RU2780276C1 - Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3d-печати - Google Patents
Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3d-печати Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780276C1 RU2780276C1 RU2021140057A RU2021140057A RU2780276C1 RU 2780276 C1 RU2780276 C1 RU 2780276C1 RU 2021140057 A RU2021140057 A RU 2021140057A RU 2021140057 A RU2021140057 A RU 2021140057A RU 2780276 C1 RU2780276 C1 RU 2780276C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- superplasticizer
- portland cement
- sand
- cement
- mixture
- Prior art date
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 title abstract description 14
- 238000007639 printing Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims abstract description 5
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- SMYKVLBUSSNXMV-UHFFFAOYSA-J aluminum;tetrahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] SMYKVLBUSSNXMV-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 3
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- LYBFGZZXTTYWGW-UHFFFAOYSA-N sodium;dihydroxy-methyl-oxidosilane Chemical compound [Na+].C[Si](O)(O)[O-] LYBFGZZXTTYWGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 23
- 239000000306 component Substances 0.000 abstract description 22
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 18
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 13
- -1 polymethylene naphthalene sulfonic acids Polymers 0.000 abstract description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N Tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract 3
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 26
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- RYCLIXPGLDDLTM-UHFFFAOYSA-J tetrapotassium;phosphonato phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O RYCLIXPGLDDLTM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 4
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 4
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 4
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 4
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 3
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000011414 polymer cement Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L Calcium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-XIXRPRMCSA-N Mesotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-XIXRPRMCSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229940067916 PCE Drugs 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- LVSJLTMNAQBTPE-UHFFFAOYSA-N disodium tetraborate Chemical compound [Na+].[Na+].O1B(O)O[B-]2(O)OB(O)O[B-]1(O)O2 LVSJLTMNAQBTPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 235000021271 drinking Nutrition 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000004634 feeding behavior Effects 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic Effects 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 229960001367 tartaric acid Drugs 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций в технологии аддитивного производства методом послойного экструдирования (3D-печати) сырьевой смеси на основе портландцемента, песка, тонкомолотого пуццоланового компонента, суперпластификатора и метилсиликоната натрия. Техническим результатом предлагаемого решения является снижение расхода портландцемента и суперпластификатора в сырьевой смеси, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из сырьевой смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, снижение усадочных деформаций, водопоглощения, повышение предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере (без использования форм). Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3D-печати включает портландцемент, песок, суперпластификатор и воду. Портландцемент содержит трехкальциевый силикат - 68,1 мас.%, трехкальциевый алюминат - 7,2%, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2%, в качестве суперпластификатора используют «Полипласт СП-1» - добавку на основе натриевых солей полиметиленнафта-линсульфокислот и дополнительно сырьевая смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент - бинарную смесь из диатомита со степенью помола не менее 1400м2/кг и гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, и метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг и гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, а также метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент - 20,0-22,0, указанный кварцевый песок - 59,56-63,15, суперпластификатор «Полипласт СП-1» - 0,20-0,22, указанный диатомит - 2,0-2,2, указанный метакаолин - 2,0-2,2, метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» - 0,010-0,011, вода - 12,640-13,809. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций в технологии аддитивного производства методом послойного экструдирования (3D-печати) сырьевой смеси на основе портландцемента, песка, тонкомолотого пуццоланового компонента, суперпластификатора и метилсиликоната натрия.
Известна сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3D-печати, включающая сульфоалюминатный цемент – 150-400 кг, золу – 0-250 кг, песок с диаметром частиц 0,075-5 мм, полипропиленовую фибру с длиной 3-6 мм, суперпластификатор PCE производства Shandong Hongyi Technology Co., Ltd – 1,5-2,5% от массы цемента, замедлитель схватывания тетраборат натрия и винная кислота в соотношении 1:(1-1,5) – 0,01-0,2% от массы цемента, при этом 10-минутная осадка предлагаемого материала на основе цемента составляет 90-110 мм, начало схватывания составляет 15-80 мин, конец схватывания составляет 30-100 мин [1]. Недостатками данного изобретения являются наличие большого числа компонентов смеси, повышенный расход компонентов смеси и увеличение ее стоимости, вызванное применением быстротвердеющего сульфоалюминатного цемента и замедлителя схватывания.
Известна высокотиксотропная сырьевая смесь для строительной 3D-печати, включающая в себя, мас.%: специальный тиксотропный агент 1,0-3,0, цемент 35-40, суперпластификатор на основе эфиров поликарбоксилата 0,1-0,4, полипропиленовое волокно 0,1-0,4, воду 12,5-14,5, песок – остальное [2]. Недостатками данного изобретения являются снижение физико-механических характеристик композита при температуре свыше 140°C, вызванное плавлением полипропиленового волокна.
Известен модифицированный полимерцементный композиционный материал для 3D-печати, включающий, мас.%: портландцемент 24,37-34,16, поливинилацетатная дисперсия 2,44-2,56, песок 50,74-61,38, жидкое стекло 1,70-2,44, фиброволокно полипропиленовое 0,02-0,03, флороглюцинфурфурольный модификатор 0,05-0,07, вода – остальное [3]. Недостатками данного изобретения являются невысокие сроки начала схватывания – до 45-70 мин, что вызывает затруднение транспортирования сырьевой смеси с завода на строительную площадку, низкие показатели прочности на сжатие и изгиб в возрасте 28 сут, повышенное водопоглощение.
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является двухфзная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати, фаза 1 которой содержит компоненты в следующем массовом соотношении твердой фазы, %: портландцемент 44,1-44,5, песок 55,14-55,4, камедь ксантановая 0,08-0,1, тетракалий пирофосфат технический 0,08-0,1, полипропиленовая фибра 0,2-0,3; фаза 2 содержит компоненты в следующем массовом соотношении жидкой фазы, %: суперпластификатор 4,1-4,6, вода 95,4-95,9 [4].
Недостатками данного изобретения являются повышенный расход портландцемента и суперпластификатора (1,2-1,4% от массы портландцемента), низкая формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой смеси, высокие усадочные деформации затвердевшего композита вследствие повышенного расхода портландцемента и применения песка, принадлежащего к группе «очень мелкий» (согласно ГОСТ 8736-2014), высокое водопоглощение, низкие показатели предела прочности при изгибе затвердевшего композита, снижение физико-механических характеристик композита при температуре свыше 140°C, вызванное плавлением полипропиленового волокна, использование в качестве модификаторов вязкости тетракалия пирофофсфата и камеди ксантановой не предназначенной для использования в качестве добавок для бетонов и растворов (по ГОСТ 24211-2008). Также недостатком изобретения является отсутствие данных о влажности компонентов сырьевой смеси, влияющие на реологические и физико-механические свойства композитов, а также отсутствие данных об осуществлении данного изобретения на 3D-принтере, реализующем метод послойного экструдирования и качестве получаемых изделий. Кроме того, недостатком является используемый в изобретении способ подготовки образцов, заключающийся в их изготовлении в формах 70х70х70 мм, 70х70х280 мм, в то время как технология строительной 3D-печати исключает применение форм, что при приводит к изменению поровой структуры композита и искажению получения достоверных результатов физико-механических свойств (прочность на сжатие и растяжение, плотность, водопоглощение и др.).
Задачей предлагаемого изобретения является снижение расхода портландцемента, суперпластификатора в сырьевой смеси для строительной 3D-печати, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из сырьевой смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, снижение усадочных деформаций, водопоглощения, повышение предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере (без использования форм).
Техническим результатом предлагаемого решения является снижение расхода портландцемента и суперпластификатора в сырьевой смеси, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из сырьевой смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, снижение усадочных деформаций, водопоглощения, повышение предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере (без использования форм).
Поставленная задача достигается тем, что сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3D-печати, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор и воду, отличается тем, что портландцемент, содержит трехкальциевый силикат - 68,1 мас.%, трехкальциевый алюминат - 7,2%, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2 %, в качестве суперпластификатора используют «Полипласт СП-1» -добавку на основе натриевых солей полиметиленнафта-линсульфокислот и дополнительно сырьевая смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент – бинарную смесь из диатомита со степенью помола не менее 1400м2/кг и гидравлической активностью не менее 1500мг/г, и метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг и гидравлической активностью не менее 1200мг/г, а также метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный портландцемент | 20,0-22,0 |
| Указанный кварцевый песок | 59,56-63,15 |
| Суперпластификатор «Полипласт СП-1» | 0,20-0,22 |
| Указанный диатомит | 2,0-2,2 |
| Указанный метакаолин | 2,0-2,2 |
| Метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» | 0,010-0,011 |
| Вода | 12,640-13,809. |
Для изготовления сырьевой смеси на основе цемента для строительной 3D-печати использовали следующие материалы:
Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н производства ООО «Азия Цемент» (ГОСТ 31108-2016) со следующим минералогическим составом: С3S – 68,1%, С2S – 9,4%, С3А – 7,2%, С4AF – 11%;
Кварцевый песок Камско-Устьинского месторождения Республики Татарстан с модулем крупности 2,2-2,4, влажностью 1-2% (ГОСТ 8736-2014). Для приготовления образцов использовали песок с модулем крупности 2,3, с влажностью 1,5%;
Суперпластификатор на основе натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот «Полипласт СП-1» производства производства ООО «Полипласт Казань», представляющий собой жидкость коричневого цвета без содержания хлоридов, плотностью при 20°C 1,18 г/см3, pH – 7;
Тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг производства ООО «Диамикс» (СТО 23998461-020-2018). Для приготовления образцов использовали диатомит с гидравлической активностью 1553,7 мг/г, степенью помола 1443 м2/кг;
Тонкомолотый пуццолановый компонент – метакаолин с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, степенью помола не менее 2000 м2/кг (ТУ 5729-098-12615988-2013). Для приготовления образцов использовали метакаолин с гидравлической активностью 1232,7 мг/г, степенью помола 2068 м2/кг;
Метилсиликоната натрия «ГКЖ-11Н» производства ПАО «Химпром», представляющий собой жидкость темно-коричневого цвета плотностью 1,15 г/см3 при 20°C;
Водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732.
Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом: в работающий смеситель загружают заранее отдозированные сухие компоненты сырьевой смеси – портландцемент, песок, диатомит, метакаолин и производят их перемешивание до получения однородной массы. Затем производят дозирование по массе воды, суперпластификатора «Полипласт СП-1», метилсиликоната натрия, производят их перемешивание до получения однородного раствора и постепенно добавляют его к тщательно перемешанным сухим компонентам, осуществляя перемешивание смеси до получения однородной массы с подвижностью Пк 2 (по ГОСТ 28013-98) при глубине погружения эталонного конуса 7-8 см. На следующем этапе производят подготовку 3D-принтера: внутреннюю поверхность съемного накопительного бункера смачивают водопроводной питьевой водой или разделительной смазкой. Далее заполняют съемный накопительный бункер строительного 3D-принтера приготовленной сырьевой смесью и осуществляют пробное экструдирование до достижения однородности получаемого экструдата. Затем осуществляют формование сырьевой смеси методом послойного экструдирования (3D-печати) на строительном 3D-принтере (например, «АМТ» S-6044 компании ООО «СПЕЦАВИА») в соответствии с заранее подготовленной трехмерной цифровой моделью. Трехмерная цифровая модель образцов представляет собой полосу длиной 40 см, высотой одного слоя 20 мм. Печать сырьевой смеси производят при следующих регулируемых параметрах печати, задаваемых в программном комплексе «Mach3» (Artsoft founder Art Fenerty): скорость вращения шпинделя составляет 3000-5000 ед., скорость подачи – 4000-6000 ед./мин.
Формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой смеси оценивалась по способности смеси сохранять положение в пространстве под воздействием технологических факторов, а именно по максимальной высоте печатаемого образца без технологических перерывов до достижения им критического состояния – потери устойчивости в целом, характеризующаяся его опрокидыванием или потерей устойчивости формы образца со смещением напечатанных слоев.
Также были проведены испытания образцов по прототипу с использованием портландцемента ЦЕМ I 42,5Н по ГОСТ 31108-2016, песок с модулем крупности меньше или равным 1,25 по ГОСТ 8736-2014, камеди ксантановой с содержанием (C35Н49О29)n не менее 91%, тетракалия пирофосфата технического с содержанием К4Р2О5 не менее 98%, полипропиленовой фибры длиной 12 мм, суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров, воды.
Через 28 суток нормального твердения производили подготовку образцов для испытаний, сформованных методом послойного экструдирования (3D-печати), путем их распила на призмы размерами 40х40х160 мм. Водопоглощение затвердевшего композита определяли по ГОСТ 12730.3-78 «Бетоны. Метод определения водопоглощения». Предел прочности при изгибе затвердевшего композита определяли на образцах-балочках размерами 40х40х160 мм по ГОСТ 5802-86. «Растворы строительные. Методы испытаний» с использованием испытательной машины МИИ-100. Усадочные деформации оценивались по наличию образования на затвердевших композитах усадочных трещин, наличие дефектов виде разрывов напечатанных слоев из сырьевой смеси производилось визуально-инструментальным методом с использованием измерительной металлической линейки по ГОСТ 427-75 и измерительной лупы с подсветкой по ГОСТ 25706-83.
Составы сырьевых смесей на основе цемента для строительной 3D-печати приведены в таблице 1, физико-механические показатели для составов приведены в таблице 2.
Таблица 1
| Компоненты | Составы сырьевых смесей на основе цемента для строительной 3D-печати, мас. % | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 (прототип) | |
| Портландцемент | 18,0 | 21,0 | 21,0 | 21,0 | 20,0 | 21,0 | 22,0 | 25,0 | 37,85 |
| Песок | 66,5 | 61,80 | 61,68 | 59,17 | 63,15 | 61,35 | 59,56 | 57,5 | 48,80 |
| Суперпластификатор «Полипласт СП-1» | 0,15 | 0,20 | 0,21 | 0,22 | 0,25 | ||||
| Диатомит | 1,5 | 2,1 | 2,1 | 2,0 | 2,1 | 2,2 | 2,5 | ||
| Метакаолин | 1,5 | 2,1 | 2,1 | 2,0 | 2,1 | 2,2 | 2,5 | ||
| Метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» | 0,008 | 0,010 | 0,010 | 0,010 | 0,010 | 0,011 | 0,012 | ||
| Камедь ксантановая | 0,07 | ||||||||
| Тетракалий пирофосфат технический | 0,07 | ||||||||
| Полипропиленовая фибра | 1,72 | ||||||||
| Суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров | 0,47 | ||||||||
| Вода | 12,342 | 15,100 | 15,210 | 15,620 | 12,640 | 13,230 | 13,809 | 12,238 | 11,02 |
Таблица 2
| Свойства | Физико-механические показатели для составов | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 (прототип) | |
| Формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой смеси (высота изделия, полученная при 3D-печати без технологических перерывов), см | 12 | 11 | 9 | 13 | 18 | 19 | 20 | 12 | 10 |
| Предел прочности при изгибе на 28 сут, МПа | 7,9 | 6,8 | 7,4 | 8,0 | 10,9 | 11,2 | 11,6 | 10,0 | 4,0 |
| Водопоглощение, % | 7,4 | 9,1 | 8,3 | 7,8 | 7,0 | 6,5 | 6,4 | 6,1 | 7,5 |
| Усадочные деформации (наличие усадочных трещин – да/нет) | нет | нет | нет | да | нет | нет | нет | нет | да |
| Дефекты в виде разрывов (да/нет) | да | да | да | нет | нет | нет | нет | нет | да |
Из приведенных данных следует, что максимальные показатели формоустойчивости напечатанных слоев из сырьевой смеси, предела прочности при изгибе затвердевших композитов достигаются при содержании в составе сырьевой смеси портландцемента – 20,0-22,0% от общей массы композиции, песка – 59,56-63,15%, суперпластификатора «Полипласт СП-1» – 0,20-0,22%, тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита – 2,0-2,2%, тонкомолотого пуццоланового компонента – метакаолина – 2,0-2,2 %, метилсиликоната натрия «ГКЖ-11Н» – 0,010-0,011%, воды – 12,640-13,809%. При введении портландцемента, суперпластификатора «Полипласт СП-1», тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита, тонкомолотого пуццоланового компонента – метакаолина, метилсиликоната натрия «ГКЖ-11Н», в количестве меньше указанных в таблице 1 (состав 5), наблюдается снижение показателей исследуемых свойств по сравнению с заявляемыми пределами. При их введении, в количестве больше указанных в таблице 1 (состав 7), исследуемые свойства композиций, напечатанных на 3D-принтере, снижаются или увеличиваются незначительно. В составах сырьевых смесей для 3D-принтера (составы 1-3, 5-8) отсутствуют усадочные трещины, в составах 4-8 отсутствуют дефекты в виде разрывов.
Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3D-печати, полученная согласно предлагаемому изобретению, обладает пониженным расходом портландцемента и суперпластификатора, повышенной формоустойчивостью и отсутствием дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из сырьевой смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, изделия – высокими прочностными характеристиками при изгибе отсутствием усадочных трещин, низким водопоглощением.
Применение песка средней крупности с модулем крупности 2,2-2,4 в сочетании с уменьшенным цементно-песчаным отношением позволяет снизить развитие усадочных деформаций композита, сформованного методом послойного экструдирования (3D-печати). Кроме того, уменьшенное цементно-песчаное отношение позволяет снизить расход портландцемента в сырьевой смеси при обеспечении формуемости на 3D-принтере и физико-механических показателей.
Применение суперпластификатора «Полипласт СП-1» на основе натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот в количестве 0,20-0,22 мас.% позволяет сократить количество воды затворения, повысить плотность смеси и физико-механические характеристики затвердевшего композита при одновременном обеспечении оптимальных реотехнологических свойств сырьевой смеси для ее послойного экструдирования, обеспечивающих также высокую формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой меси.
Введение тонкомолотового пуццоланового компонента – диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1500 мг/г позволяет улучшить формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой смеси за счет улучшения ее однородности, связности и пластичности при послойном экструдировании (3D-печати).
Введение тонкомолотового пуццоланового компонента – метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1200 мг/г позволяет повысить предел прочности при изгибе затвердевших композитов за счет взаимодействия с портландитом, образующимся при гидратации портландцемента, и увеличении количества новообразований из низкоосновных гидросиликатов кальция.
Применение бинарной смеси диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1500 мг/г и метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1200 мг/г позволяет достичь синергетического эффекта, выражающегося в повышении формоустойчивости напечатанных слоев из сырьевой смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, за счет улучшения ее однородности, связности и пластичности при послойном экструдировании (3D-печати), что позволяет получать изделия на 3D-принтере без дефектов виде разрывов, повышении предела прочности при изгибе затвердевшего композита, напечатанных на 3D-принтере.
Применение метилсиликоната натрия «ГКЖ-11Н» в количестве 0,010-0,011 мас.% позволяет снизить водопоглощение затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере (без использования форм), за счет придания стенкам капилляров и пор водоотталкивающей способности.
Совместное использование суперпластификатора «Полипласт СП-1» в количестве 0,20-0,22 мас.%, бинарной смеси диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1500 мг/г и метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1200 мг/г в количестве 4,0-4,4 мас.% и метилсиликоната натрия «ГКЖ-11Н» в количестве 0,010-0,011 мас.% способствует приданию сырьевой смеси оптимальных реотехнологических свойств, повышению формоустойчивости напечатанных слоев из сырьевой смеси, физико-механических показателей (повышение предела прочности при изгибе, снижение водопоглощения) затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет получить сырьевую смесь на основе цемента для строительной 3D-печати, реализующего методом послойного экструдирования, с пониженным расходом портландцемента и суперпластификатора, обладающую высокой формоустойчивостью, и изделия на ее основе с высокими прочностными характеристиками при изгибе, низким водопоглощением, пониженными усадочными деформациями и отсутствием на них дефектов.
Источники информации
1. Патент CN 105753404A, B33Y70 / 00, Cement-based material used for building 3D (three-dimensional) printing, заяв. 13.02.2016, опубл. 13.07.2016.
2. Патент CN 108715531A, C04B28/02, A kind of high thixotropic 3D printing concrete and preparation method thereof, заяв. 12.06.2018, опубл. 28.08.2020.
3. Патент, RU 2661970, С04В 28/04, C04В 14/02, С04В 22/08, С04В 26/00, С04В2111/20, С04В2111/343, Модифицированный полимерцементный композиционный материал для 3D-печати, Полуэктова В.А., Шаповалов Н.А., Черников Р.О., Евтушенко Е.И., патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет», заяв. 31.07.2017, опубл. 23.07.2018, бюл. №21.
4. Патент, RU 2729086, С04В 28/04, Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати, Славчева Г.С., Аратмонова О.В., Шведова М.А., Бритвина Е.А., патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет», заяв. 21.10.2019, опубл. 04.08.2020, бюл. №22.
Claims (2)
- Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3D-печати, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что портландцемент содержит трехкальциевый силикат - 68,1 мас.%, трехкальциевый алюминат - 7,2%, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2%, в качестве суперпластификатора используют «Полипласт СП-1» - добавку на основе натриевых солей полиметиленнафта-линсульфокислот и дополнительно сырьевая смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент - бинарную смесь из диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг и гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, и метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг и гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, а также метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
Указанный портландцемент 20,0-22,0 Указанный кварцевый песок 59,56-63,15 Суперпластификатор «Полипласт СП-1» 0,20-0,22 Указанный диатомит 2,0-2,2 Указанный метакаолин 2,0-2,2 Метилсиликонат натрия «ГКЖ-11Н» 0,010-0,011 Вода 12,640-13,809
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2780276C1 true RU2780276C1 (ru) | 2022-09-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2820800C1 (ru) * | 2023-12-29 | 2024-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Гипсоцементно-пуццолановая модифицированная строительная смесь для 3D-принтера |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467968C1 (ru) * | 2011-03-14 | 2012-11-27 | Роман Ринатович Сахибгареев | Комплексная добавка для бетонов, строительных растворов и цементных композитов (варианты) и способ ее изготовления |
| RU2661970C1 (ru) * | 2017-07-31 | 2018-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Модифицированный полимерцементный композиционный материал для 3d печати |
| CN111138100A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-12 | 桂林理工大学 | 一种海工水泥及其制备方法和应用 |
| KR102194848B1 (ko) * | 2019-04-08 | 2020-12-23 | 이민희 | 3차원 프린팅을 이용한 시멘트 구조물 제조방법 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467968C1 (ru) * | 2011-03-14 | 2012-11-27 | Роман Ринатович Сахибгареев | Комплексная добавка для бетонов, строительных растворов и цементных композитов (варианты) и способ ее изготовления |
| RU2661970C1 (ru) * | 2017-07-31 | 2018-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Модифицированный полимерцементный композиционный материал для 3d печати |
| KR102194848B1 (ko) * | 2019-04-08 | 2020-12-23 | 이민희 | 3차원 프린팅을 이용한 시멘트 구조물 제조방법 |
| CN111138100A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-12 | 桂林理工大学 | 一种海工水泥及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВОЛЖЕНСКИЙ А.В. Минеральные вяжущие вещества, Стройиздат, 1986, с.355-366. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2820800C1 (ru) * | 2023-12-29 | 2024-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Гипсоцементно-пуццолановая модифицированная строительная смесь для 3D-принтера |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2780276C1 (ru) | Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3d-печати | |
| RU2775131C1 (ru) | Бетонная смесь на основе цемента для строительной 3d-печати | |
| RU2781303C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2780314C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь на основе цемента для 3d-печати | |
| RU2777224C1 (ru) | Бетонная смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2780315C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2777887C1 (ru) | Строительная смесь на основе цемента для 3d-печати | |
| RU2781163C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала | |
| RU2777888C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-принтера, реализующего метод послойной экструзии | |
| RU2777220C1 (ru) | Бетонная смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2782914C1 (ru) | Сырьевая смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2777886C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-печати | |
| RU2781200C1 (ru) | Строительная смесь для аддитивного производства | |
| RU2775032C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2781201C1 (ru) | Сырьевая смесь для строительной 3d-печати в технологии аддитивного производства | |
| RU2784503C1 (ru) | Бетонная смесь для послойного экструдирования (3d-печати) | |
| RU2780512C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2775133C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для 3d-печати | |
| RU2781203C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2777223C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2773913C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-печати | |
| RU2775135C1 (ru) | Бетонная смесь для 3d-печати | |
| RU2786198C1 (ru) | Сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2784275C1 (ru) | Бетонная смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2777007C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для строительной 3d-печати в технологии аддитивного производства |