RU2781163C1 - Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала - Google Patents
Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781163C1 RU2781163C1 RU2021140060A RU2021140060A RU2781163C1 RU 2781163 C1 RU2781163 C1 RU 2781163C1 RU 2021140060 A RU2021140060 A RU 2021140060A RU 2021140060 A RU2021140060 A RU 2021140060A RU 2781163 C1 RU2781163 C1 RU 2781163C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- superplasticizer
- extrusion
- mixture
- portland cement
- layer
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000000996 additive Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title abstract description 7
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 4
- 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
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 20
- MQGFFOISLVUDQU-UHFFFAOYSA-N potassium;dihydroxy-methyl-oxidosilane Chemical compound [K+].C[Si](O)(O)[O-] MQGFFOISLVUDQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 23
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 13
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 2
- QIFRZYNXYSOLLD-UHFFFAOYSA-N potassium;trihydroxy(methyl)silane Chemical compound [K].C[Si](O)(O)O QIFRZYNXYSOLLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 25
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 11
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- -1 polypropylene Polymers 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
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 3
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 3
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 3
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- ZJBHFQKJEBGFNL-UHFFFAOYSA-N methylsilanetriol Chemical compound C[Si](O)(O)O ZJBHFQKJEBGFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011414 polymer cement Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 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
- 210000001138 Tears Anatomy 0.000 description 1
- GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N Xanthene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3OC2=C1 GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 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
- 230000004634 feeding behavior Effects 0.000 description 1
- 229920000591 gum Polymers 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
- 238000007639 printing 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. Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала включает, мас.%: портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 68,1, трехкальциевый алюминат 7,2, 21,0-23,0, кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2% 59,14-62,22, суперпластификатор «MasterGlenium 430» на основе поликарбоксилатных эфиров 0,21-0,23, метилсилантриол калиевую соль «ГКЖ-11К» 0,011-0,012, бинарную смесь из тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг 2,1-2,3 и тонкомолотого компонента – каолина с гидравлической активностью 627,3 мг/г, степенью помола не менее 1800 м2/кг 2,1-2,3, воду 12,359-13,018. Технический результат – 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 и повышение предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере. 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 метилсилантриол калиевой соли.
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 двухфазная 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 пирофосфата 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 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 аддитивного строительного производства способом экструзии материала, 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 для аддитивного строительного производства способом экструзии материала, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров и воду, отличается тем, что используют портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 68,1, трехкальциевый алюминат 7,2, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2%, в качестве суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров используют суперпластификатор «MasterGlenium 430», и дополнительно она содержит метилсилантриол калиевую соль «ГКЖ-11К» и бинарную смесь из тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг и тонкомолотого компонента – каолина с гидравлической активностью 627,3 мг/г, степенью помола не менее 1800 м2/кг, при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Указанный портландцемент | 21,0-23,0 |
| Указанный песок | 59,14-62,22 |
| Суперпластификатор «MasterGlenium 430» | 0,21-0,23 |
| Метилсилантриол калиевая соль «ГКЖ-11К» | 0,011-0,012 |
| Указанный тонкомолотый пуццолановый | |
| компонент – диатомит | 2,1-2,3 |
| Указанный тонкомолотый компонент – каолин | 2,1-2,3 |
| Вода | 12,359-13,018 |
Для изготовления сырьевой смеси для аддитивного строительного производства способом экструзии материала 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 поликарбоксилатных эфиров «MasterGlenium 430» производства ООО «BASF Строительные системы», представляющий собой жидкость светло-коричневого цвета без содержания хлоридов, плотностью при 20 °C 1,06 г/см3, pH - 3,5;
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 – каолин с гидравлической активностью не менее 600 мг/г, степенью помола не менее 1800 м2/кг (ТУ 5729-016-48174985-2003). Для приготовления образцов использовали каолин с гидравлической активностью 627,3 мг/г, степенью помола 1859 м2/кг;
Метилсилантриол калиевая соль «ГКЖ-11К» производства ПАО «Химпром», представляющая собой жидкость темно-коричневого цвета плотностью 1,34 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, каолин и производят их перемешивание до получения однородной массы. Затем производят дозирование по массе воды, суперпластификатора «MasterGlenium 430», метилсилантриол калиевой соли, 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, песка 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 в 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 для аддитивного строительного производства способом экструзии материала приведены в таблице 1, физико-механические показатели для составов приведены в таблице 2.
| Таблица 1 | |||||||||
| Компоненты | Составы сырьевых смесей для аддитивного строительного производства способом экструзии материала, мас.%: | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 (прототип) | |
| Портландцемент | 18,5 | 21,5 | 21,5 | 21,5 | 21,0 | 22,0 | 23,0 | 26,0 | 37,85 |
| Песок | 64,812 | 59,14 | 59,579 | 57,719 | 62,22 | 60,68 | 59,14 | 52,226 | 48,80 |
| Суперпластификатор «MasterGlenium 430» | 0,15 | 0,21 | 0,22 | 0,23 | 0,26 | ||||
| Диатомит | 1,5 | 2,15 | 2,15 | 2,1 | 2,2 | 2,3 | 2,5 | ||
| Каолин | 1,5 | 2,15 | 2,15 | 2,1 | 2,2 | 2,3 | 2,5 | ||
| Метилсилантриол калиевая соль «ГКЖ-11К» | 0,008 | 0,011 | 0,011 | 0,011 | 0,011 | 0,012 | 0,014 | ||
| Камедь ксантановая |
0,07 | ||||||||
| Тетракалий пирофосфат технический |
0,07 | ||||||||
| Полипропиленовая фибра | 1,72 | ||||||||
| Суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров | 0,47 | ||||||||
| Вода | 13,53 | 17,21 | 16,76 | 16,47 | 12,359 | 12,689 | 13,018 | 16,5 | 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 | 10 | 7 | 11 | 18 | 19 | 20 | 13 | 10 |
| Предел прочности при изгибе на 28 сут, МПа | 8,5 | 7,4 | 8,2 | 8,5 | 11,6 | 11,7 | 11,9 | 10,1 | 4,0 |
| Водопоглощение, % | 7,9 | 10,5 | 9,4 | 8,7 | 7,1 | 6,7 | 6,4 | 6,4 | 7,5 |
| Усадочные деформации (наличие усадочных трещин - да/нет) | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | да |
| Дефекты в виде разрывов (да/нет) | нет | нет | 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 – 21,0-23,0 % от общей массы композиции, песка – 59,14-62,22 %, суперпластификатора «MasterGlenium 430» – 0,21-0,23 %, тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита – 2,1-2,3 %, тонкомолотого пуццоланового компонента – каолина – 2,1-2,3 %, метилсилантриол калиевой соли «ГКЖ-11К» – 0,011-0,012 %, воды – 12,359-13,018 %. При введении портландцемента, суперпластификатора «MasterGlenium 430», тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита, тонкомолотого пуццоланового компонента – каолина, метилсилантриол калиевой соли «ГКЖ-11К», 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. В составах сырьевых смесей для аддитивного строительного производства способом экструзии материала (составы 1-8) отсутствуют усадочные трещины, в составах 1, 2, 4-8 отсутствуют дефекты в виде разрывов.
Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала, 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 «MasterGlenium 430» на основе поликарбоксилатных эфиров в количестве 0,21-0,23 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 смеси.
Введение тонкомолотого 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 тонкомолотого пуццоланового компонента – каолина со степенью помола не менее 1800 м2/кг, гидравлической активностью не менее 600 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 каолина со степенью помола не менее 1800 м2/кг, гидравлической активностью не менее600 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 в виде разрывов, повышении предела прочности при изгибе затвердевшего композита, напечатанных на 3D-принтере.
Применение метилсилантриол калиевой соли «ГКЖ-11К» в количестве 0,011-0,012 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 «MasterGlenium 430» в количестве 0,21-0,23 мас.% ,бинарной смеси диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1500 мг/г и каолина со степенью помола не менее 1800 м2/кг, гидравлической активностью не менее 600 мг/г в количестве 4,2-4,6 мас.% и метилсилантриол калиевой соли «ГКЖ-11К» в количестве 0,011-0,012 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 для аддитивного строительного производства способом экструзии материала 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 105753404 A, B33Y 70/00, Cement-based material used for building 3D (three-dimensional) printing, заяв. 13.02.2016, опубл. 13.07.2016.
2. Патент CN 108715531 A, C04B 28/02, 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, С04В 2111/20, С04В 2111/343, 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 для аддитивного строительного производства способом экструзии материала, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров и воду, отличающаяся тем, что используют портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 68,1, трехкальциевый алюминат 7,2, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2%, в качестве суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров используют суперпластификатор «MasterGlenium 430», и дополнительно она содержит метилсилантриол калиевую соль «ГКЖ-11К» и бинарную смесь из тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг и тонкомолотого компонента – каолина с гидравлической активностью 627,3 мг/г, степенью помола не менее 1800 м2/кг, при следующем содержании компонентов, мас.%:
-
Указанный портландцемент 21,0-23,0 Указанный песок 59,14-62,22 Суперпластификатор «MasterGlenium 430» 0,21-0,23 Метилсилантриол калиевая соль «ГКЖ-11К» 0,011-0,012 Указанный тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит 2,1-2,3 Указанный тонкомолотый компонент – каолин 2,1-2,3 Вода 12,359-13,018
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781163C1 true RU2781163C1 (ru) | 2022-10-06 |
Family
ID=
Citations (7)
| 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 |
| RU2486150C1 (ru) * | 2012-01-18 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Фиброцементная смесь |
| CN107500687B (zh) * | 2017-10-19 | 2020-03-06 | 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 |
| RU2729085C1 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати |
| RU2729086C1 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати |
| WO2021152169A1 (en) * | 2020-02-01 | 2021-08-05 | Celanese Switzerland Ag | Cementitious composition additive for machine application |
| RU2762841C1 (ru) * | 2020-11-19 | 2021-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью «ЗД-СТРОЙДИЗАЙН» | Смесь для получения декоративного композита заданной колористики в технологии строительной 3d-печати и способ её получения |
Patent Citations (7)
| 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 |
| RU2486150C1 (ru) * | 2012-01-18 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Фиброцементная смесь |
| CN107500687B (zh) * | 2017-10-19 | 2020-03-06 | 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 |
| RU2729085C1 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати |
| RU2729086C1 (ru) * | 2019-10-21 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати |
| WO2021152169A1 (en) * | 2020-02-01 | 2021-08-05 | Celanese Switzerland Ag | Cementitious composition additive for machine application |
| RU2762841C1 (ru) * | 2020-11-19 | 2021-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью «ЗД-СТРОЙДИЗАЙН» | Смесь для получения декоративного композита заданной колористики в технологии строительной 3d-печати и способ её получения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МУХАМЕТРАХИМОВ Р.Х. и др., Влияние портландцементов с различным минералогическим составом на основные свойства композитов, сформованных методом послойного экструдирования (3D-печати), Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета, Казань, 2021, N2 (56), с.37-49. ВОЛЖЕНСКИЙ А.В., Минеральные вяжущие вещества, Стройиздат, 1986, с.363. КРАСНОБАЕВА С.А., Добавки на основе каолинового сырья месторождения Журавлиный Лог в цементных составах, диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Санкт-Петербург, 03.04.2017, глава 1.2. Влияние каолина на свойства цементных растворов. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2781163C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала | |
| RU2777887C1 (ru) | Строительная смесь на основе цемента для 3d-печати | |
| RU2780315C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2781303C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2777224C1 (ru) | Бетонная смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2777888C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-принтера, реализующего метод послойной экструзии | |
| RU2786198C1 (ru) | Сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2781200C1 (ru) | Строительная смесь для аддитивного производства | |
| RU2780276C1 (ru) | Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3d-печати | |
| RU2777886C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-печати | |
| RU2780314C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь на основе цемента для 3d-печати | |
| RU2777220C1 (ru) | Бетонная смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2775133C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для 3d-печати | |
| RU2775131C1 (ru) | Бетонная смесь на основе цемента для строительной 3d-печати | |
| RU2773913C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-печати | |
| RU2777007C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для строительной 3d-печати в технологии аддитивного производства | |
| RU2775032C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2781201C1 (ru) | Сырьевая смесь для строительной 3d-печати в технологии аддитивного производства | |
| RU2782914C1 (ru) | Сырьевая смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2781203C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2777223C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2781199C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2784503C1 (ru) | Бетонная смесь для послойного экструдирования (3d-печати) | |
| RU2773914C1 (ru) | Строительная сырьевая смесь для 3d-печати | |
| RU2778119C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для 3d-печати |