[发明专利]3D打印用碱激发胶凝材料及其打印方法

说明书

本发明是关于3D打印用碱激发胶凝材料及其打印方法。该碱激发胶凝材料由颗粒混合物和碱激发剂溶液两部分组成；以质量份计，所述颗粒混合物包括：具有碱激发活性的粉体100份；促凝剂0～5份；纳米颗粒0～0.5份；短切纤维0.1～5份；骨料100～220份和细填料5～20份；所述碱激发剂溶液包括：碱溶液100份；表面活性剂0.0005～0.002份；消泡剂0.0001～0.0005份和稳定剂0.0003～0.001份；表面活性剂的亲水亲油平衡值为7～9，其使得碱激发剂溶液的接触角为10～45°。本发明的打印方法包括：将颗粒混合物铺洒在模具中，通过喷头将碱激发剂溶液按设定路线喷涂在颗粒混合物上，循环进行布料‑喷涂操作，完成构件的3D打印。本发明的打印方法可实现薄壁构件的打印。

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印用碱激发胶凝材料及其打印方法。

背景技术

建筑3D打印技术的实现离不开材料、设备及工艺的开发和技术革新。3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。建筑3D打印混凝土是在传统建筑材料基础上对混凝土材料性能的改进与升华，所以它的性能首先要满足现有标准中建筑物对混凝土强度和耐久性能的要求。最重要的是同时还必须具备满足建筑3D打印工艺要求的性能，建筑3D打印工艺由于是没有模板的堆积成型技术，所以打印材料的可堆积性和在塑性阶段下层材料对逐渐增加的上层材料的承载力是最重要的性能。针对打印材料的凝结时间、强度、工作性、层间粘结性以及工业化生产都有严格要求。

建筑工程领域内的3D打印用油墨材料为水泥基胶凝材料。水泥基胶凝材料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、碱激发水泥等。对于硅酸盐水泥，由于其凝结时间较长、早期强度较低，通常需采取添加甲酸钙等促凝增强措施或与具有快硬早强特点的硫铝酸盐水泥配合使用。对于硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、碱激发水泥等特种胶凝材料，其凝结时间短、早期强度高，是适宜的3D打印用油墨材料，但需进行工作性(可挤出性、流动性、堆积性和触变性)、可建造性(早期强度和凝结时间)及强度发展等性能间的协同调控。通常的方法为将油墨材料制成可流动或可挤出的浆体，再通过喷嘴按照设定路径进行打印。由于事先将水泥基的油墨材料制成了浆体，因此其工作性与可建造性控制则显得尤为重要。在打印过程中，既要保证浆体在打印机管道内顺畅流动和在喷头处顺利挤出，还要保证浆体在离开喷头前不能凝结硬化，更要保证浆体在挤出后能在较短时间内凝结硬化以支撑下一次喷出的浆体。由此可见，若将具有快硬早强特点的碱激发胶凝材料作为油墨材料，必须协同调控浆体的凝结硬化行为与其可挤出性、流动性、堆积性和触变性等众多性能。通常的方法为采用添加减水剂、增稠剂、矿物外加剂、纤维等方法来保证碱激发胶凝材料制成的浆体的性能。但无论如何，总是需要调控油墨材料的可挤出性、流动性、堆积性、触变性和早期强度、凝结时间等众多性能。这些性能影响因素众多，不仅与材料组成有密切关系，而且还与温度、湿度等环境因素有关。因此，在打印前需事前关注原材料的化学组成等变化，在打印时需随时关注油墨材料的各种性能变化并进行及时调控，以免造成管道堵塞、构件坍塌、层间粘结不足、强度发展缓慢等问题。

现有的3D打印材料需要事先将砂、石等骨料添加到粉体原料中，搅拌成浆体，对应打印机喷头尺寸不能过小，否则油墨材料将不能挤出。因此，现有方法不适用于打印薄壁构件。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种3D打印用碱激发胶凝材料及其打印方法，所要解决的技术问题是现有油墨材料性能调控繁琐、薄壁构件打印困难等问题。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种3D打印用碱激发胶凝材料，其由颗粒混合物和碱激发剂溶液两部分组成；

所述颗粒混合物，以质量份计，包括：

所述碱激发剂溶液，以质量份计，包括：