一种以电石渣为激发剂的3D打印低碳泡沫混凝土及其制备方法

本申请涉及混凝土加工，更具体地说，它涉及一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会经济的不断发展，以电石渣、矿渣粉、粉煤灰为代表的废弃污染物在河北地区产量巨大，如果直接扔掉会对生态坏境造成不容小视的负面影响。矿渣广泛应用于建筑和工业领域，尤其是在钢铁工业中，作为生产的副产品，在不加以合理处理的情况下，很容易造成环境污染。同时在生产乙炔气、pvc、pva等产品的过程中会产出大量的废渣，即电石渣。由于电石渣产量巨大，运输成本高，不仅占用土地，还会造成二次污染。这些废料每年产出超过十亿吨，并且废弃物含有大量的重金属元素和矿物质成分，若随意堆放或处理，就很容易产生二次污染，危害环境和人类健康。

2、另外，3d打印混凝土由于其自由形态设计、快速建造、节约材料、以及解放劳动力等一众优点也成为建筑行业目前的热门新方向。而泡沫混凝土因为是无机材料，且具有大量封闭的气泡结构，能有效阻止热传导，耐热高达500摄氏度以上，没有热分解，所以利用时间更久，不会导致保温失效。此外泡沫混凝土利用成本更低：200至300公斤/立方米泡沫混凝土的总成本仅要100元左右，具备显著的经济优势。将新兴的3d打印技术与泡沫混凝土相结合不但能保证材料保温隔热等一众优势，而且可以实现复杂造型设计，扩大泡沫混凝土优势，降低造价，解放大量劳动力等等，相信这项技术推广之后能为社会创造巨大的价值。

3、将矿渣粉和电石渣加工成混凝土不仅可以实现矿渣和电石渣的资源化利用，同时也能降低混凝土的制备成本，但是现有研究中，矿渣粉以及电石渣直接加工成的泡沫混凝土，其性能无法与传统混凝土相比，更无法满足3d打印的需要。因此如何对矿渣以及电石渣进行处理，并使其满足3d打印需要的混凝土是目前研究的热点，具有巨大的实用价值。

技术实现思路

1、本公开提供了一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土及其制备方法，制得的泡沫混凝土强度28天强度均达30mpa以上，在此基础上满足了打印性并结合了新兴的3d打印技术，可以快速、高效地生产泡沫混凝土结构，适用于建筑和建筑材料领域。

2、第一方面，本公开提供一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土，所述低碳泡沫包括以下按重量组份：78～234份的电石渣、412～489份的矿渣粉、334～463份的粉煤灰、330～474份的水、1030～1150份的石英砂、3～9的氢氧化钠、2～6份的铝粉、1～3份的羟丙基甲基纤维素。

3、优选的，所述电石渣为电石水解获取乙炔气后产生的以氢氧化钙为主要成分的废渣，所述矿渣为s95级磨细矿渣。

4、优选的，所述铝粉纯度应达到99.5％以上，同时氧化铝含量应控制在1.5％以下。

5、优选的，所述粉煤灰为国标二级粉煤灰。

6、优选的，所述石英砂分为粗砂、中砂、细砂，其中粗砂的粒径范围为20-40目，中砂为40-70目，细砂为70-140目，所述三种砂的质量比为粗砂：中砂：细砂＝1：1.5：2.5。

7、第二方面，本公开提供一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、将所述电石渣原液进行静置分层，得到电石渣上部清液和下部浆体，将所述上部清液和下部浆体分开保存备用；

9、s2、对所述电石渣下部浆体进行预处理，在温度为105℃进行烘干脱水，至恒重后压碎成粉末，得到电石渣粉，然后分别装袋并防潮备用；

10、s3、将所述电石渣粉和矿渣、粉煤灰以预设质量比依次加入到混合容器中搅拌，得到复合胶凝材料拌合物；

11、s4、将石英砂加入搅拌机中与所述s3中得到的复合胶凝材料拌合物一起搅拌30～60秒，然后加入一半电石渣上部清液和纤维素并均匀添加铝粉，搅拌1分钟～2分钟，再加入剩下的电石渣上部清液并混入氢氧化钠和纤维素，搅拌2分钟～3分钟，得到低碳泡沫混凝土浆体；

12、s5、将所述步骤s4制得的低碳泡沫混凝土浆体通过泵送机送至3d打印机，测试其打印性并取样通过液压机测试其抗压强度。

13、综上所述，本申请具有以下有益效果：

14、1、由于本申请中单独使用电石渣激发的混凝土强度较低，无法满足使用需要，但是用少量氢氧化钠和电石渣协同碱激发粉煤灰-矿渣粉胶凝材料时，能极大的提高混凝土强度，该碱基发剂有两方面的作用，第一方面是用来激发矿渣粉和粉煤灰，让其形成c-s-h胶凝材料，第二个方面是用来与铝粉发生反应生成氢气，从而在内部生成气泡形成泡沫混凝土；

15、2、本申请中用电石渣中含有的关键碱性组分互补协同激发矿渣-粉煤灰形成一定强度的胶凝材料，实现废碱充分利用，可有效降低碱激发胶凝材料生产成本；

16、3、本申请c30级混凝土原料大多来源于工业，根据、电石渣、矿渣粉、粉煤灰、石英砂石的理化性质实现协同处置，变废为宝，可有效减轻各种工业固废引发的环境污染问题；

17、4、本申请利用固废胶凝材料取代水泥，可在一定程度上减轻硅酸盐水泥生产产生的高能耗、高污染问题，减轻石料开采过度、天然骨料不足的压力，降低混凝土生产成本，更加符合节能减排、绿色可持续发展的要求；

18、5、本申请创新性的利用氢氧化钠、电石渣和铝粉协同作用，可以起到以下作用：

19、(1)电石渣可以增加混凝土的碱度，提高其耐久性和抗腐蚀性，同时在变废为宝的同时减少氢氧化钠的使用量。

20、(2)发泡铝粉可以作为混凝土的发泡剂，使混凝土产生气泡，使混凝土的密度更加轻盈。

21、(3)氢氧化钠和发泡铝粉的配合使用还可以降低混凝土的热变形温度，使混凝土具有一定的耐火性，以及改良混凝土的花纹和质感，使其更具美观性。

22、(4)铝粉的添加可以改善混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性。铝粉可以填充混凝土的孔隙和微裂缝,减少水分的渗透和气体的侵入,提高混凝土的密实性和耐久性。

23、(5)此外,铝粉还可以与混凝土中的水化产物反应,形成一层致密的氧化铝膜,阻止侵蚀物质对混凝土的侵蚀,延长混凝土的使用寿命。

24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。

技术特征：

1.一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土，其特征在于，所述低碳泡沫包括以下按重量组份：78～234份的电石渣、412～489份的矿渣粉、334～463份的粉煤灰、330～474份的水、1030～1150份的石英砂、3～9的氢氧化钠、2～6份的铝粉、1～3份的羟丙基甲基纤维素。

2.根据权利要求1所述一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土，其特征在于，所述电石渣为电石水解获取乙炔气后产生的以氢氧化钙为主要成分的废渣，所述矿渣为s95级磨细矿渣。

3.根据权利要求1所述一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土，其特征在于，所述铝粉纯度应达到99.5％以上，同时氧化铝含量应控制在1.5％以下。

4.根据权利要求1所述一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为国标二级粉煤灰。

5.根据权利要求1所述一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土，其特征在于，所述石英砂分为粗砂、中砂、细砂，其中粗砂的粒径范围为20-40目，中砂为40-70目，细砂为70-140目，所述三种砂的质量比为粗砂：中砂：细砂＝1：1.5：2.5。

6.根据权利要求1-5任意一项所述一种以电石渣为激发剂的3d打印低碳泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本申请涉及混凝土加工技术领域，更具体地说，它涉及一种以电石渣为激发剂的3D打印低碳泡沫混凝土及其制备方法。所述低碳泡沫包括以下按重量组份：78～234份的电石渣、412～489份的矿渣粉、334～463份的粉煤灰、330～474份的水、1030～1150份的石英砂、3～9的氢氧化钠、2～6份的铝粉、1～3份的羟丙基甲基纤维素。制得的泡沫混凝土强度28天强度均达30MPa以上，在此基础上满足了打印性并结合了新兴的3D打印技术，可以快速、高效地生产泡沫混凝土结构，适用于建筑和建筑材料领域。

技术研发人员：杨烨凯,张驰宇,赵庆新,鲁鹏远,刘瑞晗,钟嘉豪
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24