3D打印植生混凝土材料、砂浆、构件及制备方法与流程

本发明涉及植生混凝土领域，尤其涉及3d打印植生混凝土材料、砂浆、构件及制备方法。

背景技术：

1、植生混凝土是具有连续大孔结构、并可在其表面种植绿色植物的一种混凝土。研究植生多孔混凝土并将其用于城市景观地面、道路护坡防护与绿化等方面具有重要意义。一方面实现地面硬化或边坡加固；另一方面可生长草类等植物，实现绿化和涵养水土。植生混凝土实现使用功能主要存在三个关键问题：①常规混凝土内部相对致密，孔少，不透水，不利于土壤及养分保持，不利于植物根部生长；②普通混凝土使用的硅酸盐水泥水化后产生大量ca(oh)2，使得混凝土内部往往处于ph值大于12的高碱性环境，不利于植物的生长。③个性化设计的植生混凝土存在制备技术难度，植生混凝土常用的预制法为降低模板成本，生产模具数量有限，生产出来的植生混凝土构件规格、外形品种单一，难以实现个性化设计及定制化供应。针对上述问题，很多学者提出了相应的技术方案，如采用单粒级骨料代替连续级配骨料提高植生混凝土的孔隙率；降碱措施主要有在混凝土中掺入矿物掺合料、酸性助剂、选用中性胶凝材料、表面处理和碳化降碱等手段；而采用定制化模具制备植生混凝土构件。

2、3d打印混凝土技术因具有快速、便捷、绿色环保等优势而受到广泛关注。有别于传统的模具浇筑技术，3d打印混凝土技术具有工作效率高、无需模板支护以及绿色环保的优点。因此，可采用3d打印工艺生产混凝土构件以用于种植植物。不仅减少模具投资，而且可极大提升构件设计自由度。

3、但适用于3d打印的混凝土的工作性能要求较高，影响打印性能的因素有流动性、挤出性、建造性、抗开裂性能等；加上植生混凝土要求的大孔隙率和低碱度要求，这对3d打印植生混凝土材料提出很高的要求。即3d打印植生混凝土材料需要同时满足植生混凝土和3d打印混凝土的需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种3d打印植生混凝土材料、砂浆、构件及制备方法，以解决3d打印混凝土难以同时满足植生混凝土和3d打印混凝土的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种3d打印植生混凝土材料，以重量份计，包括：

3、高固废低碱胶凝材料100份、砂粒60～70份、球形陶砂10～35份、缓凝剂0.10～0.30份、促硬剂0.02～0.04份、保水剂0.03～0.05份、触变润滑剂0.30～0.60份、水35～45份。其中，高固废低碱胶凝材料的原料包括矿渣、钢渣、硫铝酸盐水泥熟料、氟石膏和激发剂。在高固废低碱胶凝材料中，所述矿渣、所述钢渣和所述氟石膏的总质量分数≥75％。

4、高固废低碱胶凝材料满足性能指标：比表面积≥450m2/kg，初凝时间≥45min，终凝时间≤4h，3d抗压强度≥22mpa。28d抗压强度≥42.5mpa，ph值≤8.00。

5、根据本申请的实施方式，以重量份计，包括：

6、高固废低碱胶凝材料100份、砂粒65～70份、球形陶砂15～23份、缓凝剂0.25～0.30份、促硬剂0.03～0.04份、保水剂0.03～0.04份、触变润滑剂0.30～0.50份、水35～40份。

7、根据本申请的实施方式，以质量份计，在高固废低碱胶凝材料中，包括矿渣55～60份、钢渣15～20份、硫铝酸盐水泥熟料15～20份、氟石膏8～12份、激发剂2～3份。

8、根据本申请的实施方式，砂粒的粒径范围为0.60mm～1.18mm。球形陶砂的球形度≥0.75，密度等级为800，粒径范围为0.60mm～2.36mm。

9、根据本申请的实施方式，缓凝剂为硼酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。促硬剂为碳酸锂、硫酸锂、氯化锂中的至少一种。保水剂为黏度为4000mpa·s～10000mpa·s的羟丙基甲基纤维素醚。触变润滑剂为硅酸镁铝或凹凸棒土。

10、根据本申请的实施方式，矿渣的碱性系数≥1.2、含水率≤2％，矿渣为水淬粒状矿渣。钢渣碱度≥2、含水率≤2％，钢渣为热闷钢渣。氟石膏的caso4含量≥85％。

11、根据本申请的实施方式，以质量份计，激发剂包括粉煤灰25份、木质磺酸钠0.5份、硫酸钠50份、硫酸亚铁4.5份、三乙醇胺2份和硫酸铝18份。

12、本申请还提供了一种上述的3d打印植生混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：

13、将球形陶砂润湿后，与高固废低碱胶凝材料、砂粒、球形陶砂、缓凝剂、促硬剂、保水剂、触变润滑剂、水混合均匀。

14、根据本申请的实施方式，球形陶砂润湿的步骤包括将球形陶砂浸泡水中至少1h。

15、本申请还提供了一种3d打印植生混凝土材料的砂浆，以重量份计，包括：

16、高固废低碱胶凝材料100份、砂粒60～70份、球形陶砂10～35份、缓凝剂0.10～0.30份、促硬剂0.02～0.04份、保水剂0.03～0.05份、触变润滑剂0.30～0.60份。其中，高固废低碱胶凝材料的原料包括矿渣、钢渣、硫铝酸盐水泥熟料、氟石膏和激发剂。在高固废低碱胶凝材料中，所述矿渣、所述钢渣和所述氟石膏的总质量分数≥75％。

17、高固废低碱胶凝材料满足性能指标：比表面积≥450m2/kg，初凝时间≥45min，终凝时间≤4h，3d抗压强度≥22mpa。28d抗压强度≥42.5mpa，ph值≤8.00。

18、本申请还提供了一种3d打印植生混凝土构件，通过上述的3d打印植生混凝土材料打印形成或通过上述的3d打印植生混凝土材料的砂浆加水混合后打印形成。

19、上述的3d打印植生混凝土材料中，采用高固废低碱胶凝材料替代普通硅酸盐水泥，采用低ph值的硫铝水泥熟料和氟石膏，既能有效降低体系碱度，且能确保混凝土构件强度。并且采用陶砂与砂粒复合成混凝土的骨料，可以增加体系的孔隙率，在打印构件投入使用后，原先的孔隙可以吸收水分或营养液供给植物。上述的3d打印植生混凝土材料兼具流动性、挤出性、建造性、抗开裂性能、大孔隙率和低碱度的性能，符合植生混凝土和3d打印混凝土的需求。

技术特征：

1.一种3d打印植生混凝土材料，其特征在于，以重量份计，包括：

2.根据权利要求1所述的3d打印植生混凝土材料，其特征在于，以重量份计，包括：

3.根据权利要求1所述的3d打印植生混凝土材料，其特征在于，以质量份计，在所述高固废低碱胶凝材料中，包括矿渣55～60份、钢渣15～20份、硫铝酸盐水泥熟料15～20份、氟石膏8～12份、激发剂2～3份。

4.根据权利要求1所述的3d打印植生混凝土材料，其特征在于，所述砂粒的粒径范围为0.60mm～1.18mm；所述球形陶砂的球形度≥0.75，密度等级为800，粒径范围为0.60mm～2.36mm。

5.根据权利要求1所述的3d打印植生混凝土材料，其特征在于，所述缓凝剂为硼酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种；所述促硬剂为碳酸锂、硫酸锂、氯化锂中的至少一种；所述保水剂为黏度为4000mpa·s～10000mpa·s的羟丙基甲基纤维素醚；所述触变润滑剂为硅酸镁铝或凹凸棒土。

6.根据权利要求1所述的3d打印植生混凝土材料，其特征在于，所述矿渣的碱性系数≥1.2、含水率≤2％，所述矿渣为水淬粒状矿渣；所述钢渣碱度≥2、含水率≤2％，所述钢渣为热闷钢渣；所述氟石膏的caso4含量≥85％。

7.根据权利要求1所述的3d打印植生混凝土材料，其特征在于，以质量份计，所述激发剂包括粉煤灰25份、木质磺酸钠0.5份、硫酸钠50份、硫酸亚铁4.5份、三乙醇胺2份和硫酸铝18份。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的3d打印植生混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述球形陶砂润湿的步骤包括将所述球形陶砂浸泡水中至少1h。

10.一种3d打印植生混凝土材料的砂浆，其特征在于，以重量份计，包括：

11.一种3d打印植生混凝土构件，其特征在于，通过1～7任一项所述的3d打印植生混凝土材料打印形成或通过权利要求10所述的3d打印植生混凝土材料的砂浆加水混合后打印形成。

技术总结本发明提供了一种3D打印植生混凝土材料、砂浆、构件及制备方法，涉及植生混凝土领域。该3D打印植生混凝土材料，以重量份计，包括：高固废低碱胶凝材料100份、砂粒60～70份、球形陶砂10～35份、缓凝剂0.10～0.30份、促硬剂0.02～0.04份、保水剂0.03～0.05份、触变润滑剂0.30～0.60份、水35～45份。上述的3D打印植生混凝土材料中，采用高固废低碱胶凝材料替代普通硅酸盐水泥，采用低pH值的硫铝水泥熟料和氟石膏，既能有效降低体系碱度，且能确保混凝土构件强度。上述混凝土材料兼具流动性、挤出性、建造性、抗开裂性能、大孔隙率和低碱度的性能，符合植生混凝土和3D打印混凝土的需求。技术研发人员：郭嘉,付立群,陈常明受保护的技术使用者：浙江极筑科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18