一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆

摘要

本发明提供了一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆。该可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，包括以下成分：按重量计，二水石膏500‑600份，骨料400‑500份，煤灰30‑50份，可再分散乳胶粉0.2‑0.8份，发泡剂0.2‑0.3份，缓凝剂1‑1.5份，保水剂0.5‑0.7份。本发明可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆抗压强度高，耐水性能好，既可以作为内墙材料使用，又可以作为外墙材料使用，且能用于承重墙，尤其是可采用3D打印技术施工。

权利要求

1.一种用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，包括以下成分：按重量计，石膏500-600份，骨料400-500份，煤灰30-50份，可再分散乳胶粉0.2-0.8份，发泡剂0.2-0.3份，缓凝剂1-1.5份，保水剂0.5-0.7份；

所述石膏采用以下方法制得：在惰性气体气氛中，将磷石膏在900-1100℃烟气温度下煅烧1-5h。

2.根据权利要求1所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，所述保水剂为纤维素醚。

3.根据权利要求2所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，所述纤维素醚的粘度为20万mPa·s以上。

4.根据权利要求2所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，还包括保温剂，所述保温剂选用以下中的一种或多种：玻璃微珠、珍珠岩、聚苯颗粒。

5.根据权利要求1所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，所述发泡剂为k-12十二烷基硫酸钠、二氯四氟乙烷和二氯二氟甲烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，所述缓凝剂为三聚氰胺，和/或柠檬酸。

7.根据权利要求1所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，所述骨料为重钙。

8.根据权利要求1所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，还包括1.8-

2.2份聚羧酸系高性能减水剂。

9.根据权利要求1所述的用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其特征在于，还包括：50-

80份水泥。

说明书

一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆

技术领域

[0001] 本发明涉及砂浆领域，具体而言，涉及一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆。

背景技术

[0002] 磷石膏是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时所产生的废渣，磷石膏是一种粉状材料，几乎没有可塑性，因此大部分的处理方法均采用堆积的方式处理。磷石膏的大量堆积，不仅侵占了大量土地资源，而且因为风蚀、雨蚀等原因，造成了大气、水系及土壤的污染。如何有效处理磷石膏工业废物，在国内外都是迫切需要解决的问题。

[0003] 在现有技术中，有人提出了用磷石膏制造砂浆墙体部品PC构件或打印整体住宅的方法，解决磷石膏的堆积问题，其原理是磷石膏与天然石膏化学成分相同，结晶形态相似，CaO的含量大于30％，并且含有少量的游离磷酸、氟以及有机物，因此，磷石膏可以作为建筑材料墙体或住宅的原材料使用。

[0004] 传统生产工艺制作成的石膏预拌干混砂浆，有一个非常明显的缺陷，即抗压强度非常低。采用传统石膏制作方法制成的石膏预拌砂浆的抗压强度一般只有4.5左右，在建筑作业中，只能用于隔墙或填充墙体，不能作为承重墙使用。而且传统的石膏预拌干混砂浆，受限于石膏不耐水的缺点，耐水性非常差，因此，传统的石膏预拌干混砂浆还不能作为外墙材料使用，进一步限制了采用工业磷石膏制作建筑墙体材料的应用。

[0005] 进一步的，传统石膏预拌干混砂浆受限于砂浆理化性能等原因，在具体施工环节，只能采用人工施工，因为传统的石膏预拌干混砂浆的粘度、初凝、终凝时间等理化参数达不到要求，无法应用于3D打印机器人，现场打印整体住宅或墙体部品PC构件，大大限制了其应用。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，所述可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆抗压强度高，耐水性能好，经复合生产后既可以作为内墙材料使用，又可以作为外墙材料使用，且能用于承重墙，可采用3D打印技术打印整体住宅或墙体部品PC构件安装施工。

[0007] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

[0008] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，包括以下成分：按重量计，改性石膏500-600份，骨料400-500份，煤灰30-50份，可再分散乳胶粉0.2-0.8份，发泡剂0.2-0.3份，缓凝剂1-1.5份，保水剂0.5-0.7份。

[0009] 上述可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆的固体物料由填充材料及复合添加剂两大部分组成。其中，填充材料由改性石膏与骨料组成，代替了传统的水泥，既回收利用了石膏，又克服了水泥易龟裂、空鼓的问题，具有，流挂性能好、抗压强度高(8兆帕以上)、粘接强度高、耐水性能优、适用于多种墙体(内墙、外墙、承重墙)、防火性能好、保温隔热、施工不受季节限制、可自动调节环境外湿度等优点；复合添加剂由可再分散乳胶粉、发泡剂、缓凝剂和保水剂组成，用于改善砂浆的抗压强度、耐水性以及粘度、初凝、终凝时间等理化参数，使其能够用于多种墙体，能用于3D打印。

[0010] 具体地，可再分散乳胶粉可以解决砂浆的粘接性及骨料的包裹性，提高施工性能，改善流动性能，增加触变与抗垂性，改善内聚力，延长开放时间和增强保水性；尤其在硬化砂浆中的作用是提高砂浆拉伸强度，增强抗折强度，减小弹性模量，提高可变形性，增进耐磨强度，提高内聚强度，降低碳化深度，减少材料吸水性，使材料具有憎水性等。

[0011] 发泡剂是在砂浆内部发气，改善砂浆和易性，提高砂浆的抗渗、抗冻及耐久性、降低砂浆强度、增加砂浆体积。

[0012] 缓凝剂是降低磷石膏的水化速率和水化热，从而减少或避免因水化热过于集中产生温差压力所造成的裂缝，延缓砂浆凝结时间，延长操作时间。

[0013] 保水剂可以改善砂浆的初凝、终凝时间，使其适应于3D打印。

[0014] 优选地，所述保水剂为1-1.5份纤维素醚。纤维素醚是解决砂浆保水性，延长施工时间，使砂浆在长时间中保持充足的水分，水也在无机组成中起着润滑和拌合的作用，可以使新拌砂浆增稠，从而防止离析，并获得均匀一致的可塑性，纤维素醚本身还具有引气作用，还可以稳定砂浆中引入的均匀细小气泡。经过筛选，20万单位以上粘度的纤维素醚改性效果佳。

[0015] 优选地，还包括保温材料，所述保温材料选用以下中的一种或多种：玻璃微珠、珍珠岩、聚苯颗粒。这些材料具有优异的防火性能和保温性能，适宜用于建筑保温材料领域。

[0016] 优选地，所述固体物料还包括活性剂。活性剂是解决砂浆活性，避免后期掉粉、缓凝剂是降低水泥或磷石膏的水化速率和水化热，延长凝结时间的一种添加剂。

[0017] 优选地，所述发泡剂为k-12十二烷基硫酸钠、二氯四氟乙烷和二氯二氟甲烷中的一种或多种。其中，k-12十二烷基硫酸钠为优先选择，其不仅有发泡作用，还具有活化作用，可以解决砂浆后期掉粉的问题。

[0018] 优选地，所述缓凝剂为三聚氰胺，和/或柠檬酸。由于柠檬酸随着添加量的增加，石膏强度损失非常明显，而三聚氰胺则比较缓慢，因此，作为优选，本发明优选三聚氰胺作为缓凝剂。

[0019] 优选地，所述可再分散乳胶粉为中性可再分散乳胶粉，和/或柔性可再分散乳胶粉。其中，柔性的可再分散乳胶粉的抗收缩性较强，而中性可分散乳胶粉的抗收缩性偏差，但是中性可分散乳胶粉的抗挂能力和黏贴性较好，因此作为优选，本发明优选中性可分散乳胶粉：柔性可分散乳胶粉的比例为0.8-1.2:2(重量比)，更优选1:2。

[0020] 优选地，所述骨料为重钙，和/或细砂、和/或磷渣、和/或建筑垃圾。

[0021] 优选地，还包括1.8-2.2份聚羧酸系高性能减水剂，优选2份。

[0022] 添加聚羧酸系高性能减水剂可以将砂浆的抗压强度提高20％-50％，使抗压强度达到10兆帕以上。

[0023] 优选地，还包括：50-80份水泥。

[0024] 为增加磷石膏预拌干混砂浆凝固后的后期强度，可以在本发明主料中，一定比例的水泥，通过加入水泥进一步增加砂浆后期凝结强度后，本发明所述磷石膏预拌干混砂浆的强度可以达到11兆帕以上。

[0025] 优选地，与钢结构及附属网架结合应用。

[0026] 为真正意义的实现承重墙体结构，可以在本发明基础上，与非特定钢结构及附属网架结合，通过钢结构及附属网架与磷石膏预拌干混砂浆包裹结合应用，进一步增加喷注墙体住宅后期强度，本发明所述磷石膏预拌预拌砂浆与钢结构及附属网架包裹结合应用的住宅/墙体强度可以达到35兆帕以上。

[0027] 改性石膏优选采用以下方法制得：在惰性气体气氛中，将磷石膏在900-1100℃烟气温度下煅烧1-5h，得到产品。与现有技术相比，该制备方法采用的煅烧温度高，煅烧时间长，从而可以使磷石膏中的一水石膏和二水石膏反应转化为改性石膏，使生成的改性石膏形成β型结晶形态，使P2O5杂质分解成气体或部分转变成惰性的、稳定的难溶性磷酸类化合物(如焦磷酸钙)，从而将其对产品性能的危害降低到最低点，使少量有机磷经过高温转变成气体排出，无机磷在高温状态下与钙结合成为惰性的焦磷酸钙，从而消除了有机磷和无机磷等杂质对石膏性能的危害。

[0028] 当然，改性石膏的制备方法可以再改进，例如：将磷石膏置于在氮气气氛的煅烧窑中，在30min以内将烟气温度升温至950℃，在此温度下煅烧1h，再在20min以内将烟气温度升温至1050℃，在此温度下煅烧4h；将煅烧后的磷石膏自然冷却至25℃，再在空气中放置2天。这样可以极大提高改性石膏的抗压强度、耐水性能和凝结硬化速度。

[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0030] (1)开发出一种性能优异的可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆，其可以配合3D打印机器人使用，即用计算机对房屋结构进行编程，该程序控制3D打印设备的运行轨迹，喷出本发明所述的磷石膏预拌干混砂浆，即可快速打印出一栋住宅或墙体部品PC构建，颠覆了传统的建筑施工业。

[0031] (2)通过添加剂的改性解决了掉粉、防水等问题，用于表面装饰时，墙面致密光滑而不起灰，有较高的强度而不收缩，外观典雅、无气味、无裂纹。

[0032] (3)抗压强度高达8兆帕以上，防水性能好，用其做成的砖块在水中浸泡一个月后无变化。

[0033] (4)延长了可施工时间。

[0034] (5)施工不受季节限制：尤其冬季(-5℃以上)抢工期时，其水化速度不困气温低而明显减慢，只要拌合水不结冰，即具有早强快凝的特性，是冬季室内抹灰施工的好材料。

[0035] (6)具有流挂性能好、粘接强度高、适用于多种墙体等优点。

[0036] (7)养护周期短：初凝时间短，可大大提高工作效率，加快工程进度。

[0037] (8)可自动调节环境外湿度：改性石膏属于一种多孔材料，有利于自动调节室内湿度，当室内湿度较大时，呼吸自动吸湿；在相反条件下，能自动释放储备的水分，反复循环、将室内湿度控制在适宜范围之内，为居住者创造了良好的生活环境。

[0038] (9)防火性能好：改性石膏属于无机材料，具有不然性、在发生火灾时、改性石膏硬化体有大量结晶水在热作用下释放出来，形成蒸汽，阻挡了火焰的蔓延，同时在整个脱水过程中级发大量的热，从而提高了耐火性有效保证建筑的安全。

[0039] (10)保温隔热性能好：改性石膏硬化体是一种多孔质材料，导热系数小，保温隔热性能好。

[0040] (11)良好的和易性：现场加水搅拌均匀后直接上墙抹灰无需使用界面剂，且施工展开面积大，现场环境可行的情况下，可采用机械喷涂，墙面平整处可薄抹灰施工；最薄可做至0.5公分，省工省料省时。

具体实施方式

[0041] 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0042] 下文实施例1-10、12-16中的骨料粒级配区如表1所示，所有实施例的改性石膏的性质如表2所示，所有实施例涉及的中性或柔性的可再分散乳胶粉都指的是EAV(乙烯-醋酸乙烯共聚物)乳胶粉。

[0043] 表1骨料粒级配区

[0044]  Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区
5.00mm 10-0 10-0 10-0
2.5mm 35-5 25-0 15-0
1.25mm 65-35 50-10 25-0
0.63mm 85-71 70-41 40-16
0.315mm 95-80 92-70 85-55
0.16mm 100-90 100-90 100-90

[0045] 表2改性石膏的性质

[0046]改性石膏水分％ 25
改性石膏水溶麟％ 0.61
改性石膏不溶麟％ 0.68
PH值 约等于2.5
改性石膏流动性(加水量2:1) 较好
50ml水冲虑饼PH值 4—5(滤液约为3)

[0047] 实施例1

[0048] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0049] 实施例2

[0050] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏600份，骨料500份，煤灰50份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.8份，k-12 0.3份，三聚氰胺1.5份，粘度为20万单位的纤维素醚0.7份。

[0051] 实施例3

[0052] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.5份，k-12 0.2份，三聚氰胺1.3份，粘度为20万单位的纤维素醚0.6份。

[0053] 实施例4

[0054] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为25万单位的纤维素醚0.5份。

[0055] 实施例5

[0056] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，二氯四氟乙烷0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0057] 实施例6

[0058] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，二氯二氟甲烷0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0059] 实施例7

[0060] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，柠檬酸1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0061] 实施例8

[0062] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，柔性可再分散乳胶粉0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0063] 实施例9

[0064] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以0.8:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0065] 实施例10

[0066] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1.2:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0067] 实施例11

[0068] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，重钙400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份。

[0069] 实施例12

[0070] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份，1.8份聚羧酸系高性能减水剂。

[0071] 实施例13

[0072] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份，2.2份聚羧酸系高性能减水剂。

[0073] 实施例14

[0074] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份，2份聚羧酸系高性能减水剂。

[0075] 实施例15

[0076] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份，2份聚羧酸系高性能减水剂，50份水泥。

[0077] 实施例16

[0078] 一种可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆包括：按重量计，改性石膏500份，骨料400份，煤灰30份，可再分散乳胶粉(中性与柔性以1:2重量比混合)0.2份，k-12 0.2份，三聚氰胺1份，粘度为20万单位的纤维素醚0.5份，2份聚羧酸系高性能减水剂，80份水泥。

[0079] 实验例

[0080] 采用3D打印机器人，用以上实施例的砂浆构建砖块，考察其性能，结果如表3所示。

[0081] 表3可用于3D打印的磷石膏预拌干混砂浆的性能

[0082]

[0083]

[0084] 从以上测试中完全可以看出，本发明的磷石膏预拌干混砂浆解决了石膏遇水易掉粉的问题，而且防挂能力较强。

[0085] 尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。