[发明专利]一种3D打印干混砂浆组合物、3D打印干混砂浆及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及建筑3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印干混砂浆组合物、3D打印干混砂浆及其制备方法和应用，该砂浆组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：硅酸盐水泥、快硬水泥、硅灰、硬石膏、石英砂、可再分散乳胶粉、润湿剂、亚甲基二萘磺酸二钠、减水剂、触变剂、1,3‑β葡萄糖、缓凝剂、早强剂、聚丙烯纤维。本发明提供的3D打印干混砂浆具有易润湿、塑化速度快的特点，且搅拌设备启停过程中砂浆流动度保持稳定，适用于双混泵搅拌时间短、连续搅拌泵送的工况；同时，湿浆易泵送易挤出，触变性适宜，挤出成型性良好，凝结时间可控；硬化砂浆密实度高、早强高强、打印料层层间粘结牢、干缩率低。

技术领域

本发明涉及建筑3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印干混砂浆组合物、3D打印干混砂浆及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印技术，是以制造对象模型的三维数据为基础，通过打印机喷嘴挤出材料，逐层打印以增加材料从而生成3D实体的技术，因而又被称为“增材制造技术”。

3D打印技术主要包括3D建模、3D分割、打印喷涂和后期处理等四个环节。与传统材料加工方法截然相反，利用三维建模后逐层打印的3D打印技术无需事先制备和安装模具，不必在制造过程中处理大量材料，也不必使用复杂的锻造工艺。因此，3D打印技术有利于优化生产结构，实现节能减排。建筑行业一直是高排放、高能耗、高污染，且人工成本消耗严重的行业，将3D打印技术应用于建筑领域能很好的解决这些问题。

建筑3D打印技术是一种以建筑构件的三维数据模型为基础，通过打印机喷嘴进行混凝土(砂浆)挤出、堆积、逐层打印，进而生成三维实体的快速成型技术。

打印材料是建筑3D打印技术的核心。打印材料作为工程结构材料，不仅需要一定的力学性能和耐久性，其湿砂浆必须具备适当的施工性能以满足制浆供料系统及打印系统的工作要求，同时须满足无模板施工的工法要求。

当前国内建筑打印系统中，绝大部分打印材料的搅拌设备和泵送设备往往是两台独立的机械，即打印过程中的材料不是连续搅拌泵送的，而是需提前将打印砂浆搅拌好，制成湿浆备用，打印时根据前端打印头的需求，通过泵送设备将湿砂浆泵送至打印挤出头进行挤出打印。

这种间歇式的供料方式效率低下，且经常因为一次制浆量过多或打印过程发生机械故障中断而造成材料浪费。而在连续快速搅拌工况下，砂浆的搅拌泵送与前端需求即时联动，制浆迅速，减少湿浆的待打印时间，保证每次出挤出头的砂浆性能一致，是非常适用打印作业的工艺制度。

双混泵是集砂浆快速搅拌与长距离泵送两功能于一体、能够实现打印砂浆按需制浆送浆的新型供料设备。打印挤出头需要打印材料时，反馈电信号至双混泵，双混泵可即时响应，快速搅拌制浆并迅速泵送至需料点，既避免打印机“停工待料”，又避免了大量备料。

双混泵高效的工作能力是由其独特的设备结构所赋予的。双混泵具有独一无二的“水平+垂直”双搅拌系统。双混泵收到供料指令后，拌合水和干粉砂浆分别经自动计量后，先后被送到“水平搅拌腔”，物料按照浸泡式搅拌原理进行初步搅拌；随即湿砂浆被挤到“垂直搅拌腔”进行第二段搅拌，搅拌好的湿砂浆进入螺杆泵，经泵管被送到挤出头。

由于双混泵搅拌腔的容积很小，约为传统搅拌机的1/20左右，其搅拌时间极短，干粉砂浆与拌合水开始接触搅拌到搅拌结束湿砂浆进入螺杆泵仅历时10-20s。

在这一工况下，打印砂浆干粉必须极易被水润湿，且能快速塑化，在进入螺杆泵之前须被搅拌均匀，即双混泵对打印砂浆提出了更高的施工性要求。

然而，目前国内绝大部分打印材料搅拌时间长，尤其是拌合用水量小的打印砂浆，其搅拌时间达到120s以上。例如，CN110028299A公开了一种3D打印白色水泥基材料，该打印材料需要搅拌140s，无法匹配双混泵进行打印。