CN110092600B - 一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法 - Google Patents

一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110092600B
CN110092600B CN201910407942.4A CN201910407942A CN110092600B CN 110092600 B CN110092600 B CN 110092600B CN 201910407942 A CN201910407942 A CN 201910407942A CN 110092600 B CN110092600 B CN 110092600B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cement
magnetic field
based material
printing
magnetic
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.)
Active
Application number
CN201910407942.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110092600A (zh
Inventor
陈春
张亚梅
张超
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.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201910407942.4A priority Critical patent/CN110092600B/zh
Publication of CN110092600A publication Critical patent/CN110092600A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110092600B publication Critical patent/CN110092600B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/34—Metals, e.g. ferro-silicon
    • 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
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/48—Metal
    • 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
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0003—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability making use of electric or wave energy or particle radiation
    • C04B40/0007—Electric, magnetic or electromagnetic fields

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

本发明涉及一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，向3D打印水泥基材料中添加磁性固体材料，在外加交变电磁场作用下产生扰动，进而破坏水泥浆体水化所形成的絮凝结构，提高水泥基材料流动性的工艺方法；由于添加了磁性固体材料，出料后3D打印水泥基材料具有较高的形状保持能力，实现了通过工艺方法来构建3D打印水泥基材料触变性的目的。

Description

一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，属于机电工艺措施和土木工程材料交叉技术领域。
背景技术
混凝土是当今应用最为广泛的建筑材料。将3D打印技术与混凝土技术相结合，应用于建筑领域有利于最大限度地缩短施工工期，降低成本和节约人力资源，并且可以减少废弃物产生。同时有助于创造出更加精细化的产品，提高我国建筑领域的创新能力，推动我国经济的发展。3D打印水泥基材料，包括3D打印混凝土、3D打印砂浆以及3D打印水泥净浆，其最重要的一个技术特征是其同时需要较高的流动性和形状保持能力。
研究者们通常采用在水泥基材料中添加微小粒径或者触变功能的材料，如触变剂、纳米二氧化硅、硅灰、膨润土等以及增加水泥材料用量来配制3D打印水泥基材料，尽可能地平衡流动性和形状保持能力之间的矛盾，提高3D打印水泥基材料的触变性。单纯依靠改变材料配比的技术来改善3D打印水泥基材料触变性会产生一系列严重的后续问题。一味增加水泥浆体数量或降低水胶比，触变性有所提高，但会导致水泥材料收缩开裂，外观质量不佳；通过添加纳米颗粒材料会明显增加水泥基材料成本并且不一定取得理想的触变性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，具体步骤如下：向3D打印水泥基材料中添加磁性固体材料，在外加交变电磁场作用下，提高3D打印水泥基材料的触变性。
作为本发明的一种改进，该方法包括以下步骤：
（1）将磁性固体材料加入到水泥基材料拌合物中进行搅拌，得到混合物；
（2）通过变压器和脉冲发生器将输入的民用交流电220V/50Hz转变成安全电压12-36V/0-999Hz的直流电输出；
（3）利用变频直流输出电压外接电磁铁0-300kg/安全电压，在3D打印水泥基材料输料装置外侧形成交变磁场；
（4）在交变磁场作用下，所添加的磁性固体材料产生扰动（摆动、振动等）破坏水泥浆体水化所形成的絮凝结构，提高水泥基材料的流动性；
（5）出料后，在没有交变磁场的作用下，由于增加了固体材料含量，阻碍水泥基材料混合物的流动，增加了水泥基材料拌合物形状保持能力，即可提高3D打印水泥基材料触变性。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中磁性固体材料为钢纤维，磁粉，磁针中一种或几种。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中水泥基材料拌合物为混凝土、砂浆、水泥净浆中一种或几种。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中，磁性固体材料体积百分比为混合物体积百分比的0.05-1.0%。
作为本发明的一种改进，所述3D打印水泥基材料输料装置包括储料斗、非磁场屏蔽材质输料管以及出料口，所述储料斗通过非磁场屏蔽材质输料管与出料口相连，所述非磁场屏蔽材质输料管外侧设有交变磁场装置。
作为本发明的一种改进，所述交变磁场装置包括磁场发生器、导线以及多频可变压脉冲直流电源，所述多频可变压脉冲直流电源通过导线与磁场发生器相连，所述磁场发生器设置在非磁场屏蔽材质输料管外侧。
作为本发明的一种改进，所述磁场发生器的数量为至少2个。
作为本发明的一种改进，所述磁场发生器均匀的分布在非磁场屏蔽材质输料管外侧。
本发明利用工艺措施和材料配比相结合的技术，针对3D打印水泥基材料流动性和形状保持能力之间的矛盾，通过在3D打印水泥基材料中掺加具有磁性的固体材料，如不同形状和品种的钢纤维、铁粉、磁粉、磁针等。添加这些物质后起到以下两个方面：1、在外加交变电磁场作用下，掺加到水泥基材料中的具有磁性的固体材料受到扰动，进而破坏水泥浆体水化所形成的絮凝结构，提高3D打印水泥基材料的流动性；2、离开交变电磁场作用后，上述固体材料会起到填充、阻碍等作用，有效地降低水泥基材料流动性，提高水泥基材料形状保持能力。上述物质在有无电磁场作用下对流动性分别起到了促进和阻碍效应，将其进行合理利用，在不增加水泥用量也不需要额外添加高附加值材料的情况下，通过材料和工艺措施相结合的技术途径，有效地提高了3D打印水泥基材料触变性，在改善其工作性能的同时，大幅度提高3D打印水泥基材料强度和外观质量。
本发明涉及一种利用交变磁场提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，利用具有磁性的固体材料到交变磁场作用下扰动作用以及在没有交变磁场作用下对水泥基材料流动性阻碍作用，极大改善了水泥基材料的触变性。通过工艺的方法解决了3D打印水泥基材料需要流动性同时需要形状保持能力之间的矛盾。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
本发明采用材料配比和工艺措施相结合的技术方案来提高3D打印水泥基材料触变性，充分利用了纤维或颗粒增强水泥基材料具有较低流动性和较好形状保持能力的特点；在不额外使用高价值材料或者提高水泥用量的前提下，通过附加交变电磁场促使添加导水泥基材料中拌合物中的钢纤维、铁粉等磁性材料产生扰动，破会水泥浆体水化所形成的絮凝结构提高其流动性。
附图说明
图1是3D打印水泥基材料输料装置的结构示意图；
图2是交变直流电场产生示意图；
图3是交变电磁场原型机；
图4是本工艺方法产生扰动效果演示图；
图中：1、储料斗，2、非磁场屏蔽材质输料管，3、磁场发生器，4、导线，5、多频可变压脉冲直流电源，6、出料口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，步骤如下：
（1）称取199ml水加入一定数量的钢纤维至总液体容积达到200ml；所用钢纤维为镀铜钢纤维；
（2）将上述混有钢纤维的液体放入到李氏瓶中，精度为0.05ml；采用蓝色墨水对液体进行染色，便于记录液体液面波动情况；
（3）选择电磁铁规格型号为240kg/24V，在容量瓶两端分别布置一只电磁铁；
（4）调整原型机输出电压为24V，脉冲频率为100Hz；
（5）记录到瓶中液体产生波动，液面最高波动到201.5ml。
试验结果表明通过本工艺方法可以使磁性固体材料在液体中产生扰动。采用上述方式，将0.05%体积掺量的钢纤维掺加到水泥净浆中，在有/无交变磁场作用下，掺加钢纤维的水泥浆体最大扩展度分别是167mm/152mm。表明：本方法可以有效地改变水泥基材料流动性能，进而改变其触变性。
3D打印水泥基材料输料装置结构如下：包括储料斗1、非磁场屏蔽材质输料管2以及出料口3，所述储料斗1通过非磁场屏蔽材质输料管2与出料口3相连，所述非磁场屏蔽材质输料管外侧设有交变磁场装置。
所述交变磁场装置包括磁场发生器4、导线5以及多频可变压脉冲直流电源6，所述多频可变压脉冲直流电源6通过导线5与磁场发生器4相连，所述磁场发生器4设置在非磁场屏蔽材质输料管外侧。
所述磁场发生器4的数量为至少2个。
所述磁场发生器4均匀的分布在非磁场屏蔽材质输料管外侧。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法，其特征在于，具体步骤如下：向3D打印水泥基材料中添加磁性固体材料，在外加交变电磁场作用下，提高3D打印水泥基材料的触变性；
该方法包括以下步骤：
（1）将磁性固体材料加入到水泥基材料拌合物，进行搅拌，得到混合物；
（2）通过变压器和脉冲发生器将输入的民用交流电220V/50Hz转变成安全电压12-36V/0-999Hz的直流电输出；
（3）利用变频直流输出电压外接电磁铁0-300kg/安全电压，在3D打印水泥基材料输料装置外侧形成交变磁场；
（4）在交变磁场作用下，磁性固体材料破坏水泥浆体水化所形成的絮凝结构；
（5）出料后，即可提高3D打印水泥基材料的触变性；
所述步骤（1）中磁性固体材料为钢纤维、磁粉、磁针中一种或几种；
所述步骤（1）中水泥基材料拌合物为混凝土、砂浆、水泥净浆中一种或几种；
所述步骤（1）中，磁性固体材料体积百分比为混合物体积百分比的0.05-1.0%。
2.一种用于权利要求1所述的提高3D打印水泥基材料触变性的工艺方法的3D打印水泥基材料输料装置，其特征在于：所述3D打印水泥基材料输料装置包括储料斗、非磁场屏蔽材质输料管以及出料口，所述储料斗通过非磁场屏蔽材质输料管与出料口相连，所述非磁场屏蔽材质输料管外侧设有交变磁场装置。
3.根据权利要求2所述的3D打印水泥基材料输料装置，其特征在于，所述交变磁场装置包括磁场发生器、导线以及多频可变压脉冲直流电源，所述多频可变压脉冲直流电源通过导线与磁场发生器相连，所述磁场发生器设置在非磁场屏蔽材质输料管外侧。
4.根据权利要求3所述的3D打印水泥基材料输料装置，其特征在于，所述磁场发生器的数量为至少2个。
5.根据权利要求4所述的3D打印水泥基材料输料装置，其特征在于，所述磁场发生器均匀的分布在非磁场屏蔽材质输料管外侧。
CN201910407942.4A 2019-05-15 2019-05-15 一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法 Active CN110092600B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910407942.4A CN110092600B (zh) 2019-05-15 2019-05-15 一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910407942.4A CN110092600B (zh) 2019-05-15 2019-05-15 一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110092600A CN110092600A (zh) 2019-08-06
CN110092600B true CN110092600B (zh) 2022-04-05

Family

ID=67448344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910407942.4A Active CN110092600B (zh) 2019-05-15 2019-05-15 一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110092600B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111331705B (zh) * 2020-03-17 2021-06-25 南京晓庄学院 诱导纤维界面增强3d打印混凝土的装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3260258A1 (en) * 2016-06-22 2017-12-27 Holcim Technology Ltd. Online control of rheology of building material for 3d printing
CN109704807A (zh) * 2019-01-23 2019-05-03 南京理工大学 一种通过磁场控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的方法
CN109719851A (zh) * 2019-01-17 2019-05-07 河北工业大学 一种3d打印电磁吸波混凝土定向纤维分级供料系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3260258A1 (en) * 2016-06-22 2017-12-27 Holcim Technology Ltd. Online control of rheology of building material for 3d printing
CN109719851A (zh) * 2019-01-17 2019-05-07 河北工业大学 一种3d打印电磁吸波混凝土定向纤维分级供料系统
CN109704807A (zh) * 2019-01-23 2019-05-03 南京理工大学 一种通过磁场控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Geert De Schutter.Vision of 3D printing with concrete — Technical, economic and environmental potentials.《Cement and Concrete Research》.2018,(第112 (2018)期),第25–36页. *
Vision of 3D printing with concrete — Technical, economic and environmental potentials;Geert De Schutter;《Cement and Concrete Research》;20180807(第112 (2018)期);第25–36页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110092600A (zh) 2019-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110092600B (zh) 一种提高3d打印水泥基材料触变性的工艺方法
CN102241495B (zh) 一种采用外加剂的特细混合砂混凝土
CN103113056B (zh) 一种砂浆及其制备方法
CN113307591A (zh) 一种多源固废复合高流态回填材料及其制备方法和应用
CN103253915B (zh) 一种矸石基膏体充填料的制备方法
CN108585692A (zh) 一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料及灌浆填充施工方法
JP7285044B1 (ja) セメントフリーの残土硬化剤並びにその調製方法及び応用
CN106007592A (zh) 超早强型塑性膨胀修补砂浆及其生产方法
CN103664028A (zh) 纳米氧化硅粉在水泥基材料中的分散方法
CN103232193A (zh) 一种混凝土制造配方
CN103664070B (zh) 一种喷射型混杂改性pp纤维增强水泥基复合材料及其制备方法
CN207211231U (zh) 一种水利工程用高效清淤装置
CN108793850A (zh) 一种基于建筑废弃物的流质再生活性材料、制备方法及非承重墙板
CN211541842U (zh) 一种适用于混凝土外加剂生产的定量添加装置
CN112500045A (zh) 一种非自重湿陷性黄土区域肥槽回填材料及回填方法
CN207290502U (zh) 一种建筑砂浆施工用混合机构
CN103387361A (zh) 一类超高建筑用的三低三高低碳绿色混凝土的制备方法
CN106082900A (zh) 一种废弃建筑垃圾再生保温节能砖
CN105587125A (zh) 一种基于磁驱动浇筑混凝土的方法
CN205889518U (zh) 带有除铁装置的强制式混凝土搅拌机
CN205045016U (zh) 一种用于高位料仓的混合粉料下料装置
CN211913648U (zh) 一种水泥助磨剂生产用配料设备
CN113182055A (zh) 一种动态调整机制砂级配的干混砂浆生产方法
CN209317554U (zh) 一种适用于珍珠岩生产的物料搅拌机
CN206718098U (zh) 振动台

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