[发明专利]一种速凝3D打印水泥基材料

说明书

一种速凝3D打印水泥基材料，属于建筑及装饰领域3D打印材料技术领域。本发明解决技术问题采用的水泥基材料包括SAC系列水泥基材料和OPC系列水泥基材料。其中SAC系列水泥基材料由基本凝胶材料、细骨料、水、减水剂、增稠剂、触变剂和促凝剂组成；OPC系列水泥基材料由基本凝胶材料、细骨料、水、减水剂、增稠剂和触变剂组成。本发明凝结时间合理，流动性和挤出性能良好，模拟打印试样强度损失率低，且模拟打印试样抗压和抗折强度高。同时与常规水泥基打印材料相比，本发明产品配料中省略了缓凝剂，可大幅降低成本，提高经济效益。

技术领域

本发明属于建筑及装饰领域3D打印材料技术领域，具体涉及一种速凝3D打印水泥基材料。

背景技术

建筑3D打印因其智能化程度高、建造速度快、降低劳动力需求等优势，具有广阔的发展前景。3D打印水泥基材料在制备过程中需要控制的关键性能指标包括流动性、挤出性、建造性、凝结时间及强度等，其中凝结时间和强度作为两个主要性能指标，对发挥3D打印快速建造优势有着重要影响。现有3D打印设备主要包括搅拌部分、输送部分以及最后的挤出部分，其中的输送部分往往由长度不等的管道构成，在打印过程中浆料要先通过长长的管道输送到打印机喷嘴，因此，打印材料在制备过程中往往需要加入缓凝剂等延长凝结时间以保证输送要求。我们在对国内外相关领域研究进行调研后发现，现有打印材料的凝结时间普遍在40～70min左右甚至更长，如美国南加州大学的Zareiyan教授等通过将60％硫铝酸钙和40％普通硅酸盐水泥混合，获得了45min凝结时间的水泥基材料，28d抗压强度为26.2MPa；澳大利亚斯威本科技大学的Sanjayan教授等利用普通硅酸盐水泥开发了一种水泥基材料，其初凝和终凝时间分别为142/284min；法国里尔大学的Khalil教授等使用93％的普通硅酸盐水泥和7％的硫铝酸钙水泥制成了一种3D打印砂浆，其初凝和终凝时间分别为110/150min，打印样品和浇筑样品28d抗压强度分别为79MPa和88MPa；中国建筑股份有限公司蔺喜强等研发了一种由硫铝酸盐水泥和矿渣粉为主要基质的打印材料，加入了减水剂、调凝组分以及复合体积稳定剂等必要化学外加剂，可实现打印材料凝结时间在20～60min之间。

现有的3D打印技术，因限于打印设备中水泥基材料的搅拌与挤出需要管道输送，打印材料需要较长的凝结时间，往往加入缓凝剂，打印效率较低。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种速凝3D打印水泥基材料，该材料可实现凝结时间可控，大幅提升工作效率。

本发明解决技术问题采用的水泥基材料包括SAC系列水泥基材料和OPC系列水泥基材料。

SAC系列水泥基材料由基本凝胶材料、细骨料、水、减水剂、增稠剂、触变剂和促凝剂组成，其中基本凝胶材料为快硬硫铝酸盐水泥(简称SAC)、细骨料为大连当地河沙、减水剂为聚羧酸(简称PC)减水剂、增稠剂为羟丙基甲基纤维素(简称HPMC)、触变剂为凹凸棒粘土粉、促凝剂为碳酸锂。SAC系列水泥基材料采用砂灰比为1.0-1.4，水灰比为0.32-0.34，聚羧酸减水剂掺量为0.41-0.49％，增稠剂HPMC掺量为0.08-0.12％，触变剂凹凸棒土掺量为0.9-1.2％，促凝剂碳酸锂掺量为0.02-0.08％配制而成，其中减水剂、增稠剂、触变剂、促凝剂加入的百分量以基本凝胶材料为基准。

OPC系列水泥基材料由基本凝胶材料、细骨料、水、减水剂、增稠剂和触变剂组成，其中基本凝胶材料为快硬硫铝酸盐水泥(简称SAC)和普通硅酸盐水泥(简称OPC)、细骨料为大连当地河沙、减水剂为聚羧酸(简称PC)减水剂、增稠剂为羟丙基甲基纤维素(简称HPMC)、触变剂为凹凸棒粘土粉。OPC系列水泥基材料将普通硅酸盐水泥(OPC)与快硬硫铝酸盐水泥(SAC)混合，其中快硬硫铝酸盐水泥掺量为15-30％，采用砂灰比为1.0-1.4，水灰比0.32-0.34，聚羧酸减水剂掺量为0.26-0.30％，增稠剂HPMC掺量为0.08-0.12％，触变剂凹凸棒土掺量为1.0-1.2％配制而成，减水剂、增稠剂、触变剂加入的百分量以基本凝胶材料为基准。