本技術(shù)涉及建筑材料，更具體地說，它涉及一種3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展與對可持續(xù)性發(fā)展的重視，對建筑材料性能的要求日益嚴(yán)格，特別是在節(jié)能減排、綠色環(huán)保成為行業(yè)共識的當(dāng)下，輕質(zhì)、高強、低碳的建筑材料成為了科研與工業(yè)界共同關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)水泥基材料，作為建筑領(lǐng)域的基石，盡管在各類建筑結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用，但其自身存在的局限性也日益凸顯。

2、在抗壓強度方面，傳統(tǒng)水泥基材料雖能滿足一般建筑需求，但在面對高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)等高性能要求的應(yīng)用場景時，其抗壓性能往往顯得力不從心。盡管通過添加纖維、聚合物等增強材料可以在一定程度上提升抗壓強度，但這些方法往往伴隨著成本的增加和工藝復(fù)雜性的提升，且效果有限，難以同時滿足輕質(zhì)化的需求。

3、輕質(zhì)化是提升建筑材料性能的另一重要方向。通過添加珍珠巖、陶粒等輕質(zhì)骨料，可以在一定程度上減輕材料重量，然而，這種簡單的輕質(zhì)化處理往往會導(dǎo)致材料強度的犧牲，使得輕質(zhì)與高強成為了一對難以調(diào)和的矛盾。如何在保持材料輕質(zhì)化的同時，不降低甚至提升其抗壓強度，是當(dāng)前建筑材料領(lǐng)域亟待解決的問題。

4、因此，研發(fā)一種能夠同時解決上述問題的3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料，對于推動建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了實現(xiàn)3d打印水泥基材料的輕質(zhì)化的同時提高抗壓強度，本技術(shù)提供一種3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料及其制備方法。

2、本技術(shù)提供的一種3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料，采用如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，一種3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料，包括如下重量份原料：

4、改性燒結(jié)莫來石50-70份、礦物摻合料5-8份、珊瑚骨料8-12份、沸石8-10份、水泥60-80份、黏土10-20份、納米氣泡水60-75份，所述改性燒結(jié)莫來石為經(jīng)過疏水材料包裹改性得到的。

5、通過采用上述技術(shù)方案，采用輕質(zhì)且高效的改性燒結(jié)莫來石作為主體骨架，這種材料在保證高強度的同時，具有較低的密度，有效減輕了建筑結(jié)構(gòu)的自重負(fù)荷。結(jié)合改性燒結(jié)莫來石、礦物摻合料、珊瑚骨料和沸石的協(xié)同作用，礦物摻合料的化學(xué)反應(yīng)性和微集料效應(yīng)，以及珊瑚骨料和沸石的物理增強作用，顯著提高了材料的抗壓強度以及耐久性。其中加入的珊瑚骨料和沸石均為天然材料，其使用減少了對傳統(tǒng)砂石資源的依賴，有助于降低開采過程中的碳排放，實現(xiàn)低碳。黏土和納米氣泡水的加入改善了材料的和易性和流動性，促進(jìn)了水泥的水化反應(yīng)，與水泥共同構(gòu)建了更為致密的硬化層，大幅提升了混合物的整體強度，而納米氣泡水，憑借其獨特的微小氣泡結(jié)構(gòu)和高表面張力特性，能夠深入滲透至水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)中，形成穩(wěn)定的泡沫體系，這些泡沫在硬化過程中有效填充孔隙、抑制裂紋產(chǎn)生，進(jìn)一步強化了材料的抗壓性能。

6、可選的，所述改性燒結(jié)莫來石制備具體包括以下步驟：

7、（1）往正硅酸乙酯加入乙醇與水?dāng)嚢杌旌?，加入氫氧化銨充分?jǐn)嚢璺稚ⅲ尤胧逄妓峥s水甘油酯混合水浴鍋30℃保溫反應(yīng)放置18-24h；

8、（2）將丙烯酸樹脂放入二甲苯中，加熱攪拌至丙烯酸樹脂溶解后，加入步驟（1）中制得的溶膠繼續(xù)攪拌混勻后，得到混合液，將燒結(jié)莫來石放入混合液浸漬，過濾撈出置于60-80℃下干燥固化后得到改性燒結(jié)莫來石。

9、通過采用上述技術(shù)方案，多孔材料雖然減輕了結(jié)構(gòu)載荷從而降低了水泥的質(zhì)量，但也由于其多孔結(jié)構(gòu)，容易吸收水分和其他液體，這些液體在材料內(nèi)部移動或積聚，可能導(dǎo)致材料的膨脹、收縮或腐蝕。例如，水分在多孔材料中的積聚可能導(dǎo)致體積變化，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，這些應(yīng)力可能導(dǎo)致材料開裂或損壞。因此使用疏水的材料對燒結(jié)莫來石包裹改性，避免水分以及水泥中堿性成分對骨料結(jié)構(gòu)的破壞。

10、在制備改性燒結(jié)莫來石的過程中，將正硅酸乙酯（teos）加入乙醇和氫氧化銨的混合溶液中。乙醇作為溶劑，有助于正硅酸乙酯的分散；而氫氧化銨則作為催化劑，促進(jìn)正硅酸乙酯的水解和縮聚反應(yīng)。經(jīng)過充分?jǐn)嚢?，正硅酸乙酯在混合溶液中均勻分散，逐漸形成溶膠。接下來，加入叔碳酸縮水甘油酯其上的叔碳結(jié)構(gòu)提高了凝膠的空間位阻，提高水凝膠的防水性能，進(jìn)一步的叔碳酸縮水甘油酯能夠與丙烯酸樹脂中羧基反應(yīng)，從而接枝到丙烯酸聚合物鏈段中，在莫來石表面形成形成一層有機(jī)-無機(jī)復(fù)合層，賦予莫來石更好的防水性能。通過過濾將改性后的燒結(jié)莫來石分離出來，并置于60-80℃下干燥固化處理，徹底去除骨料中殘留的溶劑和水分，促進(jìn)沉積層與骨料之間的緊密結(jié)合，并進(jìn)一步增強其疏水性，避免了水分等其他液體對骨料的損害，增強了骨料性能，從而提高制得的水泥基材料的耐久性。

11、優(yōu)選的，所述丙烯酸樹脂選擇熱固性丙烯酸樹脂。

12、可選的，所述正硅酸乙酯、叔碳酸縮水甘油酯、丙烯酸樹脂以及燒結(jié)莫來石的加入重量比為3-4：0.8：4.5-6.2：2。

13、可選的，所述步驟（2）中在將燒結(jié)莫來石放入混合液中后滴加有2-丁酮，所述2-丁酮與燒結(jié)莫來石的加入重量比為0.2-0.4：1。

14、通過采用上述技術(shù)方案，在浸漬的同時滴加2-丁酮作為非溶劑，2-丁酮的加入會改變?nèi)芤褐械娜軇┉h(huán)境，促使丙烯酸樹脂和二氧化硅凝膠在燒結(jié)莫來石表面沉積與固化，進(jìn)一步加強包裹材料對于燒結(jié)莫來石的改性。

15、可選的，所述燒結(jié)莫來石粒徑在2-3mm之間。

16、通過采用上述技術(shù)方案，控制骨料粒徑在合適范圍內(nèi)，莫來石顆粒既能提供足夠的強度支撐，又能保持較好的界面結(jié)合力，從而增強材料的抗壓強度，同時在改性過程中改性材料能夠更好的包裹燒結(jié)莫來石，實現(xiàn)均勻的包裹以及均勻的顆粒分布，減少材料內(nèi)部的應(yīng)力集中點，從而提高材料的抗壓強度與耐久性。

17、可選的，所述礦物摻合料為微硅粉與硅藻土以任意重量比混合得到的。

18、通過采用上述技術(shù)方案，微硅粉與硅藻土的加入不僅提高了材料的抗壓強度，還提高了材料的流動性，使其具有更好的流動性，確保3d打印時其出料均勻性與可建造性。此外，微硅粉還能與水泥中的氫氧化鈣反應(yīng)生成水合硅酸鈣凝膠，這種凝膠的生成有助于增強混凝土的膠凝性能，進(jìn)一步提高混凝土的耐久性和抗化學(xué)侵蝕能力。硅藻土具有一定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與強度，在保持強度的同時降低材料的密度，進(jìn)一步減輕材料的自重。

19、可選的，所述原料中還包括10-15份的水性環(huán)氧樹脂。

20、通過采用上述技術(shù)方案，水性環(huán)氧樹脂能夠進(jìn)一步強化骨料與水泥基體之間的粘結(jié)作用，并且能夠與骨料表面丙烯酸樹脂反應(yīng)形成更加堅固和穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效的分散和傳遞應(yīng)力，防止應(yīng)力集中導(dǎo)致的破壞，進(jìn)一步提高水泥基材料的抗壓強度。

21、第二方面，本技術(shù)提供一種3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

22、一種3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料的制備方法，包括如下步驟：

23、（1）稱量好各原料后，將改性燒結(jié)莫來石、礦物摻合料、珊瑚骨料、沸石、水泥和黏土攪拌混合，得到拌合物；

24、（2）向所述拌合物中加入納米氣泡水進(jìn)行二次攪拌得到3d打印輕質(zhì)高強低碳水泥基材料。

25、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

26、1、本技術(shù)采用改性燒結(jié)莫來石作為主體骨架，該材料在保證高強度的同時，具有較低的密度，有效減輕了水泥基材料的自重負(fù)荷，提高了建筑的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。配合珊瑚骨料和沸石等天然材料，減少了對傳統(tǒng)砂石資源的依賴，降低了開采過程中的碳排放，實現(xiàn)低碳環(huán)保的建筑材料生產(chǎn)。

27、2、本技術(shù)中通過改性燒結(jié)莫來石的疏水包裹處理，有效防止了水分及水泥中堿性成分對骨料結(jié)構(gòu)的破壞，提高了材料的耐久性。礦物摻合料、珊瑚骨料和沸石的協(xié)同作用，顯著提高了材料的抗壓強度。納米氣泡水的加入，進(jìn)一步改善了材料的微觀結(jié)構(gòu)，填充孔隙、抑制裂紋產(chǎn)生，強化了材料的抗壓性能。控制燒結(jié)莫來石的粒徑在2-3mm之間，不僅提供了足夠的強度支撐，還確保了改性材料能夠均勻包裹骨料，提高了材料的整體均勻性和抗壓強度。

28、3、本技術(shù)通過水性環(huán)氧樹脂的加入，不僅強化了骨料與水泥基體之間的粘結(jié)作用，還能與骨料表面的丙烯酸樹脂反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效分散和傳遞應(yīng)力，防止應(yīng)力集中導(dǎo)致的破壞，進(jìn)一步提高了水泥基材料的抗壓強度和耐久性。