CN105601215A - 三维打印用水泥基耗材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑、建材领域一种用于三维打印的水泥基耗材及其制备方法。主要包含水泥、石英砂、活性填料、增韧剂、保水剂、分散剂、调凝剂、短切纤维、水。本材料利用水泥与外加剂复配技术解决了三维打印的关键性问题——即保证材料适宜的凝结时间及早期强度，不至于在打印时产生坍塌或变形。同时，确保了层与层之间的粘结强度。使用本材料进行建筑或建材制品的打印可达到省工省料、节能利废、抗震耐久、保证工程质量等优点。

Description

三维打印用水泥基耗材及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑、建材领域，具体涉及一种用于三维打印的水泥基耗材及其制备方法。
背景技术
三维打印（3D打印）技术是一种材料快速成型技术也叫做增材制造，是制造业发展的一个重要方向，被誉为第三次工业革命的重要标志之一，也是国内外竞相研究的前沿制造技术。建筑建材领域三维打印一般可采用薄型材料选择性切割（也叫做分层实体制造）技术，“油墨”通过三维打印机进行的逐层快速堆叠式打印。
传统建筑建造及建材制品生产应用中存在劳动强度大、效率低、能耗高、污染严重等问题，严重制约了建筑建材行业的可持续发展。
三维打印技术可以有效缓解建筑建造及建材制品生产应用过程中给环境及能源带来的压力，但是作为一种新技术，尤其是打印材料中关键性技术——即材料打印后不坍塌变形同时保证层间结合力如何实现并未得到很好解决。
发明内容
本发明提供一种用于三维打印的水泥基耗材，可以实现建筑、建材制品快速堆叠式打印，解决了三维打印的关键性问题——即保证材料适宜的凝结时间及早期强度，不至于在打印时产生坍塌或变形。同时，确保了层与层之间的粘结强度。
本发明同时提供上述可用于三维打印水泥基耗材的制备方法。
本发明所采用的技术方案如下所述：
三维打印用水泥基耗材，按重量份数计，其组成及含量分别为：水泥60~140份、石英砂80~200份、活性填料10~60份、增韧剂5~20份、保水剂0.02~5份、分散剂0.002~2份、调凝剂2~20份、短切纤维1~5份、水30~120份。
本发明采用普通硅酸盐水泥与特种水泥复合的技术路线，同时通过改变两种水泥不同比例以及调凝剂用量使材料具备适宜的凝结时间以及早期强度，在打印上层材料时使底层材料具备足够强度，不至于产生坍塌及变形现象；同时分散剂保证了层与层之间粘结的可靠性；活性填料能够显著提升材料抗压、抗折、抗渗、耐久以及体积稳定性能；保水剂能够显著降低拌合水的流失，保证水泥水化的需水量；增韧剂与纤维共同作用可以显著增加材料柔韧性能，提升抗冲击能力，使材料具备更好的抗震效果。
三维打印用水泥基耗材及其制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份取增韧剂5~20份、保水剂0.02~5份、分散剂0.002~2份、短切纤维1~5份、水30~120份，加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（2）在步骤（1）中加入水泥60~140份、石英砂80~200份、活性填料10~60份、调凝剂2~20份，搅拌机转速升到1200~1500r/min，与增韧剂、保水剂、分散剂、短切纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
本发明材料可应用于建筑的现场打印以及建筑模块或建筑材料的工厂快速预制。由于采用了上述技术方案，与现有材料建造生产技术相比具有以下明显优势：建造速度更快，建造效率更高；不再需要模板，可以大幅节约成本；减少建筑垃圾和建筑粉尘的产生，降低噪声污染；减少建筑工人的使用，降低工人的劳动强度，质量得到最大限度保证；更好的抗震性以及耐久性；可以制作出传统建筑无法实现的复杂结构建筑物；更高的性价比，同时符合国家提倡的节能环保的方针政策。
具体实施方式
为进一步理解本发明，以下用实施例予以说明。需要说明的是，以下实施例以实例的形式给出，但并不限于此。
实施例1
（1）按重量份计，取42.5#普通硅酸盐水泥60份、CA-50型高铝水泥40份、石英砂160份、硅灰10份、粉煤灰30份、矿渣10份、醋酸乙烯乙烯共聚物乳液10份、羟丙基甲基纤维素1.5份、三乙基己基磷酸0.008份、脂肪酸聚乙二醇酯0.03份、碳酸钠1.6份、石膏2份、硝酸钙2份、6mm玻璃纤维2份、水65份。
（2）将上述步骤（1）中醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、羟丙基甲基纤维素、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯、玻璃纤维、水加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（3）在上述步骤（2）中按步骤（1）各原料用量加入水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、矿渣、碳酸钠、石膏、硝酸钙，搅拌机转速升到1200~1500r/min，与醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、羟丙基甲基纤维素、三乙基己基磷酸、脂肪酸聚乙二醇酯、玻璃纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
实施例2
（1）按重量份计，取42.5#普通硅酸盐水泥80份、CA-50型高铝水泥40份、石英砂200份、硅灰5份、粉煤灰40份、醋酸乙烯乙烯共聚物乳液6份、苯丙乳液2份、羟丙基甲基纤维素0.8份、甲基戊醇0.005份、脂肪酸聚乙二醇酯0.01份、硫酸钠2份、石膏1.6份、碳酸锂0.8份、12mm聚丙烯纤维1份、水58份。
（2）将上述步骤（1）中醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯纤维、水加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（3）在上述步骤（2）中按步骤（1）各原料用量加入水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、硫酸钠、石膏、碳酸锂，搅拌机转速升到1200~1500r/min，与醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
实施例3
（1）按重量份计，取42.5#普通硅酸盐水泥50份、CA-50型高铝水泥50份、石英砂100份、硅灰12份、矿渣30份、苯丙乳液6份、羟丙基甲基纤维素0.08份、脂肪酸聚乙二醇酯0.02份、硫酸钠1.2份、碳酸钠0.8份、硝酸钙2.5份、9mm聚丙烯纤维0.8份、水46份。
（2）将上述步骤（1）中苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯纤维、水加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（3）在上述步骤（2）中按步骤（1）各原料用量加入水泥、石英砂、硅灰、矿渣、硫酸钠、碳酸钠、硝酸钙，搅拌机转速升到1200~1500r/min，与苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
实施例4
（1）按重量份计，取42.5#普通硅酸盐水泥80份、CA-50型高铝水泥20份、石英砂180份、硅灰5份、粉煤灰30份、矿渣15份、醋酸乙烯乙烯共聚物乳液2份、苯丙乳液4份、羟丙基甲基纤维素0.6份、脂肪酸聚乙二醇酯0.012份、硫酸钠1.2份、碳酸钠0.8份、石膏2.5份、6mm聚丙烯纤维1.2份、水63份。
（2）将上述步骤（1）中醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯纤维、水加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（3）在上述步骤（2）中按步骤（1）各原料用量加入水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、矿渣、硫酸钠、碳酸钠、石膏，搅拌机转速升到1200~1500r/min，与醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
实施例5
（1）按重量份计，取42.5#普通硅酸盐水泥40份、CA-50型高铝水泥60份、石英砂150份、粉煤灰20份、矿渣25份、醋酸乙烯乙烯共聚物乳液8份、羟丙基甲基纤维素1.8份、甲基戊醇0.007份、脂肪酸聚乙二醇酯0.03份、碳酸钠0.8份、石膏2份、硝酸钙1份、碳酸锂0.6份、6mm玻璃纤维1.5份、水58份。
（2）将上述步骤（1）中醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、羟丙基甲基纤维素、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯、玻璃纤维、水加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（3）在上述步骤（2）中按步骤（1）各原料用量加入水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、矿渣、碳酸钠、石膏、碳酸锂。搅拌机转速升到1200~1500r/min，与醋酸乙烯乙烯共聚物乳液、羟丙基甲基纤维素、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯、玻璃纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
实施例6
（1）按重量份计，取42.5#普通硅酸盐水泥75份、CA-50型高铝水泥35份、石英砂180份、硅灰20份、矿渣25份、苯丙乳液8份、羟丙基甲基纤维素0.06份、甲基戊醇0.012份、石膏1份、硝酸钙3份、6mm玻璃纤维1份、12mm聚丙烯纤维0.5份、水66份。
（2）将上述步骤（1）中苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、甲基戊醇、玻璃纤维、聚丙烯纤维、水加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
（3）在上述步骤（2）中按步骤（1）各原料用量加入水泥、石英砂、硅灰、矿渣、石膏、硝酸钙。搅拌机转速升到1200~1500r/min，与苯丙乳液、羟丙基甲基纤维素、甲基戊醇、玻璃纤维、聚丙烯纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
需要注意的是，上述具体实施例是事例性的，在本发明的上述教导下，相关领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改变和变形，而这些改变及变形落在本发明的保护范围内。
相关领域技术人员应该明白，上面的具体实施例只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.三维打印用水泥基耗材，其特征在于：按重量份计，其组成及含量分别为：
水泥：60~140份，石英砂：80~200份，活性填料：10~60份，增韧剂：5~20份，保水剂：0.02~5份，分散剂：0.002~2份，调凝剂：2~20份，短切纤维：1~5份，水：30~120份。
2.如权利要求1所述的水泥基材料，其特征在于，所述的水泥为42.5#普通硅酸盐水泥与特种水泥，如CA-50型铝酸盐水泥混掺而成，按重量份计：普通硅酸盐水泥40~80份，铝酸盐水泥20~60份。
3.如权利要求1所述的水泥基材料，其特征在于，所述的活性填料为粉煤灰、矿渣或者硅灰，按重量计：粉煤灰0~40份，矿渣0~30份，硅灰0~20份。
4.如权利要求1所述的水泥基材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙烯醋酸乙烯共聚物乳液或苯丙乳液。
5.如权利要求1所述的水泥基耗材，其特征在于：所述的保水剂为羟丙基甲基纤维素。
6.如权利要求1所述的水泥基耗材，其特征在于：所述的分散剂为三乙基己基磷酸、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的水泥基耗材，其特征在于：所述的调凝剂为元明粉、碳酸钠、石膏、硝酸钙、碳酸锂中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的水泥基耗材，其特征在于：所述的纤维为耐碱玻纤或聚丙烯纤维，长度为4~12mm。
9.建筑建材三维打印用水泥基材料及其制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按重量份取增韧剂5~20份、保水剂0.02~5份、分散剂0.002~2份、短切纤维1~5份、水80~140份，加入混合搅拌机中，搅拌机转速为500~800r/min，混合搅拌20s，使原料分散均匀。
10.（2）在步骤（1）中加入水泥60~140份、石英砂80~200份、活性填料10~60份、调凝剂2~20份，搅拌机转速升到1200~1500r/min，与增韧剂、保水剂、分散剂、短切纤维混合搅拌3~5min，使料浆搅拌均匀。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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