本发明属于3D打印材料技术领域,涉及一种3D打印建筑物外墙用的石膏材料,本发明还涉及该石膏材料的制备方法和使用方法。
背景技术:
墙体是建筑物的承重、围护和分隔构件。墙面尤其是外墙出现渗漏,轻则影响外墙美观,造成饰面脱落,埋下安全隐患,并渗入墙体侵蚀室内装饰和物品;重则会影响建筑物的使用寿命和结构安全。同时因外墙施工需要高空作业,如果出现渗漏,维修作业很困难。
雨水及空气中的水汽在风压作用下,会通过建筑围护结构的孔隙——如墙体开裂缝隙、外墙保温板材等处侵入外墙内,从而使未作有效防水保护的保温层受潮。而保温层受潮后,其保温性能及耐久性都将显著下降,使其无法达到设计使用功能及耐久年限。这一点,对目前广泛使用的发泡聚苯板(ESP)类保温尤其明显,即使是闭孔密实的挤塑聚苯板(XPS),其在长期受潮后也会加速老化,影响其保温性能。同时,进入墙体中的湿汽还将使其他建筑材料——如钢筋、钢结构、木材、混凝土等耐久性降低:而冻融、干湿循环很容易使整个外保温体系破坏,并导致霉菌生成,对空气质量造成影响。例如,目前我国的薄抹灰外墙外保温系统中普遍存在开裂现象,开裂后致使保温系统受损或失去了保温效果,达不到节能的目的,从而增加了能源消耗和维修费用。
目前建筑物外墙的施工一般需经过基层处理、保温层施工、砂浆找平、饰面层施工等工序,施工工序复杂、周期长,对施工人员的技术要求较高。因此,不仅成本高,且可靠性不佳。
石膏建材由于具有重量轻,可以保存热量,隔音等优点被应用于建筑行业的各方面。但是由于其结构特殊,内部为多孔结构,非常容易吸收水分,其吸水率通常超过50%,并且吸收水分之后的石膏材料的强度会大幅度下降。所以软化系数很低,约为0.25~0.35,石膏的这两大缺点极大程度的限制了其使用性能及范围。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种3D打印建筑物外墙用石膏材料,解决目前建筑物外墙易开裂、保温效果不佳、防水性能不好的问题;解决传统墙体工序复杂、施工周期长的问题;解决石膏材料吸水率高、软化系数低的问题,提供一种能用于建筑物外墙的石膏材料。
本发明所采用的技术方案是:
一种3D打印建筑物外墙油墨,由重量百分比95~98%的基础油墨、0.5~4%的缓凝剂、0.5~2%的防水剂和0.2~1%的颜料组成。
所述的基础油墨由重量百分比的以下组份组成,石膏粉:60%~91%,填料:2%~20%,改性剂:4%~18%,促凝剂:0.5%~5%,固化剂:1%~20%;
所述的石膏粉为直火顺流煅烧法生产制作的α-半水石膏,其粒径大小为1μm~150μm,抗压强度≥25MPa;其生产工艺是:石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径10~20cm的石膏块,在反应釜中加热至55℃~60℃,排除产生的冷凝水后通入1.5~3.5MPa的饱和蒸汽,干燥5~6h,然后排走多余蒸汽;压力0.3~0.5MPa,温度150℃~160℃,干燥7~8h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;所述的填料为二氧化硅或纳米碳化硅中的一种或两种的混合物;所述的改性剂为聚醋酸乙烯酯、环氧树脂和有机硅中的一种或任意几种的混合物;所述的促凝剂为无水乙醇、乙酸乙酯和丙三醇中的一种或任意几种的混合物;所述的固化剂为二乙烯三胺(DETA)、乙二胺和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)中的一种或任意几种的混合物。
所述的缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾、丙烯酸、丙烯酸钠、六偏磷酸钠和骨胶中的一种或任意几种的混合物。
优选的缓凝剂为柠檬酸和柠檬酸钠中的一种或两种的混合物。
进一步优选的缓凝剂为一水柠檬酸。
所述的防水剂为聚乙稀醇、石蜡、苯丙乳液、可再分散树脂粉、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或多种的混合物。
优选的防水剂为聚乙稀醇、石蜡、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或多种的混合物。
进一步优选的防水剂为聚乙稀醇、有机硅类防水剂和渗透结晶防水剂(DPS)中的一种或两种或三种的混合物。
本发明还有关于该3D打印建筑物外墙油墨的制备方法:填料预处理:在研磨机中按配方加入固化剂和填料,转速500~2000r/min,研磨4~12h;在搅拌器中按配方加入促凝剂,预处理填料和改性剂,混合均匀,50~57℃保温3~6h后,按配方加入石膏粉和颜料,混合均匀,制得基础油墨;95~98%基础油墨中加入0.5~4%的缓凝剂、0.5~2%的防水剂和0.2~1%的颜料,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨。
本发明还有关于该3D打印建筑物外墙油墨的使用方法:将质量百分比40~60%的3D打印建筑物外墙油墨加入到40~60%的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
本发明的有益效果是:
(1)本发明的3D打印建筑物外墙油墨生产的建筑物外墙强度高、韧性好、分辨率高、表观质量好。
(2)本发明的3D打印建筑物外墙油墨生产的建筑物外墙一体成型,无接缝,因此防水性能好、可靠。
(3)本发明的3D打印建筑物外墙油墨生产的建筑物外墙重量轻,保温性能好,隔音,且防火、防水,因此,节省了防火防水等投入。
(4)开创建筑物外墙结构新工艺:本发明的3D打印材料可以直接将建筑物外墙打印在钢筋框架上,而不需要浇筑砼和砌墙,施工工艺简单,工期短,省人工。
(5)本发明的3D打印建筑物外墙油墨,无污染,更环保;该材料可以回收再加工后重复使用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的内容作进一步说明,但不用于限定本发明的技术方案。
实施例1
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径10cm的石膏块,在反应釜中加热至55℃,排除产生的冷凝水后通入1.5MPa的饱和蒸汽,干燥6h,然后排走多余蒸汽;干燥3小时,压力0.5MPa,温度150℃,干燥8h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入DETA10.0g和纳米碳化硅155.0g,转速500r/min,研磨12h;
在搅拌器中加入无水乙醇50.0g,经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物,环氧树脂180.0g,混合均匀,50℃保温6h后,按配方加入605.0g石膏粉,混合均匀,即得基础油墨1000g。
950g基础油墨中加入28g的柠檬酸,20g由8g聚乙稀醇、5g石蜡、7g渗透结晶防水剂(DPS)组成的防水剂,以及红色氧化铁颜料2.0g,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
400g的3D打印建筑物外墙油墨加入到600g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
实施例2
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径20cm的石膏块,在反应釜中加热至60℃,排除产生的冷凝水后通入3.5MPa的饱和蒸汽,干燥5h,然后排走多余蒸汽;干燥2小时,压力0.3MPa,温度160℃,干燥7h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入DETA200.0g和纳米碳化硅20.0g,转速2000r/min,研磨4h;
在搅拌器中加入无水乙醇5.0g,经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物,环氧树脂40.0g,混合均匀,55℃保温4.5h后,按配方加入735.0g石膏粉,混合均匀,得基础油墨1000g。
980g基础油墨中加入8g的柠檬酸,10g可再分散树脂粉,以及群青蓝颜料2.0g,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
500g的3D打印建筑物外墙油墨加入到500g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
实施例3
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径15cm的石膏块,在反应釜中加热至57℃,排除产生的冷凝水后通入2.5MPa的饱和蒸汽,干燥5.5h,然后排走多余蒸汽;干燥2.5小时,压力0.4MPa,温度155℃,干燥7.5h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入DETA5.0g和纳米碳化硅20.0g,转速1000r/min,研磨8h;
在搅拌器中加入无水乙醇5.0g,经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物,环氧树脂40.0g,混合均匀,56℃保温5h后,按配方加入930.0g石膏粉,混合均匀,即得基础油墨1000g。
950g基础油墨中加入40g的柠檬酸钠,5g渗透结晶防水剂(DPS)和5g氧化铬颜料,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
600g的3D打印建筑物外墙油墨加入到400g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
实施例4
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径10cm的石膏块,在反应釜中加热至60℃,排除产生的冷凝水后通入3.0MPa的饱和蒸汽,干燥6h,然后排走多余蒸汽;干燥2小时,压力0.5MPa,温度150℃,干燥7h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入DETA100.0g和纳米碳化硅200.0g,转速1250r/min,研磨10h;
在搅拌器中加入无水乙醇25.0g,经过研磨的纳米碳化硅和DETA的混合物,环氧树脂70.0g,混合均匀,57℃保温3h后,按配方加入605.0g石膏粉,混合均匀,得基础油墨1000g。
960g基础油墨中加入20g由15g酒石酸和5g骨胶混合制成的缓凝剂,20g由5g苯丙乳液、12g可再分散树脂粉、3g有机硅类防水剂组成的防水剂,以及10g偶氮红颜料,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
450g的3D打印建筑物外墙油墨加入到550g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
实施例5
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径10cm的石膏块,在反应釜中加热至55℃,排除产生的冷凝水后通入1.5MPa的饱和蒸汽,干燥6h,然后排走多余蒸汽;干燥3小时,压力0.5MPa,温度150℃,干燥8h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入DETA10.0g和超细二氧化硅粉155.0g,转速500r/min,研磨12h;
在搅拌器中加入无水乙醇50.0g,经过研磨的二氧化硅粉和DETA的混合物,丙三醇180.0g,混合均匀,50℃保温6h后,按配方加入605.0g石膏粉,混合均匀,得基础油墨1000g。
970g基础油墨中加入12g由7g柠檬酸钠和5g丙烯酸混合制成的缓凝剂,12g由4g聚乙稀醇、2g有机硅类防水剂,6g渗透结晶防水剂(DPS)组成的防水剂,以及6g黄色氧化铁颜料,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
550g的3D打印建筑物外墙油墨加入到450g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
实施例6
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径20cm的石膏块,在反应釜中加热至60℃,排除产生的冷凝水后通入3.5MPa的饱和蒸汽,干燥5h,然后排走多余蒸汽;干燥2小时,压力0.3MPa,温度160℃,干燥7h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入乙二胺200.0g和纳米碳化硅20.0g,转速2000r/min,研磨4h;
在搅拌器中加入乙酸乙酯5.0g,经过研磨的纳米碳化硅和乙二胺的混合物,有机硅40.0g,混合均匀,55℃保温4.5h后,按配方加入735g石膏粉,混合均匀,得基础油墨1000g。
960g基础油墨中加入20g由6g酒石酸钾、4g丙烯酸钠混合制成的缓凝剂,18g由5g聚乙稀醇、3g石蜡、5g有机硅类防水剂和8g渗透结晶防水剂(DPS)组成的防水剂,以及2g天津绿颜料,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
480g的3D打印建筑物外墙油墨加入到520g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。
实施例7
石膏原料经过三级破碎,均化,得到粒径15cm的石膏块,在反应釜中加热至57℃,排除产生的冷凝水后通入2.5MPa的饱和蒸汽,干燥5.5h,然后排走多余蒸汽;干燥2.5小时,压力0.4MPa,温度155℃,干燥7.5h,干燥后的物料粉磨得石膏粉;
在研磨机中加入3-二乙胺基丙胺(DEAPA)5.0g和超细二氧化硅粉20.0g,转速1000r/min,研磨8h;
在搅拌器中加入乙酸乙酯5.0g,经过研磨的二氧化硅粉和3-二乙胺基丙胺(DEAPA)的混合物,聚醋酸乙烯酯40.0g,混合均匀,56℃保温5h后,按配方加入930.0g石膏粉,混合均匀,得基础油墨1000g。
970g基础油墨中加入20g由7g柠檬酸、4g酒石酸钾、3g丙烯酸钠3g六偏磷酸钠和3g骨胶混合制成的缓凝剂,8g渗透结晶防水剂(DPS),以及2g孔雀蓝颜料,混合均匀,制得3D打印建筑物外墙油墨1000g。
540g的3D打印建筑物外墙油墨加入到460g的水中,充分搅拌,混合均匀,即可进行3D打印。