3D打印建筑类材料大盘

随着3D打印技术在全球的知名度逐渐提高，在各行各业的应用也都逐渐被开发了出来。如今，3D打印广泛涉猎各大行业，在航空航天，工业，生物医疗以及建筑等产业都有所发展。而近年来由于房地产市场的火爆，人们大多直呼买不起房。而3D打印的出现，也正是让更多的人看到了新的契机！虽然建筑3D打印技术众所周知，但它的材料可谓是多种多样，今天小编就在这里总结一下，为大家科普科普常见的建筑3D打印材料有哪些。

水泥基建筑3D打印材料主要原料是指快硬硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成的复合胶凝材料，以及尾矿机制砂，通过添加复合调凝剂和复合体积稳定剂等制备而成，可直接泵入建筑用3D打印机中应用于施工。试验结果表明制备的3D打印材料具有下述特点：早期强度高，后期强度发展稳定，其中2h抗压强度为10-20MPa，3d抗压强度为40-50MPa，28d抗压强度为50-60MPa;凝结时间可调节，一般初凝时间为20-50min，终凝时间为30-60min;可满足建筑3D打印施工连续性和强度要求。

1、3D打印在建筑技术中的发展

2、建筑3D打印材料研究现状

现有的一般混凝土材料凝结时间长，通常的初凝时间6-10h，终凝时间24小时左右，不能满足3D打印过程中材料在短时间内快速凝结的性能要求；且一般呈流动性，无法满足3D打印过程中的竖直堆积性能，所以无法作为3D打印材料使用。本文研究提供了一种适合建筑3D打印使用的水泥基复合材料，解决现有技术中用于3D打印技术的材料多为有机材料的问题；还解决现有普通水泥基材料凝结时间长且一般呈流动性、没有触变性能、不适用于3D打印过程的技术问题。

3、建筑3D打印材料关键技术及力学性能研究

3.1水泥基建筑3D打印使用原材料

（1）水泥：河北唐山北极熊42.5R快硬硫铝酸盐水泥。

（2）减水剂：聚羧酸PC减水剂。减少拌合用水量、提高材料的强度。

（3）细骨料：20-40目、40-70目机制尾矿砂。3D打印材料中使用尾矿砂，能够有效的降低材料成本，同时也减少了工业固废对环境的污染、具有一定的节能环保作用。

（5）自制复合体积稳定剂（VS）。保证材料粘结性好，稳定性强，具有良好的出泵形态保持能力和粘结性能，打印的建筑物具有良好的形态和体积稳定。复合外加剂包括：触变剂、纤维素醚、纤维复合而成

3.2水泥基3D打印材料凝结时间控制关键技术

3.2.1水泥快速凝结外加剂的选用

快硬硫铝酸盐水泥比普通硅酸盐的凝结速度更快和早期强度更高，但在3D打印材料实际应用当中需要更快的凝结速度，更高的早期强度[9]。促凝剂能够在水泥水化过程中起催化剂的作用，它能够促使C3A和无水硫铝酸钙的迅速水化形成大量钙矾石，迅速缩短水泥的凝结时间。所以本文选用J1、J2、J3促凝剂，研究促凝剂对快硬硫铝酸盐水泥的影响，确定适用于SAC水泥的促凝剂。

3.2.2水泥缓凝外加剂的选用

快硬硫铝酸盐水泥虽然有早期强度高，微膨胀等优点，但由于其水化速度很快，在实际使用过程中，往往需要一定的工作时间，特别在夏季高温环境中，所以必须配合使用合适的缓凝剂来控制施工时间。缓凝剂能吸附于水泥颗粒表面，并形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的水化起屏障作用，延缓了水泥和浆体结构的迅速形成，降低水泥的水化速度，使水泥的迅速凝结和强度的增幅较为平缓，能够使3D打印材料的凝结时间更加稳定、容易控制。

本文选用了6种常用缓凝剂，测试了其对快硬硫铝酸盐水泥凝结时间以及强度的影响。试图寻找适合快硬硫铝酸盐水泥的专用缓凝剂。

3.2.33D打印材料凝结时间复合调凝剂

硫铝酸盐水泥的凝结时间的调节在实际生产和工程应用中建议使用促凝剂、缓凝剂复配调节的原则。根据实验选用促凝剂碳酸锂和缓凝剂无水硼砂、葡萄糖酸钠、酒石酸复合使用能够有效的调节硫铝酸盐水泥的凝结时间。

可以看出，在三个不同的环境温度下，通过调节复合调凝剂中促凝剂和缓凝剂的组成，能够实现材料凝结时间在10min-60min内灵活控制，并调整范围大。能够满足在不同季节和环境下的3D打印工程的进行。这种3D打印材料具有很高的早期强度和快速凝结功能，2h的抗压强度内即可达到10～20MPa；3天后抗压强度为40～50MPa，28天后抗压强度为60MPa左右的高强度，能够满足3D打印建筑的承重墙，柱的强度要求，也能使打印的构件具有好的力学性能。

本3D打印材料原材料成本低，对环境和人体无害，材料粘结性好，稳定性强，具有良好的出泵形态保持能力和粘结性能，打印的建筑物具有良好的形态和体积稳定，能满足建筑3D打印施工连续性和建筑强度的要求，打印成型的建筑、构件在短时间内即具有移动及装配使用性能，在建筑3D打印中有广泛的应用前景，能极大地促进了3D打印技术的应用推广。

4、结论

（2）在不同的施工温度下，调整促凝剂J1和缓凝剂H2，H3，H5比例能够配制适用于这种建筑3D打印材料的复合调凝剂，并按施工要求将材料的凝结时间在20min-60min之间灵活控制。

（3）R-SAC水泥基3D打印材料通过不同功能外加剂的调节，它的工作性能、形态稳定性和强度能够满足建筑3D打印连续性和结构的安全性。

（4）本水泥基3D打印材料原材料取材方便，能够应用大量工业废料，成本低，制备和施工过程不释放有毒气体，对环境和人体无害，它能够促凝建筑3D打印技术的推广应用。

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