CN111517744B - 3d打印砂浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印砂浆，包括以下按重量份数计的原料：硅酸盐水泥30‑50份、骨料30‑50份、石膏粉10‑15份、水20‑30份、可再分散乳胶粉5‑10份、减水剂1‑3份、消泡剂1‑3份、缓凝剂1‑2份、流平剂3‑5份、复合促硬剂3‑5份以及防渗剂2‑4份。本发明可以制备厚层自流平砂浆，采用3D打印的方式铺设自流平砂浆，3D打印可以精准控制砂浆的挤出量和位置，使同一水平面的砂浆重量几乎没有差别，从而流平性更好，不需要人工地面抹灰即能获得表面平整光滑的砂浆层。本发明通过砂浆原料的选择和含量调整，配合3D打印，获得了快干早强，平整度高，耐磨，防水防裂且力学强度高的自流平砂浆层。

Description

3D打印砂浆
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种3D打印砂浆及其制备施工方法。
背景技术
水泥自流平砂浆属于具有特殊功能的水泥砂浆，从自流平的承载要求差异可分为底层自流平及面层自流平，面层自流平的性能要求更高。自流平材料分为石膏系自流平材料和以高铝水泥为基料的水泥系自流平材料两大类，生产的主要国家有日本、美国、德国、芬兰等，其中，日本是较早开发自流平产品的国家之一。
我国对地面水泥自流平材料的研究起步较晚，随着我国改革开放和经济的快速发展，国外可分散性聚合物树脂粉末和保水效果非常好的高性能纤维素的引入和我国水泥质量的提高及稳定，以及混凝土外加剂的发展，使得水泥自流平地面砂浆的应用与发展具有了稳固的材料基础和市场，为大规模工业应用提供了条件。与发达国家相比，我国水泥自流平地面材料的发展速度及普及推广速度均较慢。原因在于水泥自流平地面材料用作地面终饰层，要求既平整光洁，又耐磨，防水防裂及高强等。现在市面上销售的水泥自流平砂浆主要有以下几个方面的问题：
(1)早期强度低，由于水泥基自流平砂浆一般选用普通硅酸盐水泥最为主要的胶结材料，采用特细砂和较高的水灰比，造成砂浆早期强度严重不足，直接影响到施工进程和工程投入使用的时间。
(2)砂浆表面平整度不够，由于砂浆配方的不完善，容易产生表面起砂、起皮、空鼓等现象，不仅影响美观，更直接危害到自流平砂浆的质量。
(3)耐磨性不足，自流平砂浆主要适用于大型超市、商场、停车场、工厂车间、仓库等地面，耐磨性要求高。
(4)砂浆硬化后易产生收缩、开裂。首先水泥在水化反应中会产生体积收缩；其次，自流平砂浆均以薄层形式施工，高表面/体积比导致的蒸发作用产生了显著和快速的物理收缩。从而导致了砂浆硬化后开裂。
(5)随着市场发展的需要，厚层自流平砂浆成为一种趋势。传统的人工地面抹灰已经不能满足这类地面装修的要求，即使采用传统人工抹灰再加现有的薄层自流平砂浆，不但成本贵，而且施工工期会大大延长。
因此研究一种快干早强，平整度高，耐磨，防水防裂且力学强度高的厚层自流平砂浆具有重大的现实意义和广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种厚层3D打印砂浆，该材料可以实现快干早强，平整度高，耐磨，防水防裂且力学强度高。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种3D打印砂浆，包括以下按重量份数计的原料：硅酸盐水泥30-50份、骨料30-50份、石膏粉10-15份、水20-30份、可再分散乳胶粉5-10份、减水剂1-3份、消泡剂1-3份、缓凝剂1-2份、流平剂3-5份、复合促硬剂3-5份以及防渗剂2-4份；
所述复合促硬剂由如下重量份的原料组成：氯化钙3-5份，硫酸铝3-5份，铝酸盐水泥8-15份；所述防渗剂由如下重量份的原料组成：纤维素醚1-3份，有机硅防水剂4-6份，十八烷酸十八烷基酯1-3份；
所述砂浆的施工方法，包括如下步骤：
S1.将硅酸盐水泥和石膏粉加入到搅拌机中，搅拌2-5min，再加入流平剂和水，搅拌4-8min，然后加入骨料和可再分散乳胶粉，搅拌均匀，最后依次加入减水剂、消泡剂、缓凝剂、复合促硬剂以及防渗剂，均匀混合后获得自流平砂浆；
S2.将自流平砂浆注入3D打印机中，设置打印参数，利用3D打印机将自流平砂浆均匀铺设于基层上使其自流平；待自流平砂浆固化后，对其进行养护；养护温度控制在25-30℃，养护3-5天，获得自流平砂浆层。
本发明以普通硅酸盐水泥为胶结材料，通过加入石膏粉和复合促硬剂来提高砂浆的早期强度，加快施工进度。石膏粉水化时生成网络结构二水石膏晶体，在较短的时间内这些晶体网络结构中的自由水逐渐被吸走，浆料失去流动性而凝结，从而能够很快地产生高强度的灰层，缩短了干燥需要等待的时间，从而加快了施工进度；同时配合复合促硬剂，由氯化钙、硫酸铝和铝酸盐水泥组成，这三种物质共同作用可明显提高自流平砂浆的早期强度和最终力学强度。另外，本发明选用了流平剂，能够极大的提升自流平凝结后的砂浆表面的光滑和平整度，提高砂浆的耐磨性，同时采用3D打印的方式铺设自流平砂浆，3D打印可以精准控制砂浆的挤出量和位置，使同一水平面的砂浆重量几乎没有差别，从而流平性更好，不需要人工地面抹灰。可再分散乳胶粉与水接触后可以很快再分散形成乳液，并具有与初始乳液相同的性质，即水份蒸发后可以形成膜，聚合物在砂浆中成膜，使得砂浆凝结后表面平整光滑，增强砂浆弹性模量，可以提高砂浆的柔性和可变形性、抗压强度、抗折强度、耐磨损性、韧性、粘结性，使得砂浆表面美观且不会产生裂纹；同时当水泥凝结硬化时，本发明中防渗剂随之体积膨胀，起补偿收缩以及充分填充水泥间隙的作用。本发明防渗剂由纤维素醚、有机硅防水剂和十八烷酸十八烷基酯组成，会降低砂浆表面裂纹的产生，起到防水防裂的功效。
在本发明中，硅酸盐水泥为425硅酸盐水泥。
优选地，所述砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥30-50份、骨料30-50份、石膏粉10-15份、水20-30份、可再分散乳胶粉5-10份、减水剂1-3份、消泡剂1-3份、缓凝剂1-2份、流平剂3-5份、复合促硬剂3-5份以及防渗剂2-4份；所述复合促硬剂由如下重量份的原料组成：氯化钙3份，硫酸铝5份，铝酸盐水泥12份；所述防渗剂由如下重量份的原料组成：纤维素醚2份，有机硅防水剂5份，十八烷酸十八烷基酯2份。上述原料的成分选择和含量配比，是发明人经过长期的实验调整获得，制备的3D打印砂浆快干早强，平整度高，耐磨，防水防裂且力学强度高。
进一步优选地，所述砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥45份、骨料40份、石膏粉12份、水25份、可再分散乳胶粉7份、减水剂2份、消泡剂2份、缓凝剂1.5份、流平剂5份、复合促硬剂4份以及防渗剂3份。发明人经过多次试验，发现在上述组分的含量情况下，获得的砂浆性能最优。
本发明所述防渗剂的制备通过将配方量的纤维素醚和十八烷酸十八烷基酯依次加入水性有机硅防水剂中，搅拌均匀即得。
在本发明中，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的一种。
在本发明中，所述石膏粉为脱硫石膏粉，目数为150-200目。
优选地，所述骨料包括细砂和粗砂：所述细砂为石英砂或机制砂，颗粒大小为70-140目；所述粗砂为石英砂或机制砂，颗粒大小为20-70目。上述粗砂和细砂的级配，能够明显提高砂浆的强度。
优选地，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠或者柠檬酸钠。
优选地，所述流平剂为聚甲基苯基硅氧烷、流平剂2020、桐油、戊醇、丁醇中的一种或两种以上。
优选地，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为150-200目。
具体地，本发明3D打印砂浆在施工前，地面需先进行表面处理形成基层，砂浆层固化后可在砂浆层表面涂覆形成绝缘保护层。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明可以制备厚层自流平砂浆，采用3D打印的方式铺设自流平砂浆，3D打印可以精准控制砂浆的挤出量和位置，使同一水平面的砂浆重量几乎没有差别，从而流平性更好，不需要人工地面抹灰即能获得表面平整光滑的砂浆层。
2、本发明以普通硅酸盐水泥为胶结材料，通过加入石膏粉和复合促硬剂来提高砂浆的早期强度，加快施工进度。
3、本发明防渗剂由纤维素醚、有机硅防水剂和十八烷酸十八烷基酯组成，当水泥凝结硬化时，防渗剂随之体积膨胀，起补偿收缩以及充分填充水泥间隙的作用，显著降低砂浆表面裂纹的产生，起到防水防裂的功效。
4、本发明通过砂浆原料的选择和含量调整，配合3D打印，获得了快干早强，平整度高，耐磨，防水防裂且力学强度高的自流平砂浆层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
下述实施例所采用的原料均为市售。
其中，硅酸盐水泥为425硅酸盐水泥，石膏粉为脱硫石膏粉，目数为150-200目。
可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为150-200目。
所述细砂为石英砂，颗粒大小为70-140目；所述粗砂为石英砂，颗粒大小为20-70目。
实施例1:
3D打印砂浆的制备和施工方法：
复合促硬剂：由氯化钙3Kg，硫酸铝3Kg，铝酸盐水泥8Kg混合均匀获得；
防渗剂：将纤维素醚1Kg和十八烷酸十八烷基酯1Kg依次加入水性有机硅防水剂4Kg中，搅拌均匀即得；
S1.将硅酸盐水泥30Kg和石膏粉10Kg加入到搅拌机中，搅拌2-5min，再加入流平剂聚甲基苯基硅氧烷3Kg和水20Kg，搅拌4-8min，然后加入骨料30Kg(细砂10Kg，粗砂20Kg)和可再分散乳胶粉5Kg，搅拌均匀，最后依次加入聚羧酸减水剂1Kg、有机硅类消泡剂1Kg、缓凝剂葡萄糖酸钠1Kg、复合促硬剂3Kg以及防渗剂2Kg，均匀混合后获得自流平砂浆；
S2.将自流平砂浆注入3D打印机中，设置打印参数，利用3D打印机将自流平砂浆均匀地铺设于基层上使其自流平；待自流平砂浆固化后，对其进行养护；养护温度控制在25-30℃，养护3-5天，获得自流平砂浆层。
实施例2:
3D打印砂浆的制备和施工方法：
复合促硬剂：由氯化钙1Kg，硫酸铝1Kg，铝酸盐水泥3Kg混合均匀获得；
防渗剂：将纤维素醚1Kg和十八烷酸十八烷基酯1Kg依次加入水性有机硅防水剂2Kg中，搅拌均匀即得；
S1.将硅酸盐水泥50Kg和石膏粉15Kg加入到搅拌机中，搅拌2-5min，再加入流平剂桐油5Kg和水30Kg，搅拌4-8min，然后加入骨料50Kg(细砂20Kg，粗砂30Kg)和可再分散乳胶粉10Kg，搅拌均匀，最后依次加入萘系减水剂3Kg、聚醚类消泡剂3Kg、缓凝剂柠檬酸钠2Kg、复合促硬剂5Kg以及防渗剂4Kg，均匀混合后获得自流平砂浆；
S2.将自流平砂浆注入3D打印机中，设置打印参数，利用3D打印机将自流平砂浆均匀地铺设于基层上使其自流平；待自流平砂浆固化后，对其进行养护；养护温度控制在25-30℃，养护3-5天，获得自流平砂浆层。
实施例3:
3D打印砂浆的制备和施工方法：
复合促硬剂：由氯化钙3Kg，硫酸铝5Kg，铝酸盐水泥12Kg混合均匀获得；
防渗剂：将纤维素醚2Kg和十八烷酸十八烷基酯2Kg依次加入水性有机硅防水剂5Kg中，搅拌均匀即得；
S1.将硅酸盐水泥45Kg和石膏粉12Kg加入到搅拌机中，搅拌2-5min，再加入流平剂聚甲基苯基硅氧烷5Kg和水25Kg，搅拌4-8min，然后加入骨料40Kg(细砂15Kg，粗砂25Kg)和可再分散乳胶粉7Kg，搅拌均匀，最后依次加入聚羧酸减水剂2Kg、有机硅类消泡剂2Kg、缓凝剂葡萄糖酸钠1.5Kg、复合促硬剂4Kg以及防渗剂3Kg，均匀混合后获得自流平砂浆；
S2.将自流平砂浆注入3D打印机中，设置打印参数，利用3D打印机将自流平砂浆均匀地铺设于基层上使其自流平；待自流平砂浆固化后，对其进行养护；养护温度控制在25-30℃，养护3-5天，获得自流平砂浆层。
实施例4:
3D打印砂浆的制备和施工方法：
复合促硬剂：由氯化钙4Kg，硫酸铝3Kg，铝酸盐水泥10Kg混合均匀获得；
防渗剂：将纤维素醚2Kg和十八烷酸十八烷基酯2Kg依次加入水性有机硅防水剂6Kg中，搅拌均匀即得；
S1.将硅酸盐水泥40Kg和石膏粉13Kg加入到搅拌机中，搅拌2-5min，再加入流平剂聚甲基苯基硅氧烷4Kg和水27Kg，搅拌4-8min，然后加入骨料35Kg(细砂10Kg，粗砂25Kg)和可再分散乳胶粉6Kg，搅拌均匀，最后依次加入脂肪族减水剂2Kg、聚醚类消泡剂2Kg、缓凝剂柠檬酸钠1Kg、复合促硬剂4Kg以及防渗剂2Kg，均匀混合后获得自流平砂浆；
S2.将自流平砂浆注入3D打印机中，设置打印参数，利用3D打印机将自流平砂浆均匀地铺设于基层上使其自流平；待自流平砂浆固化后，对其进行养护；养护温度控制在25-30℃，养护3-5天，获得自流平砂浆层。
对比例1：
与实施例1相比，配方中采用甲酸钙代替复合促硬剂，其它操作与实施例1相同。
对比例2：
与实施例1相比，配方中不添加防渗剂，其它操作与实施例1相同。
对比例3：
与实施例1相比，配方中不添加石膏粉，其它操作与实施例1相同。
对比例4：
与实施例1相比，砂浆的成分相同，但各成分含量不同于实施例1，其它操作与实施例1相同。本对比例的成分含量如下：
硅酸盐水泥20Kg、石膏粉5Kg、流平剂3Kg、水20Kg、骨料30Kg(细砂10Kg，粗砂20Kg)、可再分散乳胶粉5Kg、减水剂1Kg、消泡剂1Kg、缓凝剂1Kg、复合促硬剂3Kg以及防渗剂2Kg。
性能测试
1、砂浆抗拉压及收缩性能
测试实施例1-4和对比例1-4制备的砂浆的抗压强度、抗折强度、粘结强度，依据标准GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，强度试验的龄期分别为7天、28天，试件的尺寸均为40mm×40mm×160mm，粘接强度依据标准JC/T 907-2002《混凝土界面处理剂》进行测试。收缩性能采用JC/T 603《水泥胶砂干缩试验方法》中关于收缩率的测试方法。
测试结果如表1所示。
2、3D打印砂浆的自流平性能
按照行业标准JC/T 985-2017和JC/T985-2005规定，测试实施例1-4和对比例1-4制备的3D打印砂浆的各项性能指标，结果如表2所示。
表1
Figure BDA0002524675670000071
表2
Figure BDA0002524675670000072
Figure BDA0002524675670000081
由表1、表2可看出，本发明3D打印砂浆，其抗拉压性能好、粘结强度高，收缩率低，流动度高自流平性好，耐磨。与本发明相比，配方中采用甲酸钙代替复合促硬剂、配方中不添加防渗剂或者配方中不添加石膏粉，制备得到的砂浆性能显著下降。采用甲酸钙代替复合促硬剂或者配方中不添加石膏粉，不能更好的起到促进砂浆早期强度的作用，同时导致砂浆整体力学性能下降；配方中不添加防渗剂，砂浆表面产生裂纹，不利于砂浆的强度同时防水下降。与本发明相比，砂浆组分中各成分含量不同于本发明，由于没有形成一个良好配合的砂浆体系，制备得到的砂浆性能也明显低于本发明砂浆。
此外，通过将本发明的砂浆人工均匀铺设于基层上使其自流平，不采用3D打印机铺设，待自流平砂浆固化后，发现其表面平整度会有所降低。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述自流平砂浆包括以下按重量份数计的原料：硅酸盐水泥30-50份、骨料30-50份、石膏粉10-15份、水20-30份、可再分散乳胶粉5-10份、减水剂1-3份、消泡剂1-3份、缓凝剂1-2份、流平剂3-5份、复合促硬剂3-5份以及防渗剂2-4份；
所述复合促硬剂由如下重量份的原料组成：氯化钙3-5份，硫酸铝3-5份，铝酸盐水泥8-15份；所述防渗剂由如下重量份的原料组成：纤维素醚1-3份，有机硅防水剂4-6份，十八烷酸十八烷基酯1-3份；
所述自流平砂浆的制备和施工方法，包括如下步骤：
S1.将硅酸盐水泥和石膏粉加入到搅拌机中，搅拌2-5min，再加入流平剂和水，搅拌4-8min，然后加入骨料和可再分散乳胶粉，搅拌均匀，最后依次加入减水剂、消泡剂、缓凝剂、复合促硬剂以及防渗剂，均匀混合后获得自流平砂浆；
S2.将自流平砂浆注入3D打印机中，设置打印参数，利用3D打印机将自流平砂浆均匀铺设于基层上使其自流平；待自流平砂浆固化后，对其进行养护；养护温度控制在25-30℃，养护3-5天，获得自流平砂浆层。
2.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述3D打印砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥30-50份、骨料30-50份、石膏粉10-15份、水20-30份、可再分散乳胶粉5-10份、减水剂1-3份、消泡剂1-3份、缓凝剂1-2份、流平剂3-5份、复合促硬剂3-5份以及防渗剂2-4份；所述复合促硬剂由如下重量份的原料组成：氯化钙3份，硫酸铝5份，铝酸盐水泥12份；所述防渗剂由如下重量份的原料组成：纤维素醚2份，有机硅防水剂5份，十八烷酸十八烷基酯2份。
3.根据权利要求2所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述3D打印砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥45份、骨料40份、石膏粉12份、水25份、可再分散乳胶粉7份、减水剂2份、消泡剂2份、缓凝剂1.5份、流平剂5份、复合促硬剂4份以及防渗剂3份。
4.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂。
5.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的一种。
6.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为150-200目。
7.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述石膏粉为脱硫石膏粉，目数为150-200目。
8.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述骨料包括细砂和粗砂：所述细砂为石英砂或机制砂，颗粒大小为70-140目；所述粗砂为石英砂或机制砂，颗粒大小为20-70目。
9.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠或者柠檬酸钠。
10.根据权利要求1所述一种3D打印在自流平砂浆中的应用，其特征在于，所述流平剂为聚甲基苯基硅氧烷、流平剂2020、桐油、戊醇、丁醇中的一种或两种以上。
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