一种用于3D打印的水泥基材料制造技术

本发明专利技术公开一种用于3D打印的水泥基材料，包括水泥粘合剂、骨料、增稠剂、水、纳米二氧化硅和聚丙烯纤维。本发明专利技术提供的用于3D打印的水泥基材料，通过同时掺杂纳米二氧化硅和聚丙烯纤维，不仅能够提高3D打印性能，还能减小层间各向异性，在工程领域有很好的现实运用价值。在工程领域有很好的现实运用价值。在工程领域有很好的现实运用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的水泥基材料


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，特别涉及一种用于3D打印的水泥基材料。

技术介绍

[0002]水泥基3D打印技术在工程领域运用很广泛，在建筑工程行业，水泥基3D打印技术用于建筑物绿色建造，可提高效率，节约成本；在交通工程行业，水泥基3D打印技术也尝试用于桥梁和隧道构件的制作和加固；水泥基3D打印因其数字化成型特点，在陶瓷等艺术品制作方面也有着较好的运用；利用水泥基3D打印因其类岩特性，在物理模型试验等其他方面也有较广阔的运用前景。不管水泥基3D打印用于哪个领域，提高材料的打印性能始终是水泥基3D打印材料研究的重点问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是提出一种用于3D打印的水泥基材料，旨在提供一种用于3D打印的水泥基材料，具有更好的打印性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提出一种用于3D打印的水泥基材料，包括水泥粘合剂、骨料、增稠剂、水、纳米二氧化硅和聚丙烯纤维。
[0005]可选地，所述水泥粘合剂、所述骨料、所述水、所述增稠剂、所述纳米二氧化硅以及所述聚丙烯纤维的质量比为1∶(0.22～0.30)∶(0.32～0.38)∶(0.003～0.005)∶(0.005～0.01)∶(0.001～0.0015)。
[0006]可选地，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～50nm，比表面积为200m2/g～230m2/g，密度为2.2g/cm3～2.5g/cm3。
[0007]可选地，所述聚丙烯纤维的密度为0.9g/cm3～0.91g/cm3，长度为6mm～8mm，抗拉强度为398MPa～400MPa，杨氏模量为3.85GPa～4GPa，断裂生长率为25％～30％。
[0008]可选地，所述增稠剂包括羟丙基甲基纤维素以及阴离子聚丙烯酰胺，所述羟丙基甲基纤维素与所述阴离子聚丙烯酰胺的质量比为(3～4)：1。
[0009]可选地，所述羟丙基甲基纤维素的粘度为200Pa
·
s～300Pa
·
s；和/或，
[0010]所述阴离子聚丙烯酰胺的分子量为1100万～1300万。
[0011]可选地，所述水泥粘合剂包括硅酸盐水泥以及硫酸铝盐块硬水泥，所述硅酸盐水泥与所述硫酸铝块硬水泥的质量比为(24～25)∶1。
[0012]可选地，所述骨料包括石英砂，所述石英砂粒径为40目～70目。
[0013]可选地，所述用于3D打印的水泥基材料还包括聚羧酸系高效减水剂。
[0014]可选地，所述水泥粘合剂与所述聚聚羧酸系高效减水剂的质量比为1∶(0.002～0.006)。
[0015]本专利技术提供的用于3D打印的水泥基材料，所述用于3D打印的水泥基材料里面同时掺杂了纳米二氧化硅和聚丙烯纤维，配合水泥粘合剂、骨料和增稠剂形成水泥基的基础配方。纳米二氧化硅能够增加打印出的材料的孔隙数量，改善孔隙结构，在逐层打印中能够提
高层间胶结性能，同时，纳米二氧化硅能够对聚丙烯纤维具有表面改性作用，能够提高聚丙烯纤维对用于3D打印的水泥基材料的胶结性能。同时掺杂的纳米二氧化硅和聚丙烯纤维能够加快用于3D打印的水泥基材料的凝结时间以及减小其坍塌度，使得所述用于3D打印的水泥基材料能够明显减小抗压强度的各向异性，能够使打印出的结构的破坏类型由脆性破坏变为延性破坏，有利于结构安全。本专利技术提供的用于3D打印的水泥基材料，不仅能够提高打印性能，还能减小层间各向异性，在工程领域有很好的现实运用价值。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本专利技术提供的用于3D打印的水泥基材料3D打印单轴抗压试样；
[0018]图2为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的初凝终凝时间测试结果图；
[0019]图3为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的塌落度测试结果图；
[0020]图4为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的打印层数统计图；
[0021]图5为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的建造性能测试效果图；
[0022]图6为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的整体变形率统计图；
[0023]图7为本专利技术实施例5提供的用于3D打印的水泥基材料的打印试样过程图；
[0024]图8为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的干密度测试结果图；
[0025]图9为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的吸水率测试结果图；
[0026]图10为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的抗压强度测试结果图；
[0027]图11为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的弹性模量测试结果图；
[0028]图12为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的浇筑式样的应力应变曲线图(左)和破坏裂缝分布图(右)；
[0029]图13为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的X方向打印试样的应力应变曲线图(左)和破坏裂缝分布图(右)；
[0030]图14为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的Y方向打印试样的应力应变曲线图(左)和破坏裂缝分布图(右)；
[0031]图15为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料
的抗压强度各向异性图；
[0032]图16本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的波速测试结果图；
[0033]图17为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的浇筑试样抗压强度与UPV关系图；
[0034]图18为本专利技术实施例1～实施例5、以及对比例1提供的用于3D打印的水泥基材料的打印试样抗压强度与UPV关系图；
[0035]图19为本专利技术对比例1、实施例3、实施例5提供的用于3D打印的水泥基材料的打印试样XRD测试结果；
[0036]图20为本专利技术对比例1、实施例3、实施例5提供的用于3D打印的水泥基材料的打印试样的微观孔隙示意图；
[0037]图21为本专利技术对比例1(左)和实施例5(右)提供的用于3D打印的水泥基材料的打印试样层间SEM测试结果图。
[0038]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的水泥基材料，其特征在于，包括水泥粘合剂、骨料、增稠剂、水、纳米二氧化硅和聚丙烯纤维。2.如权利要求1所述的用于3D打印的水泥基材料，其特征在于，所述水泥粘合剂、所述骨料、所述水、所述增稠剂、所述纳米二氧化硅以及所述聚丙烯纤维的质量比为1∶(0.22～0.30)∶(0.32～0.38)∶(0.003～0.005)∶(0.005～0.01)∶(0.001～0.0015)。3.如权利要求1所述的用于3D打印的水泥基材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～50nm，比表面积为200m2/g～230m2/g，密度为2.2g/cm3～2.5g/cm3。4.如权利要求1所述的用于3D打印的水泥基材料，其特征在于，所述聚丙烯纤维的密度为0.9g/cm3～0.91g/cm3，长度为6mm～8mm，抗拉强度为398MPa～400MPa，杨氏模量为3.85GPa～4GPa，断裂生长率为25％～30％。5.如权利要求1所述的用于3D打印的水泥基材料，其特征在于，所述增稠剂包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，江权，陈敏，郑虹，尹建辉，袁超义，熊先涛，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：