[发明专利]一种渗透型3D打印水泥基材料界面增强剂及其应用

说明书

一种渗透型3D打印水泥基材料界面增强剂及其应用，包括A组分和B组分，A组分为甲酸钙溶液；B组分由以下方法制得：室温下，将硅酸钠溶液与硅酸锂溶液混合；将乙二胺四乙酸二钠加入上述溶液中；将纳米二氧化硅溶胶加入上述溶液中，搅拌直至溶液澄清透明。本发明对界面强度具有优异的提升作用，在14 d养护龄期时即可将界面劈裂抗拉强度提升至两倍，视使用情况，处理后的界面强度可以达到甚至超过基体材料的强度，极大地改善了打印制品的整体性能；本发明提供的3D打印水泥基材料界面增强剂原料易得，制备简单，使用方便，可在较低用量下实现优异的界面增强效果，且对于外形复杂的打印制品各个方向的界面都适用。

技术领域

本发明属于3D打印建筑材料领域，具体涉及一种渗透型3D打印水泥基材料界面增强剂及其应用。

背景技术

3D打印是当下建筑领域的一大研究热点，其中挤出式打印是将砂浆、混凝土等建筑材料调配成可打印的“膏体”，再利用3D打印机挤出到程序所指定的位置，从而逐层成型所需外形和结构的技术。该技术具有无模板、自动化等优势，在形状复杂的装饰部件和小型功能化建筑等领域已有成功的应用。挤出式3D打印对打印材料的流动性有较高要求，不仅需要材料在挤出后维持自身形状不流淌，也需要材料能够承载打印时上层的重量而不坍塌变形。这种几乎无流动性的水泥基材料，在层层堆积的过程中不可避免地会产生类似“冷缝”的层间界面，会显著削弱制品的强度、抗渗性等性能。因此，改善界面性能是提升3D打印制品整体性能十分重要的手段。

为改善3D打印制品的层间界面性能，除了优化打印参数和打印材料配方，使用界面剂是常见且有效的方法。目前多见报道的手段主要为涂敷聚合物或改性的净浆/砂浆作为额外粘结层，从而增加界面强度，包括矿物掺合料改性高强净浆、环氧树脂、可再分散乳胶粉及其改性砂浆等。这些界面剂在涂敷后形成一道粘结层，使原界面的粘结强度有所提升。然而，上述常见的涂敷型界面剂依然难以将界面强度提升至基体水平，且涂敷操作需要与打印交替进行，工艺较复杂，对打印设备要求高。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种渗透型3D打印水泥基材料界面增强剂及其应用，该增强剂对设备要求低，使用简单，增强效果优异，可以将3D打印水泥基材料的界面强度提升至基体水平，提高打印制品整体性能。

技术方案：一种渗透型3D打印水泥基材料界面增强剂，包括A组分和B组分，所述A组分为质量浓度8-12%的甲酸钙溶液；所述B组分由以下方法制得：室温下，将质量浓度38%-43%、模数为3.2-3.5的8-9份质量的硅酸钠溶液与质量浓度23%-28%、模数为4.5-4.8的57-58份质量的硅酸锂溶液混合，以400-500 rpm的速度搅拌均匀；将0.2-0.5份质量的乙二胺四乙酸二钠加入上述溶液中，继续以400-500 rpm的速度搅拌均匀并静置；将32-33份质量的纳米二氧化硅溶胶加入上述溶液中，继续以400-500 rpm的速度搅拌，直至溶液澄清透明。

优选的，上述硅酸钠溶液质量浓度为40%，模数为3.3。

优选的，上述硅酸锂溶液质量浓度为25%，模数为4.8。

上述纳米二氧化硅溶胶由以下方法制得：向质量浓度1%的乙酸溶液中滴加硅酸钠溶液，搅拌同时用酸度计测量其pH值，当溶液pH值为10.00±0.01时，即可制得所需的纳米二氧化硅溶胶。

上述渗透型3D打印水泥基材料界面增强剂的应用，步骤为：当待处理的打印材料凝结后，在界面缝隙处滴加A组分2-3次，每次间隔4-6 h，A组分处理需在打印材料成型后的48 h内完成；A组分处理结束至少8-12 h后，进行B组分处理，在界面缝隙处滴加B组分2-3次，每次间隔4-6 h，B组分处理需在打印材料成型后的96 h内完成。

优选的，上述A、B组分的使用体积比例为1:1，每种组分的单次用量以滴加时可充分浸润界面缝隙为宜，平均1 m长的界面单次用量约4 mL。