一种3D打印混凝土专用触变剂制造技术

本发明专利技术公开一种3D打印混凝土专用触变剂，由下列原料按重量百分比组成：无机絮凝剂92‑98%；有机高分子触变早强剂1‑4%；稳泡剂1‑4%。由本发明专利技术专用触变剂及混凝土配合比配制的3D打印混凝土能够在搅拌、泵送和挤出过程中具有非常强的触变性，在承担后续多层覆盖荷载也不发生明显变形；具有良好的流变性能，打印过程不开裂；具有的稳泡能力，可实现内部气泡基本不逸出而使3D打印混凝土表面平整；兼具早强性能，可实现3D打印房屋材料的凝结时间缩短，有利于在多层覆盖荷载后也不发生明显变形。因而该触变剂及混凝土具有原材料获取简单、成本低、制作工艺简单等优点，而且能极大改善3D打印混凝土的可打印性、外表面的平整度和早期强度。

A special thixotropic agent for 3D printing concrete

The invention discloses a special thixotropic agent for 3D printing concrete, which is composed of the following raw materials by weight percentage: inorganic flocculant 92 98%; organic polymer thixotropic early strength agent 1 4%; foam stabilizer 1 4%. The 3D printing concrete prepared by the special thixotropic agent and the concrete mix proportion of the invention can have very strong thixotropy in the process of mixing, pumping and extrusion, and no obvious deformation occurs under the subsequent multi-layer overlay load; has good rheological property, no cracking in the printing process; has the ability of foam stabilization, and can realize the interior. The surface of 3D printed concrete is smooth because the bubbles do not escape, and it has the early strength property. It can shorten the setting time of 3D printed house material, and is beneficial to avoid obvious deformation after multi-layer overlay load. Therefore, the thixotropic agent and concrete have the advantages of simple raw material acquisition, low cost, simple manufacturing process, and can greatly improve the printability, smoothness and early strength of 3D printing concrete.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印混凝土专用触变剂
本专利技术涉及混凝土材料领域，尤其涉及一种满足可泵送性、可挤出性和良好建造性的高触变性混凝土的添加剂，具体是一种3D打印混凝土的专用触变剂。
技术介绍
3D打印技术的概念在上个世纪70年代提出，它是一种快速成型的技术，通常被称为增材制造(additivemanufacturing)。它的基本原理是，将目标物在电脑上用3D模型呈现出来，然后将模型分块分层，打印机分层打印，层层叠加，最后形成完整的物体。3D打印技术被称为“第三次工业革命”的开始。随着3D打印技术的快速发展，人们开始研究在建筑领域中的应用，相对于传统建造方式，混凝土3D打印环保、节能和安全，如果实现大规模应用，必将给人类带来极大的方便。3D打印技术对混凝土提出了如下特殊性能要求：(1)流变性，3D打印混凝土一般是通过泵送的方式将材料输送至打印头，需要打印材料具有良好的流变性，具有一定的可泵送性；(2)可挤出性，打印混凝土在压力作用下通过打印头挤出时，应能保持良好的均匀性；(3)可建造性，材料挤出至设计位置后需保持一定的形状，并且在第二层材料叠上来前，第一层材料应具有一定的承载力，而不发生明显变形。形状保持能力一方面取决于浆体的触变性和凝结速度，另一方面取决于打印层厚度和打印的速度。如材料不具备良好的形状保持能力，难以打印出设计外形。触变剂的作用机理是触变剂在水泥基材料中能形成絮凝结构。当新拌水泥基材料受到剪切作用时，所形成的的絮凝结构被打破，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。目前大部分水泥基触变剂都是适用于预应力灌浆、自流平混凝土和自密实混凝土中，比如申请号为201410283518.0名为“一种水泥基体系用触变剂及其制备方法”主要适用于大流动度体系，主要解决混凝土和易性问题。申请号为201310459296.9名为“一种预拌砂浆保水触变剂及其制备方法”更多的是提高砂浆的保水性和粘聚性。申请号为201611221165.7名为“一种水泥基体系用触变剂的制备方法”制备的液体触变剂不利于3D打印建筑干粉料的工厂化生产。申请号为201610894393.4名为“聚羧酸减水剂用触变剂、触变型聚羧酸减水剂及其应用”中白炭黑主要通过吸附水起到触变作用，而聚羧酸减水剂是通过空间位阻或者静电作用释放颗粒间水分，减少新拌混凝土用水量，增强用水量和耐久性。申请号为201710567069.6名为“一种环保型泡沫混凝土砌块及其制备方法”十二烷基硫酸钠作为发泡剂并不能起到絮凝作用，且不在无机盐范畴内，同时其中的聚丙烯酰胺作为稳泡剂的一种，不具备触变早强作用，聚丙烯酰胺在合理掺量范围内才能起到发挥触变早强作用，掺量低仅仅起到增稠或触变作用，掺量高，触变性过高，材料需要强大的剪切力才能破坏絮凝结构，难以实现流动性能。针对这些问题，3D打印混凝土必须采用合适的触变剂，能够满足流动性、泵送性、可挤出性和可建造性要求，这对3D打印技术在建筑行业上的应用会有很大的推动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种3D打印混凝土专用触变剂。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种3D打印混凝土专用触变剂，所述触变剂由下列原料按重量百分比组成：无机絮凝剂92-98％；有机高分子触变早强剂1-4％；稳泡剂1-4％；上述各组分之和为100％。进一步方案，所述无机絮凝剂为硝酸镁、硝酸铁、硫酸镁、硫酸铁中的一种。进一步方案，所述稳泡剂为木质素磺酸钙、高级脂肪醇衍生物、烷基酚环氧乙烷中的一种。进一步方案，所述有机高分子触变早强剂为聚丙烯酰胺。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：3D打印混凝土一般为水泥基材料，其pH值为9～13，为碱性环境。本专利技术利用无机絮凝剂在新拌3D打印混凝土中水解生成碱性凝胶(氢氧化铁或氢氧化镁)，和聚丙烯酰胺在新拌3D打印混凝土中对细小颗粒的电中和和吸附架桥作用而使悬浮微粒集聚形成的絮凝结构，使新拌3D打印混凝土具有一定的触变性，而稳泡剂可降低剪切过程中气泡的逸出而造成的新拌3D打印混凝土的流动性、可挤出性的降低和硬化3D打印混凝土的表面气孔。而聚丙烯酰胺可提高3D打印混凝土的密实度，具有早强性能，同时硫酸根离子或硝酸根离子对水泥水化具有促进作用，两种作用共同实现了3D打印房屋材料的凝结时间缩短，更有利于在多层覆盖荷载后也不发生明显变形。使用时，按照一定比例称取专用触变剂、其他粉体材料和水，搅拌即可制备高触变性3D打印混凝土。该专利技术具有原材料获取简单、成本低、制作工艺简单的特点，而且显著提高了3D打印混凝土的可打印性、外表面平整度和早期强度。由本专利技术专用触变剂配制的3D打印混凝土能够在搅拌、泵送和挤出过程中具有非常强的触变性，在挤出后保持原有形状，在承担后续多层覆盖荷载也不发生明显变形；具有的稳泡能力，可实现内部气泡基本不逸出而使3D打印混凝土表面平整；兼具早强性能，可实现3D打印房屋材料的凝结时间缩短，有利于在多层覆盖荷载后也不发生明显变形。附图说明图1是本专利技术实施例1得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。图2是本专利技术实施例2得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。图3是本专利技术实施例3得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。图4是本专利技术实施例4得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。图5是本专利技术对比例1得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。图6是本专利技术对比例2得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。图7是本专利技术对比例3得到的3D打印混凝土的性能测试的效果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1一种3D打印混凝土专用触变剂，由下列原料按重量百分比组成：无机絮凝剂92％；有机高分子触变早强剂4％；稳泡剂4％。高触变性3D打印混凝土，按一立方混凝土计，各组分所占重量百分比为：高触变性3D打印混凝土的制备方法，将水泥、砂、聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维与制备的专用触变剂搅拌均匀，得到均匀料；将均匀料和水一起加入搅拌锅内进行拌和，时间3min，得到高触变性3D打印混凝土。本专利技术高触变性3D打印混凝土的使用方法是：将实施例1制备的混凝土泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内。在3D打印机操作平台上打开预先设计和切片好的60cm(长)×60cm(宽)×60cm的花盆模型，点击开始打印。其中打印机喷头直径20mm，单层打印高度13mm，行走速率6cm/s，层与层间隔40s。对本实施例的混凝土及上述打印出的结构体进行相关性能测试：建造性评价：建造性表征的是材料被堆积起一定的高度而不发生坍塌的能力，选用打印喷头进行打印，使材料堆积，进行建造性评价。将按照本专利技术所提供的配方及制备方法得到的高触变性混凝土进行打印测试，观察结果：打印过程中无堵塞现象，挤出时表面无裂纹，粗糙度良好，水平高度内，填充良好，无孔隙，打印25层，高度30cm，无塌落现象，如图1所示，说明本实施例3D打印混凝土表现出优异的建造性和结构稳定性。砂浆参照JC/T336-2011测试，1天抗压强度和抗折强度分别为15.9MPa和6.1MPa；28天抗压强度和抗折强度分别为45.9MPa和9.3MPa。砂浆参照GB/T2419-2005测试，6min跳桌流动度为195mm。从上述测试结果可以看出，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印混凝土专用触变剂，其特征在于，所述触变剂由下列原料按重量百分比组成：无机絮凝剂92‑98%；有机高分子触变早强剂1‑4%；稳泡剂1‑4%；上述各组分之和为100%。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印混凝土专用触变剂，其特征在于，所述触变剂由下列原料按重量百分比组成：无机絮凝剂92-98%；有机高分子触变早强剂1-4%；稳泡剂1-4%；上述各组分之和为100%。2.根据权利要求1所述的3D打印混凝土专用触变剂，其特征在于，所述无机絮凝剂为硝酸镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建伟，刘洋，元强，周大军，黄海，王仲汉，唐洁，姚佳楠，耿天宝，刘道学，汪志勇，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司，安徽中铁工程材料科技有限公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34