本发明涉及3d打印混凝土，具体涉及一种固废基3d打印混凝土的制备方法及其应用。
背景技术：
1、混凝土材料是现代社会极其重要的土木工程材料，是人类社会的发展与建设最主要的支撑材料。3d打印混凝土是在3d打印技术的基础上发展起来的新型混凝土施工技术，其主要工作原理是将搅拌好的混凝土浆体通过3d打印装置，并在软件的控制下按照预先设置好的打印程序进行挤出打印，最终得到设计的混凝土构件。由于这种混凝土结构的建造方式不会受传统混凝土结构建造所需的模板、模具和施工工艺等的限制，从而可以实现更加复杂的混凝土结构的设计和建造。另外，与统施工方式相比，3d打印混凝土结构可以显著地缩短施工时间，而且更加节约材料，具有更加精确的尺寸控制能力。
2、细骨料是3d打印混凝土材料的主要成分，传统的细骨料主要采用河沙等不可再生的天然材料，但河沙的大规模、过度开采不会造成了环境破坏，而且还会造成河沙资源的枯竭。减少对河沙的依赖，寻找替代品是缓解上述问题的有效措施之一。钢渣是钢铁冶炼产生的固体废物，具有强硬度高、抗压能力强等方面的优点。然而，钢渣中含有游离的氧化钙和氧化镁，导致钢渣存在体积安定性不良的问题，其代替河沙作为混凝土材料的细骨料时，尤其是添加量较大时很容易导致混凝土结构中产生裂纹，严重时造成开裂，影响混凝土结构的寿命和安全性。因此，钢渣不宜直接作为混凝土骨料使用。
技术实现思路
1、针对上述的问题，本发明提供一种固废基3d打印混凝土的制备方法及其应用。本发明有效克服了钢渣的体积安定性不良的问题，使其能够适于制备3d打印混凝土。具体地，本发明的技术方案如下所示。
2、首先，本发明公开一种固废基3d打印混凝土的制备方法，包括步骤：
3、（1）将钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液混匀形成的湿料进行加热蒸养处理。然后将得到的混合料与硬脂酸钠溶液混匀，然后再次进行加热蒸养处理，完成后进行干燥处理，即得预处理钢渣细骨料。
4、（2）在水洗后得到的赤泥泥浆中加入水溶性钙盐搅拌至其完全溶解，然后加入硅酸钠并在加热和超声处理条件下进行保温反应。完成后将得到的固体物干燥、研磨成粉末，然后将所述粉末进行煅烧处理，即得活性赤泥粉。
5、（3）取如下原料：硅酸盐水泥70~90重量份、所述预处理钢渣细骨料150~210重量份、所述活性赤泥粉20~30重量份、增强纤维2~4重量份、纤维素醚0.18~0.32重量份。将上述原料混合均匀后按照水灰比0.38~0.45加入拌和水搅拌均匀，即得3d打印混凝土浆料。
6、进一步地，步骤（1）中，所述钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液的料液比为1g：3~5ml。所述聚羧酸减水剂的水溶液的质量分数为7~15%。
7、进一步地，步骤（1）中，所述加热温度为65~80℃，蒸养处理时间为4~6小时。
8、进一步地，步骤（1）中，所述混合料与硬脂酸钠溶液的料液比为1g：1~2ml。可选地，所述硬脂酸钠溶液的质量分数为2~3%，为加速硬脂酸钠的溶解，可采用热水进行配置所述硬脂酸钠溶液。
9、进一步地，步骤（1）中，所述再次进行加热蒸养处理的工序中，加热温度为65~80℃，蒸养处理时间为1~1.5小时。
10、进一步地，步骤（1）中，所述干燥温度为80~100℃，并干燥至恒重。
11、进一步地，步骤（1）中，所述预处理钢渣细骨料粒径分布在0.3~1mm之间。
12、进一步地，步骤（2）中，所述赤泥泥浆的含水率为20~30%，其中所述钙盐的质量分数为15~25%。可选地，所述钙盐包括硝酸钙、乙酸钙等中的至少一种。
13、进一步地，步骤（2）中，按照ca：si摩尔比为2~3：1加入所述硅酸钠。
14、进一步地，步骤（2）中，所述加热温度为40~50℃，保温反应时间为6~10小时。可选地，所述超声功率为300~400w。
15、进一步地，步骤（2）中，所述煅烧处理的温度为550~680℃，时间为1~2小时。
16、进一步地，步骤（2）中，所述活性赤泥粉的细度为100~200目。
17、进一步地，步骤（3）中，所述增强纤维包括聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等中的至少一种。可选地，所述纤维的长度为5~12mm。
18、进一步地，步骤（3）中，所述纤维素醚包括羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等中的至少一种。
19、其次，本发明公开上述制备方法得到的固废基3d打印混凝土在建筑工程、水利工程、海洋工程、道路工程等领域中的应用。
20、与现有技术相比，本发明至少具有以下方面的有益技术效果：
21、本发明采用聚羧酸减水剂对钢渣细骨料进行处理，使钢渣中的游离氧化钙、氧化镁与聚羧酸减水剂上的羧基发生酸碱反应，一方面消除了具有体积膨胀特性的游离氧化钙、氧化镁，从而消除所造成的钢渣体积安定性不良的问题。另一方面，所述聚羧酸减水剂是通过其主链吸附在钢渣上，与所述氧化钙、氧化镁发生反应的羧基位于聚羧酸减水剂的支链上，反应后所述羧基转换为羧基根，因此，反应后不影响所述聚羧酸减水剂在钢渣上的吸附，并仍然可以利用支链的空间位阻效应减小钢渣颗粒间的接触，提高颗粒分散性，从而增加钢渣的流动性，防止钢渣吸水造成混凝土浆料流动性降低，一方面不利于浆料的输送，另一方面会影响打印后混凝土结构的强度。同时，钢渣中含有一定量的c3s等具有胶凝特性的物质，所述支链上的极性基团还会形成溶剂化水膜，有助于增加钢渣颗粒与所述拌和水之间的接触，从而促进所述c3s进行水化反应，在混凝土中形成更多的胶凝物质，提高3d打印混凝土结构的强度。进一步地，所述游离氧化钙、氧化镁与聚羧酸减水剂反应后形成的钙镁离子被硬脂酸钠转换为硬脂酸钙、硬脂酸镁固体粒子，其进入所述3d打印混凝土中后可以起到良好的润滑作用，从而增加钢渣和混凝土浆料的流动性。另外，所述硬脂酸钙、硬脂酸镁固体粒子还能够起到填充作用，有助于提高混凝土结构密实性。
22、另外，本发明的3d打印混凝土中添加了活性赤泥粉，本发明在水洗后的赤泥泥浆中加入水溶性钙盐和硅酸钠，其反应后形成水化硅酸钙（c-s-h），由于所述水化硅酸钙具有良好的胶凝性质，从而使赤泥上牢固地负载上水化硅酸钙。将上述赤泥进一步煅烧后所述水化硅酸钙失水后形成硅酸钙形成活性赤泥粉。在3d打印混凝土结构的水化反应阶段，所述硅酸钙能够再次发生一定程度的水化反应重新形成具有胶凝性质的水化硅酸钙，从而使传统的赤泥具有胶凝特性，更好地与混凝土结构的基体之间结合，提高强度。另外，负载在赤泥颗粒上的所述硅酸钙还能够诱导所述硅酸盐水泥的水化，提高水化反应速率，从而提高打印后混凝土结构的早期强度，有助于防止混凝土结构的变形，提高尺寸精确度。
1.一种固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述钢渣细骨料与聚羧酸减水剂的水溶液的料液比为1g：3~5ml；所述聚羧酸减水剂的水溶液的质量分数为7~15%。
3.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述加热温度为65~80℃，蒸养处理时间为4~6小时。
4.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合料与硬脂酸钠溶液的料液比为1g：1~2ml；
5.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述再次进行加热蒸养处理的工序中，加热温度为65~80℃，蒸养处理时间为1~1.5小时；
6.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述赤泥泥浆的含水率为20~30%，其中所述钙盐的质量分数为15~25%；
7.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，按照ca：si摩尔比为2~3：1加入所述硅酸钠；
8.根据权利要求1所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述煅烧处理的温度为550~680℃，时间为1~2小时；
9.根据权利要求1-8任一项所述的固废基3d打印混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述增强纤维包括聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的至少一种；
10.权利要求1-9任一项所述的固废基3d打印混凝土的制备方法得到的固废基3d打印混凝土在建筑工程、水利工程、海洋工程或道路工程领域中的应用。
