[发明专利]用于3D打印的钙钒石晶须层间增强粘结剂及使用方法

说明书

本发明为用于3D打印的钙钒石晶须层间增强粘结剂及其使用方法。该粘结剂包括粉煤灰、钢渣微粉、脱硫石膏、硅酸钠颗粒和水，其中所有原料中铝硫元素的摩尔比为0.5～2，钙铝元素的摩尔比为2～6，钙铝元素的摩尔比为1.5～3。采用同步喷洒的方式在打印的过程中喷射在已经打印的下层混凝土表面，待上层混凝土挤出并堆积在下层混凝土上层时，由于自身重力的影响将喷射在表面的粘结剂均匀的挤压在层间，在硅酸钠和混凝土表面的碱性环境作用下，脱硫石膏、粉煤灰和钢渣生成N(C)‑A‑S‑H凝胶和钙钒石晶须，通过凝胶‑晶须的组合提供界面强度，对层间弱面起到强度补充作用，同时减少因为上下打印间隔时间过长所造成的水分蒸发。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，具体来说是涉及一种用于3D打印的钙钒石晶须层间增强粘结剂及其使用方法。

背景技术

近年来3D打印增材制造在建筑领域快速发展，挤出式混凝土3D打印技术近年来被认为是最有前景的一种增材建造的方法，这种方法通过泵送并挤压的方式，将胶凝材料堆积起来，通过胶凝材料自身作为支撑单元，逐层进行建造。这种混凝土3D打印技术建筑自由度高，节省人力，减少浪费，已经证明可用于多种建筑构建的制造中，但是由于其独特的建造方式，在技术方面还有许多难题限制了其广泛应用。

3D打印混凝土在分层堆积的过程中，由于两层混凝土通过黏附在边界处连接，由于层与层之间的打印间隔时间、材料性质、打印参数等差异，使得在层间很可能出现一个非常薄弱的界面，对整体的打印试件的强度造成不良影响，因此层间弱面是限制3D打印混凝土大范围应用的核心问题之一。

由于3D打印工艺的影响造成的层间弱面现象，会导致打印出来的水泥试件具备各向异性，即在不同的方向的力学强度产生差异，限制了挤出式3D打印混凝土的实际应用。因此如何增强3D打印混凝土的层间粘结力从而削弱打印试件的各向异性是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于3D打印的钙钒石晶须层间增强粘结剂及其制备、使用方法。该方法采用粉煤灰、钢渣和脱硫石膏为胶凝材料，以硅酸钠为激发剂，通过碱激发的方式制备出界面增强粘结剂。采用同步喷洒的方式在打印的过程中喷射在已经打印的下层混凝土表面，待上层混凝土挤出并堆积在下层混凝土上层时，由于自身重力的影响将喷射在表面的粘结剂均匀的挤压在层间，在硅酸钠和混凝土表面的碱性环境作用下，脱硫石膏、粉煤灰和钢渣在一定的比例下生成N(C)-A-S-H凝胶和钙钒石晶须，由凝胶作为粘结剂，钙钒石晶须链接在混凝土打印层的上下表面，通过凝胶-晶须的组合提供界面强度，对层间弱面起到强度补充作用，如图1所示。同时粘结剂覆盖在下打印层表面，减少因为上下打印间隔时间过长所造成的水分蒸发。

本发明的目的是通过以下技术方案进行实现：

一种用于3D打印的钙钒石晶须层间增强粘结剂，该粘结剂包括粉煤灰、钢渣微粉、脱硫石膏、硅酸钠颗粒和水，其中所有原料中铝硫元素的摩尔比为0.5～2，钙铝元素的摩尔比为2～6，钙铝元素的摩尔比为1.5～3。

一种通过钙矾石晶须增强3D打印界面增强粘结剂，该粘结剂按重量份数计的组成和含量分别为：粉煤灰20-40份、钢渣微粉50～100份、脱硫石膏30～60份、硅酸钠颗粒8-10份、水60-80份。

所述粉煤灰密度2-2.3g/cm³，比表面积1.0-1.2m²/g，其中粉煤灰中的氧化铝含量大于15％；

所述钢渣微粉比表面积1.8-2.2m²/g，钢渣中氧化钙含量大于10％；

所述脱硫石膏比表面积1.6-2.3m²/g；

所述硅酸钠颗粒模数为1.2-1.4，纯度为99％；

所述水为自来水。

一种用于3D打印的钙钒石晶须层间增强粘结剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：