RU2762841C1 - Mixture for producing decorative composite in predetermined colour scheme in construction 3d printing technology and method for production thereof - Google Patents
Mixture for producing decorative composite in predetermined colour scheme in construction 3d printing technology and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762841C1 RU2762841C1 RU2020138015A RU2020138015A RU2762841C1 RU 2762841 C1 RU2762841 C1 RU 2762841C1 RU 2020138015 A RU2020138015 A RU 2020138015A RU 2020138015 A RU2020138015 A RU 2020138015A RU 2762841 C1 RU2762841 C1 RU 2762841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- composite
- dry components
- components
- mixed
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/06—Quartz; Sand
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/04—Portland cements
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к строительным материалам, которые применяются для 3D-аддитивных строительных технологий трехмерной печати (3D-печать).The invention relates to building materials that are used for 3D-additive building technologies of three-dimensional printing (3D printing).
Применение классических бетонных смесей и строительных растворов в технологии 3D-печати затруднено, так как их реологические свойства не адаптированы к процессу печати. В частности, такие смеси не обладают пластичностью, необходимой для экструзии, формоустойчивостью, обеспечивающей восприятие нагрузки при послойной печати без опалубки, имеют поздние сроки схватывания, замедленное твердение. Кроме того, бетоны и растворы основе серого цемента не обладают архитектурной выразительностью и эстетической привлекательностью.The use of classical concrete mixes and mortars in 3D printing technology is difficult, since their rheological properties are not adapted to the printing process. In particular, such mixtures do not possess the plasticity required for extrusion, the dimensional stability that ensures the perception of the load during layer-by-layer printing without formwork, they have late setting times, and delayed hardening. In addition, concretes and mortars based on gray cement do not have architectural expressiveness and aesthetic appeal.
Известен способ изготовления декоративных бетонных изделий, который заключается в следующем. Основные компоненты смеси (портландцемент, щебень, краситель (сажу – углерод технический П-803), воду) тщательно перемешивают и затем добавляют в нее поливинилацетат, после чего также осуществляют перемешивание до получения однородной массы, из которой методом литья формуют изделие. После отверждения и распалубки изделие подвергается дополнительной обработке – его поверхность полируют и обрабатывают сначала раствором полиграфической краски в органическом растворителе, а затем раствором органического стекла в ацетоне. После чего поверхность изделия снова полируют до появления глубокого зеркального блеска / Патент, Способ изготовления декоративных бетонных изделий, RU 2 017 703 C1, опубл. 15.08.1994 /. A known method of manufacturing decorative concrete products, which is as follows. The main components of the mixture (Portland cement, crushed stone, dye (soot - technical carbon P-803), water) are thoroughly mixed and then polyvinyl acetate is added to it, after which mixing is also carried out until a homogeneous mass is obtained, from which the product is molded by casting. After curing and stripping, the product undergoes additional processing - its surface is polished and treated first with a solution of printing ink in an organic solvent, and then with a solution of organic glass in acetone. After that, the surface of the product is again polished until a deep mirror shine appears / Patent, Method for the manufacture of decorative concrete products, RU 2 017 703 C1, publ. 15.08.1994 /.
Недостатком данного технического решения является использование заполнителя крупной фракции (щебня), что затруднит прохождение смеси через печатную головку строительного принтера. Одновременно высокое водоцементное отношение смеси определяет ее высокую подвижность и текучесть, что исключает возможность использования такой смеси в технологии безопалубочной строительной 3D-печати. Кроме того, для получения декоративной текстуры изделия его распалубки необходима дополнительная трудо- и энергоемкая обработка его поверхности, что существенно увеличивает его стоимость и противоречит принципу роботизированной технологии строительной 3D-печати.The disadvantage of this technical solution is the use of a coarse aggregate (crushed stone), which will complicate the passage of the mixture through the print head of the construction printer. At the same time, the high water-cement ratio of the mixture determines its high mobility and fluidity, which excludes the possibility of using such a mixture in the technology of form-less construction 3D printing. In addition, to obtain the decorative texture of the product, its stripping requires additional labor and energy-intensive processing of its surface, which significantly increases its cost and contradicts the principle of robotic construction 3D printing technology.
Аналогом предлагаемого технического решения является смесь для приготовления бетона «Кремнегранит», которая включает в себя портландцемент, щебень, песок, пластификатор МДФ, воду и пигмент (TiO2). При этом способ получения бетонной смеси заключается в следующем: в смесителе в течение 3-х минут перемешиваются сухие компоненты, после чего к ним постепенно добавляют воду с растворенным в ней пластификатором. При этом формируются окатыши, ядром которых является щебень, а оболочка состоит из увлажненной смеси портландцемента и песка. В бетонную смесь после формирования окатышей добавляется пигмент. Полученная смесь выгружается в форму и подвергается вибрационному воздействию /Патент, Способ изготовления бетона «Кремнегранит», RU 2 348 598 C2, опубл. 10.03.2009, бюл. № 7/.An analogue of the proposed technical solution is a mixture for the preparation of concrete "Kremnegranit", which includes Portland cement, crushed stone, sand, plasticizer MDF, water and pigment (TiO 2 ). In this case, the method of obtaining a concrete mixture is as follows: dry components are mixed in a mixer for 3 minutes, after which water with a plasticizer dissolved in it is gradually added to them. In this case, pellets are formed, the core of which is crushed stone, and the shell consists of a moistened mixture of Portland cement and sand. Pigment is added to the concrete mixture after the pellets are formed. The resulting mixture is unloaded into a mold and subjected to vibration / Patent, Method for making concrete "Kremnegranit", RU 2 348 598 C2, publ. 10.03.2009, bul. No. 7 /.
Недостатком данного технического решения является использование щебня в качестве крупного заполнителя, который не позволит смеси проходить через печатную головку строительного принтера. Кроме того, получаемая смесь не обладает вязко-пластическими свойствами и является слишком жесткой, что не позволит использовать ее в технологии 3D-печати.The disadvantage of this technical solution is the use of crushed stone as a large aggregate, which will not allow the mixture to pass through the print head of the construction printer. In addition, the resulting mixture does not have viscous-plastic properties and is too rigid, which will not allow its use in 3D printing technology.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является способ изготовления декоративной бетонной смеси, который заключается в смешивании белого портландцемента, заполнителя, пластификатора и отбеливающей добавки, причем белый портландцемент предварительно подвергается механоактивации путем совместного помола с суперпластификатором С-3 в течение
30 – 40 минут. За 12 – 15 минут до окончания активации в данную смесь вводят отбеливающую добавку в виде оболочкового пигмента, который представляет собой диоксид титана на кальците или микрокальците. Смешивание механоактивированного цемента и заполнителя производят в течение 5 – 7 мин после приготовления теста с водоцементным отношением 0,30 – 0,33 /Патент, Способ изготовления декоративной бетонной смеси, RU 2 133 724 C1, опубл. 27.07.1999/.Closest to the proposed invention, taken as a prototype, is a method of making a decorative concrete mixture, which consists in mixing white Portland cement, filler, plasticizer and bleaching additives, and white Portland cement is preliminarily subjected to mechanical activation by joint grinding with superplasticizer C-3 for
30-40 minutes. 12-15 minutes before the end of activation, a bleaching additive is introduced into this mixture in the form of a shell pigment, which is titanium dioxide on calcite or microcalcite. The mixing of mechanically activated cement and aggregate is carried out within 5 - 7 minutes after preparation of the dough with a water-cement ratio of 0.30 - 0.33 / Patent, Method for making decorative concrete mixture, RU 2 133 724 C1, publ. 07/27/1999 /.
Сходными признаками прототипа и заявляемого технического решения является низкое водоцементное отношение, использование в составе смеси суперпластификатора, пигментированной добавки, а также поэтапное приготовление смеси.Similar features of the prototype and the proposed technical solution are a low water-cement ratio, the use of a superplasticizer, a pigmented additive in the mixture, as well as a step-by-step preparation of the mixture.
Недостатком данного технического решения является отсутствие данных о реологических свойствах смеси. Однако указано, что изделия изготавливаются по традиционной литьевой технологии, что позволяет предположить, что смесь обладает высокой подвижностью и текучестью, поэтому ее использование в технологии безопалубочной строительной 3D-печати не представляется возможным.The disadvantage of this technical solution is the lack of data on the rheological properties of the mixture. However, it is indicated that the products are manufactured using traditional injection molding technology, which suggests that the mixture has high mobility and fluidity, therefore, its use in the technology of non-form construction 3D printing is not possible.
Технический результат заявляемого изобретения направлен на повышение универсальности и расширение области применения 3D-аддитивных строительных технологий за счет получения смеси для объемно-окрашенного композита с требуемыми технологическими параметрами для процесса печати и физико-механическими свойствами материала, и одновременно обладающего эстетической привлекательностью и архитектурной выразительностью, для достижения которых не требуется финишная отделка изделий. К технологическим параметрам смеси относятся её реологические характеристики: пластичность, обеспечивающая экструзию; формоустойчивость, обеспечивающая послойную укладку смеси без деформирования слоя при его последующем нагружении; сроки схватывания. К физико-механическим свойствам и характеристикам долговечности композита относятся: прочность на сжатие; прочность на сжатие при раскалывании слоев; плотность; водопоглощение, морозостойкость, усадка при высыхании.The technical result of the claimed invention is aimed at increasing the versatility and expanding the scope of 3D-additive building technologies by obtaining a mixture for a volumetric-colored composite with the required technological parameters for the printing process and physical and mechanical properties of the material, and at the same time possessing aesthetic appeal and architectural expressiveness, for the achievement of which does not require the finishing of products. The technological parameters of the mixture include its rheological characteristics: plasticity, ensuring extrusion; dimensional stability, providing layer-by-layer laying of the mixture without deformation of the layer during its subsequent loading; setting time. The physical and mechanical properties and characteristics of the durability of the composite include: compressive strength; compressive strength when splitting layers; density; water absorption, frost resistance, drying shrinkage.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая смесь для декоративного объемно-окрашенного композита заданной колористики и способ ее получения отличается тем, что для её получения используются специально подобранные компоненты, которые смешиваются между собой в заданных соотношениях и в определенной последовательности, что обеспечивает пластичность и формоустойчивость смеси, необходимые в технологии безопалубочной 3D-печати и вариативную колористику полученного композита. Comparative analysis with the prototype shows that the inventive mixture for a decorative volumetric-colored composite of a given color and the method for its production differs in that specially selected components are used to obtain it, which are mixed with each other in specified ratios and in a certain sequence, which ensures plasticity and dimensional stability mixtures required in the technology of formwork 3D printing and variable color of the resulting composite.
Для получения 3D-печатной смеси используется следующие сухие компоненты при их массовом соотношении (%): портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н – 43,10 – 43,48, песок с модулем крупности Мк ≤ 1,25 – 53,35 – 53,89, метакаолин с содержанием SiO2 не менее 53 % и Al2O3 не менее 47 % – 0,855 – 0,866, порошковый пигмент красного цвета на основе Fe2O3 с его содержанием не менее 96,1 % или зеленого цвета на основе Cr2O3⋅2H2O + Fe2O3 с содержанием Fe2O3 не менее 26,1 % – 1,304 – 2,155. Жидкий затворитель представляет собой раствор, который содержит следующие компоненты при их массовом соотношении (%): воду – 95 – 95,2, суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров – 3,2 – 3,3, полипропиленовую фибру – 1,6 – 1,7.To obtain a 3D-printed mixture, the following dry components are used with their mass ratio (%): Portland cement CEM I 42.5 N - 43.10 - 43.48, sand with a fineness modulus Mk ≤ 1.25 - 53.35 - 53, 89, metakaolin with at least 53% SiO 2 and at least 47% Al 2 O 3 - 0.855 - 0.866, red powder pigment based on Fe 2 O 3 with its content at least 96.1% or green based on Cr 2 O 3 ⋅2H 2 O + Fe 2 O 3 with a Fe 2 O 3 content of at least 26.1% - 1.304 - 2.155. A liquid grout is a solution that contains the following components at their mass ratio (%): water - 95 - 95.2, superplasticizer based on polycarboxylate ethers - 3.2 - 3.3, polypropylene fiber - 1.6 - 1.7 ...
Способ получения смеси для 3D-печатного объемно-окрашенного композита заключается в следующем. В скоростном роторном смесителе в течение 1 – 2 минут смешиваются сухие компоненты: портландцемент, кварцевый песок, метакаолин. Одновременно с этим готовится жидкий затворитель – смешивается вода с суперпластификатором. В полученный раствор непосредственно перед применением вводится армирующий компонент – полипропиленовая фибра. Затворитель добавляется к сухим компонентам, полученная смесь перемешивается в скоростном роторном смесителе в течение 3 – 5 минут. С целью получения изделия заданной колористики возможны два способа введения пигмента. В первом способе пигмент вводится в смесь сухих компонентов, что способствует получению композита равномерно окрашенного по объему. Во втором способе пигмент вводится непосредственно в смеситель за 10 – 15 секунд до окончания перемешивания. При этом получается композит, имеющий дифференцированную окраску по объему. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения «новизна». The method for producing a mixture for 3D-printed volumetric-colored composite is as follows. In a high-speed rotary mixer, dry components are mixed for 1 - 2 minutes: Portland cement, quartz sand, metakaolin. At the same time, a liquid grout is being prepared - water is mixed with a superplasticizer. A reinforcing component - polypropylene fiber is introduced into the resulting solution immediately before use. The grout is added to the dry components, the resulting mixture is mixed in a high-speed rotary mixer for 3 - 5 minutes. In order to obtain a product of a given color, two methods of pigment introduction are possible. In the first method, the pigment is introduced into a mixture of dry components, which contributes to obtaining a composite that is uniformly colored throughout the volume. In the second method, the pigment is introduced directly into the mixer 10 - 15 seconds before the end of mixing. In this case, a composite is obtained that has a differentiated color by volume. Thus, the claimed solution meets the criterion of the invention "novelty".
Технический результат предлагаемого изобретения – получение декоративного объемно-окрашенного композита для строительной 3D-печати заданной колористики.The technical result of the proposed invention is to obtain a decorative volumetric-colored composite for construction 3D printing of a given color.
Смесь для получения декоративного объемно-окрашенного композита может быть использована при печати строительных объектов, архитектурных форм, элементов декора фасадов с помощью 3D-аддитивных технологий.The mixture for obtaining a decorative volumetric-colored composite can be used for printing construction objects, architectural forms, facade decor elements using 3D additive technologies.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и другими известными техническими решениями в данной области техники не выявило наличие в них признаков, совпадающих с предлагаемым техническим решением, или признаков, влияющих на достижение требуемого технического результата. Это дает возможность сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other known technical solutions in this field of technology did not reveal the presence of signs in them that coincide with the proposed technical solution, or signs that affect the achievement of the required technical result. This makes it possible to conclude that the invention meets the "inventive step" criterion.
Характеристика исходных компонентов:Characteristics of the original components:
1. Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н (марка М500 Д0) по ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» (минералогический состав C3S – 60,85 %, C2S – 13,38 %, C3А– 7,42 %, C4AF – 11,23 %).1. Portland cement CEM I 42.5 N (grade M500 D0) in accordance with GOST 31108-2016 “Cements for general construction. Specifications "(mineralogical composition C 3 S - 60.85%, C 2 S - 13.38%, C 3 A - 7.42%, C 4 AF - 11.23%).
2. Фракционированный заполнитель – кварцевый песок с Мк ≤ 1,25 по ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия».2. Fractionated aggregate - quartz sand with Mk ≤ 1.25 in accordance with GOST 8736-2014 “Sand for construction work. Technical conditions ".
3. Метакаолин марки «ВМК-45» с содержанием SiO2 не менее 53 % и Al2O3 не менее 47 % по ТУ 23.99.19-004-34556001-2017. 3. Metakaolin grade "VMK-45" with SiO 2 content not less than 53% and Al 2 O 3 not less than 47% according to TU 23.99.19-004-34556001-2017.
5. Порошковый пигмент красного цвета на основе Fe2O3 с его содержанием не менее 96,1 % или зеленого цвета на основе Cr2O3⋅2H2O + Fe2O3 с содержанием Fe2O3 не менее 26,1 %.5. Red powder pigment based on Fe 2 O 3 with its content not less than 96.1% or green based on Cr 2 O 3 ⋅2H 2 O + Fe 2 O 3 with Fe 2 O 3 content not less than 26.1 %.
6. Вода – соответствует ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».6. Water - complies with GOST 23732-79 “Water for concrete and mortars. Technical conditions ".
7. Суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров. Плотность
1,055 – 1,065 кг/дм3, pH = 4,0 – 5,5.7. Superplasticizer based on polycarboxylate esters. Density
1.055 - 1.065 kg / dm3, pH = 4.0 - 5.5.
8. Полипропиленовая фибра для бетона и строительного раствора, произведенная в соответствии со стандартом ISO 9001:2008 и удовлетворяет европейскому стандарту EN 14889-2:2008. Длина волокна 12 мм, диаметр
22 – 34 микрона, плотность 0,91 кг/дм3, предел прочности 300 – 400 Н/мм2.8. Polypropylene fiber for concrete and mortar, produced in accordance with ISO 9001: 2008 and meets European standard EN 14889-2: 2008. Fiber length 12mm, diameter
22 - 34 microns, density 0.91 kg / dm 3 , tensile strength 300 - 400 N / mm 2 .
Для получения 3D-печатной смеси используется следующие сухие компоненты при их массовом соотношении (%): портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н – 43,10 – 43,48, песок с модулем крупности Мк ≤ 1,25 – 53,35 – 53,89, метакаолин с содержанием SiO2 не менее 53 % и Al2O3 не менее 47 % – 0,855 – 0,866, порошковый пигмент красного цвета на основе Fe2O3 с его содержанием не менее 96,1 % или зеленого цвета на основе Cr2O3⋅2H2O + Fe2O3 с содержанием Fe2O3 не менее 26,1 % – 1,304 – 2,155. Жидкий затворитель представляет собой раствор, который содержит следующие компоненты при их массовом соотношении (%): воду – 95 – 95,2, суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров – 3,2 – 3,3, полипропиленовую фибру – 1,6 – 1,7.To obtain a 3D-printed mixture, the following dry components are used with their mass ratio (%): Portland cement CEM I 42.5 N - 43.10 - 43.48, sand with a fineness modulus Mk ≤ 1.25 - 53.35 - 53, 89, metakaolin with at least 53% SiO 2 and at least 47% Al 2 O 3 - 0.855 - 0.866, red powder pigment based on Fe 2 O 3 with its content at least 96.1% or green based on Cr 2 O 3 ⋅2H 2 O + Fe 2 O 3 with a Fe 2 O 3 content of at least 26.1% - 1.304 - 2.155. A liquid grout is a solution that contains the following components at their mass ratio (%): water - 95 - 95.2, superplasticizer based on polycarboxylate ethers - 3.2 - 3.3, polypropylene fiber - 1.6 - 1.7 ...
Способ получения смеси для 3D-печатного объемно-окрашенного композита заключается в следующем. В скоростном роторном смесителе в течение 1 – 2 минут смешиваются сухие компоненты: портландцемент, кварцевый песок, метакаолин. Одновременно с этим готовится жидкий затворитель – в отдельной ёмкости смешивается вода с суперпластификатором. В полученный раствор непосредственно перед применением вводится армирующий компонент – полипропиленовая фибра. Затворитель добавляется к сухим компонентам, полученная смесь перемешивается в скоростном роторном смесителе в течение 3 – 5 минут. С целью получения изделия заданной колористики возможны два способа введения пигмента. В первом способе пигмент вводится в смесь сухих компонентов, что способствует получению композита равномерно окрашенного по объему. Во втором способе пигмент вводится непосредственно в сырьевую смесь за 10 – 15 секунд до окончания перемешивания. При этом получается композит, дифференцированно окрашенный по объему. The method for producing a mixture for 3D-printed volumetric-colored composite is as follows. In a high-speed rotary mixer, dry components are mixed for 1 - 2 minutes: Portland cement, quartz sand, metakaolin. At the same time, a liquid grout is being prepared - water is mixed with a superplasticizer in a separate container. A reinforcing component - polypropylene fiber is introduced into the resulting solution immediately before use. The grout is added to the dry components, the resulting mixture is mixed in a high-speed rotary mixer for 3 - 5 minutes. In order to obtain a product of a given color, two methods of pigment introduction are possible. In the first method, the pigment is introduced into a mixture of dry components, which contributes to the formation of a composite that is uniformly colored throughout the volume. In the second method, the pigment is introduced directly into the raw mixture 10 - 15 seconds before the end of mixing. In this case, a composite is obtained that is differentially colored in terms of volume.
Для оценки пластичности и способности к экструзии вязко-пластичной смеси определялся предел текучести при сдавливании непосредственно после ее изготовления. Для этого производился сдавливающий тест с постоянной скоростью деформирования 5 мм/с, так как при данной скорости проведения испытаний наиболее адекватно моделируется поведение системы в процессе экструзии /Toutou Z., Roussel N., Lanos, C. The squeezing test: A tool to identify firm cement-based material’s rheological behaviour and evaluate their extrusion ability // Cement and Concrete Research. - 2005. - No 35(10). – P.1891–1899/.To assess the plasticity and extrusion capacity of the viscous-plastic mixture, the compressive yield strength was determined immediately after its manufacture. For this, a squeezing test was carried out with a constant deformation rate of 5 mm / s, since at this test rate the behavior of the system during extrusion is most adequately modeled / Toutou Z., Roussel N., Lanos, C. The squeezing test: A tool to identify firm cement-based material's rheological behavior and evaluate their extrusion ability // Cement and Concrete Research. - 2005. - No 35 (10). - P.1891-1899 /.
Для оценки формоустойчивости непосредственно после изготовления смеси определялись следующие характеристики:To assess the dimensional stability immediately after the manufacture of the mixture, the following characteristics were determined:
- структурная прочность, характеризующая способность вязко-пластичной смеси воспринимать нагрузку без деформирования напечатанного слоя, - structural strength, which characterizes the ability of a viscous-plastic mixture to take a load without deforming the printed layer,
- пластическая прочность, характеризующая способность вязкопластичной смеси воспринимать нагрузку без трещинообразования;- plastic strength, which characterizes the ability of a viscoplastic mixture to take a load without cracking;
- относительная деформация слоя вязко-пластичной смеси до начала образования трещин.- the relative deformation of the layer of the visco-plastic mixture before the beginning of the formation of cracks.
Для оценки характеристик формоустойчивости производился сдавливающий тест при постоянной скорости нагружения 0,5 Н/с (соответствует скорости при печати строительных объектов промышленно производимыми принтерами), что моделирует воздействие нагрузки от вышележащих слоев на первоначально уложенные слои
/Славчева Г.С., Шведова М.А., Бабенко Д.С, Анализ и критериальная оценка реологического поведения смесей для строительной 3D-печати // Строительные материалы. – 2018. - № 12. – С. 30-35/.To assess the characteristics of dimensional stability, a compressive test was carried out at a constant loading rate of 0.5 N / s (corresponds to the speed when printing construction objects with industrially produced printers), which simulates the effect of the load from the overlying layers on the initially laid layers
/ Slavcheva G.S., Shvedova M.A., Babenko D.S., Analysis and Criteria Evaluation of the Rheological Behavior of Mixtures for Construction 3D Printing // Building Materials. - 2018. - No. 12. - P. 30-35 /.
Для определения физико-механических свойств композиционного материала для строительной 3D-печати готовят образцы в форме куба с длиной ребер 50×50×50 мм и проводят испытания на сжатие согласно ГОСТ 10180-2012, определение плотности и водопоглощения согласно ГОСТ 12730.3-78. To determine the physical and mechanical properties of a composite material for construction 3D printing, samples are prepared in the form of a cube with an edge length of 50 × 50 × 50 mm and are tested for compression in accordance with GOST 10180-2012, determination of density and water absorption in accordance with GOST 12730.3-78.
Для определения прочности сцепления слоев свежеуложенной смеси из вязко-пластичной смеси изготавливалась серия слоистых образцов-кубов с длиной ребер 50×50×50 мм, изготовление которых производилось в два этапа. Вначале изготавливались образцы размером 50×50×25 мм, которые через 5 минут соединялись в единый образец с размерами 50×50×50 мм. Образцы после 28 суток твердения испытывались на растяжение при раскалывании, нагрузка прикладывалась по шву сцепления образцов согласно ГОСТ 10180-2012. Формирование шва между двумя свежими поверхностями, наиболее достоверно позволяет оценить связь слоев при печати, в отличие от стандартных методик, определяющих прочность адгезионного шва, в которых вязко-пластичную смесь укладывают на затвердевший образец, что не соответствует условиям 3D-печати.To determine the adhesion strength of the layers of the freshly laid mixture, a series of layered cube specimens with the rib length of 50 × 50 × 50 mm was made from the viscous-plastic mixture, the production of which was carried out in two stages. First, samples of 50 × 50 × 25 mm were made, which after 5 minutes were combined into a single sample with dimensions of 50 × 50 × 50 mm. After 28 days of hardening, the samples were tested for tensile splitting, the load was applied along the adhesion seam of the samples in accordance with GOST 10180-2012. The formation of a seam between two fresh surfaces most reliably makes it possible to evaluate the bond of layers during printing, in contrast to standard methods that determine the strength of an adhesive seam, in which a viscous-plastic mixture is placed on a hardened sample, which does not correspond to the conditions of 3D printing.
Марку по морозостойкости полученного композиционного материала определяли согласно ГОСТ 10060-2012. The frost resistance grade of the obtained composite material was determined according to GOST 10060-2012.
Определение усадочных деформаций при высыхании декоративного объемно-окрашенного композита проводили в условиях обезвоживания, моделирующих развитие усадки в тонкослойных печатных конструкциях. Для этого изготавливали образцы-пластины размером 10×40×160 мм, обезвоживание которых производили при заданных температуре (t) и влажности среды (W) до достижения постоянной массы и размеров. Для создания температурно-влажностного режима образцы-пластины помещали в эксикатор над раствором CaCl2⋅6H2O (моделирование эксплуатационных условий высыхания, t = 21 º С, W = 30 %), а затем обезвоживали над сухим веществом CaCl2 (моделирование условий полного обезвоживания, t = 21 º С, W = 5 %). Измерения образцов и обработку результатов производили согласно ГОСТ 25485 – 2019.Determination of shrinkage deformations during drying of a decorative volume-colored composite was carried out under dehydration conditions that simulate the development of shrinkage in thin-layer printed structures. For this, specimen-plates with dimensions of 10 × 40 × 160 mm were made, the dehydration of which was carried out at a given temperature (t) and humidity of the environment (W) until a constant mass and size was achieved. To create a temperature and humidity regime, the plate samples were placed in a desiccator over a CaCl 2 ⋅6H 2 O solution (modeling the operating conditions of drying, t = 21 º С, W = 30%), and then dehydrated over dry CaCl 2 matter (modeling the conditions of complete dehydration, t = 21 º С, W = 5%). Sample measurements and processing of the results were carried out in accordance with GOST 25485 - 2019.
Свойства вязко-пластичной смеси и физико-механические свойства композита для строительной 3D-печати представлены в табл. 1.The properties of the viscous-plastic mixture and the physical and mechanical properties of the composite for construction 3D printing are presented in table. one.
Таблица 1Table 1
Реологические свойства вязко-пластичной смеси и физико-механические свойства объемно-окрашенного декоративного композита для строительной 3D-печатиRheological properties of a viscous-plastic mixture and physical and mechanical properties of a volumetric-colored decorative composite for construction 3D printing
Основным параметром, влияющим на критериальные для процесса строительной 3D-печати реологические характеристики вязко-пластичной смеси, является отношение твердой и жидкой фаз в смеси. Технологически необходимая пластичность, агрегативная устойчивость и структурная прочность смесей достигается путем оптимизации соотношения фаз.The main parameter influencing the rheological characteristics of a viscous-plastic mixture criterion for the process of construction 3D printing is the ratio of the solid and liquid phases in the mixture. Technologically necessary plasticity, aggregate stability and structural strength of mixtures are achieved by optimizing the phase ratio.
Применение пигмента заданного цвета, в определенной дозировке и при определенном способе его введения в смесь способствует получению декоративного, объемно-окрашенного композита заданной колористики. Возможны два способа введения пигмента. В первом случае, при введении порошкового пигмента непосредственно в смесь сухих компонентов с последующим введением жидкого затворителя достигается эффект однородного объемного окрашивания композита. Во втором случае, при введении пигмента в вязко-пластичную смесь за 10 – 15 секунд до окончания перемешивания возможно получение композита, имеющего дифференцированную окраску по объему. Таким образом, достигается эстетический эффект и архитектурная выразительность получаемых изделий. The use of a pigment of a given color, in a certain dosage and with a certain method of its introduction into the mixture helps to obtain a decorative, volumetric-colored composite of a given color. There are two ways to introduce the pigment. In the first case, when the powder pigment is introduced directly into the mixture of dry components, followed by the introduction of a liquid grout, the effect of uniform volumetric coloration of the composite is achieved. In the second case, when the pigment is introduced into the viscous-plastic mixture 10 - 15 seconds before the end of mixing, it is possible to obtain a composite having a differentiated color by volume. Thus, the aesthetic effect and architectural expressiveness of the resulting products are achieved.
Кроме того, пигменты на основе Fe2O3 могут выполнять роль затравки при кристаллизации (ускорять процессы твердения), сокращать сроки схватывания вяжущего (улучшать формоустойчивость системы), а также взаимодействовать, в силу своей амфотерности, с различными компонентами цементной системы, обеспечивая систему дополнительными новообразованиями.In addition, pigments based on Fe 2 O 3 can act as a seed during crystallization (accelerate hardening processes), reduce the setting time of the binder (improve the dimensional stability of the system), and also interact, due to their amphotericity, with various components of the cement system, providing the system with additional neoplasms.
Введение метакаолина позволяет регулировать структурно-механические свойства цементной системы за счет сходного кристаллохимического строения. В силу развитой и активной поверхности метакаолин проявляет способность к формированию полимолекулярных слоев адсорбированной воды на поверхности, что способствует повышению агрегативной устойчивости и структурной прочности цементной системы. Одновременно снижение взаимодействия частиц цемента за счет наличия в межзерновом объеме частиц, покрытых полимолекулярными слоями адсорбированной воды, способствует повышению пластичности системы при оптимизированном содержании метакаолина.The introduction of metakaolin makes it possible to regulate the structural and mechanical properties of the cement system due to a similar crystal chemical structure. Due to the developed and active surface, metakaolin exhibits the ability to form polymolecular layers of adsorbed water on the surface, which contributes to an increase in the aggregate stability and structural strength of the cement system. At the same time, a decrease in the interaction of cement particles due to the presence of particles coated with polymolecular layers of adsorbed water in the intergranular volume contributes to an increase in the plasticity of the system with an optimized metakaolin content.
Полипропиленовая фибра длиной 12 мм повышает устойчивость к трещинообразованию, увеличивает прочность на растяжение при изгибе.Polypropylene fiber 12 mm long increases crack resistance, increases tensile bending strength.
Использование суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров в оптимальной концентрации является фактором изменения свойств жидкой фазы и позволяет эффективно регулировать пластичность смеси. The use of a superplasticizer based on polycarboxylate esters in an optimal concentration is a factor in changing the properties of the liquid phase and makes it possible to effectively control the plasticity of the mixture.
Достижение требуемого технического результата при осуществлении изобретения состоит в том, что использование пигмента заданной цветовой гаммы и введение его в цементную смесь различными способами обеспечивает различные варианты объемного окрашивания, что придает получаемым изделиям эстетический эффект и архитектруную выразительность. Кроме того, компоненты, входящие в состав смеси для декоративного объемно-окрашенного композита для 3D-печати заданы в определенном отношении, при заданных процентных соотношениях компонентов в этих фазах, при взаимодействии обеспечивающих пластичность, влияющую на экструзию; формоустойчивость, необходимую для послойной укладки смеси без деформирования слоя при его последующем нагружении; установленные сроки схватывания, определенные на основании технологии послойной трехмерной печати; прочность на сжатие, плотность, водопоглощение, морозостойкость и усадку, обеспечивающие высокие эксплуатационные характеристики композита. The achievement of the required technical result in the implementation of the invention is that the use of a pigment of a given color range and its introduction into the cement mixture in various ways provides various options for volumetric coloring, which gives the resulting products an aesthetic effect and architectural expressiveness. In addition, the components that make up the mixture for a decorative volumetric-colored composite for 3D printing are set in a certain ratio, at a given percentage of the components in these phases, interacting to provide plasticity that affects extrusion; the dimensional stability required for layer-by-layer laying of the mixture without deformation of the layer during its subsequent loading; the established setting time, determined on the basis of the technology of layer-by-layer three-dimensional printing; compressive strength, density, water absorption, frost resistance and shrinkage, providing high performance characteristics of the composite.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138015A RU2762841C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Mixture for producing decorative composite in predetermined colour scheme in construction 3d printing technology and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138015A RU2762841C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Mixture for producing decorative composite in predetermined colour scheme in construction 3d printing technology and method for production thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2762841C1 true RU2762841C1 (en) | 2021-12-23 |
Family
ID=80039094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020138015A RU2762841C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Mixture for producing decorative composite in predetermined colour scheme in construction 3d printing technology and method for production thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2762841C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773914C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Building raw mixture for 3d printing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140252672A1 (en) * | 2011-09-20 | 2014-09-11 | The Regents Of The University Of California | 3d printing powder compositions and methods of use |
CN105384416A (en) * | 2015-11-26 | 2016-03-09 | 中国建筑股份有限公司 | Bi-component cement based composite material for 3D printing as well as preparation method and application thereof |
CN105753404A (en) * | 2016-02-03 | 2016-07-13 | 临沂大学 | Cement-based material used for building 3D (three-dimensional) printing |
RU2729085C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology |
RU2729283C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-08-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology |
-
2020
- 2020-11-19 RU RU2020138015A patent/RU2762841C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140252672A1 (en) * | 2011-09-20 | 2014-09-11 | The Regents Of The University Of California | 3d printing powder compositions and methods of use |
CN105384416A (en) * | 2015-11-26 | 2016-03-09 | 中国建筑股份有限公司 | Bi-component cement based composite material for 3D printing as well as preparation method and application thereof |
CN105753404A (en) * | 2016-02-03 | 2016-07-13 | 临沂大学 | Cement-based material used for building 3D (three-dimensional) printing |
RU2729085C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology |
RU2729283C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-08-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2781203C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Raw material mixture for additive construction production |
RU2786198C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Raw material mixture for 3d printer extrusion |
RU2773914C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Building raw mixture for 3d printing |
RU2777886C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified building mixture for 3d printing |
RU2777888C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified building mixture for a 3d printer implementing the layered extrusion method |
RU2777887C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Building mixture based on cement for 3d printing |
RU2778119C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КазГАСУ) | Modified raw blend for 3d printing |
RU2780315C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-09-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Building mixture for 3d printer |
RU2781163C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-10-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Raw material mixture for additive construction production by material extrusion |
RU2781201C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Raw material mixture for construction 3d printing in additive manufacturing technology |
RU2777007C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified raw mixture for construction 3d printing in the technology of additive manufacturing |
RU2781200C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Construction mixture for additive manufacturing |
RU2781160C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-10-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Raw material mixture for layer-by-layer extrusion (3d printing) |
RU2781303C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет2 КазГАСУ) | Modified construction mix for 3d printer |
RU2784275C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Concrete mix for additive construction |
RU2775133C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified concrete mixture for 3d printing |
RU2786192C1 (en) * | 2022-03-14 | 2022-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Construction 3d printing method |
RU2821492C1 (en) * | 2023-11-09 | 2024-06-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Method of construction 3d printing with adjustable duration of technological break |
RU2820801C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified gypsum-cement-pozzolanic crude mixture for extrusion on 3d printer |
RU2821491C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-06-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified gypsum-cement-pozzolanic crude mixture for 3d printing |
RU2821879C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Modified gypsum-cement-pozzolanic concrete mixture for 3d printing |
RU2823956C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-07-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Gypsum-cement-pozzolanic construction mixture for additive production |
RU2826408C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-09-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) | Gypsum-cement-pozzolanic concrete mixture for construction 3d printing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Papachristoforou et al. | Evaluation of workability parameters in 3D printing concrete | |
US20030056696A1 (en) | Polymer-cement composites including efflorescence-control agent and method of making same | |
RU2351562C1 (en) | Concrete mix for manufacture of thin-walled products | |
RU2729283C1 (en) | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology | |
RU2762841C1 (en) | Mixture for producing decorative composite in predetermined colour scheme in construction 3d printing technology and method for production thereof | |
RU2767641C1 (en) | Decorative concrete of increased physical and climatic resistance for construction 3d printing | |
KR101122353B1 (en) | Manufacturing method of artificial casting stone for construction exterior decoration | |
RU2767805C1 (en) | Two-phase mixture based on white cement for producing decorative composite in construction 3d printing technology | |
KR20170079619A (en) | method for producing foamed color concrete | |
CA3172378A1 (en) | Dry cementitious material mixture for 3d-printing | |
KR100473783B1 (en) | Production method of artificial marble | |
DE69502278T2 (en) | MORTAR COMPOSITION | |
RU2729220C1 (en) | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology | |
RU2729085C1 (en) | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology | |
RU2729086C1 (en) | Two-phase mixture based on cement for composites in construction 3d printing technology | |
KR100645293B1 (en) | Mortar compositions for artificial stone and a method for making of the artificial stone | |
JPH11292609A (en) | Decorative concrete panel and its production | |
JP2020523231A (en) | Method for manufacturing concrete product and structure | |
RU2771801C1 (en) | Two-phase mixture based on white cement for the production of decorative composite in the construction 3d printing technology | |
RU2291846C1 (en) | Fibro-cement compound for production of composite material | |
CN109250982B (en) | Preparation method of wood-grain-like building material | |
KR101438650B1 (en) | Imitation lime stone and method for fabricating the same | |
KR20030064343A (en) | Cement terazo composite materials using the high strength cement grout materials | |
RU2348598C2 (en) | Method of preparation of concrete "flint stone -granite" | |
RU2237042C1 (en) | Method of manufacturing colored polished coating and colored polished coating on mineral substrate |