一种用于3D打印的水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于3D打印的水泥基复合材料，以20～30wt％的水泥作为基本原料，协同12～18wt％的煅烧黏土、6～9wt％的石灰石粉、2～3wt％的石膏、0.1～0.2wt％的减水剂、5～20wt％的漂珠、10～42wt％的砂石和水各组分混合得到用于3D打印的水泥基复合材料，用于3D打印的水泥基复合材料具有较轻的自重、较强的触变性及黏性，同时保持良好的流动性、塑形能力以及一定的力学强度，具有较广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的水泥基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及建筑材料领域，尤其涉及一种用于3D打印的水泥基复合材料以及一种用于3D打印的水泥基复合材料的制备方法。
技术介绍
目前，建筑行业的快速发展极大加速了混凝土材料的生产及消耗，传统混凝土材料的生产制备会产生大量的二氧化碳，同时造成大量的资源消耗，导致生态环境的超负荷。3D打印技术是近30年来快速发展的新型制造技术(即增材制造)，逐渐受到建筑行业的广泛关注。与传统建筑施工方法相比，在建筑行业中引入3D打印技术具有巨大的优势。3D打印技术通过数字模型和分层制造的方法实现整体成型，减少了一系列繁琐的步骤，可以制造出传统方式很难建造的复杂多样化建筑，且无需使用模板，降低了建筑成本；不需数量庞大的建筑工人，降低了施工中的安全风险；并且可以有效地利用建筑材料，减少了资源浪费，大大减少水泥需求量，同时可减少建筑垃圾，具有低碳、绿色、环保的特点，在建筑行业有广泛应用的潜力。然而，3D打印技术在建筑行业的快速应用依赖于开发更加符合3D打印技术的高性能水泥基复合材料。与传统的水泥混凝土相比，3D打印技术对水泥基复合材料的施工性能、力学性能、功能性等均提出更高的要求。首先，打印所用的水泥基材料须具备一定的可流动性，在打印挤出前能够均匀连续的在管道中进行输送；3D打印用水泥基材料还需要具备良好的触变性，在打印时可以挤出均匀的连续条，在打印后具备良好的结构恢复能力，更快地使材料内部乃至整个打印构件达到稳定状态；打印材料中骨料颗粒大小由打印头的大小决定，应严格控制骨料尺寸级配，以防打印过程中发生堵塞；另外，打印水泥基材料应具有良好的粘结性，可以保证打印各层打印条能够实现紧密的粘结，改善层与层间的间隙问题，减少性能薄弱的层间过渡区域。最后，打印材料需具有足够的可操作时间，使材料具有足够长时间的可施工性，如好的可挤出性、可建造性、触变性和粘结性等。目前，为了使3D打印的水泥基复合材料能够满足上述特殊性能，通常在材料设计中通常加入多种添加剂(如速凝剂、缓凝剂、膨胀剂、粘结剂、引气剂、保塑剂等)，导致制备工序繁多、水泥材料触变性差且粘附力弱，影响打印产品的稳定性，同时，水泥基复合材料较大的自重也影响其打印后的形状维持能力，在一定程度上限制了打印的层数，影响打印流程的连续性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于3D打印的水泥基复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中用于3D打印的水泥基复合材料触变性差、粘附性不强且自重过大的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种用于3D打印的水泥基复合材料，以所述水泥基复合材料的原材料的总重量为100％，包括下列组分：第二方面，本专利技术提供一种用于3D打印的水泥基复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：按照所述的水泥基复合材料的原材料的配方分别称取各组分；将漂珠和砂石级配混合得到的第一混合料，将水泥、煅烧黏土、石灰石粉、石膏和所述第一混合料混合，得到粉体材料；将减水剂和水混合，得到减水剂溶液；将所述粉体材料和所述减水剂溶液混合，得到所述水泥基复合材料。本专利技术提供的用于3D打印的水泥基复合材料，以20～30wt％的水泥作为基本原料，协同12～18wt％的煅烧黏土、6～9wt％的石灰石粉、2～3wt％的石膏、0.1～0.2wt％的减水剂、5～20wt％的漂珠、10～42wt％的砂石和水各组分混合得到用于3D打印的水泥基复合材料，具有以下优点：第一，以12～18wt％的煅烧黏土代替部分水泥作为原料，减少水泥的用量、提高所述用于3D打印的水泥基复合材料的环保性能；煅烧黏土与水混合能发生水化反应，生成具有交联性能的凝胶产物，能较好地与水泥结合，使材料之间具有较强的粘附性能，能够形成良好的粘结效果；同时也能提高材料的触变性，当混合料在打印挤出时，黏度会增加，其流动性会降低，在硬化过程中能保持良好的形状维持能力，在定型之后具有很好的抗变形性能，具有一定的形状维持能力，不会出现坍塌、构件侧向变形等现象；第二，包括2～3wt％的石膏，石膏的主要原料是硫酸钙，适量石膏能够有效的延缓水泥的水化速率，避免快凝现象的发生；能够与水结合发生水化反应，能够形成具有交联性能的凝胶产物，与水泥协同作用，能够保证制备得到的用于3D打印的水泥基复合材料在制备形成产品之后，具有较高的早期强度；第三，以5～20wt％的漂珠和10～42wt％的砂石作为轻骨料组分，可以显著降低用于3D打印的水泥基复合材料的自重，以减少材料在使用过程中由于自重产生的上部荷载过大的问题，且所述漂珠能与水发生水化反应，生成具有交联性能的凝胶产物，提高粘附性能，同时也能加强材料的强度；第四，还包括0.1～0.2wt％的减水剂，添加减水剂一方面能够提高水泥颗粒的分散效果，另一方面能够降低用于3D打印的水泥基复合材料的泌水率，减少水的用量，使复合材料减少水泥使用的过程中保持较高的强度。因此，所述用于3D打印的水泥基复合材料具有较轻的自重、较强的触变性及黏性，同时保持良好的流动性、塑形能力以及一定的力学强度，具有较广泛的应用。本专利技术提供的一种用于3D打印的水泥基复合材料的制备方法，所述制备方法先将漂珠和砂石进行混合得到级配的混合料，分别混合所有粉体材料得到固态混合料，混合所有溶液得到液态混合料，再混合固态混合料和液态混合料得到所述用于3D打印的水泥基复合材料，该制备方法操作简单，分别混合固态组分和液态组分能够保证各组分混合均匀，使得到的用于3D打印的水泥基复合材料性能稳定，具有较轻的自重、较强的触变性及黏性，同时保持良好的流动性、塑形能力以及一定的力学强度，可满足3D打印的使用。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。第一方面，本专利技术实施例提供一种用于3D打印的水泥基复合材料，以用于3D打印的水泥基复合材料的原材料的总重量为100％，包括下列组分：本专利技术提供的用于3D打印的水泥基复合材料，以20～30wt％的水泥作为基本原料，协同12～18wt％的煅烧黏土、6～9wt％的石灰石粉、2～3wt％的石膏、0.1～0.2wt％的减水剂、5～20wt％的漂珠、10～42wt％的砂石和水各组分混合得到用于3D打印的水泥基复合材料，具有以下优点：第一，以12～18wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，以所述水泥基复合材料的原材料的总重量为100％，包括下列组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，以所述水泥基复合材料的原材料的总重量为100％，包括下列组分：





2.根据权利要求1所述的用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，以所述水泥基复合材料的原材料的总重量为100％，还包括含量≤2.0wt％的速凝剂。


3.根据权利要求1所述的用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，所述煅烧黏土与所述石灰石粉的重量比为(1.8～2.2)：1。


4.根据权利要求1所述的用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥、所述煅烧黏土和所述石膏的总重量与所述水的重量比为1：(0.4～0.5)。


5.根据权利要求1～4任一所述的用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥选自硅酸盐水泥。


6.根据权利要求1～4任一所述的用于3D打印的水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高减水剂、聚羧酸盐系高效减水剂中的至少一种。


7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙武剑，林璨，陶洁琳，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44