本發(fā)明涉及土木工程，尤其是涉及一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊及其在3d打印混凝土的應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土材料是土木行業(yè)使用最廣泛的建筑材料之一，3d打印混凝土作為一種新型的混凝土成型技術(shù)，能夠高效地打印出各種曲面實(shí)體，在建筑工程，橋梁工程，隧道工程均有巨大的應(yīng)用潛力。

2、3d打印建造工藝對(duì)混凝土材料提出了更高的要求，其中一個(gè)重要難題為流動(dòng)性與快凝性之間的矛盾。一方面，混凝土的泵送需要較高的流動(dòng)性，另一方面，混凝土從打印頭擠出后需要快速凝結(jié)以滿足建造需求，因此如何控制混凝土打印前后的流動(dòng)性至關(guān)重要。普通混凝土從加水?dāng)嚢璧侥逃不幸欢ǖ臅r(shí)間間隔，其泵送與打印只能限制在硬化前的時(shí)間段內(nèi)，否則凝固的混凝土?xí)氯盟凸艿琅c打印頭，難以清理。目前工程界解決3d混凝土可泵送性與可建造性之間矛盾的方法主要有兩種：一種是嚴(yán)格控制多種外加劑的復(fù)摻比例、打印時(shí)間，在此限制下，打印的操作窗口時(shí)間受凝結(jié)時(shí)間限制，應(yīng)用多局限于工廠，較難應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng)；另一種是采用雙管泵送系統(tǒng)，含速凝劑的組份和含水泥的組份分別通過(guò)甭管泵送至打印頭，在打印頭位置通過(guò)攪拌混合，這種技術(shù)路徑的一點(diǎn)程度上突破了材料凝結(jié)時(shí)間對(duì)打印操作窗口時(shí)間的限制，但打印頭位置的攪拌混合效果欠佳，成型材料往往存在明顯薄弱層。近期，有技術(shù)公開(kāi)在3d打印混凝土內(nèi)摻入無(wú)堿速凝劑膠凝，并在打印頭位置加裝加熱設(shè)備以熔化膠囊，這種方法一定程度上控制了速凝劑與水泥的接觸，但加熱影響了水泥的水化進(jìn)程、增加了收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，混凝土表面與內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，位于混凝土內(nèi)部的膠囊不一定能夠熔化。

3、因此，應(yīng)當(dāng)使用一種不會(huì)在釋放速凝劑、進(jìn)行混合時(shí)，對(duì)混凝土性質(zhì)造成影響的方法，實(shí)現(xiàn)混凝土速凝控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的溫度變化會(huì)影響混凝土性質(zhì)的缺陷而提供一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊及其在3d打印混凝土的應(yīng)用方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，包括凝膠載體、外加劑和包封，外加劑混合于凝膠載體中，包封包裹住凝膠載體，凝膠載體為半固態(tài)凝膠，外加劑為無(wú)堿液體速凝劑或可溶于水使用的混凝土速凝劑溶液，包封與凝膠載體的材料相同或相似，包封的密度大于或等于凝膠載體的密度，包封能夠通過(guò)超聲波進(jìn)行破碎。

4、進(jìn)一步地，超聲觸發(fā)式速凝膠囊的制備過(guò)程包括以下步驟：

5、溶液配置：將5g明膠溶于100ml蒸餾水中，控制溫度50-55℃，攪拌0.5h，得到載體溶液；將10g鋁酸鈉溶于100ml蒸餾水中，攪拌得到速凝劑溶液；

6、攪拌冷卻：將速凝劑溶液加入載體溶液中，蒸發(fā)水分至明膠既定濃度，冷卻1h，至形成吸附速凝劑的膠塊，切割成塊狀；

7、浸泡包封：將速凝劑膠塊再次浸泡于載體溶液中，一段時(shí)間后取出，冷卻1h，形成超聲觸發(fā)式速凝膠囊。

8、進(jìn)一步地，超聲觸發(fā)式速凝膠囊的形狀為塊狀，平均直徑小于5毫米。

9、進(jìn)一步地，外加劑的材料為鋁酸鹽。

10、進(jìn)一步地，半固態(tài)凝膠的材料為明膠或海藻酸鈉。

11、本發(fā)明的第二方面，一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土的應(yīng)用方法，其特征在于，包括以下步驟：

12、s1：將超聲觸發(fā)式速凝膠囊與混凝土進(jìn)行混合，得到混合后的混凝土；

13、s2：在3d打印機(jī)噴嘴處安裝能夠破碎超聲觸發(fā)式速凝膠囊的超聲設(shè)備；

14、s3：將混合后的混凝土注入3d打印機(jī)噴嘴處，啟動(dòng)超聲設(shè)備破碎超聲觸發(fā)式速凝膠囊，使混凝土與超聲觸發(fā)式速凝膠囊的內(nèi)容物充分?jǐn)嚢?，用?d打?。?/p>

15、超聲觸發(fā)式速凝膠囊為權(quán)利要求1-5任一的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊。

16、進(jìn)一步地，步驟s1包括以下步驟：

17、配制混凝土：將水泥，細(xì)骨料，摻合料干混，預(yù)攪拌60s；而后加入粗骨料攪拌30s；最后逐步加水?dāng)嚢?20s完成混凝土的配制；

18、加入膠囊：在混凝土中加入超聲觸發(fā)式速凝膠囊，攪拌30s，使得控釋膠囊分散于混凝土中。

19、進(jìn)一步地，超聲設(shè)備的頻率至少為20khz，功率至少為400w。

20、進(jìn)一步地，超聲設(shè)備安裝于3d打印機(jī)噴嘴內(nèi)部中心處。

21、進(jìn)一步地，超聲設(shè)備環(huán)繞在3d打印機(jī)噴嘴外部。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、1)本發(fā)明提出了一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，通過(guò)凝膠載體所具有的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)裝存混凝土速凝劑成分，再通過(guò)包封進(jìn)行包裹，避免速凝劑成分與混凝土提前接觸導(dǎo)致凝固，得到的速凝膠囊的包封可通過(guò)超聲進(jìn)行破碎，以釋放內(nèi)容物，避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)加熱進(jìn)行膠囊包封破碎時(shí)，溫度改變引發(fā)的混凝土性質(zhì)變化，使混凝土材料的穩(wěn)定性更強(qiáng)，具有更好的實(shí)用性。

24、2)本發(fā)明還提出了超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土中的具體應(yīng)用方式，通過(guò)超聲破碎，可以通過(guò)對(duì)超聲波設(shè)備的實(shí)時(shí)功率進(jìn)行控制，快速改變聲波環(huán)境對(duì)速凝膠囊的破碎效果，快速調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)程度，適用于復(fù)雜建筑需求。

技術(shù)特征：

1.一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，其特征在于，包括凝膠載體(1)、外加劑(2)和包封(3)，所述外加劑(2)混合于凝膠載體(1)中，所述包封(3)包裹住凝膠載體(1)，所述凝膠載體(1)為半固態(tài)凝膠，所述外加劑(2)為無(wú)堿液體速凝劑或可溶于水使用的混凝土速凝劑溶液，所述包封(3)與凝膠載體(1)的材料相同或相似，所述包封(3)的密度大于或等于凝膠載體(1)的密度，所述包封能夠通過(guò)超聲波進(jìn)行破碎。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，其特征在于，所述超聲觸發(fā)式速凝膠囊的制備過(guò)程包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，其特征在于，所述超聲觸發(fā)式速凝膠囊的形狀為塊狀，平均直徑小于5毫米。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，其特征在于，所述外加劑(2)的材料為鋁酸鹽。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊，其特征在于，所述半固態(tài)凝膠的材料為明膠或海藻酸鈉。

6.一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土的應(yīng)用方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟s1包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土的應(yīng)用方法，其特征在于，所述超聲設(shè)備的頻率為20khz，功率為400w。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土的應(yīng)用方法，其特征在于，所述超聲設(shè)備安裝于3d打印機(jī)噴嘴內(nèi)部中心處。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊在3d打印混凝土的應(yīng)用方法，其特征在于，所述超聲設(shè)備環(huán)繞在3d打印機(jī)噴嘴外部。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種超聲觸發(fā)式速凝膠囊及其在3D打印混凝土的應(yīng)用方法，超聲觸發(fā)式速凝膠囊包括凝膠載體、外加劑和包封，外加劑混合于凝膠載體中，包封包裹住凝膠載體，凝膠載體為半固態(tài)凝膠，外加劑為無(wú)堿液體速凝劑或可溶于水使用的混凝土速凝劑溶液，包封與凝膠載體的材料相同或相似，包封的密度大于或等于凝膠載體的密度，包封能夠通過(guò)超聲波進(jìn)行破碎。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能夠避免混凝土性質(zhì)改變、凝結(jié)速率可控等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張姣龍,袁勇,姚旭朋,張津源,劉正劼,程飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2