CN110028299A - 一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用 - Google Patents

一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110028299A
CN110028299A CN201910180933.6A CN201910180933A CN110028299A CN 110028299 A CN110028299 A CN 110028299A CN 201910180933 A CN201910180933 A CN 201910180933A CN 110028299 A CN110028299 A CN 110028299A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
white cement
printing
lotion
printing white
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910180933.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110028299B (zh
Inventor
芦令超
徐嘉宾
陈明旭
赵丕琪
王守德
宫晨琛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Jinan
Original Assignee
University of Jinan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Jinan filed Critical University of Jinan
Priority to CN201910180933.6A priority Critical patent/CN110028299B/zh
Publication of CN110028299A publication Critical patent/CN110028299A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110028299B publication Critical patent/CN110028299B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/34—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders
    • C04B28/344—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing cold phosphate binders the phosphate binder being present in the starting composition solely as one or more phosphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00181—Mixtures specially adapted for three-dimensional printing (3DP), stereo-lithography or prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/10—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the viscosity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种3D打印白色水泥基材料，以重量份计，包括：碱性氧化物640～740份、磷酸盐400～470份、缓凝剂60～120份以及改性剂，所述改性剂包括固态组分和液态组分，且所述液态组分和碱性氧化物、磷酸盐、缓凝剂以及改性剂中的固态组分分开存放，其中：所述液态组分包括：乳液10～30份；所述固态组分包括：纤维10～25份、石膏5～25份、钛白粉5～17份、石灰石粉10～30份。本发明以磷酸盐、碱性氧化物为主要组分，通过加入纤维、改性剂等组分，极大地改善了3D打印白色水泥基材料的流变性及触变性，实现了对可打印时间的稳定调控以及对3D打印结构的稳定控制。

Description

一种3D打印白色水泥基材料及其使用方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种适用于3D打印条件下的白色水泥基材料及其使用方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3D打印技术又称之为增材制造技术，作为一种绿色、高效的新型技术，随着计算机技术、材料技术、机械制造等技术的发展，在诸多领域均得到了广泛应用。建筑行业一直以来都是高排放、高能耗、高污染，且人工成本消耗严重的行业，将3D打印技术应用于建筑领域能很好的解决这些问题。但是3D打印技术对水泥基材料提出了更高的要求，例如水泥基材料需要具备较快的凝结速度，较高的屈服应力、塑性粘度以及流动性，良好的触变性、稳定性等等。
白色水泥基材料是一种主要应用于装饰领域的特性水泥，常用来制备水磨石、雕塑、异形构件、装饰板材、装饰砂浆、装饰混凝土等等，例如白色硅酸盐水泥、白色硫铝酸盐水泥；然而，在发明人长期的科研实践中发现：传统的白色水泥基材料的触变性、流变性、凝结时间达不到3D打印技术的要求，而且白度不易控制、打印时间不能稳定调控、建立的3D打印结构容易坍塌。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种3D打印白色水泥基材料及其使用方法。本发明以磷酸盐、碱性氧化物为主要组分，通过改性得到的白色水泥基材料极大地改善了3D打印白色水泥基材料的流变性及触变性，实现了对可打印时间的稳定调控以及对3D打印结构的稳定控制。
本发明第一目的，是提供一种3D打印白色水泥基材料。
本发明第二目的，是提供上述3D打印白色水泥基材料的使用方法。
本发明第三目的，是提供上述3D打印白色水泥基材料及其使用方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开3D打印白色水泥基材料，以重量份计，包括：碱性氧化物640～740份、磷酸盐400～470份、缓凝剂60～120份以及改性剂，所述改性剂包括：固态组分和液态组分，且所述改性剂中的液态组分和碱性氧化物、磷酸盐、缓凝剂、改性剂中的固态组分分开存放，其中：
进一步地，所述液态组分包括：乳液10～30份；所述固态组分包括：纤维10～25份、石膏5～25份、钛白粉5～17份、石灰石粉10～30份；所述固态组分的存在形式包括：每一种固态成分单独存在，或将其中的任意两种或两种以上的固态组分混合。
进一步地，所述3D打印白色水泥基材料还包括：水320～410份。所述水的存在形式可以与所述液态组分混合后存在，或者在使用时根据用量进行添加。
优选地，以重量份计，所述3D打印白色水泥基材料包括以下组分：碱性氧化物650～730份、磷酸盐组分410～460份、缓凝剂70～110份、纤维12～22份、石膏10～20份、钛白粉8～15份、石灰石粉12～25份、乳液15～25份、水330～390份；经过试验证明，将各组分的含量控制在上述范围内时，能够进一步改善白色水泥基材料的白度、流变性、触变性、凝结时间以及力学性能。
进一步地，所述碱性氧化物为菱镁矿煅烧后的氧化镁；可选地，所述煅烧温度为1650～1750℃，粉磨细度大约在190～310m2/kg之间，经过重烧后的氧化镁活性较低，在较低缓凝剂掺量下就能获得较长的凝结时间。
进一步地，所述磷酸盐组分包括：磷酸二氢铵、磷酸二氢钾中的一种或两种，高酸度的磷酸二氢盐制备的水泥水化产物性能稳定、早期强度高、凝结时间可稳定调控。
进一步地，所述缓凝剂包括：硼砂、硼酸中的一种或两种。进一步地，所述缓凝剂为硼砂和硼酸的混合物，且硼砂和硼酸的混合质量比依次序为1～2.1：1～1.9。
硼砂或硼酸通过阻碍氧化镁或者氧化钙等碱性氧化物释放阳离子，以及降低体系温度和调节PH值延缓水化反应，延长凝结时间，对早期强度有一定影响，但对后期强度无不利影响。
进一步地，所述纤维包括：聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种或两种。
纤维的掺入在一定范围内可以明显提高3D打印磷酸盐水泥浆体的韧性、早期强度、减少微裂缝的产生，能有效抑制后期倒缩现象的发生，还可以有效降低3D打印结构的变形量。
进一步地，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为1.9～3.4:1。
这两种聚合物乳液形成的混合物在水泥中可以明显提高3D打印白色水泥浆体的稠度、塑性粘度、屈服应力，还能改善纤维和水泥基体之间界面过渡结构，提高界面凝结强度、力学性能。
进一步地，所述石膏为白色脱硫石膏，其Fe2O3含量小于0.13wt％，细度不大于200目。
脱硫石膏可有效延长可打印时间，提高浆体的流动度，对力学性能有良好的提升效果。
进一步地，所述石灰石粉白度大于85，细度不大于325目。
石灰石粉能有效提高3D打印白色水泥基材料的白度，改善浆体的孔隙结构、提高密实度，增加浆体的流动性。
进一步地，所述钛白粉为R930金刚红型钛白粉，其二氧化钛含量大于94％，平均粒径不大于0.25um。
钛白粉能大幅度增加3D打印白色水泥基材料的白度，并提升产品的表面光泽度，同时能够明显提高流变性、降低浆体变形量。
其次，本发明公开所述3D打印白色水泥基材料的使用方法，包括如下步骤：
(1)将磷酸盐组分、碱性氧化物、缓凝剂组分按比例混合搅拌均匀后，按计量加入水，搅拌均匀；
(2)加入改性剂中的液态组分，搅拌均匀，加入改性剂中的固态组分，搅拌均匀，制得3D打印白色水泥基浆体，然后利用3D打印机打印成型，即得。
最后，本发明公开所述3D打印白色水泥基材料及其使用方法在建筑领域中的应用，例如用于制备水磨石、雕塑、异形构件、装饰板材、装饰砂浆、装饰混凝土等；因为本发明提出的这种白色水泥基材料能够很好地满足3D打印对水泥基材料提出的高要求，实现对3D打印结构的稳定控制。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明通过在3D打印白色水泥基材料中加入纤维，明显提高了3D打印白色水泥基材料浆体的韧性、早期强度、改善孔隙结构，能有效抑制后期倒缩现象的发生，还可以有效降低3D打印结构的变形量。
(2)本发明通过在3D打印白色水泥基材料中加入聚合物乳液，不仅明显提高了3D打印白色水泥基材料浆体的塑性粘度、屈服应力，还显著改善了纤维和水泥基体之间界面过渡结构，提高界面凝结强度、力学性能。
(3)本发明提供的白色水泥基材料的白度在89以上，塑性粘度在2.5～3.6Pa·S范围内，屈服应力在420～650Pa·S范围内，变形率在3.0～5.8％之间，初凝时间延长至45～70min，可打印时间延长至35～48min；极大地改善了3D打印白色水泥基材料的流变性及触变性，实现了对可打印时间的稳定调控以及对3D打印结构的稳定控制。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，传统的白色水泥基材料的触变性、流变性、凝结时间达不到3D打印技术的要求，而且白度不易控制、打印时间不能稳定调控、建立的3D打印结构容易坍塌。因此，本发明提出一种3D打印白色水泥基材料及其使用方法和应用；现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
下列实施例中，所述石膏为白色脱硫石膏，其Fe2O3含量小于0.13wt％，细度不大于200目。所述石灰石粉白度大于85，细度不大于325目。所述钛白粉为金刚红型钛白粉，其二氧化钛含量大于96％，平均粒径小于0.23um。
实施例1
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物650份、磷酸盐组分440份、缓凝剂110份、纤维15份、脱硫石膏12份、钛白粉10份、石灰石粉18份、乳液17份、水330份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼砂；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.1:1。
实施例2
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物680份、磷酸盐组分450份、缓凝剂80份、纤维22份、脱硫石膏13份、钛白粉13份、石灰石粉25份、乳液23份、水380份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼酸；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.4:1。
实施例3
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物690份、磷酸盐组分410份、缓凝剂100份、纤维12份、脱硫石膏20份、钛白粉10份、石灰石粉16份、乳液25份、水370份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼酸；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.7:1。
实施例4
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物730份、磷酸盐组分460份、缓凝剂70份、纤维22份、脱硫石膏16份、钛白粉15份、石灰石粉22份、乳液19份、水390份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼砂；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.9:1。
实施例5
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物700份、磷酸盐组分420份、缓凝剂90份、纤维17份、脱硫石膏10份、钛白粉15份、石灰石粉12份、乳液15份、水380份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼酸；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.7:1。
实施例6
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物660份、磷酸盐组分430份、缓凝剂90份、纤维15份、脱硫石膏14份、钛白粉8份、石灰石粉19份、乳液18份、水360份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼砂和硼酸的混合物，且硼砂和硼酸的混合质量比依次序为2.1:1；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.4:1。
实施例7
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物680份、磷酸盐组分440份、缓凝剂100份、纤维16份、脱硫石膏12份、钛白粉6份、石灰石粉17份、乳液25份、水380份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼砂和硼酸的混合物，且硼砂和硼酸的混合质量比依次序为1:1.9；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.0:1。
实施例8
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物640份、磷酸盐组分470份、缓凝剂60份、纤维10份、脱硫石膏5份、钛白粉5份、石灰石粉30份、乳液10份、水320份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1750℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼砂；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为1.9:1。
实施例9
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物740份、磷酸盐组分400份、缓凝剂120份、纤维25份、脱硫石膏25份、钛白粉17份、石灰石粉10份、乳液30份、水410份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1650℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼酸的；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为3.4:1。
试验例1(对比于实施例1)
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物650份、磷酸盐组分440份、纤维15份、脱硫石膏12份、钛白粉10份、石灰石粉18份、乳液17份、水330份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.1:1。
试验例2(对比于实施例2)
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物680份、磷酸盐组分450份、缓凝剂80份、脱硫石膏13份、钛白粉13份、石灰石粉25份、乳液23份、水380份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼酸；所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.4:1。
试验例3(对比于实施例3)
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物690份、磷酸盐组分410份、缓凝剂100份、纤维12份、钛白粉10份、石灰石粉16份、乳液25份、水370份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼酸；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.7:1。
试验例4(对比于实施例4)
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物730份、磷酸盐组分460份、缓凝剂70份、纤维22份、脱硫石膏16份、石灰石粉22份、乳液19份、水390份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢钾；所述缓凝剂为硼砂；所述纤维为聚乙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.9:1。
试验例5(对比于实施例5)
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物700份、磷酸盐组分420份、缓凝剂90份、纤维17份、脱硫石膏10份、钛白粉15份、乳液15份、水380份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼酸；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.7:1。
试验例6(对比于实施例6)
一种3D打印白色水泥基材料的制备，以重量份计，包括以下组分：碱性氧化物660份、磷酸盐组分430份、缓凝剂90份、纤维15份、脱硫石膏14份、钛白粉8份、石灰石粉19份、水360份。
所述碱性氧化物为菱镁矿在1700℃煅烧后得到的氧化镁。所述磷酸盐组分为磷酸二氢铵；所述缓凝剂为硼砂和硼酸的混合物，且硼砂和硼酸的混合质量比依次序为2.1:1；所述纤维为聚丙烯纤维，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为2.4:1。
性能测试：
为了验证本发明提出的3D打印白色水泥基材料的各项性能指标，对利用实施例1～7以及试验例1-6中白色水泥基材料制备的试块进行测试，试块的制备方法为：
(1)按相应比例，将磷酸盐组分、碱性氧化物、缓凝剂组分混合搅拌均匀后加入水，慢速搅拌30s；
(2)加入改性剂中的液态组分，搅拌30s，加入改性剂中的固态组分慢搅20s，再快速搅拌1min，制得3D打印白色水泥基浆体，然后利用3D打印机打印成型，即得试块。
本发明采用的测试方法为：(1)流变性能测试(塑性粘度、屈服应力、触变环面积)使用英国马尔文kinexus lab+旋转流变仪测试所得。(2)白度按照GB/T 5950-2008《建筑材料与非金属矿产白度测量方法》规定的测定方法。(3)抗压抗折强度使用美国的MTS万能试验机测试所得。
测试结果分别如表1和表2所示。
表1实施例1～7的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
白度 93.1 93.1 89 94.2 95.2 93.2 89.9
塑性粘度/Pa·s 3.18 3.67 3.35 2.9 3.16 3.09 3.21
屈服应力/Pa 642 666 641 660 635 649 628
变形率/％ 3.98 3.2 4.05 5.49 4.49 3.74 4.82
触变环面积/Pa/s 5500 5903 6001 6289 6410 6320 5598
初凝时间/min 70 55 64 54 52 66 66
可打印时间/min 31 35 29 25 27 36 38
抗压强度/MPa(3d) 39.5 38.8 37.4 38.6 39.9 41 43
抗折强度/MPa(3d) 4.3 4.1 3.8 3.9 4.4 4.3 4.8
表2试验例1～6的性能测试结果
表1和表2的测试结果表明：
(1)从实施例1和对比例1的测试结果可以看出：硼砂或硼酸通过阻碍氧化镁或者氧化钙等碱性氧化物释放阳离子，以及降低体系温度和调节PH值延缓水化反应，延长凝结时间，对早期强度有一定影响，但对后期强度无不利影响。
(2)从实施例2和对比例2的测试结果可以看出：纤维的掺入在一定范围内可以明显提高3D打印磷酸盐水泥浆体的韧性、早期强度、减少微裂缝的产生，能有效抑制后期倒缩现象的发生，还可以有效降低3D打印结构的变形量。
(3)从实施例3和对比例3的测试结果可以看出：脱硫石膏可以有效延长可打印时间，提高浆体的流动度，对力学性能有一定的提升效果。
(4)从实施例4和对比例4的测试结果可以看出：钛白粉能大幅度增加3D打印白色水泥基材料的白度，并提升产品的表面光泽度，同时能够明显提高流变性、降低浆体变形量。
(5)从实施例5和对比例5的测试结果可以看出：石灰石粉能有效提高3D打印白色水泥基材料的白度，改善浆体的孔隙结构、提高密实度，增加浆体的流动性。
(6)聚合物乳液混合物在水泥中可以明显提高3D打印白色水泥浆体的稠度、塑性粘度、屈服应力，还能改善纤维和水泥基体之间界面过渡结构，提高界面凝结强度、力学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印白色水泥基材料，其特征在于，以重量份计，包括：碱性氧化物640～740份、磷酸盐400～470份、缓凝剂60～120份以及改性剂；
所述改性剂包括：固态组分和液态组分，且所述改性剂中的液态组分和该3D打印白色水泥基材料中的固态组分之间分开存放，其中：
所述液态组分包括：乳液10～30份；所述固态组分包括：纤维10～25份、石膏5～25份、钛白粉5～17份、石灰石粉10～30份。
2.如权利要求1所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，所述固态组分的存在形式包括：每一种固态成分单独存在，或将其中的任意两种或两种以上的固态组分混合。
3.如权利要求1所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，所述3D打印白色水泥基材料还包括：水320～410份，所述水的存在形式可以与所述液态组分混合后存在，或者在使用时根据用量进行添加。
4.如权利要求3所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，以重量份计，所述3D打印白色水泥基材料包括以下组分：碱性氧化物650～730份、磷酸盐组分410～460份、缓凝剂70～110份、纤维12～22份、石膏10～20份、钛白粉8～15份、石灰石粉12～25份、乳液15～25份、水330～390份。
5.如权利要求1～4任一项所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，所述碱性氧化物为菱镁矿煅烧后的氧化镁；优选地，所述煅烧温度为1650-1750℃。
6.如权利要求1～4任一项所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，所述磷酸盐组分包括：磷酸二氢铵、磷酸二氢钾中的一种或两种；
或者，所述缓凝剂包括：硼砂、硼酸中的一种或两种；优选地，所述缓凝剂为硼砂和硼酸的混合物，且硼砂和硼酸的混合质量比依次序为1-2.1：1-1.9。
7.如权利要求1～4任一项所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，所述纤维包括：聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种或两种；
或者，所述乳液为苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合物，且苯丙乳液和聚醋酸乙烯类乳液的混合质量比依次序为1.9-3.4:1；
或者，所述石膏为白色脱硫石膏，其Fe2O3含量小于0.13wt％，细度不大于200目。
8.如权利要求1～4任一项所述的3D打印白色水泥基材料，其特征在于，所述石灰石粉白度大于85，细度不大于325目；
或者，所述钛白粉为R930金刚红型钛白粉，其二氧化钛含量大于94％，平均粒径不大于0.25um。
9.如权利要求1～8任一项所述的3D打印白色水泥基材料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将磷酸盐组分、碱性氧化物、缓凝剂组分按比例混合搅拌均匀后，按计量加入水，搅拌均匀；
(2)加入改性剂中的液态组分，搅拌均匀，加入改性剂中的固态组分，搅拌均匀，制得3D打印白色水泥基浆体，然后利用3D打印机打印成型，即得。
10.如权利要求1～8任一项所述的3D打印白色水泥基材料在建筑领域中的应用，优选为制备水磨石、雕塑、异形构件、装饰板材、装饰砂浆、装饰混凝土。
CN201910180933.6A 2019-03-11 2019-03-11 一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用 Active CN110028299B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910180933.6A CN110028299B (zh) 2019-03-11 2019-03-11 一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910180933.6A CN110028299B (zh) 2019-03-11 2019-03-11 一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110028299A true CN110028299A (zh) 2019-07-19
CN110028299B CN110028299B (zh) 2021-07-23

Family

ID=67235145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910180933.6A Active CN110028299B (zh) 2019-03-11 2019-03-11 一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110028299B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111517715A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 济南大学 一种3d打印保温砂浆及其制备方法与应用
CN111689747A (zh) * 2020-05-27 2020-09-22 广东复特新型材料科技有限公司 一种3d打印的彩色装饰砂浆
CN113929429A (zh) * 2021-11-25 2022-01-14 河北工业大学 喷射3d打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法
CN115073104A (zh) * 2022-05-05 2022-09-20 湖南中联重科新材料科技有限公司 一种白色3d打印砂浆组合物、白色3d打印砂浆及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004043681A2 (en) * 2002-11-14 2004-05-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Rapid prototyping material systems
CN103332960A (zh) * 2013-07-15 2013-10-02 重庆大学 一种控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程的方法
CN106187056A (zh) * 2016-06-13 2016-12-07 郭琳琳 一种用于3d打印技术的无机成型材料及制备方法
CN106365586A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 一种3d打印房屋用硫氧镁胶凝材料
CN106396603A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 一种3d打印房屋用磷氧镁胶凝材料
CN106800391A (zh) * 2017-01-22 2017-06-06 万玉君 一种用于粉末黏合3d打印的水泥基复合材料及应用该材料的粉末黏合3d打印方法
CN107500652A (zh) * 2017-09-08 2017-12-22 中建西部建设西南有限公司 一种白色灌浆料
CN107500687A (zh) * 2017-10-19 2017-12-22 万玉君 一种用于3d打印的高延性纤维增强水泥基复合材料及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004043681A2 (en) * 2002-11-14 2004-05-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Rapid prototyping material systems
CN103332960A (zh) * 2013-07-15 2013-10-02 重庆大学 一种控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程的方法
CN106187056A (zh) * 2016-06-13 2016-12-07 郭琳琳 一种用于3d打印技术的无机成型材料及制备方法
CN106365586A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 一种3d打印房屋用硫氧镁胶凝材料
CN106396603A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 卓达新材料科技集团威海股份有限公司 一种3d打印房屋用磷氧镁胶凝材料
CN106800391A (zh) * 2017-01-22 2017-06-06 万玉君 一种用于粉末黏合3d打印的水泥基复合材料及应用该材料的粉末黏合3d打印方法
CN107500652A (zh) * 2017-09-08 2017-12-22 中建西部建设西南有限公司 一种白色灌浆料
CN107500687A (zh) * 2017-10-19 2017-12-22 万玉君 一种用于3d打印的高延性纤维增强水泥基复合材料及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111517715A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 济南大学 一种3d打印保温砂浆及其制备方法与应用
CN111689747A (zh) * 2020-05-27 2020-09-22 广东复特新型材料科技有限公司 一种3d打印的彩色装饰砂浆
CN111689747B (zh) * 2020-05-27 2022-03-11 广东复特新型材料科技有限公司 一种3d打印的彩色装饰砂浆
CN113929429A (zh) * 2021-11-25 2022-01-14 河北工业大学 喷射3d打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法
CN113929429B (zh) * 2021-11-25 2022-11-22 河北工业大学 喷射3d打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法
CN115073104A (zh) * 2022-05-05 2022-09-20 湖南中联重科新材料科技有限公司 一种白色3d打印砂浆组合物、白色3d打印砂浆及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110028299B (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110028299A (zh) 一种3d打印白色水泥基材料及其使用方法和应用
CN104744000B (zh) 一种3d打印用石膏材料及其制备方法
CN105218020B (zh) 一种可喷射低收缩grc装饰砂浆及其制备方法
CN109776061B (zh) 一种轻质高强度型外墙内保温石膏及其制备方法
CN107963867A (zh) 一种自流平砂浆
CN112723829A (zh) 一种彩色3d打印砂浆及其制备方法
CN109455973B (zh) 一种适用于3d打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂
CN108610455A (zh) 一种混凝土降粘剂及其制备方法
CN109721298B (zh) 一种赤泥3d打印碱激发胶凝材料及其使用方法
CN110372288A (zh) 一种高韧性3d打印白水泥基材料及其制备方法和应用
CN108623268A (zh) 一种基于3d打印性能的自保温承重混凝土及其制备方法
CN114195463B (zh) 一种用于建筑3d打印的混凝土材料及其制备方法
CN112456830A (zh) 一种微膨胀高贝利特硫铝酸盐水泥及其生产方法
CN109399995A (zh) 一种适用于3d打印硫铝酸盐水泥基材料的粘度改性剂
CN107935504A (zh) 早强高强、微膨胀、自养护功能的钢筋连接用套筒灌浆料
CN109384437A (zh) 可供3d打印的混杂纤维水泥基复合材料及其制备方法
Jin et al. Rheological properties, shape stability and compressive strength of 3D printed colored cement composites modified by needle-like pigment
CN110483000A (zh) 一种用于修补砌体结构的界面剂及其制备方法和应用
CN102531446B (zh) 一种用于市政工程及高层建筑的水泥添加剂
CN109734355A (zh) 一种适用于3d打印白水泥基材料的粘度改性剂
CN103030346A (zh) 外墙装饰砂浆
CN111393046A (zh) 一种高性能3d打印水泥及其制备方法
CN109761532A (zh) 一种低回弹、高早强型无碱液体速凝剂及其制备方法
CN111606625B (zh) 一种c70高强度自密实混凝土配方及其制备方法
CN111517715B (zh) 一种3d打印保温砂浆及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant