3D打印建筑是一項(xiàng)新型智能建造技術(shù),，是建筑施工數(shù)字化的具體體現(xiàn)形式,，能夠?qū)⒔ㄖO(shè)計從數(shù)字模型直接轉(zhuǎn)化為實(shí)物建筑,。3D打印建筑的三大關(guān)鍵技術(shù)是裝備,、材料和施工工藝,，冠力科技小編斗膽聊聊關(guān)于建筑3D打印材料的那點(diǎn)事。

建筑3D打印材料的主要組成成分與傳統(tǒng)混凝土相似,，包括：

水泥：作為主要的膠凝材料，水泥在混凝土中起到結(jié)合骨料的作用,。為了適應(yīng)3D打印的特殊需求,，水泥的配比和類型會有所調(diào)整。

骨料：骨料通常是砂子,、小石子等,。3D打印混凝土多使用較小顆粒的細(xì)骨料，避免在打印過程中堵塞噴嘴,，并確保層與層之間的結(jié)合良好,。

外加劑：為了改善混凝土的流動性、凝結(jié)時間和粘結(jié)性能,，3D打印混凝土通常會添加特殊的外加劑,，例如減水劑、早強(qiáng)劑或粘結(jié)劑等,。

水：水的含量對混凝土的可打印性至關(guān)重要,。水量過多會導(dǎo)致材料過于流動，影響打印精度,；水量過少則可能導(dǎo)致噴嘴堵塞或材料強(qiáng)度不足,。

為了實(shí)現(xiàn)最佳的3D打印效果，需要材料研發(fā)工程師不斷優(yōu)化配比,，以下是一些關(guān)鍵的配比優(yōu)化方向：

流動性與穩(wěn)定性平衡：流動性好才能順利打印,，但材料必須具備足夠的粘稠度以保持打印形狀,。為了達(dá)到這種平衡，研究人員通常會使用聚合物或納米材料增強(qiáng)混凝土的粘結(jié)性,，同時調(diào)整水泥和水的比例,。

凝結(jié)速度控制：3D打印過程中，每一層都需要快速凝固,，以便支持上層的打印,。通過使用早強(qiáng)劑等外加劑，可以加速凝結(jié)過程,，但也要注意不能使材料過早凝固,，影響打印連續(xù)性。

材料的可持續(xù)性：越來越多的研究致力于通過使用廢棄材料,、工業(yè)副產(chǎn)品（如飛灰或礦渣）作為替代物,，減少水泥的使用，以降低碳排放,，同時保持材料的強(qiáng)度和耐久性,。

1. 流變性

流變性是材料在液態(tài)或半固態(tài)下流動和變形的能力。在建筑3D打印中,，材料需要能夠順利擠出,，并在擠出后快速穩(wěn)定成型。流變性能的主要影響因素包括：
塑性：材料應(yīng)具備良好的塑性,，以保證其能在噴嘴中通過,，而不會出現(xiàn)堵塞。
觸變性：建筑3D打印材料需要表現(xiàn)出高觸變性,，即在剪切力下流動性好,，而在靜止時能夠快速恢復(fù)粘度，以保持打印層的形狀,。
抗流掛性：材料應(yīng)具有較高的粘度,，以防止在沉積過程中由于自重發(fā)生塌陷。為了調(diào)節(jié)材料的流變性能,，通常會在混凝土配方中添加增稠劑,、流變改性劑等添加劑，如羥丙基甲基纖維素(HPMC)或聚乙烯醇,。

2. 物理性能

3D打印建筑材料的物理性能至關(guān)重要,，尤其是在建筑物的長期使用過程中需要承受各種荷載。關(guān)鍵性能包括：
抗壓強(qiáng)度：3D打印的材料在固化后需要具有足夠的抗壓強(qiáng)度,，通常與傳統(tǒng)混凝土相近,，達(dá)到或超過30 MPa，才能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)性建筑,。
抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度：由于3D打印過程中可能會產(chǎn)生分層,，抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的控制尤其重要,。通常會通過改進(jìn)材料成分或使用纖維增強(qiáng)技術(shù)提高這些性能。
層間粘結(jié)強(qiáng)度：層與層之間的粘結(jié)性能對于建筑的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要,。通過優(yōu)化材料的配比,，確保每一層的沉積時間和固化狀態(tài)之間的協(xié)調(diào)，能顯著提高層間結(jié)合力,。
為了增強(qiáng)這些性能,，常使用微纖維、納米材料或其他增強(qiáng)劑,，如玻璃纖維,、聚丙烯纖維等，來增強(qiáng)材料的整體強(qiáng)度和韌性,。

3. 凝結(jié)特性

凝結(jié)特性決定了材料在打印過程中能夠多快從液態(tài)或半固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),，從而支撐后續(xù)的打印層。建筑3D打印材料需要同時滿足快速初凝和適度的可調(diào)控性,。其關(guān)鍵要素包括：
初凝時間：3D打印材料需要在擠出后迅速凝固,，通常要求初凝時間在幾分鐘內(nèi)，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。
終凝時間：終凝時間相對較長一些,，允許后續(xù)層在適當(dāng)?shù)臅r間間隔內(nèi)沉積并與之前的層粘結(jié)。
可調(diào)性：通過使用不同類型的水泥,、礦物添加劑（如硅灰,、礦渣等）以及外加劑（如早強(qiáng)劑、緩凝劑）,，可以調(diào)節(jié)材料的凝結(jié)速度。
例如,，硫鋁酸鹽水泥由于其快速凝固性能常被應(yīng)用于建筑3D打印中,。此外，使用調(diào)節(jié)劑可以在材料凝固時間和流動性之間達(dá)到更好的平衡,。

4. 可持續(xù)性

隨著可持續(xù)建筑理念的興起,，建筑3D打印材料的環(huán)保性和低碳排放日益受到關(guān)注。材料的可持續(xù)性體現(xiàn)在以下幾個方面：
低碳材料：傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)過程中的碳排放高,，3D打印材料中常使用低碳替代品,，如礦渣、粉煤灰,、再生骨料等來減少碳排放,。
材料再利用：建筑廢料可以通過處理重新用于3D打印材料中，如再生骨料的使用,，有效減少了資源浪費(fèi),。
減少材料浪費(fèi)：建筑3D打印過程中,，材料沉積是按需分層的，幾乎沒有浪費(fèi),，相比傳統(tǒng)施工減少了原材料的過度使用,。
例如，基于地質(zhì)聚合物的3D打印材料正逐漸成為低碳建筑材料的代表,，其不僅能減少碳排放,，還具有優(yōu)異的耐久性和抗化學(xué)腐蝕性能。

5. 耐久性

3D打印建筑材料需要在不同的環(huán)境條件下保持長期的結(jié)構(gòu)性能,。耐久性包括材料在應(yīng)對各種物理,、化學(xué)和氣候影響下的穩(wěn)定性：
耐腐蝕性：暴露在濕氣、酸雨等環(huán)境中的建筑物,，材料需具備較高的抗腐蝕性能,。常通過使用防水劑或添加礦物組分來提高耐久性。
抗凍融循環(huán)：在寒冷地區(qū),，建筑材料需要能夠抵抗多次凍融循環(huán),，以防止開裂和剝落。通過調(diào)整材料的孔隙率和使用抗凍劑,，可以提高其抗凍融性能,。
抗化學(xué)侵蝕：某些3D打印建筑可能暴露在化學(xué)腐蝕的環(huán)境中，如工業(yè)或海洋環(huán)境,。增強(qiáng)材料的抗化學(xué)性有助于延長其使用壽命,。

隨著3D打印建筑材料成本的持續(xù)降低，性能持續(xù)提升,，3D打印建筑的優(yōu)勢會更加明顯,，未來發(fā)展空間充滿期待。