一種可用于3d打印的磷石膏預(yù)拌干混砂漿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及砂漿領(lǐng)域，具體而言，涉及一種可用于3D打印的磷石膏預(yù)拌干混砂 漿。
【背景技術(shù)】
[0002] 磷石膏是在磷酸生產(chǎn)中用硫酸處理磷礦時(shí)所產(chǎn)生的廢渣，磷石膏是一種粉狀材 料，幾乎沒有可塑性，因此大部分的處理方法均采用堆積的方式處理。磷石膏的大量堆積， 不僅侵占了大量土地資源，而且因?yàn)轱L(fēng)蝕、雨蝕等原因，造成了大氣、水系及土壤的污染。如 何有效處理磷石膏工業(yè)廢物，在國(guó)內(nèi)外都是迫切需要解決的問題。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，有人提出了用磷石膏制造砂漿墻體部品PC構(gòu)件或打印整體住宅 的方法，解決磷石膏的堆積問題，其原理是磷石膏與天然石膏化學(xué)成分相同，結(jié)晶形態(tài)相 似，CaO的含量大于30%，并且含有少量的游離磷酸、氟以及有機(jī)物，因此，磷石膏可以作為 建筑材料墻體或住宅的原材料使用。
[0004] 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制作成的石膏預(yù)拌干混砂漿，有一個(gè)非常明顯的缺陷，即抗壓強(qiáng)度 非常低。采用傳統(tǒng)石膏制作方法制成的石膏預(yù)拌砂漿的抗壓強(qiáng)度一般只有4. 5左右，在建 筑作業(yè)中，只能用于隔墻或填充墻體，不能作為承重墻使用。而且傳統(tǒng)的石膏預(yù)拌干混砂 漿，受限于石膏不耐水的缺點(diǎn)，耐水性非常差，因此，傳統(tǒng)的石膏預(yù)拌干混砂漿還不能作為 外墻材料使用，進(jìn)一步限制了采用工業(yè)磷石膏制作建筑墻體材料的應(yīng)用。
[0005] 進(jìn)一步的，傳統(tǒng)石膏預(yù)拌干混砂漿受限于砂漿理化性能等原因，在具體施工環(huán)節(jié)， 只能采用人工施工，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的石膏預(yù)拌干混砂漿的粘度、初凝、終凝時(shí)間等理化參數(shù)達(dá)不 到要求，無法應(yīng)用于3D打印機(jī)器人，現(xiàn)場(chǎng)打印整體住宅或墻體部品PC構(gòu)件，大大限制了其 應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種可用于3D打印的磷石膏預(yù)拌干混砂漿，所述可用于 3D打印的磷石膏預(yù)拌干混砂漿抗壓強(qiáng)度高，耐水性能好，經(jīng)復(fù)合生產(chǎn)后既可以作為內(nèi)墻材 料使用，又可以作為外墻材料使用，且能用于承重墻，可采用3D打印技術(shù)打印整體住宅或 墻體部品PC構(gòu)件安裝施工。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種可用于3D打印的磷石膏預(yù)拌干混砂漿，包括以下成分：按重量計(jì)，二水石膏 500-600份，骨料400-500份，煤灰30-50份，可再分散乳膠粉0. 2-0.8份，發(fā)泡劑0. 2-0. 3 份，緩凝劑1-1. 5份，保水劑0. 5-0. 7份。
[0009] 上述可用于3D打印的磷石膏預(yù)拌干混砂漿的固體物料由填充材料及復(fù)合添加劑 兩大部分組成。其中，填充材料由二水石膏與骨料組成，代替了傳統(tǒng)的水泥，既回收利用了 石膏，又克服了水泥易龜裂、空鼓的問題，具有，流掛性能好、抗壓強(qiáng)度高（8兆帕以上）、粘 接強(qiáng)度高、耐水性能優(yōu)、適用于多種墻體（內(nèi)墻、外墻、承重墻）、防火性能好、保溫隔熱、施 工不受季節(jié)限制、可自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境外濕度等優(yōu)點(diǎn)；復(fù)合添加劑由可再分散乳膠粉、發(fā)泡劑、 緩凝劑和保水劑組成，用于改善砂漿的抗壓強(qiáng)度、耐水性以及粘度、初凝、終凝時(shí)間等理化 參數(shù)，使其能夠用于多種墻體，能用于3D打印。
[0010] 具體地，可再分散乳膠粉可以解決砂漿的粘接性及骨料的包裹性，提高施工性能， 改善流動(dòng)性能，增加觸變與抗垂性，改善內(nèi)聚力，延長(zhǎng)開放時(shí)間和增強(qiáng)保水性；尤其在硬化 砂漿中的作用是提高砂漿拉伸強(qiáng)度，增強(qiáng)抗折強(qiáng)度，減小彈性模量，提高可變形性，增進(jìn)耐 磨強(qiáng)度，提高內(nèi)聚強(qiáng)度，降低碳化深度，減少材料吸水性，使材料具有憎水性等。
[0011] 發(fā)泡劑是在砂漿內(nèi)部發(fā)氣，改善砂漿和易性，提高砂漿的抗?jié)B、抗凍及耐久性、降 低砂漿強(qiáng)度、增加砂漿體積。
[0012] 緩凝劑是降低磷石膏的水化速率和水化熱，從而減少或避免因水化熱過于集中產(chǎn) 生溫差壓力所造成的裂縫，延緩砂漿凝結(jié)時(shí)間，延長(zhǎng)操作時(shí)間。
[0013] 保水劑可以改善砂漿的初凝、終凝時(shí)間，使其適應(yīng)于3D打印。
[0014] 優(yōu)選地，所述保水劑為1-1. 5份纖維素醚。纖維素醚是解決砂漿保水性，延長(zhǎng)施 工時(shí)間，使砂漿在長(zhǎng)時(shí)間中保持充足的水分，水也在無機(jī)組成中起著潤(rùn)滑和拌合的作用，可 以使新拌砂漿增稠，從而防止離析，并獲得均勻一致的可塑性，纖維素醚本身還具有引氣作 用，還可以穩(wěn)定砂漿中引入的均勻細(xì)小氣泡。經(jīng)過篩選，20萬單位以上粘度的纖維素醚改性 效果佳。
[0015] 優(yōu)選地，還包括保溫材料，所述保溫材料選用以下中的一種或多種：玻璃微珠、珍 珠巖、聚苯顆粒。這些材料具有優(yōu)異的防火性能和保溫性能，適宜用于建筑保溫材料領(lǐng)域。
[0016] 優(yōu)選地，所述固體物料還包括活性劑?；钚詣┦墙鉀Q砂漿活性，避免后期掉粉、緩 凝劑是降低水泥或磷石膏的水化速率和水化熱，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間的一種添加劑。.....
[0017] 優(yōu)選地，所述發(fā)泡劑為k-12十二烷基硫酸鈉、二氯四氟乙烷和二氯二氟甲烷中的 一種或多種。其中，k-12十二烷基硫酸鈉為優(yōu)先選擇，其不僅有發(fā)泡作用，還具有活化作用， 可以解決砂漿后期掉粉的問題。
[0018] 優(yōu)選地，所述緩凝劑為三聚氰胺，和/或檸檬酸。由于檸檬酸隨著添加量的增加， 石膏強(qiáng)度損失非常明顯，而三聚氰胺則比較緩慢，因此，作為優(yōu)選，本發(fā)明優(yōu)選三聚氰胺作 為緩凝劑。
[0019] 優(yōu)選地，所述可再分散乳膠粉為中性可再分散乳膠粉，和/或柔性可再分散乳膠 粉。其中，柔性的可再分散乳膠粉的抗收縮性較強(qiáng)，而中性可分散乳膠粉的抗收縮性偏差， 但是中性可分散乳膠粉的抗掛能力和黏貼性較好，因此作為優(yōu)選，本發(fā)明優(yōu)選中性可分散 乳膠粉：柔性可分散乳膠粉的比例為〇.8-1.2:2(重量比），更優(yōu)選1:2。
[0020] 優(yōu)選地，所述骨料為重鈣，和/或細(xì)砂、和/或磷渣、和/或建筑垃圾。
[0021] 優(yōu)選地，還包括1.8-2.2份聚羧酸系高性能減水劑，優(yōu)選2份。
[0022] 添加聚羧酸系高性能減水劑可以將砂漿的抗壓強(qiáng)度提高20% -50%，使抗壓強(qiáng)度 達(dá)到10兆帕以上。
[0023] 優(yōu)選地，還包括：50-80份水泥。
[0024] 為增加磷石膏預(yù)拌干混砂漿凝固后的后期強(qiáng)度，可以在本發(fā)明主料中，一定比例 的水泥，通過加入水泥進(jìn)一步增加砂漿后期凝結(jié)強(qiáng)度后，本發(fā)明所述磷石膏預(yù)拌干混砂漿 的強(qiáng)度可以達(dá)到11兆帕以上。
[0025] 優(yōu)選地，與鋼結(jié)構(gòu)及附屬網(wǎng)架結(jié)合應(yīng)用。
[0026]為真正意義的實(shí)現(xiàn)承重墻體結(jié)構(gòu)，可以在本發(fā)明基礎(chǔ)上，與非特定鋼結(jié)構(gòu)及附屬 網(wǎng)架結(jié)合，通過鋼結(jié)構(gòu)及附屬網(wǎng)架與磷石膏預(yù)拌干混砂衆(zhòng)包裹結(jié)合應(yīng)用，進(jìn)一步增加噴注 墻體住宅后期強(qiáng)度，本發(fā)明所述磷石膏預(yù)拌預(yù)拌砂漿與鋼結(jié)構(gòu)及附屬網(wǎng)架包裹結(jié)合應(yīng)用的 住宅/墻體強(qiáng)度可以達(dá)到35兆帕以上。
[0027] 二水石膏優(yōu)選采用以下方法制得：在惰性氣體氣氛中，將磷石膏在900-1KKTC煙 氣溫度下煅燒l_5h，得到產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該制備方法采用的煅燒溫度高，煅燒時(shí)間 長(zhǎng)，從而可以使磷石膏中的一水石膏和二水石膏反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二水石膏，使生成的二水石膏 形成0型結(jié)晶形態(tài)，使P2〇5雜質(zhì)分解成氣體或部分轉(zhuǎn)變成惰性的、穩(wěn)定的難溶性磷酸類化 合物（如焦磷酸鈣），從而將其對(duì)產(chǎn)品性能的危害降低到最低點(diǎn)，使少量有機(jī)磷經(jīng)過高溫轉(zhuǎn) 變成氣體排出，無機(jī)磷在高溫狀態(tài)下與鈣結(jié)合成為惰性的焦磷酸鈣，從而消除了有機(jī)磷和 無機(jī)磷等雜質(zhì)對(duì)石膏性能的危害。
[0028] 當(dāng)然，二水石膏的制備方法可以再改進(jìn)，例如：將磷石膏置于在氮?dú)鈿夥盏撵褵G 中，在30min以內(nèi)將煙氣溫度升溫至950°C，在此溫度下煅燒lh，再在20min以內(nèi)將煙氣溫 度升溫至1050°C，在此溫度下煅燒4h;將煅燒后的磷石膏自然冷卻至25°C，再在空氣中放 置2天。這樣可以極大提高二水石膏的抗壓強(qiáng)度、耐水性能和凝結(jié)硬化速度。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0030] (1)開發(fā)出一種性能優(yōu)異的可用于3D打印的磷石膏預(yù)拌干混砂漿，其可以配合3D 打印機(jī)器人使用，即用計(jì)算機(jī)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，該程序控制3D打印設(shè)備的運(yùn)行軌跡， 噴出本發(fā)明所述的磷石膏預(yù)拌干混砂漿，即可快速打印出一棟住宅或墻體部品PC構(gòu)建，顛 覆了傳統(tǒng)的建筑施工業(yè)。
[0031] (2)通過添加劑的改性解決了掉粉、防水等問題，用于表面裝飾時(shí)，墻面致密光滑 而不起灰，有較高的強(qiáng)度而不收縮，外觀典雅、無氣味、無裂紋。
[0032] (3)抗壓強(qiáng)度高達(dá)8兆帕以上，防水性能好，用其做成的磚塊在水中浸泡一個(gè)月后 無變化。
[0033] (4)延長(zhǎng)了可施工時(shí)間。
[0034] (5)施工不受季節(jié)限制：尤其冬季（_5°C以上）搶工期時(shí)，其水化速度不困氣溫低 而明顯減慢，只要拌合水不結(jié)冰，即具有早強(qiáng)快凝的特性，是冬季室內(nèi)抹灰施工的好材料。
[0035] (6)具有流掛性能好、粘接強(qiáng)度高、適用于多種墻體等優(yōu)點(diǎn)。
[0036] (7)養(yǎng)護(hù)周期短：初凝時(shí)間短，可大大提高工作效率，加快工程進(jìn)度。
[0037] (8)可自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境外濕度：二水石膏屬于一種多孔材料，有利于自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi) 濕度，當(dāng)室內(nèi)濕度較大時(shí)，呼吸自動(dòng)吸濕；在相反條件下，能自動(dòng)釋放儲(chǔ)備的水分，反復(fù)循 環(huán)、將室內(nèi)濕度控制在適宜范圍之內(nèi)，為居住者創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境。
[0038] (9)防火性能好：二水石膏屬于無機(jī)材料，具有不然性、在發(fā)生火災(zāi)時(shí)、二水石膏 硬化體有大量結(jié)晶水在熱作用下釋放出來，形成蒸汽，阻擋了火焰的蔓延，同時(shí)在整個(gè)脫水 過程中級(jí)發(fā)大量的熱，從而提高了耐火性有效保證建筑的安全。
[0039] (10)保溫隔熱性能好：二水石膏硬化體是一種多孔質(zhì)材料，導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫隔 熱性能好。
[0040] (11)良好的和易性：現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢杈鶆蚝笾苯由蠅δɑ覠o需使用界面劑，且施工 展開面積大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可行的情況下，可采用機(jī)