一种3D打印混凝土专用外加剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及混凝土3D打印技术领域，公开了一种3D打印混凝土专用外加剂及其制备方法，包括减水骨架、键入所述减水骨架中的改性触变颗粒、以及包覆于所述减水骨架表面的缓溶层；按质量比计，所述减水骨架与所述改性触变颗粒的用量比为1：0.8

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印混凝土专用外加剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及混凝土3D打印
，具体而言，涉及一种3D打印混凝土专用外加剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料，是最主要最常用的土木工程材料之一。随着建筑、机械、造船等行业的迅猛发展，混凝土的使用量和需求量极大提升，随之出现混凝土筑造效率低、传统筑造方式工作量大等问题。
[0003]3D打印，也称增材制造，是基于三维模型，采用与传统减材制造技术完全相反的逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。目前，混凝土材料已被引入3D打印技术中，通过3D打印混凝土技术来建造房屋等，具有免模施工、省工省料、筑造效率高等优点。
[0004]基于3D打印技术与传统建造方式的差异，采用3D打印技术的混凝土需要具备良好的流变性、可泵性、可打印性(挤出成型性及分层堆积性)、力学性能及耐久性等。传统的混凝土材料并不能满足上述3D打印的条件，因而通常向混凝土原材料中添加外加剂，以改善混凝土材料的各项性能。然而，添加常规的混凝土用外加剂并不能使混凝土达到3D打印所需的性能条件，易出现成型失败、不够坚固或耐久性差的问题。
[0005]因此，我们急需一种3D打印混凝土专用的外加剂，以更好地实现3D打印混凝土。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题：
[0007]目前，3D打印混凝土技术中，3D打印混凝土外加助剂并不能使混凝土浆料很好地满足3D打印的需求和标准，具体在于：在3D打印的过程中，混凝土的流动性不足，或打印结束后混凝土凝结速率低，进而导致产品的完整性差等问题，即难以同时实现混凝土前期高流动性、后期速凝效果好的使用效果。
[0008]本专利技术采用的技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种3D打印混凝土专用外加剂，包括减水骨架、键入所述减水骨架中的改性触变颗粒、以及包覆于所述减水骨架表面的缓溶层；按质量比计，所述减水骨架与所述改性触变颗粒的用量比为1：0.8
‑
1.25；按质量分数计，所述缓溶层占所述外加剂总质量的16
‑
27％。
[0010]优选地，所述减水骨架包括改性聚羧酸，所述改性聚羧酸的支链接入有不饱和基团，所述改性聚羧酸的主链接有刚性基团。
[0011]优选地，所述减水骨架还包括骨架材料，所述骨架材料包括纳米SiO2、碳纳米管中的一种或多种。
[0012]优选地，所述改性触变颗粒包括聚合硫酸铝和二乙胺醇。
[0013]优选地，所述改性触变颗粒的制备方法包括如下步骤：将聚合硫酸铝和二乙胺醇
溶于羧酸中混制，蒸馏干燥；取成型剂，通过喷雾制粒制得改性触变颗粒。
[0014]优选地，所述缓溶层包括石膏和水溶膜，所述石膏包覆于所述减水骨架的表面，所述水溶膜包覆于所述石膏的表面。
[0015]优选地，所述水溶膜包括聚乙烯醇水溶膜、瓜尔胶水溶膜或明胶水溶膜中的一种或多种。
[0016]优选地，所述水溶膜的厚度≤25μm。
[0017]本专利技术还提供了一种如上述的3D打印混凝土专用外加剂的制备方法，包括如下步骤：
[0018]S1按量取减水骨架和改性触变颗粒，混合，加入含氧硅烷偶联剂和催化剂，置于硅油浴中加热至80
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100℃，反应5
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8h，通过硅氢加成将改性触变颗粒键入减水骨架中，后干燥制粒，得到中间颗粒Ⅰ；
[0019]S2向中间颗粒Ⅰ中加入石膏，转动搅拌，得到中间颗粒Ⅱ；取水溶膜溶液，涂覆于中间颗粒Ⅱ表面，阴干，重复多次，得到外加剂颗粒。
[0020]优选地，中间颗粒Ⅰ的粒径为85
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135μm，中间颗粒Ⅱ的粒径为80
‑
150μm。
[0021]本专利技术的有益效果表现在：
[0022](1)本专利技术中的外加剂采用多层结构颗粒物，颗粒外层主要为发挥促进流动性的物质，颗粒内部主要为提升速凝效果的物质，可同时实现前期流动性好、后期速凝性能好的效果。
[0023](2)减水骨架由改性聚羧酸与骨架材料超声分散进行嵌入式混合，改性聚羧酸的主链中接有刚性基团，具有明显的空间位阻效应，可形成空间结构稳定的减水骨架。减水骨架中的改性聚羧酸与改性触变颗粒之间，通过偶联剂进行嵌入连接：偶联剂中的硅氢键与改性聚羧酸支链上接入的不饱和键进行加成，通过偶联剂将改性触变颗粒稳定地键入减水骨架中，在混凝土从3D打印设备挤出后发挥良好地速凝作用。
[0024](3)改性触变颗粒中，二乙胺醇与羧酸反应生成酰胺基团，并将颗粒物通过偶联剂键入减水骨架中，保持减水骨架的空间结构稳定，也避免改性触变颗粒在存放过程中变性失效，提高其稳定性，还具有良好的速凝效果等。
[0025](4)石膏以及包设于石膏表面的水溶膜，水溶膜可在水化过程中将膜内物质释放，且在使用前，由石膏阻绝内层物质与外界环境之间接触反应，保证外加剂在使用前的稳定性；石膏用以阻断水溶膜与内层材料的接触，避免水溶膜被破坏。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0027]本专利技术提供了一种3D打印混凝土专用外加剂，包括减水骨架、键入所述减水骨架中的改性触变颗粒、以及包覆于所述减水骨架表面的缓溶层；其中，按质量份数计，减水骨架约为35
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48份，改性触变颗粒约为30
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50份，缓溶层约占16
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27份。
[0028]本专利技术中，减水骨架由改性聚羧酸与骨架材料制得：将改性聚羧酸与骨架材料混
合后溶于溶剂中，超声分散，得到减水骨架。其中，改性聚羧酸为支链接枝有碳碳不饱和基团、主链接有刚性基团的聚羧酸，碳碳不饱和基团为乙烯基、丙烯基等；刚性基团为苯环等，可增大减水骨架的空间位阻效应，使其保持结构稳定；骨架材料为纳米SiO2或碳纳米管等分子结构成空间框架结构的材料，使减水骨架保持松散多孔且稳定的结构形态。
[0029]本专利技术中，减水骨架中，改性聚羧酸的支链含有碳碳不饱和键，将减水骨架与改性触变颗粒混合，并引入含氧硅烷偶联剂和催化剂后，置于硅油浴中加热反应，可形成硅氢键合的由减水骨架支撑和包裹改性触变颗粒的颗粒物，在打印后期发挥速凝作用。
[0030]本专利技术中，在外层包裹石膏，并裹上熔融的水溶膜，使其冷却后成膜包裹于最外层。水溶膜可在水化过程中将膜内物质释放，且在使用前，由石膏阻绝内层物质与外界环境之间接触反应，保证外加剂在使用前的稳定性；同时，石膏也发挥着阻断水溶膜与内层材料的接触的作用，保证外加剂在使用前的稳定性。
[0031]本专利技术中，减水骨架的颗粒物粒径约为60
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印混凝土专用外加剂，其特征在于，包括减水骨架、键入所述减水骨架中的改性触变颗粒、以及包覆于所述减水骨架表面的缓溶层；按质量比计，所述减水骨架与所述改性触变颗粒的用量比为1：0.8
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1.25；按质量分数计，所述缓溶层占所述外加剂总质量的16
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27％。2.根据权利要求1所述的3D打印混凝土专用外加剂，其特征在于，所述减水骨架包括改性聚羧酸，所述改性聚羧酸的支链接入有不饱和基团，所述改性聚羧酸的主链接有刚性基团。3.根据权利要求2所述的3D打印混凝土专用外加剂，其特征在于，所述减水骨架还包括骨架材料，所述骨架材料包括纳米SiO2、碳纳米管中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的3D打印混凝土专用外加剂，其特征在于，所述改性触变颗粒包括聚合硫酸铝和二乙胺醇。5.根据权利要求4所述的3D打印混凝土专用外加剂，其特征在于，所述改性触变颗粒的制备方法包括如下步骤：将聚合硫酸铝和二乙胺醇溶于羧酸中混制，蒸馏干燥；取成型剂，通过喷雾制粒制得改性触变颗粒。6.根据权利要求1所述的3D打印混凝土专用外加剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏金尤，魏晓宏，杨俊，
申请(专利权)人：四川金江建材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：