CN109734388A

CN109734388A - 一种砂浆及其制备方法和应用

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Publication number: CN109734388A
Application number: CN201910133642.1A
Authority: CN
Inventors: 李�荣; 黄柯柯; 吴才伍; 黄荣超; 郑建财; 谢合舜; 张国焰; 邹毅
Original assignee: Guangzhou Construction Industry Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Construction Industrial Research Institute Co ltd; Guangzhou Construction Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-05-10
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN109734388B

Abstract

本发明提供一种砂浆及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域。该砂浆包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥28～34份；油井水泥6～10份；烧石膏4～8份；粉煤灰3～7份；珍珠岩粉3～5份；陶砂33～49份；硅酸铝纤维0.5～1.5份；硅溶胶0.0025～0.015份；防水活性物1～2份；碳酸锂0～0.02份；硼砂0～0.2份；聚羧酸减水剂0.1～0.2份；稠化粉0.1～0.3份；矿物着色剂0～3份。该砂浆具有流动性好、强度高、韧性好、保温装饰性能好等优点，改善了现有的装饰砂浆容易出现色差、泛碱、开裂等问题，适用于3D打印保温修饰。

Description

一种砂浆及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种砂浆及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印是指以三维设计数据为基础，利用计算机控制手段将材料逐点、逐线、逐层累加制造实体物品的全新制造技术。3D打印混凝土建造工艺，融合了3D打印技术与混凝土建造工艺，与传统的混凝土建造工艺相比，该工艺无需模板即可成型构件或结构，且打印过程几乎无需人力。因此，3D打印混凝土建造工艺可极大减少施工过程中人力、物力等消耗，使得建造过程更加绿色环保，并且大大提高了建造的效率与安全性。

由于3D打印是层层打印，现有的打印方法都不可避免地在打印材料硬化后的表面上留有条形纹理，影响建筑的美观。条形纹理的问题，通常可以通过装饰材料来改善。目前，装饰材料90％为瓷砖、乳胶漆、壁纸等材料。这些材料虽然满足了人们审美需求，但同时也带来了严重的环境污染问题，其释放出的氨、甲醛、苯、甲苯等物质对人体有极大危害。现有的装饰砂浆可避免上述装饰材料的污染问题，但这些装饰砂浆存在以下问题：流动性、凝结时间以及强度无法完全满足3D打印材料的要求，而且作为3D打印装饰材料成型后容易出现色差、泛碱、开裂等质量问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有的3D打印装饰砂浆成型后容易出现色差、泛碱、开裂等现象的技术问题，提供一种砂浆。

一种砂浆，包括以下重量份的原料：

该砂浆，满足3D打印对材料流动性和早期强度的要求，喷出过程不容易堵塞喷头，喷出后能够快速成型，应用于3D打印时，砂浆与3D打印混凝土基体同时打印，成型后无需对外墙进行装饰，提高了施工效率；改善了现有的3D打印装饰砂浆成型后容易出现色差、泛碱、开裂等问题。

在其中一个实施例中，碳酸锂优选为0.1～0.015份，硼砂优选为0.05～0.15份，矿物着色剂优选为1.5～2.2份。

在其中一个实施例中，所述陶砂包括：150μm以下的陶砂6～10份；150～600μm的陶砂8～12份；600～1180μm的陶砂8～12份；1180～3000μm的陶砂8～10份；3000～5000μm的陶砂3～5份。该陶砂有利于调节砂浆的流动性，有利于3D打印砂浆的挤出和成型。该陶砂的密度低、保温隔热、抗渗性优异、吸水率低、抗冻性能和耐久性能好，有利于提高砂浆的保温性能，改善砂浆的温缩与干缩性能。

在其中一个实施例中，所述陶砂选自：淤泥陶砂、电瓷陶砂和建筑垃圾陶砂中的至少一种，容重为400～600kg/m³。

在其中一个实施例中，所述硫铝酸盐水泥的强度等级为42.5，比表面积为400～1000kg/m³。

在其中一个实施例中，所述油井水泥为G级和/或H级，粒径小于10μm。

在其中一个实施例中，所述烧石膏为β型半水石膏，比表面积为5000～6000cm²/g；所述粉煤灰的粒径小于45μm。

在其中一个实施例中，所述珍珠岩粉的粒径小于25μm。珍珠岩粉中的SiO₂和硅酸铝纤维上附着的活性SiO₂，以及珍珠岩粉中的可溶性Al₂O₃均能与水泥水化产生的Ca(OH)₂进行二次反应，生成的产物能使砂浆结构更致密，增加了碱金属离子迁移的阻力，提高了砂浆的抗泛碱性能。

在其中一个实施例中，所述硅酸铝纤维的直径为10～20μm，长度为0.5～3mm，渣球含量低于1％。引入硅酸铝纤维，不仅可以提高砂浆抗裂性能，还可以提高砂浆的耐火性能。

在其中一个实施例中，所述聚羧酸减水剂的减水效率为32～35％。

在其中一个实施例中，所述防水活性物包括硅酸钠、甲基硅酸钠。防水活性物的引入促进了水泥的水化反应，生成针状、柱状或枝蔓状的晶体，使得晶粒细化，晶体充斥在砂浆表面裂缝，砂浆孔隙率降低，砂浆结构更加致密，孔间连通率降低，提高砂浆的力学性能与耐久性。

在其中一个实施例中，所述硅酸钠、碳酸锂、硼砂均为分析纯级。其中，采用碳酸锂能够促进水泥水化，缩短凝固时间；硼砂的引入，有利于提高砂浆的流动性。

在其中一个实施例中，所述矿物着色剂选自：氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿和氧化铁黑中的一种。

本发明还包括，上述砂浆的制备方法，包括以下步骤：

硅酸铝纤维预处理：将硅溶胶和水混合，加入硅酸铝纤维混合，制成纤维料浆，过滤，烘干，得到表面附着二氧化硅的硅酸铝纤维；

混合：取其余原料，进行混合，加水，混合均匀，加经过预处理的硅酸铝纤维，混合均匀，即得砂浆。

该制备方法中，包括硅酸铝纤维的预处理步骤，该处理方式提高了硅酸铝纤维在砂浆中的分散性，其表面附着的SiO₂可以与水泥水化产生的Ca(OH)₂二次反应，而且生成的产物能使砂浆结构更致密，增加了碱金属离子迁移的阻力，使得砂浆的抗泛碱性能得到提高；制备得到的砂浆具有流动性好、强度高、韧性好、保温装饰性能好等优点，不易出现色差、泛碱、开裂等现象。

在其中一个实施例中，所述硅溶胶为中性硅溶胶。

在其中一个实施例中，所述混合步骤在搅拌锅中进行，具体为：将原料加入搅拌锅中，搅拌转速为125～140r/min，搅拌2～3min后，加水，水胶比为0.28～0.32，其中胶为硫铝酸盐水泥、油井水泥、烧石膏和粉煤灰的混合物，继续搅拌3～5min，加入经过预处理的硅酸铝纤维，调整搅拌转速为800～1200r/min，搅拌3～5min，即得砂浆。其中，水胶比为：砂浆中水用量与胶用量的比值。

在其中一个实施例中，所述混合步骤之前还包括陶砂预处理步骤，所述陶砂预处理步骤为：对陶砂喷水预湿，控制陶砂的含水率为9％～11％。陶砂预处理后，更容易控制砂浆施工时的整体加水量。

本发明还包括，上述砂浆在3D打印中的应用。

该砂浆原料中包括油井水泥，满足3D打印对材料流动性和强度的要求，喷出过程不容易堵塞喷头，喷出后能够快速成型；珍珠岩粉和硅酸铝纤维的使用，使其具有韧性好、保温装饰性能好等优点，不易出现色差、泛碱、开裂等现象，可以作为3D打印保温装饰材料。

本发明还包括，上述砂浆在3D打印中的使用方法，砂浆与3D打印混凝土基体同时打印，内侧挤出机挤出3D打印混凝土基体，双喷嘴外侧挤出机挤出砂浆。

上述使用方法，砂浆与3D打印混凝土基体同时打印，无需后期对外墙进行装饰，提高了施工效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的砂浆具有流动性好、强度高、韧性好、保温装饰性能好等优点；本发明的砂浆作为3D打印砂浆，产品不易出现色差、泛碱、开裂等现象；应用于3D打印时，砂浆与3D打印混凝土基体同时打印，成型后无需对外墙进行装饰，提高了施工效率。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合较佳的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

一种砂浆，包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥32份、油井水泥8份、烧石膏6份、粉煤灰5份、珍珠岩粉4份、粒径为150μm以下的陶砂8份、粒径为150～600μm的陶砂9份、粒径为600～1180μm的陶砂9份、粒径为1180～3000μm的陶砂9份、粒径为3000～5000μm的陶砂5份、硅酸铝纤维1.2份、防水活性物1.5份、碳酸锂0.01份、硼砂0.15份、聚羧酸减水剂0.15份、稠化粉0.2份、矿物着色剂2份。

其中，硫铝酸盐水泥的强度等级为42.5，比表面积为1000kg/m³；油井水泥为G级，粒径小于10μm；烧石膏为β型半水石膏，比表面积为6000cm²/g；粉煤灰的粒径小于45μm；珍珠岩粉的粒径小于25μm；陶砂为电瓷陶砂，容重为600kg/m³；硅酸铝纤维的直径为15μm，长度为2mm，渣球含量低于1％；防水活性物质为硅酸钠和甲基硅酸钠的混合物，其中甲基硅酸钠占混合物的10～20％；所述硅酸钠、碳酸锂、硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)均为分析纯级；聚羧酸减水剂的减水效率为33％。

上述砂浆，通过以下制备方法得到：

预处理：陶粒预处理：对陶砂喷淋3～5min进行预湿，控制陶砂的含水率在9～11％之间，此时陶砂为非饱和面干状态；硅酸铝纤维预处理：向烧杯中加入0.0096份中性硅溶胶和5份水，充分搅拌均匀后，加入硅酸铝纤维充分搅拌均匀，制成纤维料浆，用真空泵对其抽滤，烘干，得到表面附着二氧化硅的硅酸铝纤维；

混合：将预处理的陶砂、硫铝酸盐水泥、油井水泥、烧石膏、粉煤灰、珍珠岩粉、防水活性物、碳酸锂、硼砂、聚羧酸高效减水剂、稠化粉、矿物着色剂于搅拌锅中，搅拌的速率为125r/min，搅拌3min后，加水，水胶比为0.3，搅拌5min，加入预处理的硅酸铝纤维，调整搅拌速率为1000r/min，搅拌5min，即得。

实施例2

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料为：包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥28份、油井水泥10份、烧石膏4份、粉煤灰7份、珍珠岩粉3份、粒径为150μm以下的陶砂10份、粒径为150～600μm的陶砂8份、粒径为600～1180μm的陶砂12份、粒径为1180～3000μm的陶砂8份、粒径为3000～5000μm的陶砂5份、硅酸铝纤维0.5份、防水活性物2份、碳酸锂0.01份、硼砂0.2份、聚羧酸减水剂0.1份、稠化粉0.3份、矿物着色剂1份。

其中，硫铝酸盐水泥的强度等级为42.5，比表面积为400kg/m³；油井水泥为H级，粒径小于10μm；烧石膏为β型半水石膏，比表面积为6000cm²/g；粉煤灰的粒径小于45μm；珍珠岩粉的粒径小于25μm；陶砂为淤泥陶砂，容重为600kg/m³；硅酸铝纤维的直径为10μm，长度为3mm，渣球含量低于1％；防水活性物质为硅酸钠和甲基硅酸钠的混合物，其中甲基硅酸钠占混合物的10～20％；所述硅酸钠、碳酸锂、硼砂(化学式为Na₂B₄O₇·10H₂O)均为分析纯级；聚羧酸减水剂的减水效率为35％。

该砂浆的制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料为：包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥34份、油井水泥6份、烧石膏8份、粉煤灰3份、珍珠岩粉5份、粒径为150μm以下的陶砂6份、粒径为150～600μm的陶砂12份、粒径为600～1180μm的陶砂8份、粒径为1180～3000μm的陶砂10份、粒径为3000～5000μm的陶砂3份、硅酸铝纤维1.5份、防水活性物1份、碳酸锂0.02份、硼砂0.1份、聚羧酸减水剂0.2份、稠化粉0.1份、矿物着色剂3份。

其中，硫铝酸盐水泥的强度等级为42.5，比表面积为700kg/m³；油井水泥为H级，粒径小于10μm；烧石膏为β型半水石膏，比表面积为5000cm²/g；粉煤灰的粒径小于45μm；珍珠岩粉的粒径小于25μm；陶砂为淤泥陶砂，容重为400kg/m³；硅酸铝纤维的直径为10μm，长度为3mm，渣球含量低于1％；防水活性物质为硅酸钠和甲基硅酸钠的混合物，其中甲基硅酸钠占混合物的10～20％；所述硅酸钠、碳酸锂、硼砂(化学式为Na₂B₄O₇·10H₂O)均为分析纯级；聚羧酸减水剂的减水效率为32％。

该砂浆的制备方法与实施例1相同。

实施例4

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料中陶砂只含有粒径为150μm以下的陶砂40份。

该砂浆的制备方法与实施例1相同。

对比例1

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料中不加入珍珠岩粉。

该砂浆的制备方法与实施例1相同。

对比例2

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料中不加入珍珠岩粉，且制备方法中无硅酸铝纤维预处理步骤。

对比例3

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，制备方法中加入预处理的硅酸铝纤维后，调整搅拌速度为125r/min。

对比例4

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料中不加入硅酸铝纤维。

该砂浆的制备方法与实施例1相同。

对比例5

一种砂浆，与实施例1的基本相同，区别在于，原料中不加入硼砂，由于为加入硼砂，砂浆制备方法的混合步骤中，加水量增加，水胶比为0.35。

实验例

测试上述实施例1-4和对比例1-5砂浆的流动性、凝结时间、保水率等性能。

上述砂浆用于3D打印，将砂浆和3D打印混凝土基体同时打印，内侧挤出机挤出3D打印混凝土基体，双喷嘴外侧挤出机挤出砂浆，并测试成型产品的拉伸粘结强度、耐压强度、导热系数、抗泛碱性等。

其中，(1)流动度的测试参考GB/T 2419；

(2)凝结时间的测试参考JGJ/T 70；

(3)保水率的测试参考JGJ/T 70；

(4)拉伸粘结强度的测试参考JGJ/T 70；

(5)耐压强度的测试参考JGJ/T 70；

(6)导热系数的测试参考GB/T 10294；

(7)抗泛碱性的测试参考JC/T 1024。

测试结果如下表所示：

从测试结果可见，本发明的砂浆流动度好、凝结时间短、早期强度高，用于3D打印有利于其挤出和成型；产品的抗压强度和粘接强度高，导热系数小，保温性好，无裂纹、无泛碱。实施例4中陶砂为单一粒径，产品的流动性、保温性相对较差；对比例1中未使用珍珠岩粉，产品表面轻微泛碱；对比例2中未使用珍珠岩粉，且制备砂浆过程中硅酸铝纤维未进行预处理，产品出现泛碱现象；对比例3的砂浆制备过程中，加入预处理硅酸盐纤维后搅拌速率较小，纤维分散性变差，产品出现微小裂纹、强度降低；对比例4中未使用硅酸铝纤维，产品出现裂纹、强度降低；对比例5中未使用硼砂，导致产品流动性降低，减水剂的减水效果减弱，施工需水量增加，即水胶比增加。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种砂浆，其特征在于，包括以下重量份的原料：

2.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述陶砂包括：

3.根据权利要求2所述的砂浆，所述陶砂选自：淤泥陶砂、电瓷陶砂和建筑垃圾陶砂中的至少一种，容重为400～600kg/m³。

4.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥的强度等级为42.5，比表面积为400～1000kg/m³；所述油井水泥为G级和/或H级，粒径小于10μm；所述烧石膏为β型半水石膏，比表面积为5000～6000cm²/g；所述粉煤灰的粒径小于45μm；所述珍珠岩粉的粒径小于25μm；所述硅酸铝纤维的直径为10～20μm，长度为0.5～3mm，渣球含量低于1％；所述聚羧酸减水剂的减水效率为32～35％。

5.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述防水活性物包括硅酸钠、甲基硅酸钠；所述硅酸钠、碳酸锂、硼砂均为分析纯级；所述矿物着色剂选自：氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿和氧化铁黑中的一种。

6.一种权利要求1～5任一项所述的砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的砂浆的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶为中性硅溶胶；

所述混合步骤在搅拌锅中进行，具体为：将原料加入搅拌锅中，搅拌转速为125～140r/min，搅拌2～3min后，加水，水胶比为0.28～0.32，其中胶为硫铝酸盐水泥、油井水泥、烧石膏和粉煤灰的混合物，继续搅拌3～5min，加入经过预处理的硅酸铝纤维，调整搅拌转速为800～1200r/min，搅拌3～5min，即得砂浆。

8.根据权利要求6或7所述的砂浆的制备方法，其特征在于，所述混合步骤之前还包括陶砂预处理步骤，所述陶砂预处理步骤为：对陶砂喷水预湿，控制陶砂的含水率为9％～11％。

9.一种权利要求1～5任一项所述的砂浆在3D打印中的应用。

10.一种权利要求1～5任一项所述的砂浆在3D打印中的使用方法，其特征在于，砂浆与3D打印混凝土基体同时打印，内侧挤出机挤出3D打印混凝土基体，双喷嘴外侧挤出机挤出砂浆。