[发明专利]增材制造建筑物、构筑物或其构件用无碱速凝剂

说明书

技术领域

本发明涉及含水泥的胶结料用速凝剂及制备方法和使用方法。

背景技术

速凝剂是使含水泥的胶结料快速凝结硬化并产生一定强度的外加剂，广泛应用于隧道喷射砂浆或混凝土施工、抢修施工及近年兴起的建筑物、构筑物或其构件的增材制造中，其主要目的在于加快胶结料的凝结时间，加快施工速度，减少回弹，提高早期强度且后期强度不降低，满足特殊工程的施工要求；增材制造技术的发展，使得建筑业从传统的建造模式走向了工厂化制造模式，是建筑业在本世纪最大的突破。增材制造可以通过三维计算机模型形成每一层以叠层方式制造的工艺，由于在增材制造操作中以连续工艺生产，所以可以消除与常规的建造工艺相关联的特征，从而节省了成本、材料和时间。此外，相比于常规的建造工艺，增材制造允许相对容易地构建具有复杂的几何形状的构件或组件。

由于建筑物自身的特点，建筑物在打印制造过程中及制造完成后，对所用材料的施工性能、力学性能、功能性、耐久性以及经济性等有特定的要求，就目前情况而言，水泥混凝土依然是制造建筑物的首选，但由于打印建筑采用无模板、挤出并叠加成型的施工方式，对建筑材料的性能提出了更高的要求。

增材制造的快速堆叠模式在通过喷嘴挤出含水泥的胶结料的施工过程中，水泥胶结料必须在一个规定的时间内固化，以加快增材制造施工速度，对于这样的要求，传统的使用铝酸钠和碱金属氢氧化物达到了强力的凝结时间促进效果；但是由于此类速凝剂的高度碱性，对于工作环境造成了非常恶劣的影响，并且在水泥胶结料硬化后对于其长龄期强度有非不利的影响，并且有不可忽视的潜在的碱集料反应，基于以上原因，该类速凝剂并非优选采用的速凝剂。

为了充分利用速凝剂在施工中的优势，科研人员进行了很多研究工作，现在已提出含铝化合物的无碱速凝剂，但这些速凝剂还存在以下诸多问题。中国建筑材料科学研究总院专利 CN201110112424 公开了以硫酸铝为主要速凝成分的无碱液体速凝剂，有机胺类作为增黏组分，提高喷射层厚度，降低回弹损失，但是该类速凝剂会引起后期强度的损失；江苏博特新材料有限公司申请的专利(200610098296.0)，其制备的速凝剂在混凝土中掺量大，通常掺量为水泥的7-10％，有的甚至高达12％，混凝土的生产成本高，以至于施工方无法接受高掺量高价格的无碱速凝剂；美国专利(US2012/0085266 A1)公开的一种无碱速凝剂，稳定期仅为一个月；美国专利(US8118930B2)公开的一种无碱速凝剂，稳定期为8周。稳定期过短，在运输和使用不及时的条件下，速凝剂一旦发生不可逆沉淀将无法再使用。

发明内容

本发明目的在于改进现有技术的不足并提供增材制造建筑物、构筑物或其构件用无碱速凝剂，所述的速凝剂对于硬化后的水泥胶结料而言均具有后期强度不损失、适中的掺量及长时间的储存稳定性。本发明的另一目的是提供上述速凝剂的制备方法。本发明还有一目的是提供了在基体上涂布含上述速凝剂的水泥胶结料的方法。

本发明提供了如下的技术方案：

本发明涉及一种增材制造建筑物、构筑物或其构件用无碱速凝剂，其特征在于，通过以下步骤组成的方法制备：

(1)将含镁化合物和/或含铝化合物投入氟硅酸水溶液中，或者将氟硅酸水溶液加入含镁化合物和/或含铝化合物中，优选的方法是先将含镁化合物和/或含铝化合物与水搅拌配制成悬浊液，然后将氟硅酸水溶液缓慢加入悬浊液中；和

(2)任选加入至少一种多羟基分散增强剂；

具体的，本发明所使用的氟硅酸水溶液是任何市场上可以买到的，也可以使用来源于工业生产中的副产品，这样生产成本会特别低，通常的氟硅酸水溶液浓度在8%～40%之间，但是过低或过高的浓度反应时间过长或不易控制，优选的适宜生产的浓度在15%～20%之间。

进一步的，所述含铝化合物为氧化铝、氢氧化铝或其他含水氧化铝中的一种或多种；铝离子对于水泥胶结料的加速凝结具有很好的促进效果，而铝离子在水溶液中有多种存在形式，主要是以羟基铝离子的形式存在，本发明通过氧化铝或含水氧化铝与氟硅酸的反应来引入所需的溶解铝，相对于在氟硅酸中的溶解性而言，优选的铝源为氧化铝或氢氧化铝，最优选的为氢氧化铝。

进一步的，所述含镁化合物为氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁中的一种或多种；镁离子对于水泥胶结料的强度具有很好的促进效果，优选的镁源为氧化镁、氢氧化镁。

具体的，所述氟硅酸与所述含铝化合物的质量比为1：0.6～3.6。所述氟硅酸与所述含镁化合物的质量比为1：0.9～5.0。为了计算的方便，本发明中的氟硅酸以氟硅酸溶液中有效的氟硅酸含量计算。