本發明涉及一種3D打印材料，具體涉及一種用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料。
背景技術：
3D打印技術是一種與減材制造和等材制造等傳統的制造技術迥然不同的制造技術，它以模型的三維數據為基礎，通過打印機噴嘴擠出材料，逐層打印增加材料來生成3D實體的技術，因此又稱為添加制造。與傳統的減材制造相比，3D打印不僅可以提高材料利用率，還可以用更短的時間制造出比較復雜的產品。3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本，并具有更高的打印精度。隨著3D打印技術的不斷進步和成熟，它在高端制造、教育、建筑設計、醫療、航空航天、文化創意等領域得到了一定應用。
3D打印在建筑領域得到應用后，形成一種顛覆傳統的全新的建筑方式。與傳統建筑技術相比，3D打印建筑的優勢主要體現在以下方面：更快的打印速度，更高的建筑效率；不再需要使用模板，可以大幅節約成本；更加綠色環保，減少建筑垃圾和建筑粉塵，降低噪聲污染；減少建筑工人的使用，降低工人的勞動強度；節省建筑材料的同時，內部結構還可以根據需求運用聲學、力學等原理做到最優化；可以給建筑設計師更廣闊的設計空間，突破現行的設計理念，設計打印出傳統建筑技術無法完成的復雜形狀的建筑。
然而作為一項新興技術，3D技術對材料的性能和適用性提出了更高的要求，可用材料種類偏少，材料成本較高，材料成為制約3D打印技術發展的主要因素之一。傳統的水泥基混凝土材料是一種典型的建筑材料，然而由于其功能單一、脆性大、自重大、抗拉強度和抗彎強度差，不能滿足3D打印技術對材料的性能和適用性提出的更高要求。碳纖維由于具有高比強度、高比模量、密度小、耐腐蝕、導電性好、對人畜無害等優異性能而頗受材料科學工作者的青睞,被視為許多復合材料的優良增強體。將破纖維加入到水泥基體中，制成破纖維增強水泥基復合材料，不僅可改善水泥自身力學性能的缺陷，使其具有質輕、強度高、擴散性強、成型后表面質量高等優點，從而適用于3D打印技術。
硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥目前在國內已有豐富的生產實踐，該種水泥在提高水泥性能、降低消耗、大幅度增加混合材使用量方面取得了很好的社會經濟效益。該種水泥發揮了硅酸三鈣和無水硫鋁酸鈣礦物早強、高強的特性，成功實現了在低溫下硅酸三鈣和無水硫鋁酸鈣礦物的復合與共存，復合后的水泥不僅具有硅酸鹽水泥的一系列優良特性，而且還具有硫鋁酸鹽水泥水化硬化快、早期強度高、硬化時體積收縮小、耐久性良好等特點。由于其硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料對粉煤灰等火山灰類材料具有超強的活性激發效果，因此可以在水泥中加大粉煤灰等混合材的利用率，從而減少熟料的用量也就減少了能量的消耗，這對節能減耗以及環境保護等具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料，強度高且可塑性強，解決現有普通水泥基材料脆度大、自重大、流動性差、不適用于3D打印過程的技術問題。
為實現上述目的，本發明公開的技術方案是：一種用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料，由分散劑，碳纖維和水泥基基體組成，所述碳纖維是短切瀝青基碳纖維，所述水泥基基體的組成成分包括：水泥，礦物細摻料，精細沙，外加劑和拌和水，所述水泥是硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥。
優選的，所述短切碳纖維的長度為1-2mm。
優選的，所述分散劑為甲基纖維素。
優選的，所述短切碳纖維的量占該碳纖維增強水泥基復合材料總體積的2.0—4.0%。
優選的,所述硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥基基體的組成成分按照質量百分比包括：
石灰石 70.5%～73.5% ；
鋁礦尾渣 12.5%～13.5% ；
砂巖 0.5%～2.5% ；
工業廢石膏 6%～8% ；
粉煤灰7.5%～10.5%。
本發明還公開了一種用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟一、取適量的甲基纖維素溶于溫水中，均勻攪拌2-3min，將其分散開來，然后加入短切瀝青基碳纖維，繼續均勻攪拌3-4min；
步驟二、按照水泥基基體的組成成分的質量配比，制備硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥；
步驟三、將攪拌均勻的碳纖維和甲基纖維素與硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥混合均勻，澆筑振搗成型，即可制得用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料。
優選的，所述甲基纖維素的摻量小于水泥質量的1%。
與現有技術相比，本發明的技術優勢在于：
本發明將破纖維加入到水泥基體中，制成破纖維增強水泥基復合材料，不僅可改善水泥自身力學性能的缺陷，使其具有質輕、強度高、擴散性強、成型后表面質量高等優點，從而適用于3D打印技術。
本發明使用的水泥是硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥，該種水泥發揮了硅酸三鈣和無水硫鋁酸鈣礦物早強、高強的特性，成功實現了在低溫下硅酸三鈣和無水硫鋁酸鈣礦物的復合與共存，復合后的水泥不僅具有硅酸鹽水泥的一系列優良特性，而且還具有硫鋁酸鹽水泥水化硬化快、早期強度高、硬化時體積收縮小、耐久性良好等特點，能夠獲得更快的凝結時間和更好的早期強度，從而滿足3D打印對材料凝結時間和早期強度的更高要求。
本發明使用的水泥是硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥，由于其硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料對粉煤灰等火山灰類材料具有超強的活性激發效果，因此可以在水泥中加大粉煤灰等混合材的利用率，從而減少熟料的用量。由于熟料在燒成過程中需要消耗大量的能量，因此減少熟料的用量也就減少了能量的消耗，這對節能減耗以及環境保護等具有重要的現實意義。
附圖說明
圖1是本發明一種用于3D打印技術碳纖維增強水泥基復合材料的制備流程圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例對本發明的具體實施技術方案做進一步詳細說明。
實施例1
以制作一種瀝青基碳纖維增強水泥基復合材料為例。本實施例中硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥的組成成分的配比是: 石灰石 70.5% ；鋁礦尾渣 12.5% ；砂巖 1.0% ；工業廢石膏 6.5% ；粉煤灰9.5%。
上述3D打印材料的制備方法為:
步驟一、取占水泥質量0.6%的甲基纖維素溶于溫水中，均勻攪拌2-3min，將其分散開來，然后加入占該碳纖維增強水泥基復合材料總體積的2.0%的短切瀝青基碳纖維，繼續均勻攪拌3-4min；
步驟二、按照上述水泥基基體的組成成分的質量配比，制備硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥；
步驟三、將攪拌均勻的碳纖維和甲基纖維素與硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥混合均勻，澆筑振搗成型，即可制得用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料。
實施例2
以制作一種瀝青基碳纖維增強水泥基復合材料為例。本實施例中硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥的組成成分的配比是: 石灰石 71.5% ；鋁礦尾渣 11.5% ；砂巖 0.5% ；工業廢石膏 6.5% ；粉煤灰10.5%。
上述3D打印材料的制備方法為:
步驟一、取占水泥質量0.6%的甲基纖維素溶于溫水中，均勻攪拌2-3min，將其分散開來，然后加入占該碳纖維增強水泥基復合材料總體積的4.0%的短切瀝青基碳纖維，繼續均勻攪拌3-4min；
步驟二、按照上述水泥基基體的組成成分的質量配比，制備硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥；
步驟三、將攪拌均勻的碳纖維和甲基纖維素與硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥混合均勻，澆筑振搗成型，即可制得用于3D打印技術的碳纖維增強水泥基復合材料。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。