TR202016580A2 - 3D Yazıcılar İçin Geliştirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esaslı Harç Karışımı - Google Patents
3D Yazıcılar İçin Geliştirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esaslı Harç Karışımı Download PDFInfo
- Publication number
- TR202016580A2 TR202016580A2 TR2020/16580A TR202016580A TR202016580A2 TR 202016580 A2 TR202016580 A2 TR 202016580A2 TR 2020/16580 A TR2020/16580 A TR 2020/16580A TR 202016580 A TR202016580 A TR 202016580A TR 202016580 A2 TR202016580 A2 TR 202016580A2
- Authority
- TR
- Turkey
- Prior art keywords
- calcium aluminate
- printers
- aluminate cement
- based mortar
- mortar mix
- Prior art date
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 title claims abstract description 61
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims abstract description 4
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 20
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 12
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 11
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 10
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 claims description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 10
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011505 plaster Substances 0.000 claims description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical group [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 4
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 4
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N (2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dimethoxy-2-(methoxymethyl)-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-trimethoxy-6-(methoxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6r)-4,5,6-trimethoxy-2-(methoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxane Chemical compound CO[C@@H]1[C@@H](OC)[C@H](OC)[C@@H](COC)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](OC)[C@@H](OC)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](OC)[C@H](OC)O[C@@H]2COC)OC)O[C@@H]1COC LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 claims description 3
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960004667 ethyl cellulose Drugs 0.000 claims description 3
- 229940071826 hydroxyethyl cellulose Drugs 0.000 claims description 3
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940071676 hydroxypropylcellulose Drugs 0.000 claims description 3
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960002900 methylcellulose Drugs 0.000 claims description 3
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 claims description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011411 calcium sulfoaluminate cement Substances 0.000 claims description 2
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L lithium sulfate Inorganic materials [Li+].[Li+].[O-]S([O-])(=O)=O INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 3-aminoazetidine-1-carboxylate;hydrochloride Chemical compound Cl.CC(C)(C)OC(=O)N1CC(N)C1 RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229920001479 Hydroxyethyl methyl cellulose Polymers 0.000 claims 1
- 229920003087 methylethyl cellulose Polymers 0.000 claims 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 abstract description 20
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 17
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 2
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010016807 Fluid retention Diseases 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009435 building construction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000004482 other powder Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000003340 retarding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Buluş, inşaat sektöründe 3 boyutlu üretim teknolojilerinde kullanılmak üzere, ekstrüde edilebilirlik, mükemmel akışkanlık, inşa edilebilirliği karşılayan ve harçların termal özelliklerini iyileştiren, 3D baskı yazıcılarda etkin ve verimli yazdırılmaya uygun, faz değiştiren maddeler (FDM) içeren kalsiyum alüminat çimentosu esaslı harç karışımı ile ilgilidir. FDM olarak yanıcılığının olmaması ve doğal kaynaklı olması nedeni ile yağ asitleri ve karışımları mikrokapsüllenerek kullanılmıştır.
Description
TARIFNAME
3D Yazicilar Için Gelistirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esasli Harç Karisimi
Teknik Alan
Bulus, insaat sektörü basta olmak üzere, dijital baski uygulamalari ile yapilan çimento
esasli bina yapi elemanlari, park-bahçe mobilyalari, zemin ve bina kaplama materyalleri
olan çimento esasli karolar, paneller, plakalarda hizli ve verimli 3 boyutlu baski üretim
teknolojileri ile ilgilidir.
Bulus `özellikle, faz degistiren maddeler kullanilarak 3D yazicilarda etkin ve verimli
yazdirilmaya uygun kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi ile ilgilidir.
Teknigin Bilinen Durumu
Günümüzde 3D baskili betonlar teknik ve isleme açisindan birçok zorluk olmasina
ragmen katlanarak artan bir ilgi görmektedir. 3D baski, farkli hammaddelerin bir araya
getirilerek, bilgisayar destekli tasarim modellerini somut nesnelere dönüstürme amaçli
olarak katmanlarin art arda eklenmesi islemidir. 3D yazici ile yapi üretimi klasik 3D yazici
mantigina dayanmaktadir. Bilgisayar ile kontrol edilen, agzindan beton çikan bir nozul
(baski kafasi) tasiyan vinç, programindan gelen komutlar ile ileri-geri, saga-sola, asagi-
yukari hareket ederek yapi üretimi yapmaktadir. Betonun karisim tasarimi, taze ve
sertlesmis betonun performans gereksinimlerini karsilayacak sekilde yapilmalidir. Literatür
arastirmalarinda belirtildigi gibi; 3D yazicilarda kullanilacak olan betonlarin, geleneksel
betonun performansina ek olarak, islenebilirlik, çalisabilirlik süresi (open time), ekstrüde
edilebilirlik (pompalanabilirlik) ve katmanlarin kendi kendisini tasiyabilirlik (insa edilebilirlik)
gibi özeliklerine sahip olmalidir.
Konvansiyonel metotla yapi üretiminde kullanilan beton, agrega, çimento ile suyun,
kimyasal ve mineral katki maddeleri ilave edilerek veya edilmeden homojen olarak üretim
teknolojisine uygun olarak karistirilmasindan olusan, baslangiçta plastik kivamda olup,
zamanla katilasip sertleserek mukavemet kazanan kompozit bir yapi malzemesidir.
Projelendirme asamasinda belirlenen yapi elemanlarinin sekil ve boyutlarinda kaliplar
hazirlanarak içlerine taze beton yerlestirilir. Kaliplar içerisine yerlestirilen beton sertlesip
dayanim kazandiktan sonra sökülür ve sökülme isleminden sonra da betonun sertlesip
dayanim kazanmasi devam eder. Taze ve sertlesmis betonun bütün özeliklerini kullanilan
çimentonun, agreganin, suyun ve katki malzemelerinin özelikleri, karisim içindeki oranlari
etkiler.
Mevcut teknikte konvansiyonel metottaki beton yerlestirme isleminin aksine 3D baski
yazicida kalipsiz katmanli üretim esastir ve yerlestirme esnasinda baski katmaninin
genisligi ve kalinligi kontrol edilmelidir. 3D baski yazicilarla yapi üretimi yapilabilmesi için
öncelikle 3 boyutlu model tasarima ihtiyaç vardir. Bilgisayar ortaminda tasarlanan
çizimlerin somutlastirilmasi için de 3D baski yazicilarda çimento esasli harç malzemesi
kullanilmaktadir. Harç ise çimento, su ve ince agrega karisimindan olusan ve içerisinde iri
agrega bulunmayan bir karisimdan olusmaktadir. Katmanli üretim yapacak olan yazicinin
harci yazdirma islemi, üç farkli faz ve dört asamadan olusmaktadir. Uretim fazinda baski
isleminde kullanilacak olan harci olusturan malzemeler iki farkli besleme tankina
yerlestirilir. Ilk asamada bu malzemelerden kuru karisim, ikinci asamada ise islak karisim
hazirlanir. Pompa tazina geçildiginde üçüncü asama olan pompa devreye girer ve
pompalama sirasinda malzeme bir borudan geçerek nozula aktarilir. Yazici fazi ise
pompayla iletilen harcin son asamadaki nozul olarak adlandirilan hareketli uçtan belirli
noktalara (extruding) sikilmasi islemiyle gerçeklestirilir. Daha sonra malzemenin
katilasmasi ile üretim tamamlanmis olur.
3D baski sürecinin tamami teknik olarak saglam ve uygun maliyetli olmali ve modern
çevresel etkenlere uygun olmalidir. Geleneksel yöntemlerde özellikle hazir beton
uygulamalarinda kalip kullanimi gerekmektedir. Kalip kullanimii önemli zaman
gecikmelerine ve çevre üzerinde olumsuz, yüksek malzeme, isçilik ve makine
maliyetlerine yol açar. Ayrica karsilasilan diger kisitlar ise düsük verimlilik, is güç kitligi,
geometrik uygulamalarda kaliba bagli olunmasi nedeni ile özgür olunamamasi, üretim
hizinin yavas olmasidir. Dijital baski yöntemlerinin uygulanmasi ile kalip gerektirmeyen,
yüksek geometrik sekillerde özgür uygulama imkâni saglayan ve is gücünün düsük oldugu
uygulamalar gelistirilmistir. Bilgisayar destekli tasarimlar ile uygulanan bu sistemler dijital
tasarim ve planlama açisindan kolayliklar saglamaktadir. Böylelikle insaatlarin tamamen
dijitallesmesi olanagi sunulmaktadir. 3D baski islemi bir nozul yardimi ile yapilarin katman
katman basilmasi prensibine dayanir.
Dijital beton baski yönteminde basarili baski islemi yapilabilmesi için malzemenin baski
kafasina dogru içeriye akan malzemenin akiskan halden basarili bir sekilde bir katilasma
sürecine geçmesi gerekmektedir. Mevcut yöntemlerde kullanilan Portland çimentolar
ekstrüde edilebilirlik açisindan basarili olsalar bile hizli insa edilebilirlik açisindan yetersiz
kalmaktadirlar. Ozellikle baski isleminin ilk saatlerinde erken yüksek dayanima ihtiyaç
bulunmaktadir ve normal Portland çimento mukavemetleri erken yüksek dayanim için
yeterli degildir. Ayrica kullanilan Portland çimentolari hizli verimli insa edilebilirlik ve üst
üste yüksek katman olusturmada yetersiz kalmaktadir.
Diger yandan insa edilen çimentolu karisimlarin binalarda çok kullanilmasi ve binalarin ise
büyük ölçüde enerji tüketiyor olmalari çimentolu 3D karisimlarinin enerji verimliliginin
arttirilmasi ihtiyacini dogurmaktadir. Faz degistiren maddeler (FDM) uygun sicaklik
araliklarinda gizli isi depolama özellikleriyle yapi malzemeleriyle kullanildiginda, isil
kütlelerini arttirarak bina enerji tüketimini azaltmaktadirlar. Genel olarak FDM'ler çimentolu
karisimlarda uygulanmaktadir ancak sadece normal Portland çimentolari ile kullanilan
FDM'Ii karisimlar insa edilebilirlik ve ekstrüde edilebilirlik açisindan yeterli degildirler.
Mikrokapsüllenerek kullanilan FDMtli harçlar geleneksel yöntemlerle uygulamalarda
basari saglamis olsalar da 3D yazici harçlarin basimi için erken yüksek dayanima sahip
ve enerji depolama verimliligi olan uygun harç bulunmamaktadir. Mevcut geleneksel
FDM'II harçlar enerji depolamada verimlilik saglasalar bile Portland çimentolari ile
dayanimlari azalmaktadir ve bu durum erken mukavemeti daha yüksek olan FDMJIi
karisimlarin gelistirilmesi ve farkli çimentolarin kullanilmasi ihtiyacini dogurmaktadir. 3D
yazicilar ile basilmaksizin önceki buluslarda harçlar içerisinde mikrokapsüllenerek
kullanilan faz degistiren malzemelerin kabuklarinin higroskopik olmalari durumunda
harcin su ihtiyacini arttirmaktadirlar. Bu durum uygun kivama ulasilabilmesi için daha
fazla su eklenmesini gerektirdiginden dayanimi da azaltacaktir. Ayrica mikrokapsüle
tutunan suyun daha sonra hidratasyon sirasinda yükselen sicaklikla buharlasmasi beton
yapisinda gözenekliligi de arttirirken, dayanimi olumsuz etkilemektedir.
Literatürde, konu ile ilgili EP3147269A1 numarali ”3D printing of construction elements
and buildings with bct cement” baslikli bir basvuruya rastlanmistir. Söz konusu bulus,
belit-kalsiyum sülfoalüminat-ternesit çimentosunun 3D baski yoluyla bilesenlerin ve
binalarin imalati için kullanimi ve belit-kalsiyum sülfoalüminat-ternesit çimentosunun 3D
baskisi ile bilesenlerin ve binalarin üretimi için bir yöntem ile ilgilidir. Bulusta baski
harcinin termal özelliklerinin iyilestirilmesi için herhangi bir gelistirme yapilmamistir.
based material and preparation method thereof” baslikli Çin patent basvurusudur. Söz
konusu bulus, toz halindeki baglayici malzemeler ve agrega kullanilarak olusturulan,
çimento, aktif katki maddesi, su azaltici, erken dayanim maddesi, ayarlanabilir katilasma
maddesinden olusan bir tür 3 boyutlu baski çimento esasli malzeme ve bunun hazirlama
yöntemi ile ilgilidir.
Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu
hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli
kilinmistir.
Bulusun Kisa Açiklamasi
Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan
kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat
çimentosu esasli harç karisimi ile ilgilidir.
Bulusun öncelikli amaci, kalsiyum alüminat çimentosu, beyaz Portland çimentosu, alçi, su
azaltici ajan, priz geciktirici ajan, priz hizlandirici ajan, nisasta, seluloz eter (etil veya
metil) kalsit, silis kumu, faz degistiren maddeler kullanilarak gelistirilen 3D baski harç
karisiminin çok katmanli bir sekilde yazdirilabilirliginin ve harcin termal özelliklerinin
iyilestirilmesini saglamaktir. Çalisma kapsaminda kullanilan selüloz eter harcin su tutma
kapasitesine etki etmektedir. Bu kapsamda metil selüloz, etil selüloz, hidroksi etil sel'uloz,
hidroksi propil selüloz eterler düsük ve yüksek viskoziteli olarak ve az veya çok modifiyeli
olarak kullanilmistir. Faz degistiren madde olarak yaniciliginin olmamasi ve dogal
kaynakli olmasi nedeni ile yag asitleri ve karisimlari kullanilmistir. Baski 'ünitesine kolayca
pompalanabilmesi ve betonun baski kafasi tarafindan desteklendigi süre boyunca baski
hacmini düzgün bir sekilde sikistirmak ve tamamen doldurmak için malzemenin akiskan
olmasi gerekmektedir. Bununla birlikte, beton yaziciyi terk ettigi anda, betonun yeterli
sertlige ulasmis olmasi gerekmektedir. Yeterli tiksotropik davranisin yaninda 'önemli
seviyede akma dayanimina da ihtiyaç bulunmaktadir. Bulus konusu harç karisimindaki
dogru seçilmis eklemeler ve katki malzemeleri, taze betonu hareket halindeyken
akiskanligini bozmadan istenen tiksotropik davranis seviyesine ulastirmaya yardimci
olabilmektedir.
Bulusun bir amaci, bulusta kullanilan kalsiyum alüminat çimentosu ve normal Portland
çimentolarinin karistirilarak erken yüksek mukavemete sahip bir çimento olmasi ve bunun
sonucunda 3D harçlarinin yazdirilmasi sirasinda alt katmanin üst katmani tasimasi için
gerekli olan (yesil dayanim olarak adlandirilmaktadir) erken yüksek mukavemetini
iyilestirilmesini saglamaktir. Normal Portland çimentolari ile hazirlanan karisimlar kis
sartlarinda düsük sicakliklarda uygulama imkani vermezler ve yazdirila bilirlik sonrasi
erken mukavemet alamazlar. Kalsiyum alüminat çimentosunun hidratasyon hizi ilk 6
saatte çok hizli olmasi nedeni ile harç içerisinde kullanimi düsük sicakliklarda bile erken
yüksek mukavemet saglamaktadir.
Bulusun bir diger amaci, kalsiyum alüminat çimentolari ile FDMtlerin birlikte kullanilmasi
sayesinde, 3D baski ile yapilan sertlesmis betonlarda betonun isi depolama kapasitesini
arttirarak termal performansinda iyilesme saglamasidir. FDM'lerin yazdirilabilir harç
matrisine dahil edilmesi, faz geçisleri sirasinda büyük miktarlarda termal enerjiyi gizli isi
olarak depolamak için kullanilmaktadir. Hidrofobik özellik gösteren bazi biopolimer içerikli
mikro kapsüllerin FDM*Ierin dis kabuklarinin olusturulmasinda kullanilmasi ile FDM'lerin
su emmesinde azalma meydana gelerek harcin kivaminda ve yazdirilabilirligine olumsuz
etkisini ortadan kaldirilabilecektir.
Bulus, içerigindeki malzemeler ile reolojik karakteristik, ekstrüde edilebilirlik, mükemmel
akiskanlik, insa edilebilirligi karsilayan ve harçlarin termal 'Özelliklerini iyilestiren 3D
yazicilar için gelistirilmis bir harç karisimi amaçlamaktadir.
Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus, insaat sektöründe kullanilmak
üzere su, çimento, agrega, alçi ve Iif içeren 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat
çimentosu esasli harç karisimi olup, kalsiyum alüminat çimentosu ve faz degistiren madde
içermektedir.
Bulusun bir uygulamasina göre 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu
esasli harç karisimi toplam içerigin agirlikça %1-20 oraninda kalsiyum alüminat
çimentosu, %0-15 oraninda faz degistiren madde, %5-50 oraninda Portland çimento, %0-
oraninda kalin silis kumu, %0,01-1 oraninda selüloz eter, %O,1-1,5 oraninda nisasta eter,
oraninda su içermektedir.
Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus, 3D yazicilar için gelistirilen
kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi üretim yontemi olup,
(î) Baglayici olarak tercihen Portland çimento ve kalsiyum alüminat çimentolarinin toz
halde karistirilmasi,
(ii) Toz katki maddeleri olarak tercihen alçi, ince agrega, kaba agrega, su azaltici
ajan, fiber, priz hizlandirici, priz geciktirici, nisasta eter, selüloz eter ve köpük
kesici ajanin karisima eklenerek karistirilmasi,
(iii) Mikrokapsüllenmis faz degistiren maddelerin (FDM) karisima eklenerek
karistirilmasi,
(iv) Tüm toz karisima su eklenerek karisimin bulamaç haline gelmesi,
(v) Bulamacin yaziciya gönderilerek basilmasi,
Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen detayli
açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu
detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.
Bulusun Detayli Açiklamasi
Bu detayli açiklamada bulus konusu 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat
çimentosu esasli harç karisimi ve tercih edilen yapilanmalari sadece konunun daha iyi
anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde
açiklanmaktadir.
Bulus, insaat sektöründe kullanilmak üzere, 3D yazicilar için gelistirilen faz degistiren
maddeler içeren kalsiyum al'uminat çimentosu esasli yazici harç karisimi ile ilgilidir.
Bulus 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi en
temel halinde; kalsiyum alüminat çimentosu, Portland çimento, faz degistiren madde, alçi,
su azaltici ajan, hizlandirici, geciktirici, ince silis kumu, kalin silis kumu, selüloz eter,
nisasta eter, fiber, köpük kesici ajan içermektedir. Bulus konusu harç karisiminin içerigi
Tablo 1'de verilmektedir.
Tabl01. Bulus konusu harç karisiminin içerigi
Içerik Agirlikça tercih Agirlikça kullanilabilir
edilen miktar miktar
Kalsiyum alüminat çimentosu 12 1-20
Portland çimento 20 5-50
Mikrokapsüllenmis Faz 8 0-15
Degistiren Madde
Su azaltici ajan 0,5 0,01-1,5
Priz hizlandirici 0,01 0,01-0,5
Priz geciktirici 0,1 0,01-1,5
Ince Silis kumu 10 0-30
Kalin Silis kumu 24.1 0-50
Selüloz eter 0,1 0,01-1
Nisasta eter 0,2 0,01-1,5
Polipropilen fiber 0,06 0,01-1,5
Köpük kesici ajan 0,01 0,01-1,5
Su 15 0-50
Bulus konusu 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç
karisiminin 'üretim yontemi en temel halinde;
(1) Baglayici olarak tercihen Portland çimento ve kalsiyum alüminat çimentolarinin toz
halde karistirilmasi,
(ii) Toz katki maddeleri olarak tercihen alçi, ince agrega, kaba agrega, su azaltici ajan,
fiber, priz hizlandirici, priz geciktirici, nisasta eter, selüloz eter ve köpük kesici ajanin
karisima eklenerek karistirilmasi,
(iii) Mikrokapsüllenmis Faz Degistiren Maddelerin karisima eklenerek karistirilmasi,
(iv) Tüm toz karisima su eklenerek karisimin bulamaç haline gelmesi,
(v) Bulamacin yaziciya gönderilerek basilmasi,
Mevcut bulusta bir iyilestirme olarak kullanilan kalsiyum alüminat çimentosu, Portland
çimentosu, faz degistiren madde, alçi ve diger katkilar karistirilir. Karisim içinde priz
hizlandirici olarak tercihen Iityum karbonat, Iityum sülfat veya Iityum klorit kullanilmaktadir.
Priz geciktirici madde olarak ise tercihen sitrik asit, tartarik asit veya sodyum borat
kullanilmaktadir. Faz degistiren madde olarak yaniciliginin olmamasi ve dogal kaynakli
olmasi nedeni ile yag asitleri ve karisimlari kullanilmaktadir. Harç içeriginde kullanilan
selüloz eter harcin su tutma kapasitesine etki etmektedir. Bu kapsamda metil selüloz, etil
selüloz, hidroksi etil selüloz, hidroksi propil selüloz eterler düsük ve yüksek viskoziteli
olarak ve az veya çok modifiyeli olarak kullanilmistir. Kalsiyum alüminat çimentosu erken
yüksek mukavemete sahiptir. Kalsiyum alüminat çimentosunun dayanim ve priz
asagidaki gibidir;
Tabl02. Kalsiyum Alüminat Çimentosunun Içerigi
Içerik Agirlikça kullanilabilir
miktar
AI203 30-60
Fe203 0-20
SO3 0-5
Mevcut bulusta kullanilan kalsiyum aI'L'iminat çimentosunun Portland çimentosuna orani
agirlikça (aza) O.5-10:1'dir. Kalsiyum alüminat çimentosu kullanimi ile ?D baskili erken
yüksek mukavemetli bir harç hazirlanir ve kullanim hammaddeleri olarak Portland
çimentosu, alçi, ince agrega, kaba agrega, su azaltici ajan, fiber, priz hizlandirici, priz
geciktirici, nisasta eter, selüloz eter, köpük kesici ajan ve mikrokaps'üllenmis faz degistiren
malzemeler bilesimi kullanilmistir.
Mevcut bulusta kullanilan mikrokapsüllenmis faz degisim malzemesinin 3D harçlarda
performans saglamasi için erime/donma sicakligi (20 - 30 C arasinda ve iklime bagli
olarak konfor sicakligina göre farkli degerlerde), gizli isi (> 80 J/g), boyut (<1OO pm) ve
dayaniklilik (termal ve mekanik) tir. Mevcut bulusta kullanilan malzemeler ile reolojik
karakteristik, ekstrüde edilebilirlik, mükemmel akiskanlik, insa edilebilirligi karsilayan ve
harçlarin termal özelliklerini iyilestiren bir karisim elde edilmistir. Bu bulusta kullanilan
kalsiyum alüminat çimentosu ile baski islemi çok katmanli olarak ve katmanlar arasi güçlü
bir bag ile mükemmel yapilandirilabilirlik saglar. FDM eklenmesi ile FDMisiz çimentolu
karisimlara göre harcin termal depolama kapasitesi eklenen FDM miktarina ve gizli isi
degerlerine bagli olarak artirilmis olur. Eklenen FDM miktarinin üst siniri betonun
standartlara uygun mukavemet sinirina uygun olarak belirlenmelidir.
Bulusta kullanilan kalsiyum alüminat çimentosunun, Portland çimentosuna oraninin
agirlikça O.5-10:1(a:a) oldugu ve toplan karisim oranin kullanilan faz degistiren maddeye
oraninin 1:0.01-O.1O oldugu karisimin mukavemet ve açik zaman degerleri asagidaki
Tabloß. Bulus konusu harç karisiminin performans degerleri
Performans Birim
(ortalama)
1 gün Egilme Dayanimi 8,6 MPa
28 gün Basinç Dayanimi 58,9 MPa
28 gün Egilme Dayanimi 13,2 MPa
Açik zaman 45 Dakika
Yayilma 180 mm (t=5 dakika)
Uretim yöntemi asamalarinda baglayici olarak kullanilan kalsiyum alüminat çimentosu,
Portland çimentosu uygun bilesimde tartilarak kuru olarak karistirilmaktadir. Karisimin
mümkün oldugunca homojen olmasi önemlidir. Kalsiyum alüminat çimentosunun %0-60
bagil nemde karistirilmalidir. Daha yüksek bagil nem seviyesi performans kaybina neden
olabilir. Tercihen kalsiyum alüminat çimentosu yerine kalsiyum sülfo alüminat çimentolari
(CSA) kullanilabilinir. Diger toz bilesenler olan alçi, su azaltici ajan, priz hizlandirici, priz
geciktirici, selüloz, nisasta eteri, ince silis kumu, kalin silis kumu, polipropilen fiber ve
köpük kesici ajan tartilarak baglayicilar ile karistirilmaktadir. Baglayicinin istenilen
performansi saglamasi için sicakligin -5 0Giden büyük olmasi gerekmektedir. Tüm toz
karisimin karistirilmasindan sonra sisteme uygun miktarda su eklenir ve karistirilir. Faz
degistiren madde eklenerek yeniden karistirma islemi yapilir. Elde edilen bulamaç karisim
3D yaziciya gönderilir ve bir nozul yardimi ile baski islemi gerçeklestirilir. Uygulama dis
alan etkisinde çimentolu malzeme olarak elde edilir.
Kalsiyum alüminat çimentolarinin kullanildigi harçlarda hizli priz almasi ve erken yüksek
mukavemeti nedeni ile 3D yazicilarin tikanmasina neden olabilir. Bu nedenle yazicinin
hammaddeleri karistirici bölmesinin harcin priz süresine uyumlu olmasi gerekmektedir.
Toz karisim su ile karistirildiktan sonra, uygulama boyunca, hazirlanan harcin tükenme
süresinin priz süresinden uzun olmasi durumunda harç karistirici içerisinde dayanim
alarak tikanmalara sebep olabilir. Bu nedenle kullanilan tüm toz karisimlar ve su belirtilen
karistirma sirasi ile uygulanmalidir.
Söz konusu bulusta 3D yazicilara özel kalsiyum alüminat çimentolari kullanilarak erken
yüksek mukavemet saglayan FDM içeren harçlar gelistirilmistir. FDIVl*nin enerji depolama
kapasitesi harcin termal özelliklerini iyilestirmede kullanilmaktadir. Mikrokapsüllenmis
FDM kabuklarinin tasarlanmasinda kullanilan materyaller ile FDM'lerin harcin su
emmesine olan olumsuz etkisi de ortadan kaldirilmaktadir.
Claims (1)
1. Insaat sektöründe kullanilmak üzere su, çimento, agrega, alçi ve lif içeren 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum al'L'iminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; kalsiyum alüminat çimentosu ve faz degistiren madde içermesidir. . istem 1'e uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; agirlikça %1-20 oraninda kalsiyum alüminat çimentosu, %0-15 oraninda faz degistiren madde, %5-50 oraninda Portland çimento, %0-15 oraninda 1,5 oraninda priz geciktirici, %0-30 oraninda ince silis kumu, %0-50 oraninda kalin silis oraninda polipropilen fiber, %0,05-1,5 oraninda köpük kesici ajan ve %0-50 oraninda su içermesidir. . istem 1ie uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; agirlikça %12 oraninda kalsiyum alüminat çimentosu, %8 oraninda faz degistiren madde, %20 oraninda Portland çimento, %5 oraninda alçi, geciktirici, %10 oraninda ince silis kumu, %24,1 oraninda kalin silis kumu, %0,1 oraninda selüloz eter, %0,2 oraninda nisasta eter, %0,06 oraninda polipropilen fiber, . istem 1'e uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; kalsiyum alüminat çimentosunun agirlikça %30-60 oraninda oraninda 803, %0-8 oraninda TiO2 içermesidir. . Istem 1'e uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum al'uminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; kalsiyum alüminat çimentosu yerine tercihen kalsiyum s'ülfo alüminat çimentosu kullanilmasidir. . Istem 1'e uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; selüloz eter olarak tercihen metil selüloz, etil seluloz, hidroksi etil selüloz veya hidroksi propil selüloz eter kullanilmasidir. . istem 1'e uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; priz hizlandirici olarak tercihen Iityum karbonat, Iityum sülfat veya Iityum klorit kullanilmasidir, . Istem 1'e uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; priz geciktirici madde olarak tercihen sitrik asit, tartarik asit veya sodyum borat kullanilmasidir. istem 1ie uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi olup, özelligi; faz degistiren madde olarak tercihen yag asitleri ve karisimlari kullanilmasidir. 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi Baglayici olarak tercihen Portland çimento ve kalsiyum alüminat çimentolarinin toz halde karistirilmasi, Toz katki maddeleri olarak tercihen alçi, ince agrega, kaba agrega, su azaltici ajan, fiber, priz hizlandirici, priz geciktirici, nisasta eter, sel'LiIoz eter ve köpük kesici ajanin karisima eklenerek karistirilmasi, Mikrokaps'ullenmis faz degistiren maddelerin (FDM) karisima eklenerek karistirilmasi, Tüm toz karisima su eklenerek karisimin bulamaç haline gelmesi, Bulamacin yaziciya gönderilerek basilmasi, islem adimlarini içermesidir. istem 10,3 uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi üretim yöntemi olup, özelligi; (i) üretim adiminda kalsiyum aI'Liminat çimentosunun %O-BO bagil nemde karistirilma isleminin yapilmasidir. Istem 10,3 uygun 3D yazicilar için gelistirilen kalsiyum alüminat çimentosu esasli harç karisimi 'üretim yöntemi olup, özelligi; (iii), (iv) ve (v) 'üretim adimlarinda sicakligin minumum -5 0C olmasidir.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TR2020/16580A TR202016580A2 (tr) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 3D Yazıcılar İçin Geliştirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esaslı Harç Karışımı |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TR2020/16580A TR202016580A2 (tr) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 3D Yazıcılar İçin Geliştirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esaslı Harç Karışımı |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TR202016580A2 true TR202016580A2 (tr) | 2020-11-23 |
Family
ID=75527247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TR2020/16580A TR202016580A2 (tr) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 3D Yazıcılar İçin Geliştirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esaslı Harç Karışımı |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TR (1) | TR202016580A2 (tr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20240190769A1 (en) * | 2021-04-07 | 2024-06-13 | Dmat S.R.L. | Building materials |
-
2020
- 2020-10-16 TR TR2020/16580A patent/TR202016580A2/tr unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20240190769A1 (en) * | 2021-04-07 | 2024-06-13 | Dmat S.R.L. | Building materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Al-Absi et al. | Properties of PCM-based composites developed for the exterior finishes of building walls | |
| Panda et al. | Measurement of tensile bond strength of 3D printed geopolymer mortar | |
| Yu et al. | Development of cement-based lightweight composites–Part 1: Mix design methodology and hardened properties | |
| CN102753498A (zh) | 新型泡沫混凝土 | |
| CN102505798A (zh) | 复合保温墙板及其制备方法 | |
| CN115010452A (zh) | 一种石膏基地面瓷砖粘结砂浆及其制备方法 | |
| CN108383465A (zh) | 一种挤出式3d打印用石膏基复合胶凝材料及其制备方法 | |
| CN115943084A (zh) | 用于3d打印的干粘接材料混合物 | |
| Kastornykh et al. | Modified concrete mixes for monolithic construction | |
| CN108975817B (zh) | 一种利用脱硫石膏晶须增强的保温砂浆及其制备方法 | |
| CN100455547C (zh) | 高掺量工业废料建筑保温隔热材料及其制备方法 | |
| CN114230300A (zh) | 多功能双组份石膏基自流平砂浆以及该砂浆施工方式 | |
| CN110723951B (zh) | 一种3d打印用改性生土材料及其制备方法 | |
| WO2017025771A1 (en) | Castable material based on cementitious binder with shrinkage resistance | |
| TR202016580A2 (tr) | 3D Yazıcılar İçin Geliştirilen Kalsiyum Alüminat Çimentosu Esaslı Harç Karışımı | |
| Sakhare et al. | Printing performance of 3D-printed geopolymer through pumpability–extrudability–buildability properties–a review | |
| CN111517740A (zh) | 一种用于3d打印的水泥基复合材料及其制备方法 | |
| JP5004294B2 (ja) | 高流動モルタル | |
| Kurt et al. | Design of energy-efficient white portland cement mortars for digital fabrication | |
| JP7323256B2 (ja) | 押出成形3dプリンティングに適したフレッシュ性状及び機械的特性を有する結合材料 | |
| JP2014172801A (ja) | モルタル組成物 | |
| CN112777990A (zh) | 一种固废基轻质保温混凝土3d打印材料及制备方法 | |
| JP2005213085A (ja) | 超軽量モルタル | |
| Das et al. | Tailoring ultra-high performance concrete for additive manufacturing: Synergistic roles of superplasticizer and viscosity-modifying admixture in printability and performance | |
| EP4321315A1 (en) | Reinforced three-dimensional objects produced by additive manufacturing and relevant method |