[發明專利]用于3D打印的水泥基復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610034751.4
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105731942B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 王振地;姚燕;王玲
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院
• 主分類號: C04B28/06
• 分類號: C04B28/06;C04B7/02;C04B14/46;C04B18/02;C04B18/14;C04B24/08;C04B24/10;C04B24/22;C04B24/26;C04B24/28;C04B24/32;C04B14/02;C04B14/04
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙)11348
• 代理人: 王偉鋒,劉鐵生

技術領域

本發明涉及建筑材料技術領域，具體涉及一種用于3D打印的水泥基復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

現有的3D打印技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料為主的可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術，傳統的3D打印技術都是用在金屬和高分子材料領域。現在，3D打印技術已開始嘗試用于房屋的建造。與傳統建筑技術相比，3D打印建筑技術可以制造出復雜多樣化建筑，且無需使用模板，降低了建筑成本；減少人工投入，降低了成本；減少了材料的浪費，節約成本；加工速度較傳統行業快。

建筑材料一般使用水泥作為膠凝材料，水泥在生產過程中通常要經過1400多攝氏度的高溫，使用時則需要與水發生化學反應后才能固化形成強度，且水化的過程特別長，凝結速度慢，難以實現3D打印熔融沉積成形的要求，從而限制了水泥基材料像金屬材料或高分子材料一樣實現3D打印化；其次，水泥基材料加水后不易成型且水泥凈漿是一種脆性材料，水泥硬化漿體抵抗外部荷載沖擊差和韌性低，這些都會造成3D打印水泥基材料的力學性能不能滿足建筑材料的需要。

目前關于3D打印水泥基材料的研究和報道還比較少，申請號為201410554607.4、201510225639.4、201510375110.0和201510228281.0的四份專利文件公開的3D打印水泥基材料都存在打印過程中容易產生氣泡的缺點，嚴重影響了水泥制品的外觀；另外，上述專利文件中均采用堿性速凝劑，腐蝕性強，水泥打印制品后期強度差。這些都限制了3D打印技術在水泥制品生產中的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種用于3D打印的水泥基復合材料，其打印出的水泥制品氣泡、孔洞少，后期強度高，適用于3D打印技術。

本發明實施例還提供了一種用于3D打印的水泥基復合材料的制備方法。

本發明實施例還提供了一種用于3D打印的水泥基復合材料的應用。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

一方面，本發明提供了一種用于3D打印的水泥基復合材料，按重量百分數計包括如下組分：

復合膠凝材料：19-25％；

收縮抑制劑：0.2-0.6％；

防碳化劑：1-2％；

集料：57-66％；

纖維增強材料：0.3-1.1％；

液體無堿速凝劑：0.9-1.8％；

緩凝劑：0.8-1.7％；

增稠劑：0.02-2％；

保塑劑：0.2-0.4％；

消泡劑：0.04-0.09％；

減水劑：0.04-0.2％；

水：5-14％。

進一步的，所述消泡劑為二甲基硅油、大豆油、玉米油、聚氧乙烯氧丙烯甘油和高碳醇中的至少一種。

進一步的，所述防碳化劑為氯偏乳液和/或苯丙乳液。

進一步的，所述的氯偏乳液與苯丙乳液質量比為1-3：7-9。

進一步的，所述液體無堿速凝劑以重量百分數計由如下組分組成：聚合硫酸鋁：35-55％；硫酸鎂：5-25％；醇胺：所述的聚合硫酸鋁重量的15-30％；無機酸：0-5％；穩定劑：0-5％；余量為水。

進一步的，所述的收縮抑制劑為聚醚或聚醇類有機物及其衍生物，其通式為R₁O(AO)_nR₂，其中R₁、R₂為H、C₁-C₁₂烷基、C₅-C₈環烷基或苯基，A為碳原子數為2-4的環氧基或C₅-C₈烯基；n為重復度，其值為2-5。

進一步的，所述復合膠凝材料由P.I.型硅酸鹽水泥，輔助膠凝材料和硫鋁酸鹽水泥按照質量比為5：4-5：1-90；所述的輔助膠凝材料具有潛在火山灰活性。

進一步的，所述的輔助膠凝材料包括礦渣粉、鋼渣粉、粉煤灰、硅灰、稻殼灰、偏高嶺土、石灰石粉中的至少一種。

另一方面，本發明實施例提供了一種用于3D打印的水泥基復合材料的制備方法，將原料按照所述比例進行混合得到所述的水泥基復合材料或將收縮抑制劑、防碳化劑、液體無堿速凝劑、緩凝劑、增稠劑、保塑劑、消泡劑、減水劑和水按照所述比例混合成液體復合材料A；將復合膠凝材料、集料和纖維增強材料按照所述比例混合得到固體復合材料B；使用時將所述A和B混合均勻即可。