一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂及其制备方法，所述的促凝早强剂原料为：由氟铝酸钙和包覆在氟铝酸钙表面的有机物构成。所述的有机物由脲醛树脂、聚氧化乙烯、聚乙二醇和硅烷偶联剂构成。本发明专利技术的促凝早强剂可以使水泥基材料的凝结时间可控，且小时强度大幅提高。

A coagulant accelerator for Cement-based 3D printing materials and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂及其制备方法
本专利技术涉及一种水泥基3D打印材料
，特别是涉及一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂及其制备方法。
技术介绍
3D打印是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D打印技术作为一种通俗化名称，从成型方法方面属于快速成型，其实质是增材制造技术。美国材料与试验协会将3D打印技术定义为：基于3D模型数据，采用与减材技术相反的逐层叠加的方式生产物品的过程，通常通过电脑控制将材料逐层叠加，最终将计算机上的三维模型变为立体实物。水泥基材料的3D打印技术是通过设备将水泥基材料挤出，在电脑三维软件的控制下，按照预先设置好的图形，由打印机将材料挤出逐层堆积进行打印，从而得到想要的建筑物后构件。与现有施工技术相比，3D打印可实现水泥基材料的无模具成型，节省了人工成本和模具成本。同时借助计算机与3D打印机建造，可以大大提高建造速度，缩短建造周期。根据3D打印的技术特点，对水泥基材料提出了新的要求。尤其是在凝结时间和小时强度方面。可控的凝结时间便于3D打印快速成型，提高打印效率。足够的小时强度使水泥基材料在堆积过程中不至于坍塌。GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中规定硅酸盐水泥水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于390min。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min。普通硅酸盐水泥P.O42.5水泥1d抗压强度只有7～10MPa，因此单独使用硅酸盐水泥无法达到3D打印的要求。这一方面限制了硅酸盐水泥在3D打印技术上的应用，同时也提高了水泥基材料3D打印的制造成本。为了使水泥基材料能够适用于3D打印技术，领域内技术人员在实现水泥基材料凝结时间可控、提高小时强度方面进行了不同的尝试，并取得一系列成果。CN106007587公开了一种3D打印砂浆，采用快硬硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥复配来提高砂浆的小时强度，采用无水氯化锂、无水氯化钙或无水氯化钙作为促凝剂。然而铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复配不当，会导致不正常凝结、强度降低和体积稳定性问题。使用氯化物作为促凝剂，也对水泥基材料的耐久性不利。CN105801023公开了一种用于3D打印的水泥基预拌干混砂浆。采用促凝早强剂来缩短混凝土凝结时间，提高早期强度，并将砂浆的初凝时间缩短了1小时。然而此方案并未公开所使用促凝早强剂的具体成分。然而1小时的初凝时间对于3D打印技术来讲也太长了，这将大大降低3D打印机的工作效率。CN104891891公开了一种3D打印水泥基材料。其中使用铝酸钠、硅酸钠、偏硅酸钠、甲酸钙、氯化钙作为早强剂，使用碳酸钠、铝酸钠、柠檬酸等作为调凝剂。向水泥基材料中加入过多的钠盐会增加发生碱骨料反应的风险，对水泥基材料的耐久性不利。专利CN105384416公开了一种用于3D打印的双组份水泥基复合材料及其制备方法，A料与B料在打印机内混合后直接挤出堆积。其中A料由34％-40％的硫铝酸盐水泥，0％-6％的无机粉料，40％-44％的尾矿机制砂，2.5％-3％的高分子聚合物，12％-13.4％的拌合水和缓凝剂、减水剂、提及稳定剂、消泡剂等化学外加剂组成，B料由2％-3％的促凝及、3％-4％的触变剂、1％-1.5％的消泡剂和94％-91.5％的拌合水组成。双组份3D打印水泥基材料必须在打印机内部混合后迅速挤出成型，无法实现预先拌合再通过管道输送等工艺过程，对打印设备要求高，应用范围受限。此外因为凝结速度过快，在堆积过程中会造成层间粘结强度过低。CN106830843公开了一种适用于3D打印快速成型工艺的水泥基复合材料。促强检索及由活化无水硫铝酸钙和石膏按照一定比例共同粉磨而成，液体促凝组分是硫酸铝、二乙醇胺按照一定比例溶水制成。然而液体促凝组分在挤出口加入，且要保证其与水泥基材料混合均与，这对3D打印设备提出较高要求，工艺相对比较复杂。氟铝酸钙是一种早强矿物，具有水化速度快，凝结时间快，小时强度高等特点。基于氟铝酸钙的上述特点，一般作为超早强水泥、喷射水泥使用。氟铝酸钙水化速度快、凝结时间快的特性不适合单独作为水泥基材料3D打印的促凝早强剂使用。表面包覆技术是利用物理或化学方法在粒子表面包覆一层有机物或无机物，作为最通用的表面改性技术。球磨法属于物理法粒子表面包覆技术的一种。分析现有文献可知，使用有机物表面改性的氟铝酸钙作为水泥基材料3D打印的促凝早强剂未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂及其制备方法。鉴于单独使用硅酸盐水泥无法满足3D打印对水泥基材料凝结时间可控，小时强度较高的要求。所以通过加入一种促凝早强剂来调控水泥基材料的凝结时间和小时强度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案实现。一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，本专利技术所述的促凝早强剂原料为：由氟铝酸钙和包覆在氟铝酸钙表面的有机物构成。进一步为，本专利技术所述的有机物包括水溶型有机物、硅烷偶联剂、溶胀型有机物。进一步为，本专利技术所述的有机物由脲醛树脂、聚氧化乙烯、聚乙二醇和硅烷偶联剂构成。进一步为，本专利技术所述的脲醛树脂为粉末状，平均分子量为1万～2万，细度为40～100目。进一步为，本专利技术所述的聚氧化乙烯为粉末状，平均分子量为80万～100万，细度为40～80目。进一步为，本专利技术所述的聚乙二醇为粉末状，平均分子量为1万～2万，细度为40～80目。进一步为，本专利技术所述的所述硅烷偶联剂为粉末状，细度为40～100目。进一步为，本专利技术所述的促凝早强剂原料在，以质量计：100份氟铝酸钙、30～40份脲醛树脂、24～36份聚氧化乙烯、8～16份聚乙二醇、12～18份硅烷偶联剂。使用上述的促凝早强剂进行适用于水泥基3D打印材料的制备方法，本专利技术所述的制备方法包括以下步骤：(1)、按照质量份计，称取30～40份脲醛树脂、24～36份聚氧化乙烯、8～16份聚乙二醇、12～18份硅烷偶联剂，放入混料机里混合搅拌均匀；(2)、称取质量份100份氟铝酸钙倒入球磨机，然后将步骤(1)搅拌均匀的物料倒入球磨机中，开启球磨机，对物料进行球磨，球磨时间控制在1h～2h；(3)、将球磨过的物料过100目筛子筛分，所得到的到粒径小于100目的粉末状物料即为促凝早强剂。上述的促凝早强剂得使用方法为，取促凝早强剂直接加入水泥基材料中加水搅拌均匀，备用即可；以质量计，掺入水泥基材料的促凝早强剂占其质量的4％～6％。当有机物表面改性的氟铝酸钙与水泥砂浆、水混合后，氟铝酸钙表面的有机物缓慢溶解，在这一过程中，水泥砂浆具有良好的工作性。当溶解完成后，氟铝酸钙与水接触发生水化反应，促使水泥砂浆快速凝结硬化。由于氟铝酸钙遇水后即发生水化反应。选用球磨法以及有机物皆为固体，就避免了氟铝酸钙与水接触。脲醛树脂遇水溶胀，聚氧化乙烯和聚乙二醇是水溶性有机物，加入水泥基材料中还可改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的促凝早强剂原料为：由氟铝酸钙和包覆在氟铝酸钙表面的有机物构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的促凝早强剂原料为：由氟铝酸钙和包覆在氟铝酸钙表面的有机物构成。


2.如权利要求1所述的适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的有机物包括水溶型有机物、硅烷偶联剂、溶胀型有机物。


3.如权利要求1所述的适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的有机物由脲醛树脂、聚氧化乙烯、聚乙二醇和硅烷偶联剂构成。


4.如权利要求3所述的适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的脲醛树脂为粉末状，平均分子量为1万～2万，细度为40～100目。


5.如权利要求3所述的适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的聚氧化乙烯为粉末状，平均分子量为80万～100万，细度为40～80目。


6.如权利要求3所述的适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的聚乙二醇为粉末状，平均分子量为1万～2万，细度为40～80目。


7.如权利要求3所述的适用于水泥基3D打印材料用促凝早强剂，其特征在于，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮，陈家荣，王庄，赵江，
申请(专利权)人：福泉凯威特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52