3D打印碱激发胶凝材料的制备及性能研究

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3D打印技术在建筑行业中的应用受限于打印材料,因该技术对材料的性能要求不同于传统的水泥基材料,为了制备出满足打印条件的浆体,用NaOH和硅酸钠的混合溶液激发矿渣和粉煤灰。作为绿色建材的碱激发胶凝材料,不仅有优异的工程技术性能和可持续发展属性,且其早强快凝的特点具有应用于3D打印的潜质。本文通过正交与平行试验等方法,优选配合比方案,制备出满足可打印性能的碱激发材料;分析原材料相对掺量、碱组分和溶胶比对其基本性能的影响,并通过SEM和XRD对微观结构进行分析,探讨微观结构与宏观性能之间的关系;对打印浆体的工作性能和可建造性能进行研究,研究结果表明:1.以碱激发矿渣/粉煤灰体系作为建筑3D打印材料,具备基本的可打印性能,添加外加剂的浆体工作性能良好,表观效果表现优异,可堆积性较好。流动度在170-190mm范围内,堆积层数≥4层时,其综合性能良好。2.制备出的满足3D打印的理论最佳配比为:粉煤灰和矿渣质量比3:7,溶胶比为0.48,碱含量Na2O为5%,模数为1.4。3.碱含量对浆体初始流动度和早期强度的影响最大,粉煤灰掺量对初始流动度影响最小;粉煤灰掺量从0增加到50%时,流动度先减小后增大,而体系的强度减小,;为取得较好的流动度与力学性能,溶胶比和胶砂比这两个参数的合理取值区间分别为0.460.48和0.91.2;水玻璃模数从0.8增加到1.4(碱含量为6%时),浆体的流动度增大,体系的抗折和抗压强度也会增加;碱含量Na2O从3%增加到6%时(水玻璃模数为1.2),浆体的流动度减小,抗压强度先增大后减小。4.从试验看,碱激发胶凝材料浆体从拌合到初凝前20min为最佳的打印时间,本文模拟了分层加载环境和打印速率,拟合出P-S曲线函数,可以计算塑性承载力、打印层数和打印高度。
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