一种用于3d打印的轻质混凝土及其制备方法与应用
【专利摘要】本发明提供一种用于3D打印的轻质混凝土及其制备方法与应用，该轻质混凝土包括如下重量份的原料：52.5R普通硅酸盐水泥100份、强度等级不小于42.5的快硬硫铝酸盐水泥6?12份、粉煤灰7?10份、复合惰性轻质填充料100?250份、聚丙烯纤维1.2~6.5份、粘度调节剂0.06~0.2份、柔性调节剂0.5?1.5份、水25?40份。本发明的材料自身重量相对于传统混凝土材料显著降低25%?40%，大大减少了打印过程中上层材料对下层的压力变形，能够进一步提升一次性连续打印的层数，缩短建造工期，此外，本材料自身也具有一定的隔热保温性能，使得本发明轻质混凝土应用于建筑领域时更加节能环保。
【专利说明】
-种用于3D打印的轻质混凝±及其制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明设及建筑材料领域，特别是设及一种用于3D打印的轻质混凝±及其制备方 法与应用。
【背景技术】
[0002] 3D打印是一种先进的数字化制造方式，又称"增材制造"，与传统的制造方法不同， 运项技术只需要在计算机中将Ξ维模型经过一系列算法和软件处理，就可W直接W逐层累 积材料的方式制造出实体，无需原胚和模具，简化了产品的制造程序，节约了人力，提高了 生产效率。
[0003] 3D打印建筑主要是通过计算机进行3D建模，利用设定好的软件程序，通过机械控 审IJ，将配制好的混凝±拌合物由喷嘴挤出分层打印，逐层叠加而成，在建筑成型过程中无模 具支撑，运就要求混凝±拌合物在承受自重和动载荷的作用下，不变形，能快速凝结且具有 良好的粘结性能，传统的混凝±材料已经明显不能满足3D打印建筑用材料的性能要求，亟 待改进。
【发明内容】
[0004] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于3D打印的轻质混 凝±及其制备方法与应用，用于解决现有技术中混凝±材料粘结性差、易变形、不适用于3D 打印等问题。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种用于3D打印的轻质混 凝±，包括如下重量份的原料:52.5R普通娃酸盐水泥100份、强度等级不小于42.5的快硬硫 侣酸盐水泥6-12份、粉煤灰7-10份、复合惰性轻质填充料100-250份、聚丙締纤维1.2-6.5 份、粘度调节剂0.06-0.2份、柔性调节剂0.5-1.5份、水25-40份。
[0006] 进一步地，所述复合惰性轻质填充料的原料及其重量比为中砂：陶砂:玻化微珠： 聚苯颗粒=(20-40): (40-80): (8-16): (2-5)。其中的陶砂包括但不限于渺泥烧制的陶砂， 使用陶砂、玻化微珠和聚苯颗粒能够显著降低混凝±材料的自身重量25%-40%，从而能够 减少打印过程中上层材料对下层压力变形，并且能够使混凝上材料具有隔热保溫的效果。
[0007] 更进一步地，所述陶砂的粒径小于5mm。
[000引进一步地，所述聚丙締纤维的长度为20-35mm。
[0009] 进一步地，所述粘度调节剂为麦芽糊精、非离子型聚丙締酷胺、溫轮胶、径丙基甲 基纤维素酸中的一种或几种组合。粘度调节剂的加入主要是调整材料的触变性，即一触即 变的性质。使得材料在受到剪切力的时候稠度变小，具有更强的可塑性;在剪切力停止的时 候材料稠度变大，失去可塑性。其中，非离子型聚丙締酷胺的分子量优选为800万至1500万。
[0010] 进一步地，所述柔性调节剂为締丙基酸类聚合物或丙締酸类聚合物，该类聚合物 为粉状，易溶于水，具体可W为聚乙二醇单締丙基酸、聚甲基丙締酸甲醋等。柔性调节剂具 有分散和层间润滑作用，使得材料整体更加细腻、连续，有利于打印过程的连续性，W保证 不会出现断裂的情况，使得打印出来的产品外观更加美观。
[0011] 本发明第二方面提供上述用于3的T印的轻质混凝±制备方法，包括W下步骤：
[0012] S1、按配方量将复合惰性轻质填充料的各原料混合，揽拌均匀，制得复合惰性轻质 填充料，备用。
[0013] S2、按配方量将52.5R通娃酸盐水泥、快硬硫侣酸盐水泥、粉煤灰、聚丙締纤维、粘 度调节剂、柔性调节剂混合，揽拌均匀，制得混合物，备用。
[0014] S3、按配方量将步骤S1制得的复合惰性轻质填充料加入步骤S2制得的混合物中， 揽拌均匀，制得粉料，备用。
[0015] S4、按配方量将步骤S3制得的粉料与水混合，揽拌混匀，制得用于建筑结构3D打印 的轻质混凝±。
[0016] 进一步地，所述步骤S4中，对粉料与水的混合物进行揽拌时，揽拌速度为100 ±5r/ min。
[0017]进一步地，所述步骤S4中，对粉料与水的混合物进行揽拌时，揽拌时间为l-2min。
[0018] 本发明第Ξ方面提供上述用于3D打印的轻质混凝±在30打印中的应用。上述用于 3D打印的轻质混凝±可用于异形结构的打印，解决了常规诱筑混凝±中异形模板运一难 题。其次，本发明用于3D打印的轻质混凝±的初凝时间短，可W较快地完成打印，能够大大 缩短工期。最后，此轻质混凝±自带保溫隔热效果，属于环境友好型材料。
[0019] 如上所述，本发明的用于3D打印的轻质混凝±及其制备方法与应用，具有W下有 益效果:本发明混凝±自重较轻，采用中砂、陶砂、玻化微珠作为轻质填充料，在相同体积的 条件下，本发明的材料自身重量相对于传统混凝±材料显著降低25%-40%，大大减少了打 印过程中上层材料对下层的压力变形，使得打印的结构表观更加均匀美观，并且能够进一 步提升一次性连续打印的层数，缩短建造工期，可为快速实现工业化生产建筑的智能化做 支撑，此外，本材料自身也具有一定的隔热保溫性能，使得本发明轻质混凝±应用于建筑领 域时更加节能环保。
【具体实施方式】
[0020] W下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所掲露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可W通过另外不同的具体实 施方式加 W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0021] W下各实施例中，快硬硫侣酸盐水泥符合行业标准GB 20472-2006《硫侣酸盐水 泥》;粉煤灰符合标准GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝±中的粉煤灰》；中砂符合标准GB/ T14684-2011《建设用砂》；陶砂符合标准GB T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法第1部 分:轻集料》，W下各实施例采用渺泥烧制的陶砂;玻化微珠符合标准JCT 1042-200^膨胀 玻化微珠》;聚苯颗粒符合标准JG158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保溫系统》。
[0022] 实施例1
[0023] -种用于3D打印的轻质混凝±，包括如下重量份的原料：52.5R普通娃酸盐水泥 100份、42.5快硬硫侣酸盐水泥11份、粉煤灰7份、复合惰性轻质填充料150份、长度为20mm的 聚丙締纤维1.2份、粘度调节剂0.12份、柔性调节剂0.5份、水40份。
[0024] 复合惰性轻质填充料的原料及其重量比为中砂:粒径小于5mm的陶砂:玻化微珠： 聚苯颗粒= 20:70:10:2。粘度调节剂为麦芽糊精，柔性调节剂为聚乙二醇单締丙基酸。
[0025] 上述用于3D打印的轻质混凝±的制备方法包括如下步骤：
[0026] S1、按配方量将中砂、粒径小于5mm的陶砂、玻化微珠、聚苯颗粒投入揽拌机中混 合，揽拌均匀，制得复合惰性轻质填充料，备用。
[0027] S2、按配方量将52.5R通娃酸盐水泥、快硬硫侣酸盐水泥、粉煤灰、长度为20mm的聚 丙締纤维、粘度调节剂、柔性调节剂投入揽拌机中混合，揽拌均匀，制得混合物，备用。
[00%] S3、按配方量将步骤S1制得的复合惰性轻质填充料加入步骤S2制得的混合物中， 揽拌均匀，制得粉料，备用。
[0029] S4、按配方量将步骤S3制得的粉料与水混合，W100 ±5r/min的揽拌速度快速揽拌 Imin，混匀，制得用于建筑结构3D打印的轻质混凝±，即可作为3D打印机的油墨，进行3D打 印。
[0030] 实施例2
[0031] -种用于3D打印的轻质混凝±，包括如下重量份的原料：52.5R普通娃酸盐水泥 100份、42.5快硬硫侣酸盐水泥9份、粉煤灰8份、复合惰性轻质填充料120份、长度为30mm的 聚丙締纤维1.2份、粘度调节剂0.1份、柔性调节剂1份、水30份。
[0032] 复合惰性轻质填充料的原料及其重量比为中砂:粒径小于5mm的陶砂:玻化微珠： 聚苯颗粒= 20:70:10:4。粘度调节剂为溫轮胶，柔性调节剂为聚甲基丙締酸甲醋。
[0033] 上述用于3D打印的轻质混凝±的制备方法包括如下步骤：
[0034] S1、按配方量将中砂、粒径小于5mm的陶砂、玻化微珠、聚苯颗粒投入揽拌机中混 合，揽拌均匀，制得复合惰性轻质填充料，备用。
[0035] S2、按配方量将52.5R通娃酸盐水泥、42.5快硬硫侣酸盐水泥、粉煤灰、长度为20mm 的聚丙締纤维、粘度调节剂、柔性调节剂投入揽拌机中混合，揽拌均匀，制得混合物，备用。
[0036] S3、按配方量将步骤S1制得的复合惰性轻质填充料加入步骤S2制得的混合物中， 揽拌均匀，制得粉料，备用。
[0037] S4、按配方量将步骤S3制得的粉料与水混合，W100 ±5r/min的揽拌速度快速揽拌 1.5min，混匀，制得用于建筑结构3D打印的轻质混凝±，即可作为3D打印机的油墨，进行3D 打印。
[003引实施例3
[0039] -种用于3D打印的轻质混凝±，包括如下重量份的原料：52.5R普通娃酸盐水泥 100份、42.5快硬硫侣酸盐水泥10份、粉煤灰9份、复合惰性轻质填充料180份、长度为30mm的 聚丙締纤维1.2份、粘度调节剂0.1份、柔性调节剂0.8份、水35份。
[0040] 复合惰性轻质填充料的原料及其重量比为中砂:粒径小于5mm的陶砂:玻化微珠： 聚苯颗粒= 35:62:15:2.5。粘度调节剂为径丙基甲基纤维素酸，柔性调节剂为聚乙二醇单 締丙基酸与聚甲基丙締酸甲醋的混合物。
[0041] 上述用于3D打印的轻质混凝±的制备方法包括如下步骤：
[0042] S1、按配方量将中砂、粒径小于5mm的陶砂、玻化微珠、聚苯颗粒投入揽拌机中混 合，揽拌均匀，制得复合惰性轻质填充料，备用。
[0043] S2、按配方量将52.5R通娃酸盐水泥、快硬硫侣酸盐水泥、粉煤灰、长度为30mm的聚 丙締纤维、粘度调节剂、柔性调节剂投入揽拌机中混合，揽拌均匀，制得混合物，备用。
[0044] S3、按配方量将步骤S1制得的复合惰性轻质填充料加入步骤S2制得的混合物中， 揽拌均匀，制得粉料，备用。
[0045] S4、按配方量将步骤S3制得的粉料与水混合，W100 ±5r/min的揽拌速度快速揽拌 2min，混匀，制得用于建筑结构3D打印的轻质混凝±，即可作为3D打印机的油墨，进行3D打 印。
[0046] 实施例4
[0047] -种用于3D打印的轻质混凝±，包括如下重量份的原料：52.5R普通娃酸盐水泥 100份、42.5快硬硫侣酸盐水泥6份、粉煤灰10份、复合惰性轻质填充料160份、长度为20mm的 聚丙締纤维6份、粘度调节剂0.6份、柔性调节剂1.4份、水25份。
[0048] 复合惰性轻质填充料的原料及其重量比为中砂:粒径小于5mm的陶砂:玻化微珠： 聚苯颗粒= 40:46:12:3。粘度调节剂为麦芽糊精、非离子型聚丙締酷胺、径丙基甲基纤维素 酸的混合物，柔性调节剂为聚乙二醇单締丙基酸。非离子型聚丙締酷胺的分子量为800万至 1500 万。
[0049] 上述用于3D打印的轻质混凝±的制备方法包括如下步骤：
[0050] S1、按配方量将中砂、粒径小于5mm的陶砂、玻化微珠、聚苯颗粒投入揽拌机中混 合，揽拌均匀，制得复合惰性轻质填充料，备用。
[0051] S2、按配方量将52.5R通娃酸盐水泥、快硬硫侣酸盐水泥、粉煤灰、长度为30mm的聚 丙締纤维、粘度调节剂、柔性调节剂投入揽拌机中混合，揽拌均匀，制得混合物，备用。
[0052] S3、按配方量将步骤S1制得的复合惰性轻质填充料加入步骤S2制得的混合物中， 揽拌均匀，制得粉料，备用。
[0053] S4、按配方量将步骤S3制得的粉料与水混合，W100 ±5r/min的揽拌速度快速揽拌 2min，混匀，制得用于建筑结构3D打印的轻质混凝±，即可作为3D打印机的油墨，进行3D打 印。
[0054] 性能检测实验
[0055] 对实施例1-4制得的用于3的T印的轻质混凝±进行性能检测，其结果如下表：
[0化6] 表1用于3D打印的轻质混凝±性能检测表
[0化7]
[0058] ~从上表1可W看出，本发明制得的用于3D打印的轻质混凝±的容重《1650kg/m3, 导热系数《0.37W/(m · K)，初凝时间《47min，容重的降低，使得产品具有轻质的特点，同时 有效解决产品打印过程中，上层材料对下层的压力造成产品变形的问题，导热系数的降低， 使得产品具有良好的绝热保溫性能，初凝时间的缩短，也有效解决产品容易变形的问题，显 著提高产品的质量。
[0059] 综上所述，本发明混凝±自重较轻，采用中砂、陶砂、玻化微珠作为轻质填充料，在 相同体积的条件下，本发明的材料自身重量相对于传统混凝±材料显著降低25%-40%，大 大减少了打印过程中上层材料对下层的压力变形，能够进一步提升一次性连续打印的层 数，缩短建造工期，可为快速实现工业化生产建筑的智能化做支撑，此外，本材料自身也具 有一定的隔热保溫性能，使得建筑更加节能环保。
[0060]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人±皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所掲示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种用于3D打印的轻质混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料：52.5R普通硅 酸盐水泥100份、强度等级不小于42.5的快硬硫铝酸盐水泥6-12份、粉煤灰7-10份、复合惰 性轻质填充料100-250份、聚丙烯纤维1.2-6.5份、粘度调节剂0.06-0.2份、柔性调节剂0.5-1.5份、水25-40份。2. 根据权利要求1所述的用于3D打印的轻质混凝土，其特征在于:所述复合惰性轻质填 充料的原料及其重量比为中砂:陶砂:玻化微珠:聚苯颗粒=(20-40): (40-80): (8-16): (2-5)〇3. 根据权利要求2所述的用于3D打印的轻质混凝土，其特征在于:所述陶砂的粒径小于 5mm 〇4. 根据权利要求1所述的用于3D打印的轻质混凝土，其特征在于:所述聚丙烯纤维的长 度为 20_35mm。5. 根据权利要求1所述的用于3D打印的轻质混凝土，其特征在于:所述粘度调节剂为麦 芽糊精、非离子型聚丙烯酰胺、温轮胶、羟丙基甲基纤维素醚中的一种或几种组合。6. 根据权利要求1所述的用于3D打印的轻质混凝土，其特征在于:所述柔性调节剂为烯 丙基醚类聚合物或丙烯酸类聚合物。7. 根据权利要求1-6任一项所述的用于3D打印的轻质混凝土的制备方法，其特征在于， 包括如下步骤： 51、 按配方量将复合惰性轻质填充料的各原料混合，搅拌均匀，制得复合惰性轻质填充 料，备用； 52、 按配方量将52.5R通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、粘度调 节剂、柔性调节剂混合，搅拌均匀，制得混合物，备用； 53、 按配方量将步骤Sl制得的复合惰性轻质填充料加入步骤S2制得的混合物中，搅拌 均匀，制得粉料，备用； 54、 按配方量将步骤S3制得的粉料与水混合，搅拌混匀，制得用于建筑结构3D打印的轻 质混凝土。8. 根据权利要求7所述的用于3D打印的轻质混凝土的制备方法，其特征在于:所述步骤 S4中，对粉料与水的混合物进行搅拌时，搅拌速度为100±5r/min。9. 根据权利要求7所述的用于3D打印的轻质混凝土的制备方法，其特征在于:所述步骤 S4中，对粉料与水的混合物进行搅拌时，搅拌时间为l-2min。10. 根据权利要求卜6任一项所述的用于3D打印的轻质混凝土在3D打印中的应用。
【文档编号】C04B28/06GK105948668SQ201610458374
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】石从黎, 林宗浩, 樊先平, 陈敬, 杨再富
【申请人】重庆建工新型建材有限公司, 重庆建工集团股份有限公司