Сухая строительная смесь для приготовления бетона, применяемого в строительной 3Д печати Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к приготовлению сухих смесей, и может быть использовано в приготовлении бетона для строительной 3Д печати. Данное техническое решение может быть использовано при изготовлении малых архитектурных форм, при строительстве стен зданий методом 3Д строительной печати.

Наиболее близким техническим решением является Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати

Изобретение содержит двухфазную смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати. Двухфазная смесь содержит две фазы: твердую (фаза 1) - смесь из сухих компонентов и жидкую (фаза 2) - водный раствор. Соотношение двух фаз равно 4,9-5,1:1. Фаза 1 включает портландцемент ЦЕМ I 42,5 H, известняковую муку с содержанием СаСО₃ не менее 95%, метакаолин с содержанием SiO₂ не менее 53% и Al₂O₃ не менее 47%, полипропиленовую фибру длиной 12 мм. Компоненты твердой фазы находятся в массовом соотношении, %: портландцемент - 48,8-49,4; известняковая мука - 49,5-49,8; метакаолин - 0,9-1,1; полипропиленовая фибра - 0,2-0,3. Фаза 2 содержит воду и суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров. Массовые соотношения компонентов жидкой фазы составляют, %: суперпластификатор - 2,7-3,3; вода - 96,7-97,3.

Недостатком является низкая тиксотропность смеси, и высокая подвижность, что усложняет процесс печати равных, стабильных по толщине слоев.

Также близким техническим решением является

Декоративный бетон повышенной физико-климатической стойкости для строительной 3D-печати состоящий из следующих компонентов при их массовом соотношении, %: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н - 40,37-40,54; карбонатный наполнитель заданного фракционного состава с содержанием СаСО₃ не менее 95%: фракция 26-40 мкм - 7,19-7,22, фракция 8,5-16 мкм - 13,89-13,94, фракция 1-4 мкм - 17,20-17,27, фракция менее 1 мкм - 2,10-2,12; высокоактивный метакаолин с содержанием SiO₂ не менее 53% и Al₂O₃ не менее 47% - 0,807-0,810; железосодержащий пигмент с содержанием Fe₂O₃ не менее 26% - 2,02-2,03; полипропиленовое волокно длиной 12 мм - 0,202-0,203; суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров - 0,48-0, / RU 2 767 641/

Недостатком данного состава является малое водоудержание, и как следствие высокая усадка, которая приводит к образованию трещин.

Технической задачей данного изобретения является приготовление и подача слабо подвижного раствора механизированным способом под давлением в печатную головку строительного 3Д принтера, с возможностью корректировки сроков твердения и с повышенным водоудержанием.

Техническая задача и промышленное применение данного изобретения обеспечиваются тем, что сухая строительная смесь для приготовления бетона применяемого в строительной 3Д печати содержит, мас. %: Портландцемент ЦЕМ 1 42.5 28,0-38,0, Портландцемент ЦЕМ 1 52,5 10,0-12,0, песок модулем крупности 2,2-2,5 содержащий фракцию 0,1-0,5 мм и 0,5-2 мм 51,3-58,8, стекло волокно щелочестойкое или полипропиленовое волокно (6 мм - 12 мм) 0,1-0,2 эфир целлюлозы (МГЭЦ метилгидроксиэтилцеллюлозу или МГПЦ метилгидроксипропилцеллюлозу) с вязкостью 2% раствора 40000-60000 мПа.с по Брукфильду 0,03-0,1. формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты) 0,02-0,15, пластификатор поликарбоксилатный 0,05-0,02. Сверх 100 стабилизатор 0,01-0,2. Технический результат высокая тиксотропность раствора, высокое водоудержание, регулируемые сроки твердения.

Портландцемент ЦЕМ 1 42,5 28,0-38,0 Стекловолокно щелочестойкое или полипропиленовое волокно 6 мм-12 мм 0,05-0,2 Песок кварцевый модуль крупности 2,2-2,5 51,35-58,8 Модифицирующая добавка 10,6-13,0,

причем модифицирующая добавка получена из смеси, подвергнутой механоактивации в смесителе-активаторе центробедно-ударного типа непрерывного действия до удельной поверхности 14000-15000 м²/кг и среднего размера частиц не более 10 мкм, содержащей, мас. %:

Портландцемент ЦЕМ 1 52.2 99,73-99,9 пластификатор поликарбоксилатный 0,05-0,02 эфир целлюлозы (МГЭЦ или МГПЦ) с вязкостью 2% раствора 40000-60000 мПа⋅с по Брукфильду 0,03-0,1 регулятор сроков схватывания HCO₂Na (натриевая соль муравьиной кислоты) 0,02-0,15 стабилизатор (эфир крахмал кукурузный или картофельный) 0,01-0,2 сверх 100

Причем в качестве портландцемента ЦЕМ 1 42,5 используют белый или серый цемент марочной прочностью не менее 400 кг/см² с удельной поверхностью (3200-3500 м²/кг) или их смесь в любой пропорции и без сопутствующих в их составе при приготовлении пуццолановых добавок.

Кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,5, просушенный влажностью не менее 0,05%.

Волокно полипропиленовое, либо стекловолокно с длиной волокна 6-12 мм. Характеристики стекловолокна:

Содержание диоксида циркония (ZrO2) - не менее 16,7%

Длина отрезка пряди - 6-12 мм

Линейная плотность нити - 2700 текс

Диаметр филамента - 13-15 мкм

Удлинение до разрыва - 2,4%

Температура размягчения - 860°C

Характеристики полипропиленовое волокно:

Длина отрезка пряди - 6-12 мм

Линейная плотность нити - 1700 текс

Температура размягчения - 165°С

В качестве портландцемента ЦЕМ 1 52,5 используют белый или серый цемент марочной прочностью не менее 500 кг/см² с удельной поверхностью (3500-3800 м²/кг) или их смесь в любой пропорции и без сопутствующих в их составе при приготовлении пуццолановых добавок.

Регулятором сроков схватывания и твердения в заявленном изобретении используют - формиат натрия HCO₂Na (натриевая соль муравьиной кислоты).

В качестве стабилизатора используют крахмалы и их модифицированные производные эфиры. В частности, модифицированные эфиры крахмала кукурузы или картофеля.

В качестве эфира целлюлозы используют МГЭЦ метилгидроксиэтилцеллюлозу или МГПЦ метилгидроксипропилцеллюлозу с вязкостью 2% раствора 50000-100000 мПа⋅с по Брукфильду. Торговая марка MELLUTEL

https://www.sdeton.com/

При этом за счет механоактивации модифицирующая добавка имеет удельную поверхность 14000-18000 м²/кг, средний размер частиц не более 10 мкм. Механоактивация позволяет при малой дозировке компонентов увеличить активность их свойств на 20%.

Сухая смесь для приготовления бетона применяемого в строительной 3Д печати готовится путем перемешивания сухих компонентов, входящих в состав в обычном смесителе принудительного действия, а производство добавки для модификации цементных вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе включает два этапа. Сначала компоненты входящие в состав добавки предварительно перемешиваются в смесителе принудительного действия. На втором этапе полученную смесь подают в смеситель-активатор центробежно-ударного типа непрерывного действия, например, СЦУ-450.

Приготовление раствора на основе сухой строительной смеси для приготовления бетона применяемого в строительной 3Д печати осуществляют на смесительном растворонасосе предназначенного для непрерывного приготовления раствора из сухих строительных смесей, транспортировки и дальнейшего применения по назначению.

В таблице №1 приведены примеры для создания бетона применяемого в строительной 3Д печати на основе сухой строительной смеси, содержащих портландцемент, песок кварцевый, стекловолокно щелочестойкое, модифицирующая добавка с активацией и без активации.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 31376-2008, ГОСТ31377-2008, ГОСТ 28013-98. Приготовление и подача в печатающую головку строительного 3D принтера «АМТ» S300 раствора на основе сухой строительной смеси для приготовления бетона применяемого в строительной 3Д печати осуществлялось с помощью смесительного растворонасоса марки pft g4, или с помощью Раствор смесителя Stirex VS10 в паре с с растворонасосом МР220. В таблице №2 приведены результаты испытаний контрольных составов с механоактивацией и без механоакивации.

В таблице №3 Приведен дополнительный пример состава влияние разных типов эфиров целлюлозы, эфиров крахмала и волокон на свойства 3Д смеси.

В таблице №4. Приведены результаты дополнительного примера состава влияние разных типов эфиров целлюлозы, эфиров крахмала и волокон на свойства 3Д смеси.

В таблице №5 Приведен дополнительный пример состава влияние разных типов эфиров целлюлозы, эфиров крахмала и волокон на свойства 3Д смеси.

В таблице №6 Предоставлены результаты дополнительного примера состава влияние разных типов эфиров целлюлозы, эфиров крахмала и волокон на свойства 3Д смеси.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к приготовлению сухих строительных смесей, и может быть использовано в приготовлении раствора для строительной 3Д печати. Данное техническое решение может быть использовано при изготовлении малых архитектурных форм, при строительстве стен зданий методом 3Д строительной печати. Сухая строительная смесь для приготовления бетона строительной 3Д печати содержит, мас.%: портландцемент ЦЕМ 1 42.5 - 28,0-38,0, стекловолокно щелочестойкое или полипропиленовое волокно длиной 6-12 мм – 0,05-0,2, кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,5 содержащий фракции 0,1-0,5 мм и 0,5-2 мм - 51,35-58,8, модифицирующая добавка – 10,6-13,0, полученная из смеси, содержащей мас.%: портландцемент ЦЕМ 1 52,2 – 99,73-99,9, пластификатор поликарбоксилатный - 0,05-0,02, эфир целлюлозы (МГЭЦ метилгидроксиэтилцеллюлозу или МГПЦ метилгидроксипропилцеллюлозу) с вязкостью 2% раствора 40000-60000 мПа⋅с по Брукфильду - 0,03-0,1, формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты) 0,02-0,15, стабилизатор – эфир крахмала кукурузный или картофельный – 0,01-0,2 сверх 100. Технический результат - высокая тиксотропность раствора, высокое водоудержание, регулируемые сроки твердения достигаются за счет механоактивации. 6 табл.

Сухая строительная смесь для приготовления бетона, применяемого в строительной 3Д печати, характеризуется тем, что она содержит Портландцемент ЦЕМ 1 42.5 с удельной поверхностью 3200-3500 м², кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,5, содержащий фракцию 0,1-0,5 мм и фракцию 0,5-2 мм, стекловолокно щелочестойкое или полипропиленовое волокно длиной 6-12 мм, и модифицирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент ЦЕМ 1 42.5 28,0-38,0 Стекловолокно щелочестойкое или полипропиленовое волокно длиной 6-12 мм 0,05-0,2 Кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,5, содержащий фракцию 0,1-0,5 мм и фракцию 0,5-2 мм 51,35-58,8 Модифицирующая добавка 10,6-13,0,

причем модифицирующая добавка получена из смеси, подвергнутой механоактивации в смесителе-активаторе центробежно-ударного типа непрерывного действия до удельной поверхности 14000-15000 м²/кг и среднего размера частиц не более 10 мкм, содержащей, мас.%:

Портландцемент ЦЕМ 1 52.2 с удельной поверхностью 3500-3800 м²/кг 99,73-99,9 Пластификатор поликарбоксилатный 0,05-0,02 Эфир целлюлозы - МГЭЦ, или МГПЦ с вязкостью 2% раствора 40000-60000 мПа⋅с по Брукфильду 0,03-0,1 Регулятор сроков схватывания HCO₂Na натриевая соль муравьиной кислоты 0,02-0,15 Стабилизатор - эфир крахмала кукурузный или картофельный 0,01-0,2 сверх 100