一种用于3D打印的石膏基干混砂浆及其制备方法技术

一种用于3D打印的石膏基干混砂浆及其制备方法，所述干混砂浆包括第一胶凝材料和第二胶凝材料，所述第一胶凝材料为第一石膏，所述第二胶凝材料由第二石膏、铝矾土和赤泥形成。所述方法包括：将第二石膏、铝矾土和赤泥混合均匀后进行煅烧，得到第二胶凝材料；将所述第二胶凝材料与作为第一胶凝材料的第一石膏和任选地减水剂、保水剂混合均匀，得到混合物；向将所述混合物溶于乙醇中；任选地，将混合物的乙醇溶液与促凝剂、粘结剂混合均匀，得到所述石膏基干混砂浆。本申请的技术方案不仅解决了目前用于3D打印技术的材料多为有机材料的问题，还解决了普通石膏基砂浆凝结时间长、浆体硬化后强度差的问题。

A gypsum based dry mixed mortar for 3D printing and its preparation method

A gypsum based dry concrete mortar for 3D printing and a preparation method thereof, the dry concrete mortar comprises a first cementitious material and a second cementitious material, the first cementitious material is a first gypsum, and the second cementitious material is formed by a second gypsum, bauxite and red mud. The method comprises: mixing the second gypsum, bauxite and red mud evenly, calcining them to obtain the second cementitious material; mixing the second cementitious material with the first gypsum as the first cementitious material and the optional water reducing agent and water retaining agent to obtain the mixture; dissolving the mixture in ethanol; optionally, mixing the ethanol solution of the mixture with the accelerator and bonding The agent is evenly mixed to obtain the gypsum based dry mixed mortar. The technical solution of the application not only solves the problem that most of the materials currently used in 3D printing technology are organic materials, but also solves the problems of long setting time of ordinary gypsum based mortar and poor strength after the mortar body is hardened.

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的石膏基干混砂浆及其制备方法
本申请涉及但不限于新型建筑材料
，尤其涉及但不限于一种用于3D打印的石膏基干混砂浆及其制备方法。
技术介绍
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打印能否得到更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。石膏是一种气硬性胶凝材料，具有微膨胀性，其表面光滑质地细腻并具有很好的加工性。石膏粉在加入一些改性添加剂后，可以用做3D打印机的成型材料，在水基墨水的作用下能够快速固化，具有一定的强度。与其它3D打印材料相比，石膏胶凝材料及其制品有许多优良性质，如凝结硬化快、颗粒精细、直径易于调整，是唯一可以用于全彩打印的3D材料，并且取材丰富，价廉易得，生产能耗低，性价比高，可持续使用，毒副作用极小，在现有3D打印材料中是最安全和环保的。此外，石膏的微膨胀性使得石膏制品表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性和加工性，是用来制作雕塑的绝佳材料。但是石膏也有较多的缺点，如硬化后孔隙率较大导致表观密度和强度较低，耐水性差等，都限制了石膏的应用。故而开发力学性能好、易于加工、成本低的通用无机3D打印石膏基材料是3D打印材料的一个发展方向。随着3D打印技术的发展，干混砂浆也将脱离目前普通砂浆的内涵。在3D打印建筑中，干混砂浆将广泛地作为打印机的“墨水”。在各种3D打印技术中，3D打印石膏基装饰材料的干混砂浆在性能上具有突出的优势，国外研究者已经在该领域取得了相当可观的技术成果，但国内对3D打印石膏基装饰材料干混砂浆的技术研究相对较少，且主要集中于GRG在建筑领域的应用，石膏基装饰材料干混砂浆及其在3D打印技术中的研究尚属空白。
技术实现思路
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。本申请提供了一种用于3D打印的石膏基干混砂浆，不仅解决了目前用于3D打印技术的材料多为有机材料的问题，还解决了普通石膏基砂浆凝结时间长、浆体硬化后强度差的问题。具体地，本申请提供了一种用于3D打印的石膏基干混砂浆，所述石膏基干混砂浆包括第一胶凝材料和第二胶凝材料，所述第一胶凝材料为第一石膏，所述第二胶凝材料由第二石膏、铝矾土和赤泥形成。在一些实施方式中，所述第二石膏、所述铝矾土和所述赤泥的重量比可以为(13-16):(28-38):(33-84)。在一些实施方式中，所述第二胶凝材料可以通过将所述第二石膏、所述铝矾土和所述赤泥混合均匀后进行煅烧得到。在一些实施方式中，所述煅烧的温度可以为900-1250℃，时间可以为2-10min。在一些实施方式中，所述第二石膏可以选自脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的任意一种或更多种。在一些实施方式中，所述磷石膏可以通过下述方法处理得到：除去磷石膏中的大颗粒，在700-900℃下闪烧2-10min，加生石灰调节磷石膏的pH值为6-8。在一些实施方式中，所述第一石膏可以为脱硫石膏和/或天然石膏。在一些实施方式中，所述第一石膏可以为α高强石膏。在一些实施方式中，所述第一石膏的粒度可以为100-400目，D50可以为40-50μm。本申请的专利技术人研究发现，粉末的粒径大小及分布对整体性能有着很大的影响。粒径过大，材料的密度和强度会降低；粒度小的粉末可以降低最小层厚，提高致密度。但粒度太小的粉末由于范德华力的作用容易相互团聚，不易铺平。如果样品的颗粒大小混杂，铺粉时能更好地填充颗粒之间的缝隙，且没有明显的结晶水，使粉层更容易铺平而且致密，而粉末粒径过大则呈长条形结晶，粉末粒径过小则呈针状结晶，铺粉时单层缺陷明显。所以粉料应大小适中，分散性良好，不应单单追求更小的粒径，而应使其在铺粉的过程中更容易铺平和致密，制造的材料强度更高。因此，本申请选择将第一石膏的粒度控制在100-400目之间，D50控制在40-50μm之间，此时制备的石膏基干混砂浆具有较高的强度。在一些实施方式中，所述用于3D打印的石膏基干混砂浆还可以包括促凝剂、粘结剂和任选地减水剂、保水剂；其中，所述第一胶凝材料为100重量份，所述第二胶凝材料为5-10重量份，所述促凝剂为1-3重量份，所述粘结剂为1-2重量份，任选地，所述减水剂为0.1-0.5重量份，所述保水剂为0.05-0.1重量份。在一些实施方式中，所述促凝剂可以选自明矾、硫酸钾和硫酸铵中的一种或更多种。在一些实施方式中，所述粘结剂可以选自UV胶黏剂、UV胶黏剂的溶液、环氧树脂胶黏剂和环氧树脂胶黏剂的溶液中的一种或更多种。在本申请中，术语“UV胶黏剂的溶液”、“环氧树脂胶黏剂的溶液”分别指将UV胶黏剂、环氧树脂胶黏剂溶于溶剂中配制成的溶液，所述溶剂为不溶解石膏的无毒、易挥发的溶剂，例如，乙醇。在一些实施方式中，所述减水剂可以选自聚羧酸减水剂和马来酸酐系减水剂中的一种或更多种。在一些实施方式中，所述保水剂可以选自羟丙基甲基纤维素醚、甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚和聚乙烯醇中的一种或更多种。本申请还提供了一种制备如上所述的用于3D打印的石膏基干混砂浆的方法，所述方法包括以下步骤：将第二石膏、铝矾土和赤泥混合均匀后进行煅烧，得到第二胶凝材料；将所述第二胶凝材料与作为第一胶凝材料的第一石膏和任选地减水剂、保水剂混合均匀，得到混合物；向将所述混合物溶于乙醇中；任选地，将混合物的乙醇溶液与促凝剂、粘结剂混合均匀，得到所述石膏基干混砂浆。在一些实施方式中，所述方法可以包括以下步骤：将第二石膏、铝矾土和赤泥混合均匀后进行煅烧，得到第二胶凝材料；将所述第二胶凝材料与作为第一胶凝材料的第一石膏混合均匀，得到第一混合物；向所述第一混合物中加入减水剂和/或保水剂，得到第二混合物；将所述第二混合物溶于乙醇中；将第二混合物的乙醇溶液与促凝剂、粘结剂混合均匀，得到所述3D打印的磷石膏基干混砂浆。在一些实施方式中，所述第二石膏中含有磷石膏，所述方法还包括：在将所述第二石膏、所述铝矾土和所述赤泥混合前，对所述第二石膏中的磷石膏进行预处理：除去磷石膏中的大颗粒，在700-900℃下闪烧2-10min，加生石灰调节磷石膏的pH值为6-8。在一些实施方式中，用于溶解混合物的乙醇的用量可以为制备的石膏基干混砂浆在使用时所加的拌合水的用量的1/3-1/2。其中，拌合水的用量可以按照本领域中常用的方法确定，例如，根据国家标准GB/T28627-2012中的“标准扩散度用水量的测定”的方法测定。本申请将赤泥和铝矾土添加到石膏基干混砂浆中，在高温条件下赤泥中的CaO、铝矾土中的Al2O3和石膏中的CaSO4·2H2O会反应生成硫铝酸盐(3CaO·3Al2O3·CaSO4)，请见图1，硫铝酸盐属于胶凝材料，具有凝结时间短、强度大、耐水性好的优点，因此能够解决用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的石膏基干混砂浆，所述石膏基干混砂浆包括第一胶凝材料和第二胶凝材料，所述第一胶凝材料为第一石膏，所述第二胶凝材料第二胶凝材料由第二石膏、铝矾土和赤泥形成。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的石膏基干混砂浆，所述石膏基干混砂浆包括第一胶凝材料和第二胶凝材料，所述第一胶凝材料为第一石膏，所述第二胶凝材料第二胶凝材料由第二石膏、铝矾土和赤泥形成。


2.根据权利要求1所述的用于3D打印的石膏基干混砂浆，其中，所述第二石膏、所述铝矾土和所述赤泥的重量比为(13-16):(28-38):(33-84)。


3.根据权利要求1所述的用于3D打印的石膏基干混砂浆，其中，所述第二胶凝材料通过将所述第二石膏、所述铝矾土和所述赤泥混合均匀后进行煅烧得到第二胶凝材料；任选地，所述煅烧的温度为900-1250℃，时间为2-10min。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于3D打印的石膏基干混砂浆，其中，所述第二石膏选自脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的任意一种或更多种；
任选地，所述磷石膏通过下述方法处理得到：除去磷石膏中的大颗粒，在700-900℃下闪烧2-10min，加生石灰调节磷石膏的pH值为6-8。


5.根据权利要求1所述的用于3D打印的石膏基干混砂浆，其中，所述第一石膏为脱硫石膏和/或天然石膏；任选地，所述第一石膏的粒度为100-400目，D50为40-50μm；任选地，所述第一石膏为α高强石膏。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于3D打印的石膏基干混砂浆，还包括促凝剂、粘结剂和任选地减水剂、保水剂；
其中，所述第一胶凝材料为100重量份，所述第二胶凝材料第二胶凝材料为5-10重量份，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏起，王丽，
申请(专利权)人：北新集团建材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11