煤灰和硅灰混匀得到混合物a；将所述水、减水剂、增稠剂、胶粉和速凝剂混匀得到混合物b；将混合物a和混合物b共同加入容器中中并混匀，随后将所述预湿膨胀珍珠岩、砂和纤维加入容器中并混匀，即得到所述膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土。
22、与常规的膨胀珍珠岩制备3d打印混凝土的工艺相比，本发明中提供的3d打印轻质高强混凝土制备方法中创新性地采用了表面改性剂对膨胀珍珠岩进行表面改性处理，再对表面改性膨胀珍珠岩经过预湿处理，通过二次搅拌工艺制备出膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其具有以下优点和有益效果：
23、(1)通过将膨胀珍珠岩进行表面改性处理，降低其吸水性能并提高其力学性能后再进行预湿处理，可以避免其在混凝土搅拌制备过程中和制备结束后从混凝土中吸收水分，造成混凝土施工性能下降。
24、(2)传统的混凝土制备工艺下，骨料表面易形成一层自由水膜，使界面区的水胶比增大，从而削弱水泥浆与集料的粘结性能，影响混凝土的强度。本发明通过二次搅拌工艺，即先搅拌水泥浆再加入骨料，可以提高水泥颗粒的分散程度,消除水泥颗粒黏聚成的微小水泥团，使水泥水化更充分,从而提高混凝土的强度，由于消除了水泥颗粒黏聚成的微小水泥团，使水能充分分散于水泥颗粒间，能充分发挥水在混凝土拌合物中改善流动性的作用。
1.一种膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：按重量份计，原料包括以下组分：水泥500～700份、粉煤灰100～150份、硅灰100～150份、水180～220份、砂600～800份、预湿膨胀珍珠岩12～18份、减水剂10～15份、增稠剂0.7～1份、速凝剂20～25份、胶粉2～3份、纤维30～50份；所述预湿膨胀珍珠岩的制备方法为：将表面改性剂喷涂在膨胀珍珠岩表面，干燥后得到改性膨胀珍珠岩；再将改性膨胀珍珠岩用水浸泡1h后，捞出并控干其表面水分，即得到所述预湿膨胀珍珠岩。
2.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述表面改性剂的原料包括有机硅防水剂、苯丙乳液和水。
3.根据权利要求2所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述表面改性剂和所述膨胀珍珠岩的质量比为(1～1.4):1。
4.根据权利要求2或3所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述表面改性剂的制备方法为：将所述有机硅防水剂和苯丙乳液加入搅拌器中搅拌均匀得到混合物，再将所述混合物加水稀释至20～25倍，即得到所述表面改性剂。
5.根据权利要求4所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述有机硅防水剂和苯丙乳液的重量比为1:(10～15)。
6.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述水泥为p·o 42.5水泥、p·o 52.5水泥、p·ii 42.5和p·ii 52.5水泥中的一种；
7.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述砂为机制砂、天然砂和石英砂中的一种，其粒径为0.3～2.36mm，细度模数为1.6～2.4,且含泥量和有害物质限量少于gb/t 14684-2011建筑用砂标准中的规定量。
8.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述膨胀珍珠岩为粒径在1～3mm的建筑膨胀珍珠岩，堆积密度为100～150kg/m3。
9.根据权利要求1所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为30％；
10.根据权利要求1-9任一项所述的膨胀珍珠岩3d打印轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：