一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂制造技术

本发明专利技术公开一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂，是在水中掺入缓凝剂，得缓凝溶液；缓凝溶液加煅烧石膏，得悬浊液，悬浊液在湿法研磨机中快速研磨，中值粒径150nm以下时，降低研磨机转速，投入分散剂，所得的用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂。本发明专利技术利用石膏水化时的高势能和湿磨过程中的机械化学作用，在液相环境中制备，成本低，对水泥基材料适应性强；加入分散剂可维持纳米早强剂浆剂的稳定性。本发明专利技术以0.5‑5％掺入水泥中，能大大提高水泥净浆1d、3d和7d抗压强度；以0.5‑10％掺量掺入3D打印石膏中，能大大缩短3D打印石膏的凝结时间，实现快速硬化。本发明专利技术能耗低，工艺简单，适合大规模生产。

A Nano-early Strength Agent for Cement or 3D Printing Gypsum

The invention discloses a nano-early strength agent for cement or 3D printing gypsum, which is a slurry nano-early strength agent for cement or 3D printing gypsum by mixing retarder into water, calcining gypsum to obtain suspension, and grinding the suspension rapidly in a wet grinding machine. When the median particle size is less than 150 nm, the speed of the grinding machine is reduced and the dispersant is put into it, and the slurry nano-early strength agent for cement or 3D printing gypsum is obtained. The invention utilizes the high potential energy of gypsum hydration and the mechanochemical action in wet grinding process to prepare gypsum in liquid environment with low cost and strong adaptability to cement-based materials, and the stability of nano-early strength agent slurry can be maintained by adding dispersant. When 0.5 5% is added into cement, the compressive strength of cement paste for 1d, 3D and 7d can be greatly improved; when 0.5 10% is added into 3D printing gypsum, the setting time of 3D printing gypsum can be greatly shortened and the rapid hardening can be realized. The invention has low energy consumption, simple process and is suitable for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂
本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂。
技术介绍
由于纳米粒子具有高比表面积和高活性，能使水泥及水泥中活性掺合料水化更迅速和更完全，因此纳米粒子常用于增强水泥基材料的机械强度和耐久性。现在应用于水泥材料的纳米材料有二氧化硅、氧化钛、碳酸钙、膨润土、氧化铁和氧化铝等，尚未出现硫酸钙的技术。虽然可应用到水泥中的纳米粒子种类繁多，而且改性效果良好，但是至今还未能实现纳米粒子大规模在水泥中的应用。其主要原因有二：一是成本高昂，目前用于水泥基材料中的纳米粒子主要是经过化学合成法制备而得，其制备原材料本身就昂贵，加上制备工艺复杂使得纳米早强剂的使用成本高达上万元每吨。二是纳米粒子在掺入水泥基材料中容易发生团聚，需要经超声技术或化学分散剂来减小团聚尺寸。3D打印用的半水石膏(CaSO4·1/2H2O)完全水化硬化需要9分钟,无法快速形成强度。而3D打印中快速凝结硬化的要求通常是3分钟甚至几十秒，目前常用的快速形成强度的办法有：对半水石膏预润湿、添加无机促凝剂和添加有机粘接剂。预润湿技术需要精确的工艺，操作难度大；无机促凝剂一般为钾、钠盐，对后期耐久性无益；有机粘接剂则会降低石膏基体强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种对水泥基材料适应性强，能提高水泥净浆抗压强度，缩短石膏凝结时间，实现3D打印石膏；能耗低，工艺简单，成本低的快速硬化的低熟料水泥浆的制备方法。本专利技术目的的实现方式为，一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂，是由下述方法制备的，制备的具体步骤如下：1)向重量份数85份水中掺入0.005～0.02份的缓凝剂，得缓凝溶液；所述缓凝剂是骨胶、乳酸、乙醇、碳酸钠、氯化锶中的一种或两种的混合物；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数5～15份煅烧石膏，配制固含5.6～15％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速35-50转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到120～150nm时，降低研磨机转速至15-25转/秒，向其中投入石膏质量分数0.5～5％的分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂；所述分散剂是聚羧酸分散剂、萘系分散剂、脂肪酸类分散剂、脂肪族酰胺类分散剂或酯类分散剂。本专利技术在液相环境中制备，对水泥基材料适应性强；采用机械化学法，借助半水石膏的水化势能制备而成，成本价格不到化学合成法的1/10；加入分散剂可维持纳米早强剂浆剂的稳定性。本专利技术以0.5-5％掺入水泥中时，能大大提高水泥净浆1d、3d和7d抗压强度；以0.5-10％掺量掺入3D打印石膏中，能大大缩短3D打印石膏的凝结时间，实现3D打印石膏的快速硬化。本专利技术能耗低，工艺简单，成本低，适合大规模生产。具体实施方式本专利技术是在水中掺入缓凝剂，得缓凝溶液；缓凝溶液加煅烧石膏，得悬浊液，悬浊液湿法研磨机中研磨，中值粒径150nm及以下时，降低研磨机转速，投入分散剂，得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂。所用煅烧石膏是烟气脱硫石膏、煅烧芒硝石膏、煅烧磷石膏、煅烧柠檬酸石膏、煅烧氟石膏、煅烧钛石膏或煅烧天然石膏。煅烧石膏中值粒径10～40微米。所述湿法研磨机中采用的介质研磨球的级配区间为0.5～2.6mm。本专利技术所述煅烧石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)。半水石膏的凝结硬化所需时间通常是5-9min，水化相对完全。石膏的水化过程一般是离子溶出→过饱和液相的形成→析晶(二水硫酸钙晶体的析出)→晶体长大→凝聚结构的形成→结晶结构网络的形成。总的化学式为：CaSO4·1/2H2O+H2O→CaSO4·2H2O本专利技术利用缓凝剂降低半水石膏的溶解速度，延长析晶所用时间，在溶出-析晶过程中利用步骤3)的湿法研磨机给予充分研磨，悬浊液在研磨过程中水化，所述水化时间为20min-40min，使得水化生成的二水硫酸钙晶体来不及长大，从而形成纳米颗粒；此外，研磨时间40min-80min比半水石膏的水化硬化时间20-40min长，能确保制备的浆料已水化完成，不会再产生水化，确保纳米早强剂的化学稳定性。下面以具体实施例详述本专利技术。实施例1：1)向重量份数85份水中掺入0.005份的骨胶，得缓凝溶液；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数5份，中值粒径10微米的煅烧烟气脱硫石膏，配制固含5.6％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧烟气脱硫石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速为35转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到130nm时，降低研磨机转速至15转/秒，向其中投入石膏质量分数0.5％的聚羧酸分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂。石膏悬浊液在研磨过程中水化，所述水化时间为20min。实施例2：1)向重量份数85份水中掺入0.01份的乳酸，得缓凝溶液；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数10份，中值粒径20微米的煅烧磷石膏，配制固含10.5％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧磷石膏的主要成份为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速40转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到140nm时，降低研磨机转速至20转/秒，向其中投入石膏质量分数0.5％的萘系分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂。石膏悬浊液在研磨过程中水化，所述水化时间为25min。实施例3：1)向重量份数85份水中掺入0.015份的骨胶，得缓凝溶液；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数5份，中值粒径40微米的煅烧氟石膏，配制固含5.6％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧氟石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速45转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到120nm时，降低研磨机转速至25转/秒，向其中投入石膏质量分数1％的脂肪酸类分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂。石膏悬浊液在研磨过程中水化，所述水化时间为40min。实施例4：1)向重量份数85份水中掺入0.01份的碳酸钠和0.01份的氯化锶，得缓凝溶液；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数15份，中值粒径15微米的煅烧芒硝石膏，配制固含15％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧芒硝石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速50转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到150nm时，降低研磨机转速至15转/秒，向其中投入石膏质量分数5％的脂肪族酰胺类分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂。石膏悬浊液在研磨过程中水化，所述水化时间为25min。实施例5：1)向重量份数85份水中掺入0.005份的骨胶，得缓凝溶液；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数5份，中值粒径25微米的煅烧钛石膏，配制固含5.6％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧石膏经煅烧后所得的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)的石膏；3)将步骤2)所得悬浊液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂，其特征在于：是由下述方法制备的，制备的具体步骤如下：1)向重量份数85份水中掺入0.005～0.02份的缓凝剂，得缓凝溶液；所述缓凝剂是骨胶、乳酸、乙醇、碳酸钠、氯化锶中的一种或两种的混合物；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数5～15份煅烧石膏，配制固含5.6～15％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速35‑50转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到120～150nm时，降低研磨机转速至15‑25转/秒，向其中投入石膏质量分数0.5～5％的分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂；所述分散剂是聚羧酸分散剂、萘系分散剂、脂肪酸类分散剂、脂肪族酰胺类分散剂或酯类分散剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于水泥或3D打印石膏的纳米早强剂，其特征在于：是由下述方法制备的，制备的具体步骤如下：1)向重量份数85份水中掺入0.005～0.02份的缓凝剂，得缓凝溶液；所述缓凝剂是骨胶、乳酸、乙醇、碳酸钠、氯化锶中的一种或两种的混合物；2)向步骤1)所得缓凝溶液加入重量份数5～15份煅烧石膏，配制固含5.6～15％的悬浊液，搅拌均匀；所述煅烧石膏的主要成分为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)；3)将步骤2)所得悬浊液送至湿法研磨机中研磨，研磨机转速35-50转/秒；4)步骤3)研磨的悬浊液中值粒径达到120～150nm时，降低研磨机转速至15-25转/秒，向其中投入石膏质量分数0.5～5％的分散剂，即得用于水泥或3D打印石膏的浆状纳米早强剂；所述分散剂是聚羧酸分...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺行洋，郑正旗，苏英，杨进，谭洪波，陈顺，李佳伟，徐焰，胡华超，黄中辉，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42