3D打印混凝土材料研究進(jìn)展

趙穎 王歡 劉維勝 顧菲 葉鴻宏 車(chē)玉君 楊華山＊

（1.貴州師范大學(xué) 材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.中建西部建設(shè)貴州有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550014）

0 前言

3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，是將計(jì)算機(jī)與打印機(jī)相連接，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，把打印材料一層層堆疊起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的“圖紙”打印成為真實(shí)的物體。3D打印技術(shù)具有無(wú)模具、自由成型、快速制造特點(diǎn)，給工業(yè)產(chǎn)品的制造方法、生產(chǎn)流程等帶來(lái)了翻天覆地的變化[1]。

如表1所示，傳統(tǒng)技術(shù)與3D打印技術(shù)的效率區(qū)別很明顯[2]。3D打印在模具成型、設(shè)計(jì)制造一體化、汽車(chē)復(fù)雜零件加工等方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。不管是在工業(yè)設(shè)計(jì)、教育還是航天等領(lǐng)域，相較于傳統(tǒng)的粘土模型、外包加工及2D激光切割注塑成型技術(shù)，節(jié)省了大量的時(shí)間。

表1 3D打印與傳統(tǒng)技術(shù)效率對(duì)比[2]Tab.1 Efficiency comparison between 3D printing and traditional technology[2]

3D打印建筑技術(shù)是如今各科研院所及高校研究的熱點(diǎn)課題之一，但尚處于初步階段。3D打印混凝土在建造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了無(wú)模板應(yīng)用，同時(shí)不需要機(jī)械振搗，減少了對(duì)人力資源和資本的需求，推動(dòng)了建筑行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。近年來(lái)，將3D打印應(yīng)用于建筑行業(yè)的研究呈指數(shù)增長(zhǎng)[3]，如何大力推進(jìn)3D打印混凝土技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新等問(wèn)題亟待解決。

3D打印混凝土技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了對(duì)混凝土性能的新要求，普通混凝土的性能不能滿(mǎn)足3D打印混凝土的技術(shù)需求。為了適應(yīng)3D打印混凝土技術(shù)，有人做過(guò)相關(guān)研究。例如，南峰等[4]研究發(fā)現(xiàn)，摻入石灰石粉后，混凝土具有良好的粘聚性和流動(dòng)性。周永祥等[5]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，石灰石粉具有一定的減水效果，該特點(diǎn)或能用于3D打印混凝土技術(shù)。

本文簡(jiǎn)述了3D打印技術(shù)及目前適用于3D打印技術(shù)的混凝土材料，并提出石灰石粉3D打印混凝土的研究方向，以期為3D打印混凝土技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供參考。

1 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)（Three-dimensional printing）作為一種能夠自動(dòng)化、加速生產(chǎn)和減少浪費(fèi)的生產(chǎn)方式，長(zhǎng)期以來(lái)一直被用于制造業(yè)。圖1展示了3D打印技術(shù)的分布[6]。使用3D打印技術(shù)時(shí)，只需對(duì)打印機(jī)進(jìn)行必要的設(shè)置，采用適于3D打印的材料，便可輕松構(gòu)建各種各樣的產(chǎn)物[7]。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印更加可靠，能有效節(jié)約時(shí)間，降低成本。3D打印技術(shù)在汽車(chē)、消費(fèi)品、商業(yè)機(jī)器、醫(yī)療、科研、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)控制和精密雕刻機(jī)等技術(shù)的成熟，3D打印在全球會(huì)更加流行，引入建筑業(yè)是可行的。

圖1 3D打印技術(shù)的分布[6]Fig.1 The distribution of 3D printing technology[6]

1.1 3D打印技術(shù)概念和分類(lèi)

3D打印技術(shù)的定義最初出現(xiàn)于20 世紀(jì)七八十年代，被稱(chēng)作“快速成型”技術(shù)[8]。3D打印技術(shù)是一種增材制造（Additive Manufacturing,AM）技術(shù)，可根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)打印出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的幾何形狀[9]。2009年成立的美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）添加制造技術(shù)子委員會(huì)F42曾公布3D打印技術(shù)的概念：3D打印技術(shù)（或稱(chēng)為添加制造技術(shù)）是“與傳統(tǒng)的材料處理方法（減材制造）不同，基于三維數(shù)字模型，材料通常通過(guò)逐層制造進(jìn)行組合的工藝，其同義詞包含添加成型、添加工藝、添加技術(shù)、添加分層制造、分層制造以及無(wú)模成型[10]”。從本質(zhì)上說(shuō)，添加制造技術(shù)是將原材料粉末或顆粒通過(guò)熔化、燒結(jié)或粘結(jié)的方式逐層累積“增加”。3D打印技術(shù)根據(jù)成型原理可分為五種：選擇性燒結(jié)技術(shù)（Selective Laser Sintering,SLS）[11]、熔積成型技術(shù)（Fused Deposition Modeling,FDM）[12]、立體光固化成型技術(shù)（Stereo Lithography Apparatus,SLA）、分層實(shí)體制造技術(shù)（Object Manufacturing,LOM）[13]和粉末粘合成型技術(shù)（Three Dimensional Printing,3DP）。

1.2 國(guó)外建筑3D打印技術(shù)的發(fā)展

建筑3D打印技術(shù)被定義為一種建筑方法，其使用打印噴嘴有選擇地疊加可凝固的建筑材料[14]。經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)展，國(guó)外的增材制造工藝主要分為三大類(lèi)：1）2004年美國(guó)南加州大學(xué)的Behroh Khoshnevis發(fā)明的輪廓工藝（Contour Crafting）[15]，其特點(diǎn)是不需要使用模具，且建筑物的打印輪廓成為建筑物的一部分，并可采用可移動(dòng)的大型、輕便3D打印機(jī)，可在施工現(xiàn)場(chǎng)打印和組裝，減少施工的污染、成本及時(shí)間。2）2005年意大利發(fā)明家Enrico Dini設(shè)計(jì)的D-Shape工藝[16]，其特點(diǎn)在于打印機(jī)的底部有數(shù)百?lài)娮欤蓢姵鲅趸V粘合劑，通過(guò)粘合劑和砂的組合，逐漸成型為石質(zhì)固體，最終形成石質(zhì)建筑。3）2008年英國(guó)拉夫堡大學(xué)Richard Buswell團(tuán)隊(duì)發(fā)明的3D混凝土打印技術(shù)[17]，該團(tuán)隊(duì)已利用混凝土3D打印技術(shù)打印出混凝土構(gòu)件。

1.3 國(guó)內(nèi)建筑3D打印技術(shù)的發(fā)展

3D打印技術(shù)作為“第三次工業(yè)革命”的標(biāo)志性技術(shù)，在國(guó)內(nèi)引發(fā)了研究熱潮，政府陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策扶持。我國(guó)的3D打印技術(shù)研究以科研院所為主導(dǎo)。理論上，綜述型研究仍是3D打印研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)以總結(jié)國(guó)外建筑3D打印具體案例為主，另一類(lèi)以總結(jié)國(guó)內(nèi)各團(tuán)隊(duì)的建筑3D打印科研成果為主。實(shí)踐中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用也有重大突破。上海盈創(chuàng)建筑科技作為中國(guó)3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)公司之一，已取得多項(xiàng)領(lǐng)先的3D打印及應(yīng)用突破[18]，不僅研發(fā)了連續(xù)打印建筑產(chǎn)品的3D打印機(jī)、建筑3D打印萬(wàn)能油墨和噴頭，還將水泥、纖維、有機(jī)膠粘劑和建筑廢料在“油墨”中進(jìn)行混合，然后逐層噴涂，循環(huán)打印，快速冷凝成型，從而打印出房屋[19]。2019年河北工業(yè)大學(xué)裝配式混凝土3D打印趙州橋在建筑技術(shù)上具備了工業(yè)化、綠色化、智能化的特點(diǎn)，促進(jìn)了關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展[20]。中建技術(shù)中心材料工程研究所利用輪廓工藝對(duì)3D打印材料的粘聚性、流動(dòng)性以及打印堆積高度等性能進(jìn)行了研究，并通過(guò)模擬試驗(yàn)證實(shí)了混凝土的可打印性[21]。2019年11月17日，中建二局廣東建設(shè)基地完成了一棟7.2米高的雙層辦公樓的主體結(jié)構(gòu)打印，標(biāo)志著原位3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，同時(shí)，這也是世界第一例原位3D打印雙層示范建筑[22]。清華大學(xué)（建筑學(xué)院）-中南置地?cái)?shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國(guó)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)、并與上海智慧灣投資管理有限公司聯(lián)合建造了世界最大規(guī)模3D打印混凝土步行橋[23]。同濟(jì)大學(xué)的大學(xué)生團(tuán)隊(duì)采用新型混合增材制造方法，結(jié)合大型金屬3D打印和長(zhǎng)絲纏繞的金屬構(gòu)造工藝制造了一座金屬橋[24]。華中科技大學(xué)推出的HRP系列成型機(jī)和成型材料在分層實(shí)體制造工藝方面也具有一定優(yōu)勢(shì)[25]。

2 3D打印混凝土

Joseph Pegna[26]是首位嘗試使用水泥基材料進(jìn)行3D打印的學(xué)者，其方法與選擇性沉積法相似，首先用薄薄的砂子覆蓋底部，再用水泥覆蓋，隨后使用蒸汽養(yǎng)護(hù)使材料迅速固化，最終成型。隨著近年來(lái)3D打印技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了不同型號(hào)、不同功能的打印機(jī)。3D打印機(jī)及其打印系統(tǒng)對(duì)用于打印的材料有較高要求，為滿(mǎn)足3D打印建筑的需要，混凝土拌合物應(yīng)達(dá)到特定的要求[27]。因此，研制和選擇用于3D打印的建筑材料要比選擇用于傳統(tǒng)方法的建筑材料更嚴(yán)格。由于普通硅酸鹽水泥無(wú)法滿(mǎn)足3D打印技術(shù)的要求，大多數(shù)學(xué)者在選擇3D打印最佳混凝土材料前通常會(huì)使用幾種材料混合進(jìn)行試驗(yàn)。一般來(lái)講，幾乎所有選用的材料混合物中均采用了大量的細(xì)骨料。在大多數(shù)情況下，為了保證打印材料能順利、流暢且連續(xù)地從噴口處擠出，骨料的最大粒徑要限制在2mm以?xún)?nèi)。但是，Rushing[28]使用了粒徑高達(dá)10mm的粗骨料作為3D打印材料。為了控制物料的凝結(jié)時(shí)間，在混合料中通常還添有高效減水劑(Superplasticizer,SP)、速凝劑和緩凝劑等外加劑。根據(jù)目前的研究報(bào)告，當(dāng)水膠比在0.23～0.41之間、膠砂比在0.63～0.73之間時(shí)，3D打印材料在硬化后具有最佳的工作性能和力學(xué)性能[29]。總之，3D打印建筑材料要具有一定的和易性、可擠出性和自穩(wěn)定性等特點(diǎn)，且硬化后要具有一定的強(qiáng)度、剛度和耐久性[16]。

2.1 3D打印建筑技術(shù)對(duì)材料性能的要求

3D打印建筑材料是3D打印建筑技術(shù)的核心[30]，必須滿(mǎn)足一定的性能要求。關(guān)于3D打印建筑材料，國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者進(jìn)行了研究。在國(guó)外，荷蘭專(zhuān)家對(duì)塑料、樹(shù)脂類(lèi)材料進(jìn)行了研究。美國(guó)學(xué)者對(duì)粘土類(lèi)、樹(shù)脂砂漿類(lèi)、混凝土類(lèi)等材料進(jìn)行了研究。英國(guó)拉夫堡大學(xué)的T.T.Le等對(duì)3D打印混凝土材料進(jìn)行了研究。泰國(guó)的暹羅水泥集團(tuán)生產(chǎn)了一種能將粉體材料和纖維用特殊方式混合的水泥，該水泥凝結(jié)時(shí)間短，可被打印成復(fù)雜的彎折和曲線形狀[31]。恩斯赫德的A.Budding探究了粉末壓實(shí)的快速成型技術(shù)，泰國(guó)的R.Chumnanklang等研究了低成本的高分子粘結(jié)劑等在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用，麻省理工學(xué)院的史蒂文·基廷等[32]提出使用復(fù)合材料進(jìn)行3D打印制造，并通過(guò)機(jī)器人技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。在國(guó)內(nèi)，藺喜強(qiáng)、張濤、霍亮[33]針對(duì)水泥基建筑3D打印材料的制備及其在3D打印建筑技術(shù)上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明，制備的3D打印材料具有早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定的特點(diǎn)，可滿(mǎn)足建筑3D打印施工連續(xù)性和強(qiáng)度要求。丁鑄等[34]基于3D打印技術(shù)的進(jìn)步，闡述了3D打印技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)建筑技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及3D打印技術(shù)對(duì)材料的工作性、耐久性和機(jī)械性能的要求。常西棟等[30]在國(guó)外文獻(xiàn)對(duì)3D打印混凝土材料性能分析得到的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)五大評(píng)價(jià)指標(biāo)包括流動(dòng)性、可擠出性、可建造性、凝結(jié)時(shí)間及力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行了介紹，闡述了測(cè)試方法，并提出3D打印建筑技術(shù)存在的問(wèn)題及未來(lái)的研究方向。馬國(guó)偉等[35]給出了建筑規(guī)模3D打印混凝土攪拌設(shè)計(jì)的一般要求（圖2），原則上，膠凝材料應(yīng)具有易擠出、易流動(dòng)、易成型、機(jī)械性能好、凝結(jié)時(shí)間適宜等特點(diǎn)，以達(dá)到從打印噴嘴到漿料的連續(xù)狀態(tài)，保證自由結(jié)構(gòu)的快速成型。

圖2 建筑規(guī)模3D打印混凝土拌制設(shè)計(jì)的一般要求[35]Fig.2 General requirements for building-scale 3D printing concrete mixing designs[35]

綜上，3D打印建筑材料應(yīng)滿(mǎn)足流動(dòng)性、擠出性、建造性、凝結(jié)特性及力學(xué)性能的基本要求，其中，擠出性、建造性和凝結(jié)特性是3D打印混凝土的特有性能。擠出性指打印材料通過(guò)打印設(shè)備連續(xù)打印的能力以及通過(guò)打印噴頭流暢堆疊進(jìn)行沉積的能力，且需保證打印的圖層不因?yàn)樽灾囟a(chǎn)生變形[36]。擠出性是3D打印混凝土的一個(gè)重要參數(shù)，Khalil等[37]設(shè)計(jì)的拌合物中砂子的最大粒徑為2mm，該材料在擠出過(guò)程中不會(huì)發(fā)生堵塞。建造性是3D打印混凝土的又一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，指混凝土保持其擠出形狀，能承受后續(xù)打印自重而不產(chǎn)生變形、坍塌和傾斜[38]。凝結(jié)特性對(duì)3D打印混凝土的擠出性和建造性等影響顯著，打印速度和打印材料的固化速度對(duì)打印建筑施工速度、打印結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)模式等起決定性作用[39]，因此，有效打印時(shí)間可定義為新拌混凝土保持良好的工作性并便于打印的時(shí)間段。

顯然，是否具有良好的工作性決定了3D打印混凝土能否用于無(wú)模增材建造，而3D打印混凝土的工作性與測(cè)試方法直接相關(guān)，在一定的測(cè)試條件下才有意義。相同的混凝土采用不同的測(cè)試方法，其工作性可能有顯著的差別，例如在噴嘴尺寸較大的設(shè)備上判斷為擠出性良好的混凝土，在噴嘴尺寸較小的設(shè)備上可能無(wú)法擠出。但是，現(xiàn)有研究成果均基于各機(jī)構(gòu)自主研發(fā)的試驗(yàn)設(shè)備，測(cè)試方法不統(tǒng)一，導(dǎo)致3D打印混凝土的工作性難以界定，而根據(jù)環(huán)境和地區(qū)的差異選擇適量的緩凝劑或促凝劑，能靈活控制凝結(jié)時(shí)間和硬化速度[40]，或能有效解決上述問(wèn)題。

2.2 現(xiàn)階段常用的3D打印水泥基材料

可靠的3D打印建筑材料是實(shí)現(xiàn)3D打印建筑技術(shù)的基礎(chǔ)，也是推動(dòng)3D打印建筑技術(shù)發(fā)展的核心，但同時(shí)3D打印建筑材料也是制約和阻礙3D打印建筑技術(shù)發(fā)展的瓶頸。能否實(shí)現(xiàn)3D打印建筑技術(shù)的應(yīng)用，主要還是取決于3D打印建筑材料的發(fā)展。

丁鑄等[34]介紹了四種常用的水泥基3D打印建筑材料：硅酸鹽水泥基材料、硫鋁酸鹽水泥基材料、磷酸鹽水泥基材料和地聚合物水泥基材料，其中，硅酸鹽水泥基材料和硫鋁酸鹽水泥基材料是由普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥作為主要的膠凝材料，由適用的最優(yōu)粒徑和最優(yōu)級(jí)配的骨料起支撐性作用，以具有一定活性的工業(yè)固體廢棄物粉料作為摻合料，同時(shí)，為滿(mǎn)足擠出性能，還加入了適量的外加劑[2]。藺喜強(qiáng)等[33]選用河北唐山北極熊建材有限公司生產(chǎn)的快硬硫鋁酸鹽水泥（Sulphoaluminate Cement,SAC）、20～40目和40～70目機(jī)制尾礦砂、適量的早強(qiáng)劑和緩凝劑，以及保證材料粘結(jié)性和穩(wěn)定性的自制復(fù)合體積穩(wěn)定劑（Volume Stabilizer,VS）作為打印材料，該3D打印材料能滿(mǎn)足早期強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間等各方面性能要求，促進(jìn)了3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用。磷酸鹽水泥基材料能夠快速硬化和凝固，且早期強(qiáng)度高，具有良好的耐磨性和干縮性。汪宏濤等[41]研究了摻入磨細(xì)粉煤灰對(duì)磷酸鹽水泥基材料凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度及水膠比的影響，對(duì)適用于3D打印建筑材料的性能調(diào)節(jié)有重要意義。

以上四種水泥基材料各自特點(diǎn)，滿(mǎn)足3D打印建筑技術(shù)的要求，但在使用中也面臨許多問(wèn)題。針對(duì)3D打印建筑材料的相關(guān)研究仍處于起步階段，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

3 石灰石粉3D打印混凝土

3.1 石灰石粉的特性

石灰石粉（Limestone Power,LP）主要指由石灰石經(jīng)機(jī)械加工后所得到的微細(xì)顆粒。石灰石和花崗巖是我國(guó)現(xiàn)今使用最廣泛的集料。與花崗巖相比，石灰石的強(qiáng)度較低，易破碎，將其磨細(xì)加工為石灰石粉，加入混凝土和砂漿混合材料，能發(fā)揮微集料效應(yīng)、微晶核效應(yīng)、形貌效應(yīng)、比重效應(yīng)和分散效應(yīng)[42]，是一種用途廣泛的摻合料，能對(duì)混凝土或砂漿性能有所改善，有效降低加工費(fèi)用，還能取代部分集料，改善水泥石的界面結(jié)構(gòu)，有提高水泥石強(qiáng)度的作用[43-44]，并改善混凝土的可泵性、和易性等性能。石灰石在我國(guó)資源儲(chǔ)量豐富，因此石灰石粉被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)。

3.2 石灰石粉對(duì)混凝土性能的影響

水泥生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，必然會(huì)影響生態(tài)環(huán)境。為了減少二氧化碳排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，建筑行業(yè)中常用粉煤灰、礦粉等膠凝材料取代部分水泥，卻面臨粉煤灰資源有限的問(wèn)題。石灰石粉可以替代粉煤灰，摻入了石灰石粉的混凝土，其凝結(jié)硬化、微觀結(jié)構(gòu)及耐久性能都有明顯的變化。在保證混凝土流動(dòng)性一致的情況下，在混凝土中摻入石灰石粉，能減少用水量，進(jìn)而改善硬化后的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密。

周永祥等[5]的研究表明，石灰石粉具有一定的減水效果，在初始坍落度一樣的條件下，隨著石灰石粉摻量的增加，在30min和60min時(shí)間節(jié)點(diǎn)處混凝土坍落度損失逐漸增大。石灰石粉加入混凝土后對(duì)混凝土的工作性具有兩面性，減水性是相對(duì)有利的，而坍落度損失大相對(duì)不利，具體應(yīng)用要結(jié)合實(shí)際綜合考慮。

史才軍等[45]通過(guò)研究石灰石粉在水泥基材料中的作用機(jī)理及對(duì)水泥基材料耐久性能的影響，為石灰石粉水泥基材料的進(jìn)一步探索奠定了基礎(chǔ)，結(jié)果表明，在某種程度上，石灰石粉的粒徑越小或摻量越大，越能加速硅酸鹽水泥的水化，從而提高水泥基材料的性能。劉煥芹等[46]的研究也表明，石灰石粉能加速水泥中硅酸三鈣的水化。張秀芝等[43]的研究結(jié)果表明，石粉在水泥漿體中起到填充、活化、加速的作用。

3.3 石灰石粉在3D打印材料中的可應(yīng)用性

如上所述，3D打印技術(shù)對(duì)所用的材料有特殊要求，其性能要滿(mǎn)足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中建筑物對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性的要求，要有一定的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，打印材料的可堆積性和塑性階段下層材料對(duì)逐漸增加的上層材料的承載力是最重要的性能。3D打印材料的性能要求主要有凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、工作性、層間粘結(jié)性、工業(yè)化生產(chǎn)五個(gè)方面。初凝、終凝時(shí)間間隔的大小決定了打印材料是否有足夠的強(qiáng)度發(fā)展速率，以及是否具有在不同高度的材料自重作用下不變形的承載力。丁鑄等[34]提出四種常用的3D打印水泥基材料，其中之一是硅酸鹽水泥基材料，但是普通硅酸鹽水泥存在水化速度和凝結(jié)速度較慢的問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足3D打印材料的性能要求。為滿(mǎn)足3D打印建筑的要求，混凝土應(yīng)具有凝結(jié)速度較快的特點(diǎn)，而石灰石粉在混凝土硬化中有加速作用，能加速硅酸鹽水泥的水化，將石灰石粉摻入硅酸鹽混凝土中，可彌補(bǔ)硅酸鹽混凝土用于3D打印建筑時(shí)的弊端。

4 存在的問(wèn)題及進(jìn)一步研究方向

3D打印建筑技術(shù)已成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，有廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)精密機(jī)床技術(shù)的發(fā)展成熟，制造符合技術(shù)要求的3D打印機(jī)成為可能。改善原有適用于3D打印建筑材料的相關(guān)性能或探索新的符合3D打印的新型建筑材料成為3D打印技術(shù)的根本，3D打印建筑技術(shù)在不斷進(jìn)步的同時(shí)，對(duì)混凝土的性能有了新的要求。現(xiàn)有的研究只是在常用的3D打印混凝土的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善和加強(qiáng)。目前提出的適用于3D打印建筑技術(shù)的水泥基材料依然面臨許多問(wèn)題，如硅酸鹽水泥基材料存在水化時(shí)間長(zhǎng)、凝結(jié)速度慢的問(wèn)題，可摻入石灰石粉彌補(bǔ)這一弊端。研究具有良好性能，且滿(mǎn)足低能耗、低污染等節(jié)能減排、綠色環(huán)保要求的3D打印建筑水泥基材料是當(dāng)前3D打印建筑技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。針對(duì)3D打印建筑材料，目前依然沒(méi)有具體的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，其評(píng)定指標(biāo)是一個(gè)有待深入研究的問(wèn)題。而節(jié)能減排、綠色環(huán)保將不再局限于3D打印技術(shù)本身，3D打印建筑材料性能的改善也能通過(guò)添加工業(yè)廢料、生產(chǎn)的副產(chǎn)物等來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，3D打印建筑材料評(píng)定指標(biāo)及打印材料的性能仍會(huì)是未來(lái)研究的重要方向，其綠色環(huán)保性也具有重要意義。