RU2806395C1 - Complex additive for 3d concrete printing in construction - Google Patents
Complex additive for 3d concrete printing in construction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806395C1 RU2806395C1 RU2023113979A RU2023113979A RU2806395C1 RU 2806395 C1 RU2806395 C1 RU 2806395C1 RU 2023113979 A RU2023113979 A RU 2023113979A RU 2023113979 A RU2023113979 A RU 2023113979A RU 2806395 C1 RU2806395 C1 RU 2806395C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additive
- construction
- modifier
- complex additive
- concrete
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в качестве суперпластифицирующей и суперводоредуцирующей добавки к бинарным системам, включающим минеральное вяжущее и полимерное связующее, повышающей трещиностойкость и сокращающей сроки схватывания полимерцементного мелкозернистого бетона, используемого в строительной 3D-печати.The invention relates to building materials and can be used as a superplasticizing and superwater-reducing additive to binary systems, including a mineral binder and a polymer binder, increasing crack resistance and reducing the setting time of polymer-cement fine-grained concrete used in construction 3D printing.
Известна суперпластифицирующая добавка к вяжущим на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров (суперпластификатор СБ-ФФ) [Полуэктова А.А. Регулирование реологических свойств и агрегативной устойчивости водных минеральных суспензий суперпластификатором на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров: дис. канд. тех. наук: 02.00.11 / В.А. Полуэктова. - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова. 2006. 162 с.], синтезированная из мономера фурфурола и мономера флороглюцина с мольным соотношением фурфурол/флороглюцин 0,82. A known superplasticizing additive to binders based on phloroglucinolfurfural oligomers (superplasticizer SB-FF) [Poluektova A.A. Regulation of rheological properties and aggregative stability of aqueous mineral suspensions with a superplasticizer based on phloroglucinfurfural oligomers: dis. Ph.D. those. Sciences: 02.00.11 / V.A. Poluektova. - Belgorod: BSTU named after. V.G. Shukhova. 2006. 162 pp.], synthesized from furfural monomer and phloroglucinol monomer with a furfural/phloroglucinol molar ratio of 0.82.
Недостатком данного технического решения является снижение пластифицирующей способности добавки в полимерцементных смесях и увеличение сроков схватывания, что недопустимо для материалов строительной 3D-печати с помощью аддитивных технологий и недостаточное повышение трещиностойкости строительного раствора и бетона, за счет того, что эта добавка направлена на пластификацию строительного раствора или бетона, а небольшое повышение трещиностойкости происходит лишь за счет уплотнения растворной или бетонной смеси и уменьшения дефектности структуры камня на микроуровне. The disadvantage of this technical solution is a decrease in the plasticizing ability of the additive in polymer-cement mixtures and an increase in setting time, which is unacceptable for building 3D printing materials using additive technologies and an insufficient increase in the crack resistance of mortar and concrete, due to the fact that this additive is aimed at plasticizing the mortar or concrete, and a slight increase in crack resistance occurs only due to compaction of the mortar or concrete mixture and a decrease in the defectiveness of the stone structure at the micro level.
Аналогом заявленного изобретения является наноразмерный модификатор для цементных композитов, адаптированных к технологии строительной 3D-печати [RU, № 2 767 643, бюл. № С1, опубл. 18.03.2022], следующего состава: частицы SiO2 - суперпластификатор (с содержанием наноразмерных частиц SiO2 и суперпластификатора 0,005-0,01% и 0,2-0,8% соответственно в расчете от массы цемента). Наномодифицирующая добавка на основе наночастиц SiO2, полученная по схожей методике, отличающаяся тем, что в качестве пластифицирующей и водоредуцирующей добавки использован суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров, а для повышения устойчивости цементного композита к трещинообразованию дополнительно введена полипропиленовая фибра. An analogue of the claimed invention is a nano-sized modifier for cement composites adapted to the technology of construction 3D printing [RU, No. 2 767 643, bul. No. C1, publ. 03/18/2022], the following composition: SiO 2 particles - superplasticizer (with a content of nano-sized SiO 2 particles and superplasticizer 0.005-0.01% and 0.2-0.8%, respectively, based on the mass of cement). A nanomodifying additive based on SiO 2 nanoparticles, obtained using a similar method, characterized in that a superplasticizer based on polycarboxylate ethers is used as a plasticizing and water-reducing additive, and polypropylene fiber is additionally introduced to increase the resistance of the cement composite to cracking.
Недостатком данного технического решения аналога являются низкая пластифицирующая и водоредуцирующая способности модификатора в бинарных (полимерцементных) смесях и низкая трещиностойкость композита.The disadvantage of this analogue technical solution is the low plasticizing and water-reducing ability of the modifier in binary (polymer-cement) mixtures and the low crack resistance of the composite.
Аналогом заявленного изобретения является комплексная добавка к вяжущим [RU, № 2 277 517, бюл. № С1, опубл. 10.06.2006], содержащая суперпластификатор С-3 и гидроксид магния Mg(OH)2, при следующем весовом соотношении компонентов, мас.%: Mg(OH)2 45-55; С-3 45-55. An analogue of the claimed invention is a complex additive to binders [RU, No. 2 277 517, Bulletin. No. C1, publ. 06/10/2006], containing superplasticizer C-3 and magnesium hydroxide Mg(OH) 2 , with the following weight ratio of components, wt.%: Mg(OH) 2 45-55; S-3 45-55.
Недостатком технического решения аналога является низкая пластифицирующая и водоредуцирующая способность добавки в цементных и полимерцементных смесях и увеличение сроков схватывания, что недопустимо для материалов строительной 3D-печати с помощью аддитивных технологий.The disadvantage of the technical solution of the analogue is the low plasticizing and water-reducing ability of the additive in cement and polymer-cement mixtures and the increase in setting time, which is unacceptable for materials for construction 3D printing using additive technologies.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату, принятой за прототип, является суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров для полимерминеральных композитов (модификатор FF) [Полуэктова В.А. Закономерности поверхностных явлений и модифицирования полимерминеральных дисперсий для аддитивных технологий: дис. д-р. тех. наук: 1.4.10 / В.А. Полуэктова. - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова. 2021. 517 с.] и [RU, 2 662 838, бюл. № C1, опубл. 31.07.2018], синтезированная из мономера фурфурола и мономера флороглюцина с мольным соотношением фурфурол/флороглюцин 1,07.The closest to the invention in terms of technical essence and achieved technical result, adopted as a prototype, is a superplasticizing and superwater-reducing additive based on phloroglucinolfurfural oligomers for polymer-mineral composites (FF modifier) [Poluektova V.A. Regularities of surface phenomena and modification of polymer-mineral dispersions for additive technologies: dis. dr. those. Sciences: 1.4.10 / V.A. Poluektova. - Belgorod: BSTU named after. V.G. Shukhova. 2021. 517 p.] and [RU, 2 662 838, bulletin. No. C1, publ. 07/31/2018], synthesized from furfural monomer and phloroglucinol monomer with a furfural/phloroglucinol molar ratio of 1.07.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: синтез из мономера фурфурола и мономера флороглюцина с мольным соотношением фурфурол/флороглюцин 1,07.The following set of features of the prototype coincides with the essential features of the invention: synthesis from furfural monomer and phloroglucinol monomer with a furfural/phloroglucinol molar ratio of 1.07.
Недостатком технического решения прототипа является недостаточное повышение трещиностойкости полимерцементных смесей и мелкозернистых бетонов, за счет того, что повышение трещиностойкости происходит всего лишь за счет уплотнения смеси и уменьшения дефектности структуры полимерцементного камня на микроуровне.The disadvantage of the technical solution of the prototype is the insufficient increase in crack resistance of polymer-cement mixtures and fine-grained concrete, due to the fact that the increase in crack resistance occurs only due to compaction of the mixture and a decrease in the defectiveness of the structure of the polymer-cement stone at the micro level.
Заявляемое изобретение направлено на расширение арсенала технических средств за счет получения комплексной добавки для строительной 3D-печати с требуемыми свойствами: высокая трещиностойкость, сокращенные сроки схватывания, низкие значения усадочных деформаций, высокие значения прочности при растяжении.The claimed invention is aimed at expanding the arsenal of technical means by obtaining a complex additive for construction 3D printing with the required properties: high crack resistance, shortened setting times, low values of shrinkage deformations, high values of tensile strength.
Это достигается тем, что комплексная добавка для бетонов строительной 3D-печати содержит флороглюцинфурфурольный модификатор FF и дополнительно наноразмерные частицы диоксида кремния SiO2, при следующем весовом соотношении компонентов, мас.%: флороглюцинфурфурольный модификатор FF – 69-71; наноразмерные частицы SiO2 – 29-31. This is achieved by the fact that the complex additive for construction 3D printing concrete contains the phloroglucinolfurfural modifier FF and additionally nano-sized particles of silicon dioxide SiO 2 , with the following weight ratio of the components, wt.%: phloroglucinolfurfural modifier FF – 69-71; nano-sized particles of SiO 2 – 29-31.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая комплексная добавка для бетонов строительной 3D-печати, содержащая флороглюцинфурфурольный модификатор FF, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит наноразмерные частицы диоксида кремния SiO2, Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения «новизна».A comparative analysis with the prototype shows that the claimed complex additive for concrete construction 3D printing, containing phloroglucinolfurfural modifier FF, characterized in that it additionally contains nano-sized particles of silicon dioxide SiO 2. Thus, the claimed solution meets the criterion of the invention “novelty”.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области технике не подтвердило наличие в последние признаки, совпадающих с его отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other known technical solutions in this field of technology did not confirm the presence in the latter of features that coincide with its distinctive features, or features that affect the achievement of the specified technical result. This allowed us to conclude that the invention met the “inventive step” criterion.
Характеристика исходных компонентовCharacteristics of the initial components
Флороглюцинфурфурольный модификатор FF, синтезированный по методике, описанной в диссертации [Полуэктова В.А. Закономерности поверхностных явлений и модифицирования полимерминеральных дисперсий для аддитивных технологий: дис. д-р. тех. наук: 1.4.10 / В.А. Полуэктова. - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова. 2021. 517 с.], в виде 20%-ного водного раствора с молекулярной массой флороглюцинфурфурольных олигомеров 1000-1200.Phloroglucinfurfural modifier FF, synthesized according to the method described in the dissertation [V.A. Poluektova. Regularities of surface phenomena and modification of polymer-mineral dispersions for additive technologies: dis. dr. those. Sciences: 1.4.10 / V.A. Poluektova. - Belgorod: BSTU named after. V.G. Shukhova. 2021. 517 p.], in the form of a 20% aqueous solution with a molecular weight of phloroglucinfurfural oligomers of 1000-1200.
В качестве наноразмерных частиц используют частицы диоксида кремния SiO2 с размером 5-10 нм, синтезированных по методике, описанной в монографии [Артамонова О.В. Синтез наномодифицирующих добавок для технологии строительных композитов: монография / О.В. Артамонова; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2016. – 100 с.], в виде 0,5 %-ного водного раствора.As nano-sized particles, silicon dioxide particles SiO 2 with a size of 5-10 nm are used, synthesized according to the method described in the monograph [Artamonova O.V. Synthesis of nanomodifying additives for the technology of building composites: monograph / O.V. Artamonova; Voronezh State Autonomous University. – Voronezh, 2016. – 100 p.], in the form of a 0.5% aqueous solution.
Комплексную добавку для полимерцементного мелкозернистого бетона, готовят следующим образом: в 0,5 %-ный водный раствор наноразмерных частиц диоксида кремния SiO2 плавно вносят 20 %-ный водный раствора флороглюцинфурфурольного модификатора FF и тщательно перемешивают не менее 5 минут.A complex additive for polymer-cement fine-grained concrete is prepared as follows: a 20% aqueous solution of phloroglucinfurfural modifier FF is gradually added to a 0.5% aqueous solution of nano-sized particles of silicon dioxide SiO 2 and mixed thoroughly for at least 5 minutes.
Флороглюцинфурфурольный модификатор FF обладает высокой пластифицирующей и водоредуцирующей способностью в мелкозернистых полимерцементных смесях, что позволяет снизить водоцементное отношение до значений В/Ц=0,3-0,33 и получить пластичность и пластическую прочность раствора требуемую для аддитивных технологий.The phloroglucinfurfural modifier FF has a high plasticizing and water-reducing ability in fine-grained polymer-cement mixtures, which makes it possible to reduce the water-cement ratio to W/C values = 0.3-0.33 and obtain the plasticity and plastic strength of the solution required for additive technologies.
Вступая в химические реакции SiO2, способствует формированию кристаллических сростков низкоосновных гидросиликатов кальция вместо первичных кристаллогидратов типа портландита и высокоосновных гидросиликатов кальция, что способствует увеличению плотности и прочности за счет заполнения структуры кристаллическими сростками.By entering into chemical reactions, SiO 2 promotes the formation of crystalline intergrowths of low-basic calcium hydrosilicates instead of primary crystalline hydrates such as portlandite and highly basic calcium hydrosilicates, which helps to increase density and strength by filling the structure with crystalline intergrowths.
Применение комплексной добавки для бетонов строительной 3D-печати в рецептуре полимерцементного мелкозернистого бетона обеспечивает получение суммарного эффекта, который проявляется в повышенном уплотнении и упрочнении конденсационно-кристаллизационной структуры цементного камня, результатом чего является повышение трещиностойкости и сокращение сроков схватывания.The use of a complex additive for construction 3D-printed concrete in the formulation of polymer-cement fine-grained concrete provides a total effect, which is manifested in increased compaction and strengthening of the condensation-crystallization structure of the cement stone, resulting in increased crack resistance and reduced setting time.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Предлагаемую комплексную добавку для бетонов строительной 3D-печати вводят в рецептуру полимерцементного мелкозернистого бетона следующим образом.The proposed complex additive for 3D-printed construction concrete is introduced into the formulation of polymer-cement fine-grained concrete as follows.
В воду затворения для цементо-песчаной смеси добавляется комплексная добавка из расчета 0,25 по сухому веществу в мас.% на 100 мас.% вяжущего, содержащая в соотношениях мас.%: модификатор FF – 69-71; наноразмерные частицы SiO2 – 29-31. A complex additive is added to the mixing water for a cement-sand mixture at the rate of 0.25 dry matter in wt.% per 100 wt.% of binder, containing in the proportions wt.%: FF modifier - 69-71; nano-sized particles of SiO 2 – 29-31.
Испытания образцов проводят в соответствии с ГОСТ 5802-86 "Растворы строительные. Методы испытаний".Testing of samples is carried out in accordance with GOST 5802-86 "Building mortars. Test methods".
Различные составы комплексной добавки для бетонов строительной 3D-печати, показавшие лучшие результаты исследований по трещиностойкости и срокам схватывания представлены в таблице 1. Для оценки трещиностойкости определяли величину усадки раствора и его прочность при растяжении. Various compositions of complex additives for 3D-printed construction concrete, which showed the best research results on crack resistance and setting times, are presented in Table 1. To assess crack resistance, the amount of shrinkage of the solution and its tensile strength were determined.
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что комплексная добавка для бетонов строительной 3D-печати снижает усадку на 52%, повышает прочность при растяжении на 13-16%, сокращает сроки схватывания в 2 раза (начало – на 46%, а конец – на 52%).Based on the data obtained, we can conclude that the complex additive for 3D-printed construction concrete reduces shrinkage by 52%, increases tensile strength by 13-16%, and reduces setting time by 2 times (the beginning - by 46%, and the end - by 52%).
Таблица 1Table 1
Составы комплексной добавки для строительной 3D-печатиCompositions of a complex additive for construction 3D printing
Наноразмерные частицы SiO2 FF modifier
Nano-sized particles of SiO 2
3169
31
Наноразмерные частицы SiO2 FF modifier
Nano-sized particles of SiO 2
3070
thirty
Наноразмерные частицы SiO2 FF modifier
Nano-sized particles of SiO 2
2971
29
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое обеспечивает повышение гидратационной активности вяжущего как основного компонента полимерцементного мелкозернистого бетона и формирование более плотной мелкокристаллической конденсационно-кристаллизационной структуры за счет появления новых наноразмерных центров кристаллизации, агрегации которых препятствует модификатор FF, при введении в рецептуру бетона разработанного состава комплексной добавки для бетонов строительной 3D-печати.The claimed set of essential features exhibits a new property, which ensures an increase in the hydration activity of the binder as the main component of polymer-cement fine-grained concrete and the formation of a denser fine-crystalline condensation-crystallization structure due to the appearance of new nano-sized crystallization centers, the aggregation of which is prevented by the FF modifier, when the developed composition is introduced into the concrete formulation complex additive for concrete construction 3D printing.
Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что компоненты, входящие в состав комплексной добавки для бетонов строительной 3D-печати, в указанных количествах в совокупности обеспечивают высокую трещиностойкость, низкие значения усадочных деформаций, высокие значения прочности при растяжении и сокращение сроков схватывания полимерцементного мелкозернистого бетона, используемого в строительной 3D-печати.The technical result achieved by implementing the invention is that the components included in the complex additive for concrete for construction 3D printing, in the specified quantities, together provide high crack resistance, low values of shrinkage deformations, high values of tensile strength and a reduction in the setting time of fine-grained polymer cement concrete used in construction 3D printing.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806395C1 true RU2806395C1 (en) | 2023-10-31 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104310918B (en) * | 2014-10-20 | 2016-02-03 | 中国建筑股份有限公司 | For the cement-base composite material and its production and use of 3D printing technique |
| RU2661970C1 (en) * | 2017-07-31 | 2018-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Modified polymer-cement composite material for 3d printing |
| RU2662838C1 (en) * | 2017-07-31 | 2018-07-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Modified polymer-cement composite material for 3d printing |
| CN107500687B (en) * | 2017-10-19 | 2020-03-06 | 万玉君 | High-ductility fiber reinforced cement-based composite material for 3D printing and preparation method thereof |
| RU2767643C1 (en) * | 2021-08-20 | 2022-03-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Nano-modified cement composite for construction 3d printing |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104310918B (en) * | 2014-10-20 | 2016-02-03 | 中国建筑股份有限公司 | For the cement-base composite material and its production and use of 3D printing technique |
| RU2661970C1 (en) * | 2017-07-31 | 2018-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Modified polymer-cement composite material for 3d printing |
| RU2662838C1 (en) * | 2017-07-31 | 2018-07-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Modified polymer-cement composite material for 3d printing |
| CN107500687B (en) * | 2017-10-19 | 2020-03-06 | 万玉君 | High-ductility fiber reinforced cement-based composite material for 3D printing and preparation method thereof |
| RU2767643C1 (en) * | 2021-08-20 | 2022-03-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Nano-modified cement composite for construction 3d printing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПОЛУЭКТОВА В.А. Регулирование реологических свойств и агрегативной устойчивости водных минеральных суспензий суперпластификатором на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров. Автореферат. Белгород, 2006. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2251472T3 (en) | COMPOSITION AND METHOD TO PREPARE A CONCRETE COMPOSITION. | |
| US7621995B2 (en) | Concrete mixtures having high flowability | |
| RU2357940C2 (en) | Concrete mix | |
| CN108751784B (en) | Special reinforcing agent for premixed pervious concrete and preparation method thereof | |
| RU2806395C1 (en) | Complex additive for 3d concrete printing in construction | |
| KR100548172B1 (en) | A multi-functional admixture for a concrete structure | |
| RU2291846C1 (en) | Fibro-cement compound for production of composite material | |
| JPH01131041A (en) | Cement additive | |
| RU2392253C1 (en) | Mixture for aerated concrete | |
| RU2781163C1 (en) | Raw material mixture for additive construction production by material extrusion | |
| RU2781303C1 (en) | Modified construction mix for 3d printer | |
| RU2821877C1 (en) | Gypsum-cement-pozzolanic construction mixture for 3d printing | |
| RU2821491C1 (en) | Modified gypsum-cement-pozzolanic crude mixture for 3d printing | |
| RU2820797C1 (en) | Gypsum-cement-pozzolanic construction mixture for 3d printing | |
| RU2823956C1 (en) | Gypsum-cement-pozzolanic construction mixture for additive production | |
| RU2777224C1 (en) | Concrete mix for construction 3d printing | |
| RU2777888C1 (en) | Modified building mixture for a 3d printer implementing the layered extrusion method | |
| RU2781588C1 (en) | High strength concrete | |
| RU2777886C1 (en) | Modified building mixture for 3d printing | |
| RU2820804C1 (en) | Gypsum-cement-pozzolanic concrete mixture for extrusion on 3d printer | |
| RU2820763C1 (en) | Modified gypsum-cement-pozzolanic construction mixture for 3d printing | |
| RU2775131C1 (en) | Cement-based concrete mixture for construction 3d printing | |
| RU2820798C1 (en) | Gypsum-cement-pozzolanic crude mixture for additive construction | |
| RU2820808C1 (en) | Construction mixture based on gypsum-cement-pozzolanic binder for 3d printing | |
| RU2821072C1 (en) | Concrete mixture based on gypsum-cement-pozzolanic binder for construction 3d printing |