[发明专利]一种低收缩3D打印砂浆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低收缩3D打印砂浆及其制备方法，属于建筑材料的技术领域。上述低收缩3D打印砂浆，按重量份计包括以下组分：硅酸盐水泥70~90份、硫铝酸盐水泥1~20份、矿物超细粉1~20份、机制砂90~140份、纤维0.1~0.8份、膨胀剂1~20份、减水剂0.1~1份、速凝剂0.1~2份、早强剂0.1~1份、消泡剂0.1~1份和水20~30份。该3D打印砂浆减小了由于3D打印建筑技术的特殊性所造成的无法对材料进行振捣夯实所引起的收缩变形，具有凝结时间可控、可挤出性能良好和力学性能良好。本发明还公开了低收缩3D打印砂浆的制备方法，该制备方法使砂浆混合更均匀，性能更稳定。

技术领域

本发明涉及建筑材料的技术领域，特别涉及一种低收缩3D打印砂浆及其制备方法。

背景技术

根据美国材料与试验协会打印技术委员会公布的定义，3D打印是一种与减材制造和等材制造等传统的制造技术迥然不同的，以模型的三维数据为基础，通过打印机喷嘴挤出材料，逐层打印增加材料来生成3D实体的技术，因此又称为添加制造。目前，轮廓工艺、D-Shape、打印砂浆作为三大增材制造工艺在公共领域尤其在建筑领域具有很好的前景，并且通过这样的方式来“打印”建筑，给设计师们带来了无尽的设计空间。与传统的施工技术相比，3D打印建筑技术由于不需要支模板，可以大大加快施工速度，并且具有低碳、绿色、环保的性质，因此可以肯定它将会成为未来世界的发展趋势，给我们带来更多意想不到的惊喜。

3D打印对砂浆的原材料、配合比设计理念和生产供应模式提出了全新的要求。其关键性问题在于配制出的砂浆能否被顺利的挤出而形成条状物，并且先成型的材料能否有足够强度去支撑起上一层的材料，还要保证材料的层与层之间具有足够的黏结力，使得打印出的构件具备良好整体性，这些都与砂浆的各项性能有着密切的关系，而影响砂浆上述性能的主要因素有水泥、骨料、水和外加剂等，因此如何对它们进行精心的设计，使得配制出的砂浆材料能够满足3D打印建筑施工技术的要求成为需要解决的问题之一。

由于3D打印所需的砂浆已经不同于传统的砂浆材料，其各项性能发生了巨大的变化，材料的硬化和收缩性能也发生了根本性改变，目前现有的砂浆强度、耐久性等理论大都不能适应要求。而为了获得强度高，耐久性好，满足3D打印要求的砂浆材料，则需要有新的理论、新的配合比设计理念、新的计算模型和新的工艺参数来作为支撑。

由于3D打印建筑技术不采用模具，而是通过打印头挤出砂浆并层层叠加而成，其特殊性导致在打印过程中没有对砂浆进行振捣夯实，使得结构密实性差，从而造成结构后期的收缩变形非常大，同时，材料本身也会引起一定收缩，当收缩过大时就会引发开裂，影响打印构件的质量。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种低收缩3D打印砂浆，以达到减小由于3D打印建筑技术的特殊性所造成的无法对材料进行振捣夯实所引起的收缩变形，降低砂浆开裂的潜在风险，提高打印构件的质量。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：一种低收缩3D打印砂浆，按重量份计，包括以下组分：硅酸盐水泥70～90份、硫铝酸盐水泥1～20份、矿物超细粉1～20份、机制砂90～140份、纤维0.1～0.8份、膨胀剂1～20份、减水剂0.1～1份、速凝剂0.1～2份、早强剂0.1～1份、消泡剂0.1～1份和水20～30份；所述机制砂的细度模数为1.6～2.0。

硅酸盐水泥是以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5％以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥的水热化低，在失去水分凝结的过程中，体积缩减小，可以有效地防止砂浆凝结时早期的裂化。

硫铝酸盐水泥是由铝土矿、石灰石和石膏按一定比例配制而成。硫铝酸盐水泥本身就是快硬水泥能够实现快速凝结，且具有早期强度，是作为打印砂浆基体材料。