СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ 3D-ПРИНТЕРА Российский патент 2024 года по МПК C04B28/04 B33Y70/00 

Настоящее изобретение относится к области промышленности строительных материалов, и, более конкретно, к строительным смесям используемых в строительных 3D-принтерах и может быть использовано при 3D-печати строительных изделий и конструкций, например таких как строительные блоки и элементы стен зданий.

Уровень техники.

Известно техническое решение «Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати», патент России № 2729085, приоритет от 21.10.2019, правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет». Изобретение относится к строительным материалам, которые адаптированы к режимам 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 7,4-7,6:1. Фаза 1 включает портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н, песок с модулем крупности Мк≤1,25, 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 43,4-44,2; песок 54,8-55,3; метакаолин 0,8-1,0; полипропиленовая фибра 0,2-0,3. Фаза 2 содержит воду и суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров. Массовые соотношения компонентов жидкой фазы составляют, %: суперпластификатор 3,0-3,6; вода 96,4-97,0. Технический результат - повышаются пластичность, формоустойчивость, прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе, прочность сцепления слоев композита.

Известно техническое решение «Модифицированная бетонная смесь для экструзии на 3D-принтере», патент России № 2780512, приоритет от 30.12.2021, правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный архитектурно-строительный университет» (КазГАСУ). Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций в технологии аддитивного производства методом послойного экструдирования (3D-печати) бетонной смеси на основе портландцемента, песка, тонкомолотого пуццоланового компонента, суперпластификатора и эфира полисилоксана. Техническим результатом предлагаемого решения является снижение расхода портландцемента и суперпластификатора в модифицированной бетонной смеси, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из модифицированной бетонной смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, снижение усадочных деформаций, водопоглощения, повышение предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере (без использования форм). Модифицированная бетонная смесь для экструзии на 3-D принтере включает портландцемент, песок, суперпластификатор и воду. При этом используют портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 68,1, трехкальциевый алюминат 7,2, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2 - 2,4 и влажностью 1-2%, в качестве суперпластификатора используют «MasterRheobuild 183» на основе нафталинсульфонатов, и дополнительно смесь содержит тонкомолотый пуццолановый компонент – биокремнезем с гидравлической активностью не менее 1400 мг/г, степенью помола не менее 1100 м2/кг и эфир полисилоксана «MasterPel 793» при следующем содержании компонентов, мас.%: указанный портландцемент 20,0-23,0, указанный песок 61,75-65,20, указанный суперпластификатор 0,20-0,23, указанный тонкомолотый пуццолановый компонент – биокремнезем 2,0-2,3, указанный эфир полисилоксана 0,010-0,012, вода 12,590-12,708.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является техническое решение «Строительная смесь для 3D-принтера», патент России № 2780315, приоритет от 30.12.2021, правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный архитектурно-строительный университет» (КазГАСУ). Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных изделий и конструкций в технологии аддитивного производства методом послойного экструдирования (3D-печати) строительной смеси. Строительная смесь для 3D-принтера, включающая портландцемент, песок, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что используют портландцемент, содержащий, мас.%: трехкальциевый силикат 68,1, трехкальциевый алюминат 7,2, в качестве песка используют кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и влажностью 1-2%, в качестве суперпластификатора используют суперпластификатор «MasterPozzolith 55» на основе лигносульфонатов, и дополнительно она содержит эфир полисилоксана «MasterPel 793» и тонкомолотый пуццолановый компонент – бинарную смесь из диатомита с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг и метакаолина с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г, степенью помола не менее 2000 м2/кг, при следующем содержании компонентов, мас.%: портландцемент 20,0-22,0, песок 59,26-62,88, суперпластификатор «MasterPozzolith 55» 0,20-0,22, эфир полисилоксана «MasterPel 793» 0,010-0,011, тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит 2,0-2,2, тонкомолотый пуццолановый компонент – метакаолин 2,0-2,2, вода 12,910-14,109. Технический результат – снижение расхода портландцемента и суперпластификатора в строительной смеси, повышение формоустойчивости и обеспечение отсутствия дефектов в виде разрывов напечатанных слоев из строительной смеси с возможностью ее экструдирования на строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, снижение усадочных деформаций, водопоглощения и повышение предела прочности при изгибе затвердевших композитов, напечатанных на 3D-принтере.

Недостатками указанных выше технических решений является сниженные прочностные, теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства готового изделия, невысокая скорость нанесения слоев смеси при 3D печати, в том числе при выполнении печати с многослойным заполнением, повышенный расход компонентов смеси и сниженные требования к экологичности изготавливаемых изделий (материалов/ конструкций).

Сущность изобретения

Задачей изобретения является изготовление строительной смеси для 3D-принтера с улучшенными свойствами изготавливаемых изделий (материалов/ конструкций) и устраненными недостатками известных технических решений.

Технический результат достигается тем, что строительная смесь для 3D принтера включает в себя:

портландцемент, песок, заполнитель, гипс, пластификатор, хлористый кальций, воду и отличается тем, что в качестве заполнителя используется злаковое растение мискантус длиной 3-10 мм и шириной 1 -2мм, а массовая доля компонентов составляет: 25,009% портландцемент, 58,176% песок, 1,925% заполнитель, 0,616% гипс, 0,654% пластификатор, 0,154% хлористый кальций, 13,466% вода25,0-25,009% портландцемент, 58,0-58,176% песок, 1,9-1,925% заполнитель, 0,6-0,616% гипс, 0,6-0,654% пластификатор, 0,15-0,154% хлористый кальций, 13,4-13,466% вода.

Техническим результатом изобретения является улучшение прочностных характеристик строительной смеси, повышение теплоизоляционных и звукоизоляционных свойств, снижение расхода цементной смеси и повышении скорости нанесения слоев смеси при 3D печати с повышенными характеристиками к свойствам экологичности смеси.

Вариант осуществления

Строительная смесь для 3D-принтера предназначена для использования в строительном 3D-принтере и может быть использована при 3D-печати, например, методом послойного экструдирования, для изготовления строительных изделий и конструкций.

Строительная смесь для 3D-принтера в своем составе имеет заполнитель для армирования и теплоизоляции смеси. В качестве заполнителя используется злаковое растение – мисантус в сушеном и рубленом виде 3–10 мм в длину и в ширину 1–2 мм.

В качестве примера, а не ограничения, для изготовления строительной смеси может использоваться портландцемент, например марки 500, в качестве пластификатора – например, добавка CemStone, в качестве песка – песок крупной либо средней фракции, что позволит создать необходимые прочностные характеристики при затвердевании строительной смеси.

В основную массу песка крупной фракции, с модулем крупности 2.4–3.5, возможно добавление песка средней или мелкой фракции, с модулем крупности 1,5–2.5. Однако в песчаной смеси доля мелкого песка не должна превышать 10%. Смесь песка крупной и мелкой фракций позволяет изготовить жесткие смеси. Кроме того, песок должен соответствовать ГОСТ 8736–2014 «Песок для строительных работ. Технические условия».

Пример осуществления

Для достижения требуемых характеристик состава строительной смеси для 3D-печати, например, для изготовления кубика 10х10х10, применяются следующие пропорции.

Наименование компонента Количество, в кг Массовая доля из общего объема смеси, в % Портландцемент марки 500 0,650 кг 25,009 Песок речной фракции 1,5-3,5 1,512 кг 58,176 Заполнитель (растение мискантус в сушеном и рубленном виде) 0,05 кг 1,925 Гипс 0,016 кг 0,616 Пластификатор (добавка CemStone) 0,017 кг 0,654 Хлористый кальций (добавка CaCl₂) 0,004 кг 0,154 Вода 0,350кг 13,466

Прочностные характеристики.

⎯ Относительное время стабилизации слоя печати при температуре воздуха 20°С (время затвердевания): 30 мин,

⎯ Плотность: 1900 кг/м3,

⎯ Фракция: до 2 мм,

⎯ Прочность на 28 сутки: 39 мПа.

Технические характеристики изделия (конструкции) из строительной смеси:

⎯ Теплопроводность стен 0,08–0,17 Вт/м*°С,

⎯ Морозостойкость 50–100,

⎯ Водопоглощение 40–85 %,

⎯ Усадка 0,4–0,5 %,

⎯ Огнестойкость 0,75–1,5 ч,

⎯ Звукопоглощение, 126-2000 - 0,17–0,6 Гц.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет получить строительную смесь для 3D-принтера, свободную от недостатков известных технических решений.

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов, и, более конкретно, к строительным смесям используемых в строительных 3D принтерах и может быть использовано при 3D-печати строительных изделий и конструкций, например, таких как блоки для возведения стен зданий. Строительная смесь для 3D-принтера, включает в себя портландцемент, песок, заполнитель – мискантус в сушеном и рубленом виде 3–10 мм в длину и в ширину 1–2 мм, гипс, пластификатор, хлористый кальций и воду с определенной массовой долей компонентов. Техническим результатом изобретения является улучшение прочностных характеристик строительной смеси, повышение теплоизоляционных и звукоизоляционных свойств, снижение расхода цементной смеси и повышении скорости нанесения слоев смеси при 3D печати с повышенными характеристиками к свойствам экологичности смеси. 1 табл.

Строительная смесь для 3D-принтера, включающая портландцемент, песок, заполнитель, гипс, пластификатор, хлористый кальций, воду, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя используется злаковое растение мискантус длиной 3-10 мм и шириной 1-2мм, а массовая доля компонентов составляет: портландцемент 25,009%, песок 58,176%, заполнитель 1,925%, гипс 0,616%, пластификатор 0,654%, хлористый кальций 0,154%, вода 13,466%.