RU2820806C1 - Гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-принтера - Google Patents
Гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-принтера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820806C1 RU2820806C1 RU2023136034A RU2023136034A RU2820806C1 RU 2820806 C1 RU2820806 C1 RU 2820806C1 RU 2023136034 A RU2023136034 A RU 2023136034A RU 2023136034 A RU2023136034 A RU 2023136034A RU 2820806 C1 RU2820806 C1 RU 2820806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- cement
- gypsum
- portland cement
- construction
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000010276 construction Methods 0.000 title abstract description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 7
- HIEHAIZHJZLEPQ-UHFFFAOYSA-M sodium;naphthalene-1-sulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC=C2C(S(=O)(=O)[O-])=CC=CC2=C1 HIEHAIZHJZLEPQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 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
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 17
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 14
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 29
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 12
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 5
- ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J calcium sulfate hemihydrate Chemical compound O.[Ca+2].[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J 0.000 abstract 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 11
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 9
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 3
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 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
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 239000011414 polymer cement Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 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 2
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 2
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 2
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 2
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 2
- 239000000230 xanthan gum Substances 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
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 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
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 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
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 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
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- PSZYNBSKGUBXEH-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1-sulfonic acid Chemical class C1=CC=C2C(S(=O)(=O)O)=CC=CC2=C1 PSZYNBSKGUBXEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001843 polymethylhydrosiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 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
- 238000007655 standard test method Methods 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
- 230000035899 viability Effects 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 послойной экструзии (3D-печати) сырьевой смеси. Гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-принтера включает, мас.%: портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 63,0, трехкальциевый алюминат 6,1, 5,59, полуводный гипс 16,7, кварцевый песок с модулем крупности 3 и влажностью 1-3% 54,7-55,8, суперпластификатор на основе нафталинсульфоната натрия «MasterRheobuild 183» 0,06-0,07, регулятор сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ» 0,05, диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг 5,59, гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» 0,006-0,007, воду - остальное. Технический результат - снижение расхода портландцемента в смеси, повышение формоустойчивости, сопротивлению пенетрации, предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере, снижение средней плотности композитов при обеспечении их водостойкости. 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 послойной экструзии (3D-печати) сырьевой смеси на основе портландцемента, полуводного гипса, песка, тонкомолотого пуццоланового компонента, суперпластификатора, регулятора сроков схватывания и твердения, гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов и воды.
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; повышенный расход портландцемента, приводящий к увеличению стоимости.
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.
Известна гипсоцементно-пуццолановая композиция, включающая, мас.%: портландцемент 53,5-53,8, полуводный гипс 14,0-14,14, пуццолановая добавка – метакаолин 1,3-1,44, модифицирующая добавку 2,6-3,0, содержащая, мас.%: карбоксилатный полиэфир «Ethacryl™ HF» – 76,7-77,1, регулятор сроков схватывания и твердения «Бест-ТБ» – 17,7-18,1, полиметилгидросилоксан – 5-5,4; вода (остальное) [4]. Недостатками данного изобретения являются высокая стоимость, повышенный расход портландцемента, вызванные отсутствием заполнителя в составе композиции, непригодность данной композиции для технологии аддитивного производства методом послойной экструзии (3D-печати) ввиду ее самоуплотняющейся способности, приводящей к отсутствию формоустойчивости, наличия ускоренных сроков начала и конца схватывания – 18-23 мин, вызывающие сокращение жизнеспособности смеси.
Известна 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 [5]. 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), 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.).
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является сырьевая смесь для аддитивного строительного производства, включающая, мас.%: портландцемент – 21,0-24,0, кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2 % – 61,44-64,93, тонкомолотый пуццолановый компонент – метакаолин с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, степенью помола не менее 2000 м2/кг – 2,1-2,4, суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров «MasterGlenium 430» – 0,21-0,24, эфир полисилоксана «MasterPel 793» – 0,010-0,012, вода – 11,750-11,908 [6]. Недостатками данного изобретения являются высокая стоимость, вызванная повышенным расходом портландцемента, высокая средняя плотность композитов, приводящая к утяжелению формуемых конструкций, невысокая формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой смеси.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение расхода портландцемента, повышение формоустойчивости, сопротивлению пенетрации, предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере, снижение средней плотности композитов при обеспечении их водостойкости.
Техническим результатом предлагаемого решения является снижение расхода портландцемента, повышение формоустойчивости, сопротивлению пенетрации, предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере, снижение средней плотности композитов при обеспечении их водостойкости.
Поставленная задача достигается тем, что гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-принтера, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор на основе нафталинсульфоната натрия «MasterRheobuild 183», воду, тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг, отличается тем, что используют портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 63,0, трехкальциевый алюминат 6,1, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 3 и влажностью 1-3%, и дополнительно она содержит полуводный гипс, регулятор сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ» и гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Указанный портландцемент Полуводный гипс Указанный песок Суперпластификатор «MasterRheobuild 183» Регулятор сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ» Указанный тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит Гомогенная смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» Вода |
5,59 16,7 54,7-55,8 0,06-0,07 0,05 5,59 0,006-0,007 остальное |
Для изготовления сырьевой смеси для аддитивного строительного производства использовали следующие материалы:
Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н производства ООО «Сухоложскцемент» (ГОСТ 31108-2020) со следующим минералогическим составом: С3S – 63,0 %, С2S – 14,6 %, С3А – 6,1 %, С4AF – 10,4 %;
Полуводный гипс марки Г6БII производства ООО «Аракчинский гипс» (ГОСТ 125-2018);
Кварцевый песок Камско-Устьинского месторождения Республики Татарстан с модулем крупности 3, влажностью 2,5 % (ГОСТ 8736-2014);
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;
Регулятор сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ» производства ООО «Инновационные Технологии». «БЕСТ-ТБ» относится к суперпластификаторам первой группы и представляет собой сополимер на основе эфиров карбоновых кислот с добавлением фосфатного компонента темно-коричневого цвета с плотностью (при 20°C) 1,24 г/см3, массовая доля сухого вещества 20-30 %;
Тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг (СТО 23998461-020-2018). Для приготовления образцов использовали диатомит с гидравлической активностью 1553,7 мг/г, степенью помола 1443 м2/кг;
Гомогенная смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» производства ПАО «Химпром», представляющий собой бесцветную жидкость плотностью 1,04-1,07 г/см3 при 20°C, pH = 9,5;
Водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-2011.
Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом: в работающий смеситель загружают заранее отдозированные сухие компоненты сырьевой смеси, образующие гипсоцементно-пуццолановое вяжущее – портландцемент, полуводный гипс, диатомит и производят их перемешивание до получения однородной массы. Затем в работающий смеситель загружают заранее отдозированный кварцевый песок и перемешивают до получения однородной массы. Затем производят дозирование по массе воды, суперпластификатора «MasterRheobuild 183», регулятора сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ», гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40», 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 послойной экструзии (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.
Сопротивление пенетрации сырьевой смеси определяли в соответствии с требованиями ASTM C403 “Standard Test Method for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance” по сопротивлению сырьевой смеси к проникновению плунжера карманного пенетрометра С194 диаметром поперечного сечения 6,35 мм на 150 мин после начала ее экструзии на строительном 3D-принтере.
Водостойкость затвердевших композитов оценивали по коэффициенту размягчения, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в водонасыщенном состоянии, к пределу прочности сухого материала. Образцы считаются водостойкими при достижении коэффициента размягчения 0,8 и выше.
Также были проведены испытания образцов по прототипу с использованием портландцемента ЦЕМ I 42,5Н по ГОСТ 31108-2020, песка с модулем крупности 2,3 влажностью 1,5% по ГОСТ 8736-2014, суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров «MasterGlenium 430», тонкомолотого пуццоланового компонента – метакаолина, эфира полисилоксана «MasterPel 793», 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. Среднюю плотность затвердевшего композита определяли по ГОСТ 12730.1-2020 «Бетоны. Методы определения плотности». 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.
Составы сырьевых смесей для аддитивного строительного производства приведены в таблице 1, физико-механические показатели для составов приведены в таблице 2.
Таблица 1
| Компоненты | Составы сырьевых смесей для аддитивного строительного производства, мас.%: | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 (прототип) | |
| Портландцемент | 5,2 | 5,59 | 5,59 | 6,5 | 22,5 |
| Полуводный гипс | 17,2 | 16,7 | 16,7 | 16,0 | |
| Песок | 54,0 | 54,7 | 55,8 | 56,0 | 63,18 |
| Суперпластификатор «MasterGlenium 430» | 0,23 | ||||
| Суперпластификатор «MasterRheobuild 183» | 0,04 | 0,06 | 0,07 | 0,11 | |
| Регулятор сроков схватывания и твердения «БЕСТ-ТБ» | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,07 | |
| Метакаолин | 2,25 | ||||
| Диатомит | 5,1 | 5,59 | 5,59 | 7,22 | |
| Гомогенная смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» | 0,002 | 0,007 | 0,006 | 0,008 | |
| Эфир полисилоксана «MasterPel 793» | 0,011 | ||||
| Вода | 18,418 | 17,303 | 16,194 | 14,092 | 11,829 |
Таблица 2
| Свойства | Физико-механические показатели для составов | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 (прототип) | |
| Формоустойчивость напечатанных слоев из сырьевой смеси (высота изделия, полученная при 3D-печати без технологических перерывов), см | 14 | 25 | 23 | 7 | 20 |
| Сопротивление пенетрации на 150 минуту твердения, кПа | 4400 | 3850 | 3770 | 3600 | 330 |
| Средняя плотность композита, кг/м3 | 1900 | 1920 | 1920 | 1930 | 2080 |
| Предел прочности при изгибе на 28 сут, МПа | 6,5 | 8,2 | 8,1 | 7,5 | 6,5 |
| Водостойкость | Нет | Да | Да | Да | Да |
Из приведенных данных следует, что максимальные значения показателей формоустойчивости напечатанных слоев из сырьевой смеси, предела прочности при изгибе затвердевших композитов, достигаются при содержании в составе сырьевой смеси портландцемента – 5,59 % от общей массы композиции, полуводного гипса – 16,7 %, песка – 54,7-55,8 %, суперпластификатора «MasterRheobuild 183» – 0,06-0,07 %, регулятора сроков схватывания и твердения «БЕСТ-ТБ» – 0,05 %, тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита – 5,59 %, гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» – 0,006-0,007 %. При введении портландцемента, песка, суперпластификатора «MasterRheobuild 183», регулятора сроков схватывания и твердения «БЕСТ-ТБ», тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита, гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40», в количестве меньше указанных в таблице 1 (состав 1), наблюдается снижение показателей формоустойчивости напечатанных слоев из сырьевой смеси, предела прочности при изгибе, повышение сопротивления пенетрации на 150 минуту твердения, средней плотности затвердевших композитов и не обеспечивается их водостойкость. При их введении, в количестве больше указанных в таблице 1 (состав 4), показатели формоустойчивости напечатанных слоев из сырьевой смеси, сопротивление пенетрации на 150 минуту твердения, предел прочности при изгибе снижаются, средняя плотность композитов, напечатанных на 3D-принтере, увеличивается.
Гипсоцементно-пуццолановая сырьевая смесь для аддитивного строительного производства, полученная согласно предлагаемому изобретению, обладает пониженным расходом портландцемента, повышенными формоустойчивостью, сопротивлением пенетрации на 150 минуту твердения, пределом прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере, низкой средней плотностью композитов при обеспечении их водостойкости.
Применение гипсоцементно-пуццоланового вяжущего позволяет снизить расход портландцемента в сырьевой смеси, среднюю плотность композитов, напечатанных на 3D-принтере, увеличить сопротивление пенетрации на 150 минуту твердения.
Применение крупного песка с модулем крупности 3 в сочетании с гипсоцементно-пуццолановым вяжущим, суперпластификатором на основе нафталинсульфоната натрия «MasterRheobuild 183», регулятором сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ» и гомогенной смесью олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» позволяет повысить предел прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере при обеспечении их водостойкости.
Применение суперпластификатора «MasterRheobuild 183» на основе нафталинсульфоната натрия в количестве 0,06-0,07 мас.%, кварцевого песка с модулем крупности 3 и влажностью 1-3 % в количестве 54,7-55,8 мас.% позволяет сократить количество воды затворения, повысить физико-механические характеристики затвердевшего композита при одновременном обеспечении повышенной формоустойчивости сырьевой смеси.
Введение тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1500 мг/г позволяет улучшить формуемость сырьевой смеси за счет обеспечения связности, однородности и пластичности, снизить концентрацию гидроксида кальция в системе, тем самым оказывать благоприятные условия для формирования устойчивых структур при совместных гидратации и твердении гипсового и цементного вяжущих.
Применение полуводного гипса в количестве 16,7 мас.% приводит к ускорению процессов структурообразования смешанного вяжущего, обеспечивая тем самым повышенное сопротивление пенетрации на 150 минуту твердения.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет получить гипсоцементно-пуццолановую строительную смесь для 3D-принтера с пониженным расходом портландцемента, обладающую высокой формоустойчивостью, и изделия на ее основе с повышенными прочностными характеристиками при изгибе и невысокой средней плотностью при обеспечении их водостойкости.
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 2551179, C04B 11/30, Гипсоцементно-пуццолановая композиция, Изотов В.С., Мухаметрахимов Р.Х., Каримов Р.Ф., Галаутдинов А.Р., Тагирова Ю.В., патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», заяв. 14.02.2014, опубл. 20.05.2015, бюл. № 14.
5. Патент, RU 2729086, С04В 28/04, Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати, Славчева Г.С., Артамонова 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.
6. Патент RU 2781203, C04B 28/04, C04B 111/20, B33Y 70/00, Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства, Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В., Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», заяв. 30.12.2021, опубл. 07.10.2022, бюл. № 28.
Claims (2)
- Гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-принтера, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор, воду, тонкомолотый пуццолановый компонент, отличающаяся тем, что используют портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 63,0, трехкальциевый алюминат 6,1, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 3 и влажностью 1-3%, в качестве суперпластификатора используют суперпластификатор на основе нафталинсульфоната натрия «MasterRheobuild 183», в качестве тонкомолотого пуццоланового компонента используют диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг и дополнительно она содержит полуводный гипс, регулятор сроков схватывания и твердения – «БЕСТ-ТБ» и гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» при следующем содержании компонентов, мас.%:
-
Указанный портландцемент 5,59 Полуводный гипс 16,7 Указанный песок 54,7-55,8 Суперпластификатор «MasterRheobuild 183» 0,06-0,07 Регулятор сроков схватывания и твердения «БЕСТ-ТБ» 0,05 Указанный тонкомолотый пуццолановый компонент диатомит 5,59 Гомогенная смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» 0,006-0,007 Вода остальное
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820806C1 true RU2820806C1 (ru) | 2024-06-10 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551179C1 (ru) * | 2014-02-14 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Гипсоцементно-пуццолановая композиция |
| RU2619617C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ" | Композиция для изготовления гипсоволокнистых плит |
| WO2021152169A1 (en) * | 2020-02-01 | 2021-08-05 | Celanese Switzerland Ag | Cementitious composition additive for machine application |
| RU2777224C1 (ru) * | 2021-12-30 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Бетонная смесь для строительной 3d-печати |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551179C1 (ru) * | 2014-02-14 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | Гипсоцементно-пуццолановая композиция |
| RU2619617C1 (ru) * | 2016-04-08 | 2017-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ" | Композиция для изготовления гипсоволокнистых плит |
| WO2021152169A1 (en) * | 2020-02-01 | 2021-08-05 | Celanese Switzerland Ag | Cementitious composition additive for machine application |
| RU2777224C1 (ru) * | 2021-12-30 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Бетонная смесь для строительной 3d-печати |
| RU2781199C1 (ru) * | 2021-12-30 | 2022-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Модифицированная сырьевая смесь для строительной 3d-печати |
| RU2781203C1 (ru) * | 2021-12-30 | 2022-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства |
| RU2787245C1 (ru) * | 2022-02-17 | 2022-12-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Композиция для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sakthieswaran et al. | Effect of superplasticizers on the properties of latex modified gypsum plaster | |
| US10640424B2 (en) | Castable material based on cementitious binder with shrinkage resistance | |
| RU2820806C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-принтера | |
| RU2820808C1 (ru) | Строительная смесь на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего для 3D-печати | |
| RU2820763C1 (ru) | Модифицированная гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-печати | |
| RU2820765C1 (ru) | Сырьевая смесь на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего для строительной 3D-печати | |
| RU2820798C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая сырьевая смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2820804C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая бетонная смесь для экструзии на 3D-принтере | |
| RU2820797C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая строительная смесь для 3D-печати | |
| RU2820801C1 (ru) | Модифицированная гипсоцементно-пуццолановая сырьевая смесь для экструзии на 3D-принтере | |
| RU2820760C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая бетонная смесь для 3D-печати | |
| RU2820800C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая модифицированная строительная смесь для 3D-принтера | |
| RU2820762C1 (ru) | Модифицированная гипсоцементно-пуццолановая бетонная смесь для строительной 3D-печати | |
| RU2817928C1 (ru) | Гипсоцементно-пуццолановая модифицированная бетонная смесь для экструзии на 3D-принтере | |
| 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 | |
| RU2781160C1 (ru) | Сырьевая смесь для послойного экструдирования (3d-печати) | |
| RU2773913C1 (ru) | Строительная смесь для 3d-печати | |
| RU2773914C1 (ru) | Строительная сырьевая смесь для 3d-печати | |
| RU2775133C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для 3d-печати | |
| RU2781303C1 (ru) | Модифицированная строительная смесь для 3d-принтера | |
| RU2777223C1 (ru) | Модифицированная сырьевая смесь для экструзии на 3d-принтере | |
| RU2781203C1 (ru) | Сырьевая смесь для аддитивного строительного производства | |
| RU2775032C1 (ru) | Модифицированная бетонная смесь для строительной 3d-печати |