一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂制造技术

本发明专利技术公开一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，由造纸污泥灰、聚乙烯醇、硅藻土、偏高岭土、聚丙烯酸钠组成。本发明专利技术触变剂可以将打印时间延长至30~60 min，并极大的改善了3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变性能、实现了3D打印结构的稳定控制。此外，可以有效调节3D打印水泥基材料的流变性能和凝结硬化速率、降低水泥基材料的孔隙率，改善3D打印水泥基材料的早期力学性能。

A Thixotropic Agent for 3D Printing of Sulphoaluminate Cement-based Materials

The invention discloses a thixotropic agent suitable for 3D printing of sulphoaluminate cement-based materials, which is composed of paper-making sludge ash, polyvinyl alcohol, diatomite, metakaolin and sodium polyacrylate. The thixotropic agent of the invention can extend the printing time to 30-60 minutes, greatly improve the thixotropic property of the 3D printing sulphoaluminate cement-based material, and realize the stable control of the 3D printing structure. In addition, it can effectively adjust the rheological properties and setting hardening rate of 3D printing cement-based materials, reduce the porosity of cement-based materials, and improve the early mechanical properties of 3D printing cement-based materials.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂
本专利技术涉及一种3D打印用触变剂，尤其涉及一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，属于建筑材料

技术介绍
3D打印技术作为一种绿色、高效的新兴技术，是以数字化、智能化模型为基础，利用材料逐层累加来制造三维实体结构的快速成型技术。3D打印对材料具有较高的要求，例如需要较高的粘度与屈服应力、良好的触变性、快硬性、体积稳定性、高强度等，由于3D打印水泥基材料存在早期强度低和流变性能难于调控等问题，导致3D打印水泥基材料三维实体结构和性能难于实现稳定控制，严重制约了3D打印水泥基材料技术的发展。硫铝酸盐水泥的引入能够很好的改善3D打印浆体的早期力学性能，但是由于其较快的水化凝结速率会导致可打印时间较短且与3D打印结构的匹配较差，在应用上有较大的难度。针对硫铝酸盐水泥基材料采用3D打印技术制备所存在的问题，目前一般通过加入触变剂的形式来改善其在3D打印过程中的流变性能难于调控、可打印时间较短等问题，同时还具有一定的改善水泥基材料早强性能的作用。触变剂在水泥基材料中能形成絮凝结构，当水泥基材料受到剪切作用时，所形成的絮凝结构被打破，恢复流动性，当剪切作用停止时，水泥基材料中重新形成絮凝结构，流动性降低。因此，触变剂的引入能够使浆体在打印前具备良好的流动性能，而在打印后能够获得较为稳定的3D结构。专利201810601982.8公开了一种3D打印混凝土专用触变剂，由无机絮凝剂、有机高分子触变早强剂、稳泡剂组成。该触变剂有较好的触变性，能提高混凝土的早期强度。但是此专利是并不适用于所有水泥，且其早期强度较低、对于可打印时间无法调控。专利201710417844.X公开了一种无机油墨材料及其制备方法和应用，无机油墨材料以氧化镁、磷酸二氢钾、矿物掺合料为主要原材料，掺入调凝剂、减水剂和触变调节剂，均匀拌合而成。但是此专利是磷酸镁水泥的专用触变剂，不适合于硫铝酸盐水泥，且其对于流变性能无法灵活调控。专利201610347021.X公开了一种3D打印用干混砂浆材料及其制备方法和应用，该干混砂浆材料由水泥、砂、矿物活性掺和料、粉体减水剂、粘度调节剂、自支撑粘聚功能剂、速凝剂和增强纤维组成。该专利改变了传统水泥材料的流变特征，形状类似面团状，但其速凝组分并不适用于硫铝酸盐水泥基材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，该触变剂吸水率较高，能够明显改善3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变性能，提高水泥基材料的早期强度，延长打印时间，解决了3D打印浆体结构难于控制的难题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，该触变剂由以下重量份的原料组成：造纸污泥灰15~30份、聚乙烯醇5~15份、硅藻土10~30份、偏高岭土10~40份、聚丙烯酸钠5~15份。优选的，当触变剂的各原料选择下列重量份组分时，性能更佳：造纸污泥灰18份、聚乙烯醇12份、硅藻土15份、偏高岭土15份、聚丙烯酸钠12份。进一步的，所述的硫铝酸盐水泥基材料是以硫铝酸盐水泥为基础，通过加入超细石英砂、聚羧酸减水剂等制备而成的材料。进一步的，所述造纸污泥灰是造纸工业副产品造纸污泥的煅烧产物，其主要成分为水化硅酸钙，有的含有无水硫酸钙，因为硫酸钙具有缓凝作用，因此优先选择含有无水硫酸钙的造纸污泥灰。造纸污泥灰的吸水率为10~30%。进一步的，所述聚乙烯醇的醇解度为87.0~90.0mol%，黏度为20~25mPa·s。进一步的，所述硅藻土的主要成分为蛋白石，硅藻土粒径为5~40μm，吸水率为100~200%；进一步的，所述偏高岭土的主要成分为无水硅酸铝，偏高岭土的粒径为3~70μm，吸水率为50~130%。进一步的，所述聚丙烯酸钠的黏度为400～600mPa·s，分子量为200～300万。本专利技术触变剂以造纸污泥灰、聚乙烯醇、硅藻土、偏高岭土、聚丙烯酸钠为原料，制备简单，将各原料混合均匀即得。造纸污泥灰为造纸工业副产品造纸污泥的煅烧产物，其主要成分水化硅酸钙，也许含有无水硫酸钙，水化硅酸钙可以为3D打印水泥基材料提供一定的强度，无水硫酸钙可以调节凝结时间。聚乙烯醇作为有机高分子材料能够对水泥基材料起到增稠与缓凝作用，能够延长可打印时间，特别适用于改善3D打印水泥基浆体的触变性及浆体结构。硅藻土主要成分为蛋白石（二氧化硅凝胶），为分子筛结构，具有很大的吸水率，特别适用于作为改善3D打印浆体的触变性材料，并降低孔隙率。偏高岭土作为黏土性物质具备层状硅酸盐结构，其主要成分为无水硅酸铝，是高活性矿物，能够提高3D打印水泥基浆体强度，改善触变性能。聚丙烯酸钠作为高分子材料，其分子量能够达到200~300万，能够同时对水泥起到缓凝与增稠作用，能够实现3D打印浆体结构的稳定控制，延长打印时间。本专利技术为3D打印硫铝酸盐水泥基材料提供了合适的触变剂，该触变剂利用黏土类物质与缓凝组分（聚乙烯醇和聚丙烯酸钠）协同调控3D打印铝酸盐水泥基材料浆体的触变性和凝结硬化速率，并可以稳定3D打印铝酸盐水泥基材料浆体结构。同时还可以有效降低铝酸盐水泥基材料浆体的变形率，延长打印时间。经验证，本专利技术触变剂可以将铝酸盐水泥基材料浆体可打印时间延长至30~60min，并极大的改善了3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变性能、实现了3D打印三维实体结构和性能的稳定控制。此外，可以有效调节3D打印水泥基材料的流变性能和凝结硬化速率、降低水泥基材料的孔隙率，改善3D打印水泥基材料的早期力学性能。具体实施方式以下结合本专利技术的具体实施例对本专利技术进行进一步的说明，下述实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下述实施例中，所用造纸污泥灰来自华泰造纸厂，其中水化硅酸钙含量61%，无水硫酸钙含量39%，吸水率为25%。聚乙烯醇的醇解度为90.0mol%，黏度为25mPa·s。硅藻土粒径为5~40μm，吸水率为130%。偏高岭土的粒径为3~70μm，吸水率为95%。聚丙烯酸钠的黏度为600mPa·s，分子量为300万。实施例1一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，其原料的组成按照重量份数计如下：造纸污泥灰30份、聚乙烯醇6份、硅藻土28份、偏高岭土30份、聚丙烯酸钠6份。将上述的各原料按重量份混合均匀，即制得本专利技术适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂（简称触变剂，下同）。实施例2一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，其原料的组成按照重量份数计：造纸污泥灰18份、聚乙烯醇12份、硅藻土15份、偏高岭土15份、聚丙烯酸钠12份。将上述的各原料按重量份混合均匀，即制得本专利技术适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂。实施例3一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，其原料的组成按照重量份数计：造纸污泥灰18份、聚乙烯醇11份、硅藻土22份、偏高岭土36份、聚丙烯酸钠13份。将上述的各原料按重量份混合均匀，即制得本专利技术适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂。实施例4一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，其原料的组成按照重量份数计：造纸污泥灰15份、聚乙烯醇15份、硅藻土10份、偏高岭土20份、聚丙烯酸钠5份。将上述的各原料按重量份混合均匀，即制得本专利技术适用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，其特征是：由以下重量份的原料组成：造纸污泥灰15~30份、聚乙烯醇5~15份、硅藻土10~30份、偏高岭土10~40份、聚丙烯酸钠5~15份。

【技术特征摘要】
1.一种适用于3D打印硫铝酸盐水泥基材料的触变剂，其特征是：由以下重量份的原料组成：造纸污泥灰15~30份、聚乙烯醇5~15份、硅藻土10~30份、偏高岭土10~40份、聚丙烯酸钠5~15份。2.根据权利要求1所述的触变剂，其特征是：由以下重量份的原料组成：造纸污泥灰18份、聚乙烯醇12份、硅藻土15份、偏高岭土15份、聚丙烯酸钠12份。3.根据权利要求1所述的触变剂，其特征是：所述造纸污泥灰是造纸污泥的煅烧产物。4.根据权利要求1或3所述的触变剂，其特征是：所述造纸污泥灰的成分包括水化硅酸钙，造纸污泥灰的吸水率为10~30%。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦令超，陈明旭，李来波，赵丕琪，王守德，宫晨琛，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37