RU2784503C1 - Бетонная смесь для послойного экструдирования (3d-печати) - Google Patents
Бетонная смесь для послойного экструдирования (3d-печати) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784503C1 RU2784503C1 RU2021140035A RU2021140035A RU2784503C1 RU 2784503 C1 RU2784503 C1 RU 2784503C1 RU 2021140035 A RU2021140035 A RU 2021140035A RU 2021140035 A RU2021140035 A RU 2021140035A RU 2784503 C1 RU2784503 C1 RU 2784503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- superplasticizer
- sand
- portland cement
- concrete mixture
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 24
- -1 polyphenylethoxysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 7
- PSZYNBSKGUBXEH-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1-sulfonic acid Chemical class C1=CC=C2C(S(=O)(=O)O)=CC=CC2=C1 PSZYNBSKGUBXEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 4
- HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N dialuminum tricalcium oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Al+3].[Ca++].[Ca++].[Ca++] HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 229910021534 tricalcium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 22
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 3
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 11
- 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
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000011414 polymer cement Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-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
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 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
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 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
- 239000013008 thixotropic agent Substances 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) бетонной смеси на основе портландцемента, песка, тонкомолотого пуццоланового компонента, суперпластификатора и полифенилэтоксисилоксана. Техническим результатом предлагаемого решения является снижение расхода портландцемента и суперпластификатора в бетонной смеси, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из бетонной 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). Бетонная смесь для послойного экструдирования с использованием 3-D печати включает портландцемент, песок, суперпластификатор и воду. Портландцемент содержит трехкальциевый силикат - 68,1 мас.%, трехкальциевый алюминат - 7,2 мас.%, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2 - 2,4 и влажностью 1 - 2%, в качестве суперпластификатора используют «MasterRheobuild 183» на основе нафталинсульфонатов, и дополнительно смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент – метакаолин с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, степенью помола не менее 2000 м2/кг и полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» при следующем содержании компонентов, мас.%: портландцемент – 21,0-24,0, песок – 60,64-64,20, суперпластификатор – 0,21-0,24, метакаолин – 2,1-2,4, полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» - 0,010-0,012, вода – 12,480-12,708. 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) бетонной смеси на основе портландцемента, песка, тонкомолотого пуццоланового компонента, суперпластификатора и полифенилэтоксисилоксана.
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 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 70×70×70 мм, 70×70×280 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 бетонной смеси для послойного экструдирования (3D-печати), повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из бетонной 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 бетонной смеси, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из бетонной 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, бетонная смесь для послойного экструдирования с использованием 3-D печати, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор и воду, отличается тем, что портландцемент содержит трехкальциевый силикат - 68,1 мас.%, трехкальциевый алюминат - 7,2 мас.%:, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2 - 2,4 и влажностью 1 - 2%, в качестве суперпластификатора используют «MasterRheobuild 183» на основе нафталинсульфонатов, и дополнительно смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент – метакаолин с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, степенью помола не менее 2000 м2/кг и полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Указанный портландцемент | 21,0-24,0 |
| Указанный песок | 60,64-64,20 |
| Указанный Суперпластификатор | 0,21-0,24 |
| Метакаолин | 2,1-2,4 |
| Полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» | 0,010-0,012 |
| Вода | 12,480-12,708 |
Для изготовления бетонной смеси для послойного экструдирования (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 нафталинсульфонатов, «MasterRheobuild 183» производства ООО «BASF Строительные системы», представляющий собой жидкость темно-коричневого цвета без содержания хлоридов, плотностью при 20°C 1,12 г/см3, pH – 5;
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;
Полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» производства ПАО «Химпром», представляющий собой жидкость коричневого цвета плотностью 0,8 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 бетонной смеси – портландцемент, песок, метакаолин и производят их перемешивание до получения однородной массы. Затем производят дозирование по массе воды, суперпластификатора «MasterRheobuild 183», полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50», 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 бетонной смесью и осуществляют пробное экструдирование до достижения однородности получаемого экструдата. Затем осуществляют формование бетонной 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 бетонной 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 бетонной 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 бетонной смеси производилось визуально-инструментальным методом с использованием измерительной металлической линейки по ГОСТ 427-75 и измерительной лупы с подсветкой по ГОСТ 25706-83.
Составы бетонных смесей для послойного экструдирования (3D-печати) приведены в таблице 1, физико-механические показатели для составов приведены в таблице 2.
Таблица 1
| Компоненты | Составы бетонных смесей для послойного экструдирования (3D-печати), мас.% | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 (прототип) | |
| Портландцемент | 18,0 | 22,5 | 22,5 | 21,0 | 22,5 | 24,0 | 26,0 | 37,85 |
| Песок | 67,37 | 64,79 | 60,25 | 64,20 | 62,42 | 60,64 | 57,88 | 48,80 |
| Суперпластификатор «MasterRheobuild 183» | 0,15 | 0,23 | 0,21 | 0,23 | 0,24 | 0,25 | ||
| Метакаолин | 1,5 | 2,25 | 2,1 | 2,25 | 2,4 | 2,5 | ||
| Полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» | 0,009 | 0,011 | 0,010 | 0,011 | 0,012 | 0,013 | ||
| Камедь ксантановая | 0,07 | |||||||
| Тетракалий пирофосфат технический | 0,07 | |||||||
| Полипропиленовая фибра | 1,72 | |||||||
| Суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров | 0,47 | |||||||
| Вода | 12,971 | 12,469 | 15,0 | 12,480 | 12,589 | 12,708 | 13,357 | 11,02 |
Таблица 2
| Свойства | Физико-механические показатели для составов | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 (прототип) | |
| Формоустойчивость напечатанных слоев из бетонной смеси (высота изделия, полученная при 3D-печати без технологических перерывов), см | 11 | 9 | 9 | 15 | 17 | 17 | 10 | 10 |
| Предел прочности при изгибе на 28 сут, МПа | 5,1 | 6,6 | 5,4 | 5,8 | 6,2 | 6,5 | 5,6 | 4,0 |
| Водопоглощение, % | 10,6 | 9,1 | 12,0 | 7,4 | 7,3 | 7,2 | 7,2 | 7,5 |
| Усадочные деформации (наличие усадочных трещин – да/нет) | нет | нет | да | нет | нет | нет | нет | да |
| Дефекты в виде разрывов (да/нет) | нет | да | нет | нет | нет | нет | нет | да |
Из приведенных данных следует, что максимальные значения показателей формоустойчивости напечатанных слоев из бетонной смеси, предела прочности при изгибе, водопоглощения затвердевших композитов достигаются при содержании в составе бетонной смеси портландцемента – 21,0-24,0 % от общей массы композиции, песка – 60,64-64,20 %, суперпластификатора «MasterRheobuild 183» – 0,21-0,24 %, тонкомолотого пуццоланового компонента – метакаолина – 2,1-2,4 %, полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» – 0,010-0,012 %, воды – 12,480-12,708 %. При введении портландцемента, суперпластификатора «MasterRheobuild 183», тонкомолотого пуццоланового компонента – метакаолина, полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50», в количестве меньше указанных в таблице 1 (состав 4), наблюдается снижение показателей исследуемых свойств по сравнению с заявляемыми пределами. При их введении, в количестве больше указанных в таблице 1 (состав 6), исследуемые свойства композиций, напечатанных на 3D-принтере, снижаются или увеличиваются незначительно. В составах бетонных смесей для послойного экструдирования (3D-печати) (составы 1, 2, 4-7) отсутствуют усадочные трещины, в составах 1, 3-7 отсутствуют дефекты в виде разрывов.
Бетонная смесь для послойного экструдирования (3D-печати), полученная согласно предлагаемому изобретению, обладает пониженным расходом портландцемента и суперпластификатора, повышенной формоустойчивостью и отсутствием дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из бетонной 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 бетонной смеси при обеспечении формуемости на 3D-принтере и физико-механических показателей.
Применение суперпластификатора «MasterRheobuild 183» на основе нафталинсульфонатов в количестве 0,21-0,24 мас.% позволяет сократить количество воды затворения, повысить плотность смеси и физико-механические характеристики затвердевшего композита при одновременном обеспечении оптимальных реотехнологических свойств бетонной смеси для ее послойного экструдирования.
Введение тонкомолотового пуццоланового компонента – метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1200 мг/г позволяет улучшить формуемость бетонной смеси за счет обеспечения связности, однородности и пластичности, что способствует получению затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере, с пониженными усадочными деформациями и отсутствием на них дефектов.
Применение полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» в количестве 0,010-0,012 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 «MasterRheobuild 183» в количестве 0,21-0,24 мас.% , метакаолина со степенью помола не менее 2000 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1200 мг/г в количестве 2,1-2,4 мас.%, полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» в количестве 0,010-0,012 мас.% способствует приданию бетонной смеси оптимальных реотехнологических свойств, повышению формоустойчивости напечатанных слоев из бетонной смеси, физико-механических показателей (повышение предела прочности при изгибе, снижение водопоглощения) затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет получить бетонную смесь для послойного экструдирования (3D-печати), 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, заявл. 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, заявл. 12.06.2018, опубл. 28.08.2020.
3. Патент, RU 2 661 970, 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»., заявл. 31.07.2017, опубл. 23.07.2018, бюл. №21.
4. Патент, RU 2 729 086, 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», заявл. 21.10.2019, опубл. 04.08.2020, бюл. №22.
Claims (2)
- Бетонная смесь для послойного экструдирования с использованием 3-D печати, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что портландцемент содержит трехкальциевый силикат - 68,1 мас.%, трехкальциевый алюминат - 7,2 мас.%, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2 - 2,4 и влажностью 1 - 2%, в качестве суперпластификатора используют «MasterRheobuild 183» на основе нафталинсульфонатов, и дополнительно смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент – метакаолин с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, степенью помола не менее 2000 м2/кг и полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» при следующем содержании компонентов, мас.%:
-
Указанный портландцемент 21,0-24,0 Указанный песок 60,64-64,2 Указанный Суперпластификатор 0,21-0,24 Метакаолин 2,1-2,4 Полифенилэтоксисилоксан «ФЭС-50» 0,010-0,012 Вода 12,480-12,708
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2784503C1 true RU2784503C1 (ru) | 2022-11-28 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116161921A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-05-26 | 华润水泥技术研发有限公司 | 一种用于3d打印的高弹模混凝土材料及其制备方法 |
| CN117245758A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-12-19 | 重庆大学溧阳智慧城市研究院 | 阻抗梯度吸水树脂增强电磁吸波混凝土的制备方法及构件 |
| RU2820762C1 (ru) * | 2023-12-29 | 2024-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Модифицированная гипсоцементно-пуццолановая бетонная смесь для строительной 3D-печати |
Citations (5)
| 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 |
| 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 |
| KR102194848B1 (ko) * | 2019-04-08 | 2020-12-23 | 이민희 | 3차원 프린팅을 이용한 시멘트 구조물 제조방법 |
Patent Citations (5)
| 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 |
| 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 |
| 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 |
|---|
| КАСТОРНЫХ Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы, учебно-справочное пособие, Ростов-на-Дону, Феникс, 2005, с.6-16, 87, 117-130. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116161921A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-05-26 | 华润水泥技术研发有限公司 | 一种用于3d打印的高弹模混凝土材料及其制备方法 |
| CN117245758A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-12-19 | 重庆大学溧阳智慧城市研究院 | 阻抗梯度吸水树脂增强电磁吸波混凝土的制备方法及构件 |
| RU2820762C1 (ru) * | 2023-12-29 | 2024-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Модифицированная гипсоцементно-пуццолановая бетонная смесь для строительной 3D-печати |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2784503C1 (ru) | Бетонная смесь для послойного экструдирования (3d-печати) | |
| RU2780512C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2781201C1 (ru) | Сырьевая смесь для строительной 3d-печати в технологии аддитивного производства | |
| RU2777220C1 (ru) | Бетонная смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2781199C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2775032C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2786198C1 (ru) | Сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2777223C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2777007C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для строительной 3d-печати в технологии аддитивного производства | |
| RU2781203C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2773914C1 (ru) | Строительная сырьевая смесь для 3d-печати | |
| RU2773913C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-печати | |
| RU2781303C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2785161C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3d-печати | |
| RU2781160C1 (ru) | Сырьевая смесь для послойного экструдирования (3d-печати) | |
| RU2780314C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь на основе цемента для 3d-печати | |
| RU2782914C1 (ru) | Сырьевая смесь для строительной 3d-печати | |
| RU2775135C1 (ru) | Бетонная смесь для 3d-печати | |
| RU2784275C1 (ru) | Бетонная смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2775133C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для 3d-печати | |
| RU2778119C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для 3d-печати | |
| RU2780315C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2780276C1 (ru) | Сырьевая смесь на основе цемента для строительной 3d-печати | |
| RU2781163C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства способом экструзии материала | |
| RU2775131C1 (ru) | Бетонная смесь на основе цемента для строительной 3d-печати |