摘 要

3D打印技术是根据设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。3D打印材料作为3D打印技术发展的重要物质基础，其重要性不言而喻。

脱硫石膏是湿法烟气脱硫所产生的工业废渣，以脱硫石膏生产3D打印用高流态石膏，不仅使脱硫石膏的应用范围进一步扩大，同时又能节约天然石膏资源。

本文研究了外加剂对脱硫石膏的流变性能及力学性能的影响，得出以下几个方面的结论:

1. 确定其标准稠度用水量为33%。
2. 分析了不同外加剂及掺量对脱硫石膏性能的影响，记录并分析了外加剂对脱硫石膏浆体性能影响的变化趋势,得出三聚氰胺最佳掺量0.2%、萘系减水剂最佳掺量0.8%、HPMC最佳掺量为0.2%。
3. 分析复合外加剂对脱硫石膏性能的影响。测试所制得试样的流动度、凝结时间、粘度、强度等性能，不断调整掺量。本文仍需要更多的实验探索以找到合适的配比。

关键词：3D打印；脱硫石膏；减水剂；保水剂；复合外加剂

Abstract

As an important material basis for the development of 3D printing technology, the importance of 3D printing material is self-evident. Desulfurization gypsum is an industrial waste which is produced by wet flue gas desulfurization.It can not only expand the application of desulfurization gypsum,but also save natural gypsum resources.In this paper, the effects of admixtures on the rheological properties and mechanical properties of desulfurized gypsum were studied. The following conclusions were drawn:(1)The water consumption of standard consistency is 33%.(2)The effects of different admixtures and dosage on the performance of desulfurized gypsum were analyzed. The influence of admixture on the performance of gypsum was recorded and analyzed. And we conclude that when it comes to F10,the best dosage is 0.2%. To FDN, the dosage is 0.8%.And the best dosage for HPMC is 0.2%.

(3)The effects of composite admixture on the performance of desulfurized gypsum was analyzed. Test the prepared sample flow, setting time, viscosity, strength and other properties. And this article needs more exploration to constantly adjusting the amount to find the right ratio.

Key Words: 3D printing; desulfurization gypsum; water reducing agent; water retaining agent; composite admixture

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 3D建筑打印技术国内外研究现状 1

1.1.2 3D打印建筑技术的优势 1

1.1.3 3D打印材料研究现状 2

1.1.4 石膏在3D打印中的优势 2

1.2 脱硫石膏 2

1.2.1 脱硫石膏的来源 3

1.2.2 脱硫石膏的特征 3

1.2.3 脱硫石膏的应用现状 4

1.2.4 国内脱硫石膏综合利用的迫切性 4

1.3 课题研究的目的、意义、主要内容和实验路线 5

1.3.1 研究目的 5

1.3.2 研究意义 5

1.3.3 主要内容 5

1.3.4 实验路线 6

第2章 原材料及实验方法 7

2.1 原材料及其性质 7

2.1.1 脱硫石膏 7

2.1.2化学外加剂 9

2.2实验方法及设备 9

2.2.1标准稠度用水量 9

2.2.2凝结时间 10

2.2.3减水剂吸附量的测定 11

2.2.4 粘度测试 11

2.2.5抗折抗压强度测试 12

3.1 单一外加剂对脱硫石膏浆体流变特性的影响 14

3.1.1 减水剂对脱硫石膏浆体扩展度的影响 14

3.1.2 减水剂对脱硫石膏浆体凝结时间的影响 16

3.1.3 保水剂对脱硫石膏浆体扩展度的影响 16

3.1.4 保水剂对脱硫石膏凝结时间的影响 17

3.1.5 粘度 18

3.2 单一外加剂在脱硫石膏颗粒表面的吸附行为 18

3.2.1 减水剂的吸附行为 19

3.2.2 保水剂的吸附行为 20

3.3 单一外加剂对脱硫石膏力学性能的影响 21

3.3.1 减水剂对脱硫石膏力学性能的影响 21

3.2.2 保水剂对脱硫石膏力学性能的影响 23

3.3 本章小结 24

第4章 复合外加剂对脱硫建筑石膏的影响 25

4.1 复合外加剂对脱硫石膏浆体流变性能的影响 25

4.1.1 复合外加剂对脱硫石膏浆体扩展度的影响 25

4.1.2 复合外加剂对脱硫石膏浆体凝结时间的影响 28

4.2 复合外加剂在脱硫石膏颗粒表面的吸附行为 29

4.3 复合外加剂对脱硫石膏力学性能的影响 31

4.4 本章小结 33

第5章 结论与展望 35

5.1 结论 35

5.2 展望 35

参考文献 37

致谢 38

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

3D打印技术产生于上世纪90年代，当时被称为快速制造。相比于一般减材的机械加工，它是一种增材的加工方式，因此它的出现具有一定的颠覆性。正因为这种特性，使得有关于它的研究变得相当火热。它是利用光固化和纸层叠等方式层层堆积，从而实现快速成型的技术^[1]。3D打印技术已在机械、医学、航空航天、服装、食品等领域广泛应用。相较于这些领域，3D打印技术在建筑行业的发展速度仍比较缓慢。

1.1.1 3D建筑打印技术国内外研究现状

2010年，意大利的Enrico Dini教授发明了一台名为D-shape的数字打印机。它利用细骨料和胶凝料等材料，可以直接打印出4m高的建筑物，这在当时的国际上为首例[2]。2012年1月，美国航天局(NASA)与美国南加州大学在“轮廓打印”的研究上展开了合作，并提出了出了相关的技术方案[3]。2013年1月，欧洲航天局同建筑公司Forster与其合作伙伴以月球的土壤、岩石等为原料通过3D打印技术，计划开始在月球打印空间站的项目，进行空间站的相关建设[4-5]。

2015年苏州召开了“3D打印新绿色建筑”会议，展示了3D打印建筑“6层楼居住房”和首例将内装外装一起打印的 “1100m2别墅”[6]。

1.1.2 3D打印建筑技术的优势

和传统施工工艺相比，3D打印技术的主要优势有以下几点:

1. 不需要太多的建筑工人，施工速度加快10倍以上，并且建筑的类型及复杂性等不会增加建设成本；
2. 无需使用模板，定制型强，可塑性好，建筑工序一体化集成，提高生产效率，而且能降低40%左右的建筑成本；
3. 全程电脑程序控制，基于CAD设计等的施工制造只造成5~10mm的误差，加工精度很高；
4. 3D打印建筑原材料来源广泛，可利用建筑垃圾、工业废料、矿山尾矿等，变废为宝，另一方面又利于就地取材，节约运输成本；
5. 可以降低建筑粉尘污染和噪声影响，有利于节能环保、资源再生和改善环境；
6. 不受建筑环境限制，在自然环境差的高原、沙漠、海洋、甚至地外星球都可以进行施工建造；

1.1.3 3D打印材料研究现状

3D打印和传统打印最大的区别就是耗材。传统打印主要使用墨和纸，3D打印则使用塑料、金属、陶瓷和蜡等。不仅需要根据3D打印设备和工艺选择材料，还需经过特殊处理。所选材料需具有良好的加工性能，可在加工时降低材料的翘曲变形、尺寸收缩、蜷曲程度等，以确保成品尺寸的高精度。因此加工难度大大增加，生产成本随之增加，成为制约3D打印材料发展的瓶颈^[7]。