Влияние добавок модификаторов вязкости на реологическое поведение цементных систем для 3D-печати
Authors:   Shvedova M., Slavcheva G., Artamonova O.
Published: September 2020

Представлены результаты экспериментальных исследований реологического поведения
модельных цементных систем как матриц смесей для 3D-печати. В проведенных экспериментах использованы: для изучения реологического поведения – сдавливающие тесты; для оценки показателя
пластичности, характеризующего способность смесей сохранять агрегативную устойчивость в процессе экструзии, – сдавливающий тест с постоянной скоростью деформирования; для оценки формоустойчивости – сдавливающий тест с постоянной скоростью нагружения, по результатам которых
найдены значения структурной и пластической прочности, пластических деформаций цементных систем, характеризующие их способность сохранять форму при действии возрастающих сжимающих
напряжений в процессе печати.
Получены количественные данные о влиянии видов и дозировок неорганических модификаторов вязкости различного химико-минералогического состава и дисперсности на пластичность и формоустойчивость цементных смесей. Установлено, что для рассмотренных составов наиболее эффективными модификаторами вязкости являются тонкодисперсные метакаолин и каолин со средним размером частиц 5 мкм. Регулирование вязкопластических свойств и агрегативной устойчивости цементных систем определяется изменением свойств дисперсионной среды в гетерогенной системе «цемент–вода». Определены рациональные дозировки данных модификаторов, при которых обеспечиваются критериальные значения показателей пластичности для процессов 3D-печати, структурной
прочности и деформативности при действии нагрузки.
Ключевые слова: 3D-печать, цементная смесь, модификатор вязкости, реологическое поведение, пластичность, формоустойчивость.
The results of experimental studies of the rheological characteristics of cement pastes as a matrix
of 3D-printable mixtures are presented. The squeezing tests were used to evaluate the rheological behavior.
To evaluate the plasticity, which characterizes the ability of 3D-printable mixtures to maintain aggregate stability during the extrusion process, the squeezing test with a constant deformation rate was used. To evaluate
the form stability a squeezing test with a constant loading speed was used. As a result, the structural and
plastic strength, plastic deformations of fresh cement pastes were estimated as criteria of their ability to
maintain shape under compressive pressure during the printing process. Quantitate data on influence of types
and dosages of inorganic viscosity modifiers with various chemical and mineralogical composition and sizeparticles on the plasticity and form stability of cement pastes was obtained. It was found that the most effective viscosity modifiers are fine-dispersed metakaolin and kaolin with an average size-particle of 5 μm. As a
result of using the most effective viscosity modifiers, adjustment of viscous-plastic properties and aggregate
stability of cement pastes can be made by modifying the properties of the dispersion liquid in the heterogeneous "cement–water" system. Reasonable proportions of these modifiers have been obtained, which ensures
plasticity, maximum structural strength and minimum deformability of 3D-printable mixtures under load.
Keywords: 3D-printing, cement paste, viscosity modifier, rheological behavior, plasticity, form stability.