用于逐层沉积混凝土的方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202180029607.0 | 申请日 | 2021-04-22 |
| 公开(公告)号 | CN115427204A | 公开(公告)日 | 2022-12-02 |
| 申请人 | 根特大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 陶亚欣; 格特·德许特; 基姆·范蒂特尔博姆; 卡雷尔·莱萨格; | 第一发明人 | 陶亚欣 |
| 权利人 | 根特大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 根特大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份： | 城市 | 当前专利权人所在城市： |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：比利时根特 | 邮编 | 当前专利权人邮编： |
| 主IPC国际分类 | B28B1/00 | 所有IPC国际分类 | B28B1/00 ; B01F25/40 ; B28C5/06 ; B28C7/04 ; B28C9/00 ; C04B28/00 ; C04B28/02 ; C04B28/04 ; C04B40/06 ; C04B111/00 |
| 专利引用数量 | 7 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 14 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 中科专利商标代理有限责任公司 | 专利代理人 | 吴胜周; 柳春琦; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于通过提供可挤出 混凝土 来逐层沉积混凝土的方法。将包含粘结剂材料和 水 的第一流以及包含载体材料、附加组分和水的第二流在静态混合器中混合以形成可挤出混凝土的第三流。所述第二流的材料具有比所述第一流的材料更短的初始 凝固 时间。所述第一流具有第一 粘度 V1并且所述第二流具有第二粘度V2，使得比率V1/V2在1/40至40的范围内。所述第三流具有比所述第一流和第二流的粘度更大的粘度以及比所述第一流和第二流的屈服应 力 更大的屈服 应力 。所述第三流的材料具有比所述第一流的初始凝固时间更短的初始凝固时间。本发明还涉及一种用于挤出混凝土、特别是用于逐层沉积混凝土的系统。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于逐层沉积混凝土的方法，所述方法包括通过以下方式提供可挤出混凝土： |
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| 说明书全文 | 用于逐层沉积混凝土的方法技术领域背景技术[0002] 混凝土是一种广泛使用的建筑材料。随着矿物添加物和化学外掺料(外加剂，admixture)的普遍使用，已经提出了大量经优化的混合物和工艺以满足不同的需求。近几十年来，泵送已发展为混凝土施工中的一种不可或缺的技术。遗憾的是，在泵送过程期间和泵送过程后仍存在在新拌混凝土性能的要求方面的冲突。 [0003] 为了获得混凝土的良好泵送性，需要良好的流动性保持。良好的流动性保持有益于降低泵送压力以及在经历(短暂)中断、例如由于材料进料延迟造成的短暂中断的情况下恢复泵送操作。另一方面，在模板浇铸中和在没有模板的建造方法中应达到优异的可建造性。可建造性被定义为材料在挤出例如打印后保持其形状而没有流动的能力。在模板浇铸中，需要良好的可建造性以避免在浇铸期间模板泄漏或过大的模板压力。这个要求在没有模板的建造方法如3D混凝土打印中为了避免挤出材料的变形或塌陷甚至更有挑战性。 [0004] 清楚的是，这些要求(高流动性和良好的可建造性)是相互矛盾的。装置矛盾仍是挤出混凝土的最大挑战之一，特别是在混凝土的3D打印中。 [0005] 已经提出了若干种外掺料以影响混凝土的流动性或可建造性。例如添加分散剂和(超)增塑剂以降低屈服应力和粘度，并且因此获得高流动性。添加缓凝剂以获得更大的初始凝固时间(初凝时间，initial setting time)(开放时间)。另一方面，已经在预混合材料中利用了添加粘度调节外掺料和促凝剂以分别用于提高粘度和屈服应力。此外，已经提出了添加纳米粘土以增强混凝土的触变性。 [0006] 此外，已经提出了在喷嘴处将液体促凝剂添加到可挤出(可打印)材料中。然而，将液体促凝剂注入到新拌混凝土是复杂的。这样的混合步骤需要动态混合器。动态混合过程是复杂的，并且迄今为止，这样的方法不会导致均匀的混合。 发明内容[0007] 本发明的一个目的是提供一种避免了现有技术的问题的用于提供可挤出混凝土的方法。 [0008] 本发明的另一个目的是提供一种用于逐层沉积混凝土的方法。 [0009] 本发明的另一个目的是提供一种用于提供具有均匀组成的可挤出混凝土的方法。 [0010] 本发明的另一个目的是提供一种用于提供可挤出混凝土的稳健方法，其不需要复杂的混合过程，不需要可移动部件，也不需要加压空气。 [0011] 本发明的另一个目的是提供一种可挤出混凝土，其具有足以允许泵送的高流动性以及允许形成结构(体)、特别是3D结构(体)的高可建造性，。 [0012] 本发明的另一个目的是提供一种通过在静态混合器中混合两个流来挤出混凝土的方法，其中与所述两个流的材料相比，经挤出的混凝土具有增大的粘度和/或增大的屈服应力和/或减少的初始凝固时间。 [0013] 本发明的另一个目的是提供一种用于提供可挤出混凝土的方法，其允许使用用于凝固和/或硬化混凝土的促凝剂或碱激活剂(为液体形式或固体形式)。 [0014] 本发明的另一个目的是提供一种用于逐层沉积混凝土的系统。 [0015] 根据本发明的第一方面，提供了一种通过提供可挤出混凝土并且优选连续提供可挤出混凝土来逐层沉积混凝土的方法。所述方法包括以下步骤： [0016] ‑将第一流和第二流供应到静态混合器中，优选地将第一流和第二流泵送到静态混合器中。第一流包含第一材料和水。第一材料包括粘结剂材料并且具有第一初始凝固时间T1。第一流具有在0.1Pa.s至60Pa.s范围内的第一粘度V1和第一屈服应力Y1。 [0017] 第二流包含第二材料和水。第二材料包括包含粉状材料的载体材料和至少一种附加化合物(额外化合物，additional compound)。粉状材料优选地具有低于100μm的粒度，例如在0.1μm至100μm、1μm至100μm或10μm至100μm范围内的粒度。优选地，粉状材料具有低于100μm的平均粉末粒度，例如在0.1μm至100μm、1μm至100μm或10μm至100μm范围内的平均粒度。附加化合物是这样的化合物，当被添加到第一材料中而形成第一材料和附加化合物的混合物时，与第一初始凝固时间T1相比，其能够减少第一材料和附加化合物的混合物的初始凝固时间的化合物。 [0018] 第二材料具有第二初始凝固时间T2。第二流具有在0.1Pa.s至60Pa.s范围内的第二粘度V2和第二屈服应力Y2。第一粘度V1和第二粘度V2限定在1/40至40范围内的比率V1/V2。第二初始凝固时间T2等于或大于第一初始凝固时间T1。优选地，第二初始凝固时间T2大于第一初始凝固时间T1。 [0019] ‑在静态混合器中将第一流和第二流混合以获得包含可挤出混凝土的第三流。第三流包含第一材料和第二材料的混合物以及水。第一材料和第二材料的混合物具有第三初始凝固时间T3。第三流具有第三粘度V3和第三屈服应力Y3。第三粘度V3大于第一粘度V1并且大于第二粘度V2。第三屈服应力Y3大于第一屈服应力Y1并且大于第二屈服应力Y2。第三初始凝固时间T3短于第一初始凝固时间T1。 [0020] ‑从静态混合器分配包含可挤出混凝土的第三流。 [0021] 术语‘初始凝固时间’(也被称为‘初始固化时间’或’初始开放时间’)是指在将水(或碱激活的溶液)添加到材料或材料混合物中的时刻到糊料开始失去其塑性的时间之间经过的时间。出于本发明的目的，通过贯入阻力法(贯入法，penetration resistance method)来测定初始凝固时间。初始凝固时间是在将水(或碱激活的溶液)添加到材料或材2 料混合物中直到所形成的材料达到3.5N/mm的贯入阻力之间经过的时间段。 [0022] 第一初始凝固时间T1和第二初始凝固时间T2分别是在将水(或碱激活的溶液)添2 加到第一流的第一材料中、第二流的第二材料中到所形成的材料达到3.5N/mm的贯入阻力的时刻之间经过的时间段。为了混合材料，使用标准的旋转混合器。 [0023] 第三初始凝固时间T3是在将水添加到第一流的第一材料和第二流的第二材料的2 混合物中到所形成的糊料达到3.5N/mm的贯入阻力之间经过的时间段。为了混合第一材料和第二材料，优选地使用标准的旋转混合器。 [0024] 术语‘屈服应力’具体是指静态屈服应力，即引发流动所需的应力。静态屈服应力通过应力增长测试来测量。对于屈服应力的测量，使用具有若干个薄叶片的叶片主轴。为了测量屈服应力，在旋转流变仪上预设一个恒定的低速。在测量期间可以检测到的最大屈服应力为静态屈服应力。 [0025] 优选地，第二初始凝固时间T2比第一初始凝固时间T1显著更大。第二初始凝固时间T2例如为第一初始凝固时间T1的至少2倍。在优选的实施方案中，第二初始凝固时间T2为第一初始凝固时间T1的至少10倍。在特别的实施方案中，第二初始凝固时间T2为第一初始凝固时间T2的至少20倍或初始凝固时间T1的至少40倍。 [0026] 优选地，第三初始凝固时间T3比第一初始凝固时间T1显著更短。第三初始凝固时间T3例如短于第一初始凝固时间T1的一半。更优选地，第三初始凝固时间T3短于第一初始凝固时间T1的五分之一。更优选地，第三初始凝固时间T3短于第一初始凝固时间T1的十分之一、短于第一初始凝固时间的二十分之一或短于第一初始凝固时间T1的四十分之一。 [0027] 因为第二初始凝固时间T2等于或大于第一初始凝固时间T1，所以第三初始凝固时间T3短于第二初始凝固时间T2。 [0028] 第一流和第二流优选是可流动的(＝能够流动)。更优选地，第一流和第二流是可流动的且可泵送的(＝能够被泵送)。这意味着第一流和第二流的流动性和粘度应满足特定的要求。 [0029] 第一流和第二流的流动性优选足够高。术语‘流动性’是指材料流动的能力。流动性可以通过流动台测试来测量。将新混合的材料分两层放入锥形模具内。然后取出模具，并且振动台在15秒内下降25次。最终直径代表新拌材料的流动性。 [0030] 第一流的第一粘度V1优选地在0.1Pa.s至60Pa.s的范围内。更优选地，第一粘度V1为至少1Pa.s、至少2Pa.s、至少3Pa.s、至少4Pa.s、至少5Pa.s或至少10Pa.s。第一粘度例如在1Pa.s至50Pa.s或1Pa.s至40Pa.s的范围内。 [0031] 第二流的第二粘度V2优选地在0.1Pa.s至60Pa.s的范围内。更优选地，第二粘度V2为至少2Pa.s、至少3Pa.s、至少4Pa.s、至少5Pa.s或至少10Pa.s。第一粘度例如在1Pa.s至50Pa.s或1Pa.s至40Pa.s的范围内。 [0032] 术语‘粘度’是指流体在给定剪切速率下发生变形的阻力。第一流、第二流和第三流的粘度通过流动曲线测试(通常在旋转流变仪上进行)来测量。大多数旋转流变仪按照塞尔原理(Searle principle)工作：电动机驱动固定杯内的几何体。预设摆锤的转速，并且产生使测量几何体旋转所需的电机扭矩。此扭矩必须克服所测试材料的粘性力，并且因此是其粘度的量度。 [0033] 第一粘度V1与第二粘度V2的比率V1/V2优选地在1/40至40的范围内。更优选地，比率V1/V2在1/20至20的范围内。甚至更优选地，比率V1/V2在1/10至10、1/5至5或1/2至2的范围内。在特别优选的实施方案中，比率V1/V2在0.7至1.3的范围内，例如在0.8至1.2或0.9至1.1的范围内。 [0034] 对于根据本发明的方法，第一粘度V1、第二粘度V2以及第一粘度V1与第二粘度V2的比率V1/V2对于使用静态混合器获得适合于逐层沉积的均匀混合的混凝土的要求来说是至关重要的。 [0035] 优选地，第三粘度V3为第一粘度V1的至少2倍或为第二粘度V2的至少2倍。优选地，第三粘度V3为第一粘度V1的至少2倍，并且为第二粘度V2的至少2倍。更优选地，第三粘度V3为第一粘度V1的至少5倍、第一粘度V1的至少10倍、第一粘度V1的至少20倍、第一粘度V1的至少40倍，第一粘度V1的至少100倍，或者第三粘度V3为第二粘度V2的至少5倍、第二粘度V2的至少10倍、第二粘度V2的至少20倍、第二粘度V2的至少40倍、第二粘度V2的至少100倍。 [0036] 第一流的第一屈服应力Y1优选为至多500Pa。更优选地，第一屈服应力Y1为至多100Pa、至多50Pa或至多10Pa。 [0037] 第二流的第二屈服应力Y2优选为至多500Pa。更优选地，第二屈服应力Y2为至多100Pa、至多50Pa或至多10Pa。 [0038] 第一屈服应力Y1和第二屈服应力Y2限定比率Y1/Y2。优选地，第一屈服应力Y1和第二屈服应力Y2的比率Y1/Y2在1/40至40的范围内。更优选地，比率Y1/Y2在1/20至20的范围内。甚至更优选地，比率Y1/Y2在1/10至10、1/5至5或1/2至2的范围内。在特别优选的实施方案中，比率Y1/Y2在0.7至1.3的范围内，例如在0.8至1.2或0.9至1.1的范围内。 [0039] 优选地，第三屈服应力Y3为屈服应力Y1的至少200倍或为屈服应力Y2的至少200倍。更优选地，第三屈服应力Y3为第一屈服应力Y1的至少500倍，或为第二屈服应力Y2的至少500倍。 [0040] 优选地，第三屈服应力Y3为至少200Pa、至少500Pa、至少1000Pa或至少10000Pa。 [0041] 在优选的实施方案中，第三粘度V3为第一粘度V1的至少2倍或为第二粘度V2的至少2倍，并且第三屈服应力Y3为第一屈服应力Y1的至少200倍或为第二屈服应力Y2的至少200倍。在特别优选的实施方案中，第三粘度V3为第一粘度V1的至少40倍或为第二粘度V2的至少40倍，并且第三屈服应力Y3为第一屈服应力Y1的至少500倍或为第二屈服应力Y2的至少500倍。 [0042] 将第一流以流量F1供应到静态混合器中，并且将第二流以流量F2供应到静态混合器中。第一流量F1优选地在0.5L/min至100L/min的范围内，例如为1L/min、10L/min、20L/min或50L/min。第二流量优选地在0.5L/min至100L/min的范围内，例如为1L/min、10L/min、20L/min或50L/min。 [0043] 优选地，流量F1相对于流量F2的比率F1/F2在1/10至10的范围内，并且更优选地在1/5至5的范围内，例如在1/2至2的范围内。 [0044] 优选地通过泵送将第一流供应到静态混合器中。例如通过借助于第一泵将第一材料和水泵送到静态混合器的入口，来将第一流引入到静态混合器中。例如通过借助于第二泵将第二材料和水泵送到静态混合器的入口，来将第二流引入到静态混合器中。 [0045] 优选地，第一泵和第二泵同时启动。这意味着第一泵和第二泵优选地在相同的时间间隔期间工作，并且因此第一泵和第二泵优选地在同一时刻启动并且在同一时刻停止。 [0046] 优选地将第一流引入到静态混合器的第一入口，并且优选地将第二流引入到静态混合器的第二入口。清楚的是，第一流的材料和第二流的材料优选是可泵送的。 [0047] 如上所提及的，第一流包含第一材料和水。第一流可以从包含第一材料和水的储存容器引入。备选地，第一材料流从包含第一材料的储存容器朝静态混合器输送，并且例如在该第一材料流(即将)进入静态混合器之前将水添加到该第一材料流中。 [0049] 第一材料还可以包括砂子。优选地，砂子的量低于第一材料的60体积％或低于第一材料的50体积％。 [0050] 第一材料优选地具有大于60分钟的初始凝固时间T1，并且更优选地具有大于120分钟、大于240分钟或大于480分钟的初始凝固时间T1。 [0052] 水泥质粘结剂材料可以包括可以与液体例如水混合而形成塑性糊料的任何建筑材料。水泥质粘结剂材料包括例如水泥，如波特兰水泥(Portland cement)、石灰和硫铝酸钙水泥。水泥质材料还可以包括骨料，如砾石、碎石和/或砂子。水泥质材料还可以包括反应性和/或非反应性添加物。此外，水泥质材料可以包括补充水泥质材料(SCM)，如飞灰、炉渣(高炉渣)和/或硅灰。 [0053] 碱激活粘结剂材料(有时也被称为地质聚合物粘结剂材料)包括具有高二氧化硅和/或氧化铝含量的材料，其在碱性条件(由碱激活剂诱导)下形成塑性糊料。碱激活粘结剂材料可以包括人工或天然硅质和/或铝质材料。人工材料包括例如工业副产物，如粒状高炉渣、粒状磷渣、铁渣和非铁渣、煤飞灰、硅灰以及煅烧产物如偏高岭土。天然材料包括例如火山玻璃如火山灰、沸石、硅质火山灰、硅藻土。 [0054] 第二流包含第二材料和水。第二流可以从包含第二材料和水的储存容器引入。备选地，第二材料流从包含第二材料的储存容器朝静态混合器输送，并且例如，在该第二材料流(即将)进入静态混合器之前，将水添加到该第二材料流中。 [0055] 第二材料包括载体材料和至少一种附加化合物。载体材料包括粉状材料。粉状材料的粒度优选地低于100μm，低于80μm或低于50μm。更优选地，粉状材料的平均粒度在0.1μm至100μm、1μm至100μm或10μm至100μm的范围内。该平均粒度例如在0.1μm至80μm、0.1μm至50μm、0.1μm至30μm、0.1μm至10μm或1μm至10μm的范围内。粉状材料的平均粒度例如为3μm、4μm或5μm。 [0056] 粒度(平均粒度)可以通过本领域已知的任何方法测定。一种优选的用于测定粒度(平均粒度)的方法包括激光衍射分析。 [0057] 为了获得是可流动的且优选地还是可泵送的流，粉状载体材料的体积分数应足够高。载体材料的体积分数优选为第二材料的至少20％。更优选地，载体材料的体积分数为第二材料的至少30体积％或至少40体积％。 [0058] 第二流还可以包含一种或多种增塑剂、一种或多种超增塑剂、一种或多种缓凝剂和/或一种或多种促凝剂。 [0059] 第二流还可以包含砂子。优选地，砂子的量低于第二材料的70体积％或低于第二材料的60体积％。第二流优选地不含第一流的粘结剂材料。 [0060] 第二材料的初始凝固时间T2优选地等于或大于第一材料的初始凝固时间T1。优选地，初始凝固时间T2为至少120分钟，并且更优选至少240分钟、至少480分钟或至少960分钟。 [0061] 载体材料优选地包括石灰石填料如石灰石粉末，矿物粉末例如砂子或石英粉末，或者它们的组合。 [0062] 附加化合物可以包括硬化和/或凝固加速剂或碱激活剂。在第一流的粘结剂材料包括水泥质粘结剂材料的情况下，附加化合物优选地包括硬化和/或凝固加速剂。在第一流的粘结剂材料包括碱激活粘结剂材料的情况下，附加化合物优选地包括碱激活剂。 [0063] 凝固加速剂是指减少混合物从塑性状态转变为刚性状态的时间的化合物。 [0064] 硬化加速剂是指在影响或不影响凝固时间、特别是初始凝固时间的情况下提高混凝土中的早期强度的形成速率的化合物。 [0065] 硬化和/或凝固加速剂的实例包括(可溶性)无机盐，优选地碱金属和碱土金属的(可溶性)无机盐，(可溶性)有机盐，以及选自由胺和/或有机酸(例如羧酸和氢羧酸(hydrocarboxylic acid))及其盐组成的组中的化合物。 [0066] 无机盐的优选实例包括氢氧化物、氯化物、溴化物、氟化物、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫氰酸盐、硫酸盐、硫代硫酸盐、高氯酸盐、硅酸盐和铝酸盐。特别的实例包括硅酸钠、铝酸钠、氯化铝、氟化钠、氯化钙、铝酸钙、硅酸盐、碳酸镁和碳酸钙。 [0068] 碱激活剂的实例包括金属氢氧化物、非硅酸盐弱酸盐、硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸盐和非硅酸盐强酸盐。 [0069] 优选的金属氢氧化物包括碱金属氢氧化物，如氢氧化钠或氢氧化钾。 [0070] 非硅酸盐弱酸盐的实例包括选自由碳酸盐、亚硫酸盐、磷酸盐和氟化物组成的组中的弱酸盐。 [0071] 非硅酸盐强酸盐的实例包括硫酸盐。 [0072] 第三流包含第一材料和第二材料的混合物以及水。 [0073] 任选地，第三流还包含一种或多种添加剂。 [0074] 第一材料和第二材料的混合物具有第三初始凝固时间T3。第三初始凝固时间T3短于第一初始凝固时间T1。优选地，第三初始凝固时间T3短于60分钟、短于30分钟或短于15分钟。 [0075] 根据本发明的第二方面，提供了一种用于逐层沉积混凝土的系统。所述系统包括静态混合器，该静态混合物具有用于在静态混合器中引入第一流的至少(一个)第一入口、用于在静态混合器中引入第二流的至少(一个)第二入口以及用于提供包含可挤出混凝土的第三流的至少一个出口。第一流包含第一材料和水。第一材料包括粘结剂材料。第一材料具有第一初始凝固时间T1。第一流具有在0.1Pa.s至60Pa.s范围内的第一粘度V1和第一屈服应力Y1。第二流包含第二材料和水。第二材料包括包含粉状材料的载体材料和至少一种附加化合物。附加化合物是这样的化合物，当被添加到第一材料中而形成第一材料和附加化合物的混合物时，其能够减少该混合物的初始凝固时间(与所述第一初始凝固时间T1相比)。 [0076] 第二材料具有第二初始凝固时间T2。第二流具有在0.1Pa.s至60Pa.s范围内的第二粘度V2和第二屈服应力Y2。第一粘度V1和第二粘度V2限定在1/40至40范围内的比率V1/V2。第二初始凝固时间T2大于第一初始凝固时间T1。在静态混合器中第一流和第二流混合而获得包含可挤出混凝土的第三流。第三流包含第一材料、第二材料的混合物以及水。第一材料和第二材料的混合物具有第三初始凝固时间T3。第三流具有第三粘度V3和第三屈服应力Y3。第三粘度V3大于第一粘度V1并且大于第二粘度V2。第三屈服应力Y3大于第一屈服应力Y1并且大于第二屈服应力Y2。第三初始凝固时间T3短于第一初始凝固时间T1。因为第二初始凝固时间T2等于或大于第一初始凝固时间T1，所以第三初始凝固时间T3短于第二初始凝固时间T2。 [0077] 所述系统优选地包括用于将第一流泵送到静态混合器中的第一泵和用于将第二流泵送到静态混合器中的第二泵。 [0079] 以下将参照附图更详细地讨论本发明，在附图中： [0080] ‑图1示出了根据本发明的一种用于挤出混凝土的系统； [0081] ‑图2示出了静态混合器的一些示意图； [0082] ‑图3示出了第一流的第一材料的初始凝固时间T1、第二流的第二材料的初始凝固时间T2以及可挤出混凝土的材料的初始凝固时间T3。 具体实施方式[0083] 将关于特别的实施方案并且参照某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而仅由权利要求书限定。附图仅是示意性的并且是非限制性的。处理例示的目的，附图中的一些要素的尺寸可能被放大，并且可能不是按比例绘制的。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。 [0084] 当提及范围的端点时，包括该范围的端点值。 [0085] 当描述本发明时，除非另外指明，否则所使用的术语按照以下定义进行解释。 [0086] 当列出两个以上项目时，术语‘和/或’意指可以单独采用所列项目中的任一个，或者可以采用所列项目中的两个以上的任意组合。 [0088] 术语‘静态混合器’是指不使用移动部件的用于流体材料的连续混合的装置。 [0089] 术语‘增塑剂’和术语‘超增塑剂’是指在混凝土中用于(1)减小水/水泥比率和/或(2)防止水泥颗粒的颗粒团聚的化学添加剂。 [0090] 术语‘缓凝剂(减速剂，retarder)’是指用于延迟水泥水化以及保持水泥质材料可加工的化学添加剂。 [0091] 术语‘促凝剂(加速剂，accelerator)’是指与缓凝剂相反，加快水泥质材料的凝固时间、特别是水泥质材料的初始凝固时间的化学添加剂。 [0092] 图1示出了根据本发明的一种用于挤出混凝土的系统100。该系统100包括具有机械臂A的机器人。借助于第一泵B将包含粘结剂材料和水的第一流泵送到静态混合器D中。借助于第二泵C将包含载体材料和至少一种附加化合物的第二流泵送到静态混合器D中。通过静态混合器D将第一流的材料和第二流的材料混合，并且混合物从3D打印机的沉积头的喷嘴挤出以形成3D打印物体F。第一泵B、第二泵C和挤出机通过控制器E控制。混凝土通过机械臂A放置。机械臂的移动通过控制器E控制。一旦通过静态混合器混合，混合物就应是足以允许输送和挤出的流体。另一方面，混合物应提供3D打印物体F的所需机械稳定性。 [0093] 第一流包含例如砂子(850kg/m3)、普通波特兰水泥(850kg/m3)、自来水(297.5kg/3 3 3 m)和超增塑剂(2.55kg/m)。第二流包含例如砂子(763.7kg/m)、石灰石粉末(742.8kg/ 3 3 3 3 m)、自来水(267.8kg/m )、超增塑剂(3.9kg/m )、粘度调节外掺料(0.9kg/m )和促凝剂 3 (120.9kg/m)。 [0094] 可以考虑本领域中已知的任何类型的静态混合器。实例包括板式静态混合器。备选地，可以考虑包括一系列挡板的封装元件设计混合器，如包括螺旋形混合元件(右手或左手混合元件或者交替的右手和左手混合元件)的静态混合器。图2示出了静态混合器的一些示意图。 [0095] 图2(a)示出了一种 静态混合器，其具有右扭转‑左扭转和180°的叶片扭转角度。图2(b)示出了一种Ross LPD(低压降)静态混合器，其具有有右旋转‑左旋转和90°的交叉角的半椭圆形板。图2(c)示出了一种标准 SMX静态混合器，其中(n，Np，Nx)＝(高度上的交叉数，长度上的平行条数，宽度上的交叉条数)＝(2，3，8)。 [0096] 图2(d)和图2(e)示出了其中(n，Np，Nx)＝(n，2n‑1，3n)的SMX静态混合器的两个实例。图2(d)示出了其中n＝1的矩形样式，并且图(2e)示出了其中n＝3的紧凑样式。清楚的是，也可以考虑其他类型的静态混合器。 [0097] 可以考虑本领域中已知的能够泵送第一流和/或第二流的任何类型的泵。泵优选地能够以稳定的流量传送高粘度流体。备选地，可以考虑容积式泵。在容积式泵中，流体通过截留固定量并且迫使该截留的体积进入到排放管中而移动。这样的泵的实例包括螺杆泵、蠕动泵、具有若干空腔的冲击式泵(脉冲泵，impulse pump)、齿轮泵和螺杆泵。清楚的是，也可以考虑其他类型的泵。 [0098] 实验结果 [0099] 起始材料 [0100] 使用以下起始材料： [0101] ‑粘结剂材料：普通波特兰水泥(OPC)， [0102] ‑载体材料：粒度在0.4至40μm范围内且平均粒度为约3μm的石灰石粉末(LP)，[0103] ‑超增塑剂(SP)：聚羧酸酯醚(MasterGlenium51，得自BASF)， [0105] ‑促凝剂(ACC)：铝酸盐(49‑AF，得自Sika)。 [0106] 表1中给出OPC和LP的化学组成。 [0107] 表1 [0108] [0109] 其中LOI：烧失量 [0110] 表2中所示的第一流和第二流的组合物根据表3(第一流)和表4(第二流)中所示的混合方案来制备。 [0111] 图3中示出了第一流的第一材料的第一初始凝固时间T1和第二流的第二材料的第二初始凝固时间T2。通过流动台测试测量的第一流、第二流和第三流的流径分别为289mm、300mm和136mm。清楚的是，第一流和第二流显示高流动性，而第三流显示出低流动性。 [0112] 3D打印了外径为40cm且壁厚为5cm的管状3D物体。在第一次试验期间，在5分钟内获得了1.7m的3D物体的高度。在另一次试验中，在9分钟内获得了3m的管状3D物体的高度。 [0113] 表2 [0114] [0115] 注释：第一流与第二流之间的体积比为2。 [0116] 表3 [0117] [0118] 其中rpm为每分钟的转数 [0119] 表4 [0120] [0121] 表5、表6和表7中给出了第一流和第二流的组成的其他实例。 [0122] 表5 [0123] [0124] 表6 [0125] [0126] 表7 [0127] |
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