Бетонная смесь для 3D-печати Российский патент 2025 года по МПК C04B28/04 B33Y70/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов, в частности к бетонной смеси (БС) для изготовления строительных изделий и конструкций методом послойного экструдирования (3D-печати).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна бетонная смесь для 3D-печати, раскрытая в RU 2780512 С2, опубл. 26.09.2022. Бетонная смесь содержит портландцемент, песок, суперпластификатор, тонкомолотый пуццолановый компонент, эфир полисилоксана и воду.

Недостатком раскрытого выше технического решения является наличие жидкого суперпластификатора, что не позволяет использовать состав для приготовления сухой смеси с затворением непосредственно в системе подачи 3D-принтера, а также отсутствие в составе фибры, что снижает прочность 3D печатной поверхности на изгиб. Кроме того, отсутствуют компоненты, снижающие вероятность недостаточной адгезии холодного слоя, и компоненты, способствующие прохождению бетонной смеси по системе подачи строительного 3Д принтера.

Кроме того, из уровня техники известна бетонная смесь для 3D-печати, раскрытая в RU 2820187 С1, опубл. 30.05.2024, прототип. Бетонная смесь для строительной 3D-печати включаетпортландцемент, метакаолин, кварцевый песок с модулем крупности 1,8, целлюлозную микрофибру, гиперпластификатор на поликарбоксилатной основе, микрокальцит, суперабсорбирующий полимер полиакрилат натрия и воду.

Недостатком раскрытого выше технического решения является двух фазная составляющая, что делает невозможным или сильно затрудняет использование состава в виде сухих строительных смесей в оборудовании, использующем для затворения бетонной смеси сухие строительные смеси (например использование штукатурных станций).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является разработка бетонной смеси для 3D-печати строительных изделий и конструкций, обеспечивающая высокие физико-механические характеристики строительных материалов и высокую эффективность бетонных работ.

Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических строительных материалов при экструзии строительным 3D принтером.

Указанный технический результат достигается за счет того, что бетонная смесь для 3D-печати содержит портландцемент, метакаолин, кварцевый песок с модулем крупности 0,1-0,6 и влажностью 1-2%, кварцевый песок с модулем крупности 0,5-2,8 и влажностью 1-2%, поликарбоксилатный гиперпластификатор, редиспергируемый

полимерный порошок, гидроксипропилметилцеллюлоза, эфир крахмала, смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса длиной от 2 до 20 мм, при следующем соотношении компонентов, в мас. %: портландцемент - 25-35; метакаолин - 1-4; указанный кварцевый песок с модулем крупности от 0,1-0,6 - 25-40; указанный кварцевый песок с модулем крупности от 0,5-2,8 -25-40; указанный гиперпластификатор

- 0,005-0,05; редиспергируемый полимерный порошок - 0,02-0,2; гидроксипропилметилцеллюлоза - 0,15-0,04; эфир крахмала - 0,002-0,02; смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса - 0,1-0,5 в соотношении 1:1.

Редиспергируемый полимерный порошок (РПП) - полимер способный при смешивании с водой редиспергировать, вновь образовывать водные полимерные дисперсии, которые в результате отверждения формируют сплошную полимерную пленку, способствуя высокой водо-удерживающей способности, адгезии и удобоукладываемости сухих строительных смесей. Используют редиспергируемый полимерный порошок Setaky RDP-SLO8006 или аналоги.

Setaky RDP502N6**:

- Производитель: Shenghongyu Cellulose International Co., Ltd.

- Основной состав: Сополимер этилена и винилацетата (VAE) с использованием поливинилового спирта (PVA) в качестве защитного коллоида.

- Основные характеристики:

- Внешний вид: Белый порошок, сыпучий.

- Содержание золы: 10%±2.

- Средний размер частиц: ~80 мкм.

- Значение pH: 5,0-7,0.

- Минимальная температура пленкообразования: От -5°C до 0°C.

- Источник информации: Официальный сайт компании Shenghongyu Cellulose International Co., Ltd.

Аналоги редиспергируемого полимерного порошка Setaky RDP-SLO8006:** MAISSEN RDP 707U:

- Производитель: Jinan MAISSEN New Material Co., Ltd.

- Основной состав: Сополимер этилена и винилацетата (VAE) с использованием поливинилового спирта (PVA) в качестве защитного коллоида.

- Основные характеристики:

- Внешний вид: Белый порошок, сыпучий.

- Содержание золы: 12%±2.

- Средний размер частиц: ~80 мкм.

- Значение pH: 5,0-7,0.

- Минимальная температура пленкообразования: 0°C.

- Источник информации: Официальный сайт компании Jinan MAISSEN New Material Co., Ltd.

RDP-SLO8006:

- Производитель: Landcel (Китай).

- Основной состав: Сополимер этилена и винилацетата (VAE) с использованием поливинилового спирта (PVA) в качестве защитного коллоида.

- Основные характеристики:

- Внешний вид: Белый порошок, свободно текучий.

- Содержание золы: 10±2%.

- Средний размер частиц: ~80 мкм.

- Значение pH: 6-8.

- Минимальная температура формирования пленки: 0-5°C.

- Источник информации: Техническая документация производителя Landcel, код ТН ВЭД: 391239.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявленную бетонную смесь для 3D-печати получают следующим образом. Портландцемент, метакаолин, кварцевый песок с модулем крупности (МК) 0,1 - 0,6 и влажностью 1 - 2%, кварцевый песок с модулем крупности 0,5 - 2,8 и влажностью 1-2%, поликарбоксилатный гиперпластификатор, редиспергируемый полимерный порошок, гидроксипропилметилцеллюлоза, эфир крахмала, смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса длиной от 2 до 20 мм загружают в смеситель в заявленных количествах и осуществляют перемешивание до однородного состояния. Готовой однородной бетонной смесью заполняют накопительный бункер строительного 3D-принтера и осуществляют изготовление изделий после настройки принтера.

В таблице 1 представлены различные составы заявленной бетонной смеси, в а в таблице 2 представлены физико-механические свойства каждого из состава, раскрытого в таблице 1. Состав 1-6 получены при перемешивании кварцевого песка с МК=0,4 и влажностью 1,5%, кварцевого песка с МК=1,8 и влажностью 1,5%, смесь волокон в соотношении 1:1, длиной 10 мм. Состав 7 получен при перемешивании кварцевого песка с МК=0,1 и влажностью 1%, кварцевого песка с МК=0,5 и влажностью 1%, смесь волокон в соотношении (стеклофибра: мискантуса) 1:4, длиной 2 мм. Состав 8 получен при перемешивании кварцевого песка с МК=0,6 и влажностью 2%, кварцевого песка с МК=2,8 и влажностью 2%, смесь волокон в соотношении (стеклофибра: мискантуса) 4:1, длиной 20 мм.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты

осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Таблица 1 № Состав бетонной смеси, мас. % Портландцемент Метакаолин Кварцевый песок (МК 0,1-
0,6) Кварцевый песок (МК 0,5-
2,8) Поликарбоксилатный гиперпластификатор РПП
Setaky RDP502N6 Гидроксипропилметилцеллюлоза эфир крахмала смесь волокон 1 35 1 38,741 25 0,005 0,002 0,15 0,002 0,1 2 28 2,5 35,315 33,715 0,01 0,05 0,1 0,01 0,3 3 25 4 34,915 34,915 0,05 0,2 0,4 0,02 0,5 4 35 1 38,741 25 0,005 0,002 0,15 0,002 0,1 5 31 2,83 25 40 0,05 0,2 0,4 0,02 0,5 6 31 2,83 40 25 0,05 0,2 0,4 0,02 0,5 7 30 2 33,715 33,715 0,01 0,05 0,2 0,01 0,3 8 30 2 33,715 33,715 0,01 0,05 0,2 0,01 0,3

Таблица 2 №1 Прочность на сжатие, МПа Водопоглощение, % Коэффициент теплопроводности, Вт/ м К Морозостойкость водонепроницаемость Дефекты изделий 1 42 5,8 0,851 F 300 W20 отсутствуют 2 35 6,5 0,832 F 300 W20 отсутствуют 3 30 7 0,829 F 300 W20 отсутствуют 4 42 5,8 0,850 F 300 W20 отсутствуют 5 38 6,3 0,839 F 300 W20 отсутствуют 6 38 6,3 0,839 F 300 W20 отсутствуют 7 37 6,2 0,835 F 300 W20 отсутствуют 8 37 6,2 0,834 F 300 W20 отсутствуют

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов, в частности к бетонной смеси для изготовления строительных изделий и конструкций методом послойного экструдирования (3D-печати). Техническим результатом изобретения является повышение текучести и подвижности бетонной смеси, повышение предела прочности при изгибе строительных материалов, повышение формоустойчивости и снижение усадки при затвердевании бетонной смеси, отсутствие дефектов в строительных материалах. Бетонная смесь для 3D-печати содержит портландцемент, метакаолин, кварцевый песок с модулем крупности 0,1-0,6 и влажностью 1-2%, кварцевый песок с модулем крупности 0,5-2,8 и влажностью 1-2%, поликарбоксилатный гиперпластификатор, редиспергируемый полимерный порошок RDP-SLO8006, гидроксипропилметилцеллюлозу, эфир крахмала, смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса длиной от 2 до 20 мм в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 25-35; метакаолин 1-4; указанный кварцевый песок с модулем крупности 0,1-0,6 25-40; указанный кварцевый песок с модулем крупности 0,5-2,8 25-40; указанный гиперпластификатор 0,005-0,05; редиспергируемый полимерный порошок 0,02-0,2; гидроксипропилметилцеллюлоза 0,15-0,4; эфир крахмала 0,002-0,02; смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса 0,1-0,5. 2 табл.

Бетонная смесь для 3D-печати, содержащая портландцемент, метакаолин, кварцевый песок с модулем крупности 0,1-0,6 и влажностью 1-2%, кварцевый песок с модулем крупности 0,5-2,8 и влажностью 1-2%, поликарбоксилатный гиперпластификатор, редиспергируемый полимерный порошок RDP-SLO8006, гидроксипропилметилцеллюлозу, эфир крахмала, смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса длиной от 2 до 20 мм в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент 25-35 метакаолин 1-4 указанный кварцевый песок с модулем крупности 0,1-0,6 25-40 указанный кварцевый песок с модулем крупности 0,5-2,8 25-40 указанный гиперпластификатор 0,005-0,05 редиспергируемый полимерный порошок 0,02-0,2 гидроксипропилметилцеллюлоза 0,15-0,4 эфир крахмала 0,002-0,02 смесь волокон стеклофибры и растительных волокон мискантуса 0,1-0,5