一种3D打印用流态固化土和用3D打印用流态固化土填充的3D打印增材结构制造方法

本发明属于建筑3d打印领域，尤其涉及一种3d打印用流态固化土和用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法。

背景技术：

1、建筑行业和市政行业率先使用预拌流态固化土这种创新工程技术。虽然目前制备流态型固化土解决了利用当地工程弃土的技术技术难题，并形成了“材料开发—成套设备—工艺优化—施工组织”的技术体系，但主要是采用普通硅酸盐水泥等钙质胶凝材料作为固化剂，且主要运用在填筑工程等工程附加值不高的场景。

2、3d打印增材结构是目前建筑结构未来发展的趋势。采用3d打印建筑的建筑结构，普遍采用先打印支护结构，再放置钢筋构件，最后在支护结构和钢筋构件之间浇筑填充料，但目前填充料一般采用现浇混凝土现场浇筑，而现浇混凝土运用在建筑围护结构时，因围护结构对材料的强度要求没有承重结构要求高，而将承重结构用的混凝土用在围护结构会造成材料使用价值浪费，同时增加建筑自重和成本，不利于3d打印建筑高度的提升。

3、此外，建筑围护结构普遍对建筑材料保温隔热的功能性要求较高，流态固化土主要原材料为土和水，浇筑后部分水分蒸发形成空气空腔，而土、水和空气空腔的保温隔热性能优良，十分适合运用到建筑围护结构中。

技术实现思路

1、本发明目的是针对目前流态固化土工程运用附加值不高，3d打印建造成本相对较高问题，提出一种3d打印用流态固化土和用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法。

2、本发明提供一种3d打印用流态固化土，所述3d打印用流态固化土包括下列重量份原料：黏土基料16.7～56.9份、胶凝材料8.5～55.3份、减水剂0～0.9份、水19.0～42.6份；

3、所述黏土基料包括：江河湖海沉积泥土、市政淤泥、工程泥浆、工程弃土、粒径小于2.36mm的尾矿、砂壤土、壤土、黏土和粉土中的一种或多种；

4、所述黏土基料的含水率为7.3～25.6％，所述黏土基料的最大粒径小于4.75mm；

5、所述胶凝材料为白色硅酸盐水泥或镁质胶凝材料；

6、所述水为地下水或地表水。

7、进一步的，所述白色硅酸盐水泥强度等级为42.5级。

8、进一步的，所述镁质胶凝材料包括氯氧镁胶凝材料和/或硫氧镁胶凝材料；

9、所述氯氧镁胶凝材料包括下列重量份原料：21.3～27.4份轻烧氧化镁、18.1～23.3份六水氯化镁；

10、所述硫氧镁胶凝材料包括下列重量份原料：39.1～40.3份轻烧氧化镁、14.5～15.0份七水硫酸镁。

11、进一步的，所述减水剂最后加入所述3d打印用流态固化土搅拌好的原料中，或将减水剂加入水中。

12、本发明的另一目的是提供用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

13、s1、先设计3d打印增材结构，再通过3d打印设备使用3d打印喷墨材料打印3d打印支护结构；

14、s2、当3d打印支护结构打印到一定高度后，放置钢筋构件；

15、s3、待3d打印支护结构具有一定强度后，在3d打印支护结构和钢筋构件之间浇筑填充料，所述填充料包括3d打印用流态固化土；

16、s4、待浇筑的填充料具有一定强度后，继续依次打印3d打印支护结构、放置钢筋构件、浇筑填充料，直致3d打印结构达到设计标高时结束。

17、进一步的，所述3d打印支护结构为上端开口的半封闭结构，所述钢筋构件为钢筋笼和钢筋连接件，所述钢筋构件位于所述3d打印支护结构内部，所述填充料位于所述3d打印支护结构和所述钢筋构件之间。

18、进一步的，所述3d打印支护结构的打印喷墨材料包括以下重量份原料：3d打印砂浆45～95份、黏土基再生骨料5～55份；

19、所述3d打印砂浆包括以下重量份原料：砂子37.9～48.8份、固化剂26.8～40.8份、添加剂2.2～4.2份、短切纤维0.41～0.60份、水15.8～23.8份，所述砂子粒径小于1.18mm；

20、所述固化剂包括钙质胶凝材料和/或镁质胶凝材料；所述钙质胶凝材料为普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、碱激发胶凝材料中的一种或多种；

21、所述添加剂为快硬硫铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥中的一种或多种；

22、所述短切纤维为聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇腈纤维、聚丙烯纤维、抗裂纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、钢纤维中的一种或多种，所述短切纤维长度为3～6mm。

23、进一步的，所述填充料包括以下重量份材料：流态固化土75～95份、黏土基再生骨料5～25份，所述黏土基再生骨料的颗粒级配为：10mm粒径5～50份、20mm粒径0～30份、30mm粒径0～20份。

24、进一步的，所述填充料用的黏土基再生骨料的28d筒压强度大于2.0mpa，压碎指标小于30％，1h吸水率小于20％。

25、进一步的，所述流态固化土3d抗压强度大于0.8mpa，28d抗压强度大于2.3mpa。

26、本发明3d打印用流态固化土采用含水率大的浆体废弃物生产的黏土基原料，将其运用到3d打印中，降低了3d打印工程建设材料成本，同时提高了流态固化土工程运用附加值。

技术特征：

1.一种3d打印用流态固化土，其特征在于，所述3d打印用流态固化土包括下列重量份原料：黏土基料16.7～56.9份、胶凝材料8.5～55.3份、减水剂0～0.9份、水19.0～42.6份；

2.根据权利要求1所述的一种3d打印用流态固化土，其特征在于，所述白色硅酸盐水泥强度等级为42.5级。

3.根据权利要求1所述的一种3d打印用流态固化土，其特征在于，所述镁质胶凝材料包括氯氧镁胶凝材料和/或硫氧镁胶凝材料；

4.根据权利要求1所述的一种3d打印用流态固化土，其特征在于，所述减水剂最后加入所述3d打印用流态固化土搅拌好的原料中，或将减水剂加入水中。

5.用权利要求1-4任意一项所述3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，其特征在于，所述3d打印支护结构为上端开口的半封闭结构，所述钢筋构件为钢筋笼和钢筋连接件，所述钢筋构件位于所述3d打印支护结构内部，所述填充料位于所述3d打印支护结构和所述钢筋构件之间。

7.根据权利要求5所述的一种用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，其特征在于，所述3d打印支护结构的打印喷墨材料包括以下重量份原料：3d打印砂浆45～95份、黏土基再生骨料5～55份；

8.根据权利要求5所述的一种用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，其特征在于，所述填充料包括以下重量份材料：流态固化土75～95份、黏土基再生骨料5～25份，所述黏土基再生骨料的颗粒级配为：10mm粒径5～50份、20mm粒径0～30份、30mm粒径0～20份。

9.根据权利要求5所述的一种用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，其特征在于，所述填充料用的黏土基再生骨料的28d筒压强度大于2.0mpa，压碎指标小于30％，1h吸水率小于20％。

10.根据权利要求5所述的一种用3d打印用流态固化土填充的3d打印增材结构制造方法，其特征在于，所述流态固化土3d抗压强度大于0.8mpa，28d抗压强度大于2.3mpa。

技术总结
本发明公开一种3D打印用流态固化土和用3D打印用流态固化土填充的3D打印增材结构制造方法，所述流态固化土包括下列重量份原料：黏土基料16.7～56.9份、胶凝材料8.5～55.3份、减水剂0～0.9份、水19.0～42.6份；先设计3D打印增材结构，再打印支护结构的底面和侧面，放置钢筋构件并浇筑填充料，最后打印支护结构顶面。由于本发明采用黏土基料作为原料，降低填充料成本低，也显著降低了3D打印增材结构自重，并有效发挥了土可使建筑结构冬暖夏凉的优势，降低了建筑正常使用过程中的能耗，同时有助于3D打印建筑结构高度的提升。

技术研发人员：崔棚,寇世聪,邢锋
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19