一种抗氯离子渗透的3D打印混凝土及其构件的制备方法与流程

本发明涉及涉及3d打印施工混凝土材料，具体为一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土及其构件的制备方法。

背景技术：

1、海工钢筋混凝土一直面临着各种各样的问题，如海水腐蚀、裂缝、冲磨破坏等，混凝土的耐久性和抗氯离子渗透性面临着极大的考验。在影响钢筋混凝土结构耐久性的众多因素中，钢筋锈蚀引起的混凝土结构开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效的最主要原因之一。对于海工钢筋混凝土的结构开裂主要源于氯离子侵蚀。

2、一般来说，混凝土内的钢筋表面由于高碱性混凝土孔溶液存在，使之处于稳定的钝化状态，当外界的氯离子渗入到混凝土中，使孔隙溶液的ph值下降，氯离子含量增多，导致钝化膜破坏而发生腐蚀。由于发生锈蚀后锈蚀产物的体积是原有体积的2～4倍，其体积膨胀行为受到周围混凝土的限制，在钢筋混凝土界面上产生压力，即钢筋锈胀力。随着钢筋锈蚀量的增加，逐渐增大的钢筋锈胀力将导致混凝土保护层受拉而开裂。锈胀裂缝首先在钢筋周边的混凝土内界面产生，由内而外逐渐扩展；当锈胀裂缝贯通混凝土保护层时，环境中的有害介质经锈胀裂缝直接侵入混凝土内部，接触到钢筋，钢筋锈蚀速度大大加快，进一步加剧混凝土锈胀裂缝的扩展，甚至导致混凝土保护层剥落，严重影响混凝土结构的耐久性。因此，如何提高混凝土保护层的密实度、抵抗氯离子对海工钢筋混凝土的侵蚀成为了亟待解决的问题。因此，如何提高混凝土抵抗氯离子对海工钢筋混凝土的侵蚀成为了亟待解决的问题。

3、目前增强海工混凝土的耐腐蚀性能的常用手段大体分为两种，一种是在混凝土外侧增设特种涂层，一方面因为毒性会威胁施工人员的安全，而且会严重污染环境；另一种是改善混凝土的质量，现有的配方使用的组分复杂，成本高，研发成本高。

4、近年来，近几年3d打印技术在建筑领域获得显著发展，因3d打印技术具有无需模板、可以利用电脑编程实现混凝土构件个性化设计、3d打印采用计算机程序控制可以更精确的保证构件精度质量，更加快速高效的完成生产任务等明显优势。3d打印技术工程实践的关键在于3d打印混凝土，3d打印混凝土最基本要求是可打印性强，同时更好的满足海工混凝土建筑物的耐久性，使得抗氯离子渗透3d打印混凝土的制备成为必要。

5、风机叶片作为一种热固性复合材料，自然降解非常困难，如在自然界中堆放会成为持续性的有机污染物，随着退役叶片的数量增多，容易造成巨大的白色污染。如何处理退役叶片，成为风电行业未来需要思考和面对的重要问题。

6、目前为止，已经有研究者配制出抗氯离子渗透的水泥砂浆，也有学者配制出一种抗氯离子渗透性能较强的3d打印彩色混凝土，如申请号202110149025.8，在混凝土通过加入碳纳米管纤维提高混凝土材料的强度、延性、韧性、抗氯离子渗透性能，氯离子渗透系数1.52×10-12-2.76×10-12m2/s；申请号为202010230796.5通过密实剂及微硅粉的填充、增强作用以及减水剂、改性纤维的调节，使混凝土内部空隙填充密实，从而提高混凝土抗氯离子渗透性能，氯离子渗透系数1.5×10-12-2.22×10-12m2/s；综上，现有的抗氯离子渗透等级最高可达到ⅳ级。

7、但3d打印混凝土还没有可满足消纳固废，绿色环保，力学强度高，打印性能良好，抗氯离子渗透等级达到ⅴ级的特点。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、因此，本发明的目的是提供一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土及其构件的制备方法，制备成本低，难度小，具有优异的强度和超高的抗氯离子渗透性能，同时可消纳难自然降解的工业固废。

3、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

4、一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土的制备方法，具体步骤如下：

5、s101、备料：按照以下重量份数进行备料，42.5硅酸盐水泥230-250份，退役风机叶片粉末60-100份，粉煤灰40-80份，矿粉30-60份，风机叶片纤维0-25份，细骨料550-575份，减水剂1.35-1.75份，纤维素醚0.225-0.35份、引气剂0.1-0.2份、润湿剂0.25-0.35份、水135-155份；

6、s102、制备退役风机叶片粉末分散液：将步骤s101中50％的水与润湿剂混合，再加入的退役风机叶片粉末的50％，搅拌5min加入超声分散仪中，分散1h后备用；

7、s103、制备改性退役风机叶片纤维：将步骤s101中剩余的50％风机粉末、50％矿粉、退役风机叶片纤维干混5min，后进行蒸压处理，温度设定为90℃±10℃，持续1h后取出备用；

8、s104、将步骤s101中的水泥、粉煤灰、剩余的50％矿粉和细骨料、减水剂、纤维素醚、引气剂干混5min,后加入剩余的总水量30％的水，低速搅拌3min；

9、s105、将步骤s102中制备好的退役风机叶片粉末分散液加入至步骤s104的混合物中，继续低速搅拌3min，然后加入步骤s103制备好的改性退役风机叶片纤维，再次低速搅拌5min,加入总用水量20％的水，高速搅拌3min后静置得到抗氯离子渗透的3d打印混凝土。

10、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土的制备方法的一种优选方案，其中，所述步骤s1中，按照以下重量份数进行备料，42.5硅酸盐水泥250份，退役风机叶片粉末80份，粉煤灰40份，矿粉30份，风机叶片纤维25份，细骨料575份，减水剂1.45份，纤维素醚0.3份、引气剂0.1份、润湿剂0.25份、水140份。

11、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土的制备方法的一种优选方案，其中，所述退役风机叶片粉末的平均粒径为50.98μm，且该退役风机叶片粉末含有透明玻璃纤维细丝。

12、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土的制备方法的一种优选方案，其中，所述退役风机叶片纤维的单丝长度3μm-15μm，内含少量玻璃纤维粉末和树脂颗粒。

13、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土的制备方法的一种优选方案，其中，所述细骨料包括细河砂和/或尾矿砂，所述细河砂的细度模数为1.36。

14、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土的制备方法的一种优选方案，其中，所述减水剂为缓凝型聚羧酸减水剂粉末，所述纤维素醚为羟乙基纤维素醚，20℃粘度为25000mpa·s，所述引气剂为工业级十二烷基硫酸钠。所述润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚的一种。

15、一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土构件的制备方法，具体步骤如下：

16、s201、备料：按照以下重量份数进行备料，硅酸盐水泥300-350份，硫铝酸盐水泥5-100份，退役风机叶片粉末100-150份，石英砂550-600份，减水剂1.8-2.2份，可分散胶粉5-10份，憎水剂2.2-3份，有机硅外加剂30-60份和水160-180份；

17、s202、将步骤s201中的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、退役风机叶片粉末、石英砂、减水剂、可分散胶粉以及憎水剂干混5min；

18、s203、将有机硅外加剂和水搅拌均匀后，加入s202的混合物中，继续低速搅拌5min制得防水抗渗砂浆后，备用；

19、s204、将打印的混凝土构件所需的钢筋切割成型，并在表面喷涂一层环氧树脂，待表面干燥后，用毛刷将制得的防水抗渗砂浆涂刷在钢筋表面，表面干燥后备用；

20、s205、将制备的3d打印混凝土加入至设定好打印路径的3d打印打印机中，按照打印路径，打印堆叠成所需的构件；同时将步骤s204制备完成的钢筋按照设计配筋放置在3d打印混凝土构件中，3d打印混凝土构件养护28d；

21、s206、将步骤s205制备的3d打印混凝土构件表面再次涂刷两遍步骤s203制备的防水抗渗砂浆。

22、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土构件的制备方法的一种优选方案，其中，所述步骤s201中，按照以下重量份数进行备料，硅酸盐水泥300份，硫铝酸盐水泥50份，退役风机叶片粉末100份，石英砂600份，减水剂1.9份，可分散胶粉10份，憎水剂2.8份，有机硅外加剂40份和水170份。

23、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土构件的制备方法的一种优选方案，其中，所述步骤s206中，防水抗渗砂浆第一遍平行于3d打印混凝土构件打印方向涂刷，并呈s型覆盖每层打印条带的接缝薄弱处，第二遍垂直于打印方向s型覆盖涂刷，涂层厚度为3mm-5mm。

24、作为本发明所述的一种抗氯离子渗透的3d打印混凝土构件的制备方法的一种优选方案，其中，所述石英砂粒径为0.106mm-0.15mm，所述有机硅外加剂为水玻璃，固含量42.17％,含有21.25％na2o、21.82％sio2和58.83％的水,模数为2.1。

25、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明将退役风机叶片粉末提前与润湿剂及水混合，通过超声分散，将疏水的风机叶片粉末改性为更加易于混合的材料，使粉末分散更均匀，并采用退役风机纤维与退役风机粉末、矿粉提前分散混合，高温蒸压处理后，使风机纤维表面覆上一层亲水的粉末，增加了纤维表面的摩擦力，使其更好的其他粉末材料粘结，增加混凝土整体的强度，将重要的化学反应提前并分开进行单独反应，确保每项反应更加充分和彻底，使混凝土的质量稳定；将钢筋表面和制备完成的3d打印混凝土构件表面，涂抹抗腐蚀的防水抗渗砂浆够进一步提升钢筋和混凝土材料抵抗海水侵蚀的能力。