CN106431151A - 一种3d打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、促凝剂、缓凝剂、偏高岭土、芒硝和改性剂。本发明的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其配方合理，取材方便，材料粘结性好，稳定性强，具有良好的出泵形态保持能力和粘结性能，打印的建筑物具有早强高强、防火阻燃、防水耐浸、吸音隔音、保温隔热、体积稳定性良好、超强耐候等优异性能，满足3D打印建筑施工连续性和建筑强度的要求，使房屋建筑具有良好的整体稳定性和使用安全性。且制备方法简单，便于实施。

Description

一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料。
背景技术
3D打印(3D printing)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
3D打印建筑是通过3D打印技术建造起来的建筑物，由一个巨型的三维挤出机械构成，在系统的挤压头上使用齿轮传动装置来为房屋创建基础和墙壁，直接制造出建筑物。它的原理跟使用泥造砖极为相似，建成的建筑能够抵御地震和其他自然灾害。打印机操作可由电脑制图软件操控，建造完毕后建筑体的质地类似于大理石，比混凝土的强度更高，并且不需要内置铁管进行加固。目前，这种打印机已成功地建造出内曲线、分割体、导管和中空柱等建筑结构。普通的水泥混凝土已经不能适应3D打印建筑技术的需要，混凝土组成材料和搅拌方式均需改变，以适应3D打印建筑技术的需要。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，从而克服现有胶凝材料无法满足3D打印房屋的需求的缺点。
本发明的另一目的在于3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、促凝剂、缓凝剂、偏高岭土、芒硝和改性剂。
优选地，上述技术方案中，3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥50-70份、无机粉料10-20份、玻璃纤维1-10份、硬石膏1-10份、尾矿砂15-25份、水玻璃5-10份、碳酸钙10-20份、减水剂1-10份、促凝剂1-10份、缓凝剂1-10份、偏高岭土5-10份、芒硝1-5份和改性剂5-20份。
优选地，上述技术方案中，所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥60份、无机粉料15份、玻璃纤维8份、硬石膏7份、尾矿砂19份、水玻璃7份、碳酸钙15份、减水剂5份、促凝剂6份、缓凝剂5份、偏高岭土8份、芒硝3份和改性剂15份。
优选地，上述技术方案中，所述无机粉料包括粉煤灰和矿渣粉中的一种或两种的混合物。
优选地，上述技术方案中，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙、海藻糖、硅酮粉、页岩灰、聚萘甲醛磺酸钠盐、氟硅酸钠和硅酮。
优选地，上述技术方案中，按重量份数计，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙10-30份、海藻糖1-5份、硅酮粉5-15份、页岩灰1-10份、聚萘甲醛磺酸钠盐15-30份、氟硅酸钠2-4份和硅酮3-8份。
优选地，上述技术方案中，按重量份数计，所述促凝剂主要由以下原料制备而成：碳酸锂5-15份、硫酸铝1-5份、苏打1-11份和萤石1-5份。
优选地，上述技术方案中，按重量份数计，所述缓释剂主要由以下原料制备而成：四硼酸钠1-5份、葡糖糖酸钠1-5份、氨水1-5份和酒石酸0.5-2份。
优选地，上述技术方案中，所述改性剂主要由以下原料制备而成：改性剂是磷酸盐、硼酸或柠檬酸中的一种，所述磷酸盐是磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸镁中的任一种。
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备复合调凝剂，将促凝剂和缓凝剂按比例混合混匀，制得复合调凝剂；
(2)将步骤(1)制得的复合调凝剂、高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、偏高岭土、芒硝和改性剂混合搅拌，然后加入40-90份水，并搅拌均匀，制得3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，使用时，将材料送入建筑用3D打印机进行打印。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其配方合理，取材方便，材料粘结性好，稳定性强，具有良好的出泵形态保持能力和粘结性能，打印的建筑物具有早强高强、防火阻燃、防水耐浸、吸音隔音、保温隔热、体积稳定性良好、超强耐候等优异性能，满足3D打印建筑施工连续性和建筑强度的要求，使房屋建筑具有良好的整体稳定性和使用安全性。且制备方法简单，便于实施。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥60份、无机粉料15份、玻璃纤维8份、硬石膏7份、尾矿砂19份、水玻璃7份、碳酸钙15份、减水剂5份、促凝剂6份、缓凝剂5份、偏高岭土8份、芒硝3份和改性剂15份。
选用的高铁硫酸铝酸盐水泥为唐山北极熊建材有限公司生产的铁硫酸铝酸盐水泥。
所述无机粉料包括粉煤灰。
按重量份数计，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙20份、海藻糖4份、硅酮粉11份、页岩灰4份、聚萘甲醛磺酸钠盐22份、氟硅酸钠3份和硅酮5份。
按重量份数计，所述促凝剂主要由以下原料制备而成：碳酸锂11份、硫酸铝3份、苏打7份和萤石3份。
按重量份数计，所述缓释剂主要由以下原料制备而成：四硼酸钠2份、葡糖糖酸钠2份、氨水3份和酒石酸1份。
所述改性剂主要由以下原料制备而成：改性剂是硼酸。
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备生产所需要的原料；
(2)制备复合调凝剂，将促凝剂和缓凝剂按比例混合混匀，制得复合调凝剂；
(3)将步骤(2)制得的复合调凝剂、高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、偏高岭土、芒硝和改性剂混合搅拌，然后加入70份水，并搅拌5min，使物料混合均匀，静置2min，制得3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，使用时，将材料送入建筑用3D打印机进行打印。
对本实施例3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的性能进行检测，检测结果如下：
初凝时间27min，终结时间39min；抗压强度R2h＝13.9MPa，R3d＝47.8MPa，R28d＝57.5MPa；自由膨胀率：0.008％。
实施例2
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥50份、无机粉料10份、玻璃纤维1份、硬石膏1份、尾矿砂15份、水玻璃5份、碳酸钙10-20份、减水剂1份、促凝剂1份、缓凝剂1份、偏高岭土5份、芒硝1份和改性剂5份。
选用的高铁硫酸铝酸盐水泥为唐山北极熊建材有限公司生产的铁硫酸铝酸盐水泥。
所述无机粉料为矿渣粉。
按重量份数计，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙10份、海藻糖1份、硅酮粉5份、页岩灰1份、聚萘甲醛磺酸钠盐15份、氟硅酸钠2份和硅酮3份。
按重量份数计，所述促凝剂主要由以下原料制备而成：碳酸锂5份、硫酸铝1份、苏打1份和萤石1份。
按重量份数计，所述缓释剂主要由以下原料制备而成：四硼酸钠1份、葡糖糖酸钠1份、氨水份和酒石酸0.5份。
所述改性剂主要由以下原料制备而成：改性剂是磷酸盐，所述磷酸盐是磷酸二氢钾。
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备生产所需要的原料；
(2)制备复合调凝剂，将促凝剂和缓凝剂按比例混合混匀，制得复合调凝剂；
(3)将步骤(2)制得的复合调凝剂、高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、偏高岭土、芒硝和改性剂混合搅拌，然后加入50份水，并搅拌4min，使物料混合均匀，静置1min，制得3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，使用时，将材料送入建筑用3D打印机进行打印。
对本实施例3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的性能进行检测，检测结果如下：
初凝时间30min，终结时间42min；抗压强度R2h＝13.2MPa，R3d＝45.8MPa，R28d＝56.1MPa；自由膨胀率：0.012％。
实施例3
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥70份、无机粉料20份、玻璃纤维10份、硬石膏10份、尾矿砂25份、水玻璃10份、碳酸钙20份、减水剂10份、促凝剂10份、缓凝剂10份、偏高岭土10份、芒硝5份和改性剂20份。
选用的高铁硫酸铝酸盐水泥为唐山北极熊建材有限公司生产的铁硫酸铝酸盐水泥。
所述无机粉料为粉煤灰和矿渣粉两种的混合物。混合的质量比例为1：1。
按重量份数计，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙30份、海藻糖5份、硅酮粉15份、页岩灰10份、聚萘甲醛磺酸钠盐30份、氟硅酸钠4份和硅酮8份。
按重量份数计，所述促凝剂主要由以下原料制备而成：碳酸锂15份、硫酸铝5份、苏打11份和萤石5份。
按重量份数计，所述缓释剂主要由以下原料制备而成：四硼酸钠5份、葡糖糖酸钠5份、氨水5份和酒石酸2份。
所述改性剂主要由以下原料制备而成：改性剂是柠檬酸。
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备生产所需要的原料；
(2)制备复合调凝剂，将促凝剂和缓凝剂按比例混合混匀，制得复合调凝剂；
(3)将步骤(2)制得的复合调凝剂、高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、偏高岭土、芒硝和改性剂混合搅拌，然后加入90份水，并搅拌6min，使物料混合均匀，静置2min，制得3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，使用时，将材料送入建筑用3D打印机进行打印。
对本实施例3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的性能进行检测，检测结果如下：
初凝时间31min，终结时间43min；抗压强度R2h＝12.9MPa，R3d＝43.8MPa，R28d＝55.4MPa；自由膨胀率：0.013％。
实施例4
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥60份、无机粉料15份、玻璃纤维8份、硬石膏7份、尾矿砂19份、碳酸钙15份、减水剂5份、促凝剂6份、缓凝剂5份和改性剂15份。
选用的高铁硫酸铝酸盐水泥为唐山北极熊建材有限公司生产的铁硫酸铝酸盐水泥。
所述无机粉料包括粉煤灰。
按重量份数计，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙20份、海藻糖4份、硅酮粉11份、页岩灰4份、聚萘甲醛磺酸钠盐22份、氟硅酸钠3份和硅酮5份。
按重量份数计，所述促凝剂主要由以下原料制备而成：碳酸锂11份、硫酸铝3份、苏打7份和萤石3份。
按重量份数计，所述缓释剂主要由以下原料制备而成：四硼酸钠2份、葡糖糖酸钠2份、氨水3份和酒石酸1份。
一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备生产所需要的原料；
(2)制备复合调凝剂，将促凝剂和缓凝剂按比例混合混匀，制得复合调凝剂；
(3)将步骤(2)制得的复合调凝剂、高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、碳酸钙、减水剂和改性剂混合搅拌，然后加入70份水，并搅拌5min，使物料混合均匀，静置2min，制得3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，使用时，将材料送入建筑用3D打印机进行打印。
对本实施例3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的性能进行检测，检测结果如下：
初凝时间48min，终结时间61min；抗压强度R2h＝10.5MPa，R3d＝40.8MPa，R28d＝48.1MPa；自由膨胀率：0.018％。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、促凝剂、缓凝剂、偏高岭土、芒硝和改性剂。
2.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥50-70份、无机粉料10-20份、玻璃纤维1-10份、硬石膏1-10份、尾矿砂15-25份、水玻璃5-10份、碳酸钙10-20份、减水剂1-10份、促凝剂1-10份、缓凝剂1-10份、偏高岭土5-10份、芒硝1-5份和改性剂5-20份。
3.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述胶凝材料主要由以下原料制备而成：高铁硫铝酸盐水泥60份、无机粉料15份、玻璃纤维8份、硬石膏7份、尾矿砂19份、水玻璃7份、碳酸钙15份、减水剂5份、促凝剂6份、缓凝剂5份、偏高岭土8份、芒硝3份和改性剂15份。
4.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，所述无机粉料包括粉煤灰和矿渣粉中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙、海藻糖、硅酮粉、页岩灰、聚萘甲醛磺酸钠盐、氟硅酸钠和硅酮。
6.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述减水剂主要由以下原料制备而成：木质素磺酸钙10-30份、海藻糖1-5份、硅酮粉5-15份、页岩灰1-10份、聚萘甲醛磺酸钠盐15-30份、氟硅酸钠2-4份和硅酮3-8份。
7.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述促凝剂主要由以下原料制备而成：碳酸锂5-15份、硫酸铝1-5份、苏打1-11份和萤石1-5份。
8.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述缓释剂主要由以下原料制备而成：四硼酸钠1-5份、葡糖糖酸钠1-5份、氨水1-5份和酒石酸0.5-2份。
9.根据权利要求1所述的3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，其特征在于，所述改性剂主要由以下原料制备而成：改性剂是磷酸盐、硼酸或柠檬酸中的一种，所述磷酸盐是磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸镁中的任一种。
10.一种如权利要求1所述3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备复合调凝剂，将促凝剂和缓凝剂按比例混合混匀，制得复合调凝剂；
(2)将步骤(1)制得的复合调凝剂、高铁硫铝酸盐水泥、无机粉料、玻璃纤维、硬石膏、尾矿砂、水玻璃、碳酸钙、减水剂、偏高岭土、芒硝和改性剂混合搅拌，然后加入40-90份水，并搅拌均匀，制得3D打印房屋用高铁硫铝酸盐水泥胶凝材料，使用时，将材料送入建筑用3D打印机进行打印。
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