文献综述
摘要：近年来，3D打印混凝土技术发展如火如荼，而适合3D打印的混凝土材料是其中重要的一环。本文浅析了3d打印混凝土技术的发展背景、对材料性能的要求以及急需解决的问题，并给出了本次研究的目的和试验方案。即通过加入减水剂、改性淀粉醚、触变润滑剂等外加剂，硅灰、超细矿渣等掺合料以及纤维来提高材料的可打印性能和机械性能。通过优选出适合的材料，对3D打印在水泥基复合材料方面的应用做出贡献。
关键词：3D打印 ；水泥基复合材料 ；性能
- 引言
水泥基复合材料在建筑、耐火材料领域有着广泛的应用。而近年来，作为“ 第三次工业革命” 标志性技术的3D打印技术引领时代潮流，快速进入到各个研究领域，从工业设计、航空航天到医疗等各大领域均已出现3D打印的足迹，这对传统的社会生产产生了巨大的冲击，它将成为改变世界的创造性科技。同样，3D打印技术与混凝土技术相结合的3D打印混凝土技术，必将是混凝土发展历程上一次重大的转折点[1]。本课题试图优选出适合3D打印的水泥基复合材料，并对优选出的水泥基复合材料的可打印性能和机械性能进行研究。
- 3D打印建筑技术对材料性能的要求
目前打印混凝土作为三大增材制造工艺之一，因其具有良好的性能和混凝时间可控制，在建筑领域中具有非常好的应用和发展前景[2-3]。3D打印材料的工作性能对打印结果有非常重要的影响。在建筑打印过程中，打印材料需要有较好的稠度，因为打印材料要通过从输送管道输出，通过3D打印头打印成型[4]；其次打印材料需要有较快的凝结时间，因为3D打印过程迅速，在打印过程中每上层材料都会对下层材料有一个重力作用，当上层材料堆积过多而下层打印材料还没有完全凝结硬化，就不能有足够的强度支撑，则打印建筑材料就会发生变形[5]。3D打印材料的凝结时间、流动性、强度和稠度是实现3D打印材料关键技术的重要保障，精准控制好这些条件因素，就可以保证打印的连续性和安全性[6]。
- 国内外发展现状
3.1 国外发展现状
2012年，英国拉夫堡大学的研究者研发出新型的混凝土3D打印技术，3D打印机械在计算机软件的控制下，使用具有高度可控制挤压性的水泥基浆体材料，完成精确定位混凝土面板和墙体中孔洞的打印，实现了超复杂的大尺寸建筑构件的设计制作，为外形独特的混凝土建筑打开了一扇大门[7]。意大利研究者Enrico Dini发明了世界首台大型建筑3D打印机。在此基础上，他与荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars一同合作，欲用此3D建筑打印机打印建设一座“ 莫比乌斯环” 状的建筑物，用以参加欧洲的3D打印比赛[8]。为解决3D打印建筑施工过程中的问题，美国南加州大学的Behrokh Khoshnevis教授提出轮廓建筑工艺（Contour Crafting）[9-10]。2013 年1月 ，欧洲航天局已着手同建筑公司 Forster Partemers 联手研发在月球打印一座空间站的项目。计划利用月球现成的土壤及其他材料通过 3D 打印技术将其制成建筑材料，进而完成空间站的建设[11-12]。2013 年 2 月 ，英国设计师 Soflkill D esign 正着手使用 3D 打印技术以纤维尼龙为结构材料建造大批量民用住房。2013 年 3 月 ，荷兰公司 D A S 的建筑师建造了打印机 ，号称将建造“第一 ”的 3D 打印运河屋[13]。2014 年 1月 ，实现了3D 打印运河屋组件的实际三维打印，预计将用三年时间完成组装。
3.2 国内发展现状
2013 年1月，中国上海盈创公司利用高强度等级水泥和玻璃纤维复合制造了首批 3D 打印建筑，引发国内外多方关注。2015年2月，它又在苏州工业园区3D 打印了一栋面积1100 m 2 的别墅和一栋 6 层居民楼[14]。
2017年，中国建筑工程总公司所属中建技术中心科技成果“建筑3D打印材料及应用技术”总体达到国际先进水平。该成果研制出的建筑3D打印用水泥基材料，具有良好的触变性、凝结时间可控、粘结性好，抗压强度最高可达到60MPa，实现了连续打印。此外，该成果还利用冶金渣等工业固废，开发了性能优良的地质聚合物基干粉砂浆 3D 打印材料，具有低成本、绿色环保的特点。
