3D打印機(jī)用于數(shù)字混凝土建筑的大量粉煤灰混合物

​　　南洋理工大學(xué)的學(xué)生最近發(fā)表了《用于數(shù)字混凝土建筑的高含量粉煤灰混合物的3D打印》一文，在文中,，學(xué)生探索了如何改進(jìn)機(jī)遇粉煤碳的地質(zhì)聚合物并將其用于建筑的3D打印機(jī)。

　　混凝土是世界上使用最廣泛的材料之一,，承包商現(xiàn)在可以從纖維增強(qiáng),，聚合物制成等材料中選擇。使用SCC有許多好處,，包括流動性,，表面質(zhì)量，耐用性等,。然而,，復(fù)雜幾何形狀的制造仍然具有挑戰(zhàn)性，需要增加費(fèi)用和更多的人力,。

　　3D打印不僅受到建筑行業(yè)工業(yè)用戶的關(guān)注,，而且作為一種比常規(guī)方法更快、更實(shí)惠,、更通用的技術(shù),，它迅速受到人們的關(guān)注。3D打印系統(tǒng)通常包括：

　　● 物料混合罐

　　● 抽料系統(tǒng)

　　● 擠出系統(tǒng),，帶有帶噴嘴的打印頭

　　● 電子控制箱

● 安全系統(tǒng)

▲影響粉煤灰混凝土性能和性能的因素

             

▲地質(zhì)聚合物堿化的圖形模型

　　與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD),，建筑信息模型(BIM)和各種軟件工具相比，3DCP具有更好的拓?fù)鋬?yōu)化,，擁有更多的設(shè)計(jì)機(jī)會,，制造速度快以及能夠構(gòu)建可能不包含的項(xiàng)目的優(yōu)勢。這項(xiàng)技術(shù)還具有減少3D打印對環(huán)境的破壞,，這是另一個(gè)好處,，因?yàn)槟壳八�泥產(chǎn)量占全球CO2產(chǎn)量的5%。

　　目前,，基于粉煤灰的可持續(xù)材料看上去非常有吸引力,，因?yàn)樗鼈兛梢员绕胀úㄌ靥m水泥生產(chǎn)的二氧化碳排放量少80%，而且機(jī)械性能也往往更高。

　　眾所周知,，觸變性是所有3D打印項(xiàng)目的重要特性之一,。由于絮凝，PC具有觸變性,，相關(guān)文獻(xiàn)表明,，在存在任何異物(如FA，沙子,，填料)的情況下,，其膠體網(wǎng)絡(luò)會破裂，從而導(dǎo)致觸變性喪失,。

　　高粉煤灰(HVFA)材料不僅具有低觸變性,，而且硬化速度慢，具有可持續(xù)性,，但較差的早期機(jī)械性能限制了其在3D打印機(jī)項(xiàng)目中的應(yīng)用,。

　　這個(gè)問題導(dǎo)致南洋理工大學(xué)的學(xué)生進(jìn)行了當(dāng)前的研究，希望能改善HVFA粘合劑的可印刷性,，并全面了解HVFA水泥和地質(zhì)聚合物,。相關(guān)公司考慮的第一步是創(chuàng)建可流動的擠出材料，以在整個(gè)過程中保持其形狀,。使用3D打印時(shí),，該過程可以直接在建筑工地或?qū)㈩A(yù)制零件放在一起然后運(yùn)輸進(jìn)行組裝的其他位置進(jìn)行。

　　生產(chǎn)的選擇可以像常規(guī)的墻面元件一樣,，也可以進(jìn)行優(yōu)化以最大程度地減少材料浪費(fèi)和建筑成本,。

　　在新加坡有很多細(xì)砂河粉，這可用于制備砂漿,。研究小組準(zhǔn)備的混合物可改善觸變性,，因?yàn)樗麄兛梢詼y量抗壓、抗彎和抗張強(qiáng)度,，研究人員還對此進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)分析,。最終，研究報(bào)告說,，粉煤灰水泥盡管在增強(qiáng)HVFA材料的強(qiáng)度方面存在挑戰(zhàn),，但也是“可印刷的”。

　　添加了非常少量(<1%)的納米粘土(NC)通過在微觀結(jié)構(gòu)水平上增強(qiáng)觸變性來改善早期的力學(xué)性能,。首次在不同的剪切速率和剪切時(shí)間下測試了NC對觸變性的影響,，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，添加NC的混合物即使在長時(shí)間剪切后也具有穩(wěn)定粘度恢復(fù)的潛力,。盡管如此，NC的作用在增加強(qiáng)度增加率(結(jié)構(gòu)積累)方面并不顯著,，而強(qiáng)度增加率受水合反應(yīng)的控制更大,。

　　砂漿的機(jī)械性能也受印刷參數(shù)的影響,，這是數(shù)字制造中的常見問題。與HVFA砂漿相比,，還研究了地質(zhì)聚合物中的粘結(jié)強(qiáng)度更高,。

　　為了最大限度地發(fā)揮像地質(zhì)聚合物這樣的快速硬化的好處，應(yīng)該使用在線或連續(xù)輸送系統(tǒng)來代替間歇混合,，在混合系統(tǒng)中可以同時(shí)混合和沉積物料,。這將消除由于材料剛度隨時(shí)間變化而造成的泵送困難。

盡管最近有使用超細(xì)纖維,，金屬電纜,，后張鋼筋來提高印刷混凝土延展性的方法，但未來的應(yīng)用可能會遵循功能梯度材料(FGM)的原理在不同層中產(chǎn)生不同的纖維分布,。FGM的3D打印將優(yōu)化材料的使用,，并為建筑結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供多種功能。

        

▲3D混凝土印刷復(fù)雜自由形式模型示例

　　隨著3D打印機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，從辦公室和房屋的建造到大規(guī)�,；炷�土打印機(jī)的開發(fā)，建筑業(yè)受到了許多積極的影響,。