[发明专利]用于3D打印的外加剂组合物、砂浆材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于3D打印的外加剂组合物、砂浆材料及其制备方法。本发明提供的外加剂组合物包括组分a和组分b，其中所述组分a包括硫酸铝、减水剂和水，所述组分b包括氧化钙和/或氢氧化钙、石膏以及纤维素醚。采用包含本发明的外加剂组合物的砂浆材料能够适应小型(桌上)3D打印机的打印需求，满足小型混凝土构件的打印需求，且适应性广，对环境友好。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种用于3D打印的外加剂组合物、砂浆材料及其制备方法。

技术背景

与传统建造工艺相比，建筑3D打印具有数字信息化精确建造、机器设备标准化自动建造以及简化施工工艺等诸多优势。因此，发展3D打印建造技术符合建筑工业化的要求，是建筑业未来的发展方向之一。

当前3D打印技术根据其打印规模可分为大型和小型(桌上)3D打印结构两种，由于两种打印过程存在显著差别，相应的3D打印材料需分别进行设计。其差别具体表现为：大型3D打印机的打印规模大、机械加载功率大，3D打印材料出料速度快、单次打印的打印宽度大、单层打印时间短、总体打印层数大等，因此要求3D打印材料黏度高、凝结时间短等；小型(桌上)3D打印机的打印规模小，机械加载功率小，3D打印材料出料速度慢、单次打印的打印宽度窄、单层打印时间长、总体打印层数少等，因此要求3D打印材料黏度相对较低、凝结时间长，屈服应力大等。

由于存在上述差异，大型和小型(桌上)3D打印机所用材料无法通用，小型(桌上)3D打印机作用材料应当针对性设计。为适应小型(桌上)3D打印机工作特点，需要设计专用外加剂配方及相应的砂浆配方。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供了一种用于小型3D打印的外加剂组合物、砂浆材料及其制备方法。采用包含本发明的外加剂组合物的砂浆材料能够适应小型(桌上) 3D打印机的打印需求，满足小型混凝土构件的打印需求，且适应性广，对环境友好。

本发明的第一方面提供了一种用于3D打印的外加剂组合物，包括组分a和组分b，其中所述组分a包括硫酸铝、减水剂和水，所述组分b包括氧化钙和/或氢氧化钙、石膏以及纤维素醚。

本发明的实施方式中，将外加剂配方分为组分a和组分b，利用组分a中的硫酸铝和组分b中的氧化钙、石膏作为促凝剂成分，三者共同反应生成钙矾石，钙矾石为针棒状晶体，其在浆料初凝之前生成，用于调节稠度和凝结时间。同时由于硫铝酸盐水泥屈服应力大，流动度低，从而能够使得浆体屈服应力增大。

本发明的实施方式中，组分a中硫酸铝以硫酸铝溶液即液体形式存在，从而能够快速反应生成钙矾石，防止硫酸铝固体的溶解过程限制钙矾石生成，且反应完成后不再生成新的钙矾石，避免浆体性能波动过大的问题，特别适用于凝结时间较长的胶凝材料体系；同时，使用液体形式可通过掺量改变更精细地调节产品性能，具有增益效果。若使用粉体原料，则通过粉体原料生成钙矾石的过程会受到粉体原料溶解动力学的影响，通常由于溶解过程持续的时间较长，会导致砂浆早期的黏度、屈服应力等持续变化，导致早期和后期的性能差别较大，对于小型构件，不利于打印过程的精细控制；并且可能由于反应较慢导致打印过程中黏度增大，无法连续打印。

本发明的实施方式中，组分b选用氧化钙和石膏，扩大了本发明的外加剂组合物的应用范围，防止所选用砂浆体系中钙和硫含量不足，导致钙矾石无法足量生成。

本发明的实施方式中，硫酸铝为无结晶水的硫酸铝，含结晶水的硫酸铝取折固含量计算。

根据本发明的一些实施方式，所述减水剂包括聚羧酸减水剂。根据本发明，聚羧酸减水剂为母液或粉体，母液要求固含量为0.2～0.6，减水剂的使用能够降低用水量，提高硬化后的强度。

根据本发明的一些实施方式，所述石膏包括无水石膏、半水石膏和二水石膏中的一种或多种。根据本发明的一些实施方式，所述石膏的含水率为0～0.21。

根据本发明的一些实施方式，所述氧化钙和/或氢氧化钙的含水率为0～0.25。