[發(fā)明專利]一種速凝3D打印水泥基材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911281377.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN110903065A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李維紅;常西棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/06
• 分類號(hào): C04B28/06
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 胡景波

一種速凝3D打印水泥基材料，屬于建筑及裝飾領(lǐng)域3D打印材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的水泥基材料包括SAC系列水泥基材料和OPC系列水泥基材料。其中SAC系列水泥基材料由基本凝膠材料、細(xì)骨料、水、減水劑、增稠劑、觸變劑和促凝劑組成；OPC系列水泥基材料由基本凝膠材料、細(xì)骨料、水、減水劑、增稠劑和觸變劑組成。本發(fā)明凝結(jié)時(shí)間合理，流動(dòng)性和擠出性能良好，模擬打印試樣強(qiáng)度損失率低，且模擬打印試樣抗壓和抗折強(qiáng)度高。同時(shí)與常規(guī)水泥基打印材料相比，本發(fā)明產(chǎn)品配料中省略了緩凝劑，可大幅降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑及裝飾領(lǐng)域3D打印材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種速凝3D打印水泥基材料。

背景技術(shù)

建筑3D打印因其智能化程度高、建造速度快、降低勞動(dòng)力需求等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。3D打印水泥基材料在制備過程中需要控制的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括流動(dòng)性、擠出性、建造性、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度等，其中凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度作為兩個(gè)主要性能指標(biāo)，對(duì)發(fā)揮3D打印快速建造優(yōu)勢(shì)有著重要影響。現(xiàn)有3D打印設(shè)備主要包括攪拌部分、輸送部分以及最后的擠出部分，其中的輸送部分往往由長(zhǎng)度不等的管道構(gòu)成，在打印過程中漿料要先通過長(zhǎng)長(zhǎng)的管道輸送到打印機(jī)噴嘴，因此，打印材料在制備過程中往往需要加入緩凝劑等延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間以保證輸送要求。我們?cè)趯?duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有打印材料的凝結(jié)時(shí)間普遍在40～70min左右甚至更長(zhǎng)，如美國(guó)南加州大學(xué)的Zareiyan教授等通過將60％硫鋁酸鈣和40％普通硅酸鹽水泥混合，獲得了45min凝結(jié)時(shí)間的水泥基材料，28d抗壓強(qiáng)度為26.2MPa；澳大利亞斯威本科技大學(xué)的Sanjayan教授等利用普通硅酸鹽水泥開發(fā)了一種水泥基材料，其初凝和終凝時(shí)間分別為142/284min；法國(guó)里爾大學(xué)的Khalil教授等使用93％的普通硅酸鹽水泥和7％的硫鋁酸鈣水泥制成了一種3D打印砂漿，其初凝和終凝時(shí)間分別為110/150min，打印樣品和澆筑樣品28d抗壓強(qiáng)度分別為79MPa和88MPa；中國(guó)建筑股份有限公司藺喜強(qiáng)等研發(fā)了一種由硫鋁酸鹽水泥和礦渣粉為主要基質(zhì)的打印材料，加入了減水劑、調(diào)凝組分以及復(fù)合體積穩(wěn)定劑等必要化學(xué)外加劑，可實(shí)現(xiàn)打印材料凝結(jié)時(shí)間在20～60min之間。

現(xiàn)有的3D打印技術(shù)，因限于打印設(shè)備中水泥基材料的攪拌與擠出需要管道輸送，打印材料需要較長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間，往往加入緩凝劑，打印效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供一種速凝3D打印水泥基材料，該材料可實(shí)現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間可控，大幅提升工作效率。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的水泥基材料包括SAC系列水泥基材料和OPC系列水泥基材料。

SAC系列水泥基材料由基本凝膠材料、細(xì)骨料、水、減水劑、增稠劑、觸變劑和促凝劑組成，其中基本凝膠材料為快硬硫鋁酸鹽水泥(簡(jiǎn)稱SAC)、細(xì)骨料為大連當(dāng)?shù)睾由场p水劑為聚羧酸(簡(jiǎn)稱PC)減水劑、增稠劑為羥丙基甲基纖維素(簡(jiǎn)稱HPMC)、觸變劑為凹凸棒粘土粉、促凝劑為碳酸鋰。SAC系列水泥基材料采用砂灰比為1.0-1.4，水灰比為0.32-0.34，聚羧酸減水劑摻量為0.41-0.49％，增稠劑HPMC摻量為0.08-0.12％，觸變劑凹凸棒土摻量為0.9-1.2％，促凝劑碳酸鋰摻量為0.02-0.08％配制而成，其中減水劑、增稠劑、觸變劑、促凝劑加入的百分量以基本凝膠材料為基準(zhǔn)。

OPC系列水泥基材料由基本凝膠材料、細(xì)骨料、水、減水劑、增稠劑和觸變劑組成，其中基本凝膠材料為快硬硫鋁酸鹽水泥(簡(jiǎn)稱SAC)和普通硅酸鹽水泥(簡(jiǎn)稱OPC)、細(xì)骨料為大連當(dāng)?shù)睾由场p水劑為聚羧酸(簡(jiǎn)稱PC)減水劑、增稠劑為羥丙基甲基纖維素(簡(jiǎn)稱HPMC)、觸變劑為凹凸棒粘土粉。OPC系列水泥基材料將普通硅酸鹽水泥(OPC)與快硬硫鋁酸鹽水泥(SAC)混合，其中快硬硫鋁酸鹽水泥摻量為15-30％，采用砂灰比為1.0-1.4，水灰比0.32-0.34，聚羧酸減水劑摻量為0.26-0.30％，增稠劑HPMC摻量為0.08-0.12％，觸變劑凹凸棒土摻量為1.0-1.2％配制而成，減水劑、增稠劑、觸變劑加入的百分量以基本凝膠材料為基準(zhǔn)。