3D打印机用于数字混凝土建筑的大量粉煤灰混合物

​　　南洋理工大学的学生最近发表了《用于数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，学生探索了如何改进机遇粉煤碳的地质聚合物并将其用于建筑的3D打印机。

　　混凝土是世界上使用最广泛的材料之一，承包商现在可以从纤维增强，聚合物制成等材料中选择。使用SCC有许多好处，包括流动性，表面质量，耐用性等。然而，复杂几何形状的制造仍然具有挑战性，需要增加费用和更多的人力。

　　3D打印不仅受到建筑行业工业用户的关注，而且作为一种比常规方法更快、更实惠、更通用的技术，它迅速受到人们的关注。3D打印系统通常包括：

　　● 物料混合罐

　　● 抽料系统

　　● 挤出系统，带有带喷嘴的打印头

　　● 电子控制箱

● 安全系统

▲影响粉煤灰混凝土性能和性能的因素

             

▲地质聚合物碱化的图形模型

　　与计算机辅助设计(CAD)，建筑信息模型(BIM)和各种软件工具相比，3DCP具有更好的拓扑优化，拥有更多的设计机会，制造速度快以及能够构建可能不包含的项目的优势。这项技术还具有减少3D打印对环境的破坏，这是另一个好处，因为目前水泥产量占全球CO2产量的5%。

　　目前，基于粉煤灰的可持续材料看上去非常有吸引力，因为它们可以比普通波特兰水泥生产的二氧化碳排放量少80%，而且机械性能也往往更高。

　　众所周知，触变性是所有3D打印项目的重要特性之一。由于絮凝，PC具有触变性，相关文献表明，在存在任何异物(如FA，沙子，填料)的情况下，其胶体网络会破裂，从而导致触变性丧失。

　　高粉煤灰(HVFA)材料不仅具有低触变性，而且硬化速度慢，具有可持续性，但较差的早期机械性能限制了其在3D打印机项目中的应用。

　　这个问题导致南洋理工大学的学生进行了当前的研究，希望能改善HVFA粘合剂的可印刷性，并全面了解HVFA水泥和地质聚合物。相关公司考虑的第一步是创建可流动的挤出材料，以在整个过程中保持其形状。使用3D打印时，该过程可以直接在建筑工地或将预制零件放在一起然后运输进行组装的其他位置进行。

　　生产的选择可以像常规的墙面元件一样，也可以进行优化以最大程度地减少材料浪费和建筑成本。

　　在新加坡有很多细砂河粉，这可用于制备砂浆。研究小组准备的混合物可改善触变性，因为他们可以测量抗压、抗弯和抗张强度，研究人员还对此进行了微结构分析。最终，研究报告说，粉煤灰水泥尽管在增强HVFA材料的强度方面存在挑战，但也是“可印刷的”。

　　添加了非常少量(<1%)的纳米粘土(NC)通过在微观结构水平上增强触变性来改善早期的力学性能。首次在不同的剪切速率和剪切时间下测试了NC对触变性的影响，发现与对照组相比，添加NC的混合物即使在长时间剪切后也具有稳定粘度恢复的潜力。尽管如此，NC的作用在增加强度增加率(结构积累)方面并不显着，而强度增加率受水合反应的控制更大。

　　砂浆的机械性能也受印刷参数的影响，这是数字制造中的常见问题。与HVFA砂浆相比，还研究了地质聚合物中的粘结强度更高。

　　为了最大限度地发挥像地质聚合物这样的快速硬化的好处，应该使用在线或连续输送系统来代替间歇混合，在混合系统中可以同时混合和沉积物料。这将消除由于材料刚度随时间变化而造成的泵送困难。

尽管最近有使用超细纤维，金属电缆，后张钢筋来提高印刷混凝土延展性的方法，但未来的应用可能会遵循功能梯度材料(FGM)的原理在不同层中产生不同的纤维分布。FGM的3D打印将优化材料的使用，并为建筑结构中的结构应用提供多种功能。

        

▲3D混凝土印刷复杂自由形式模型示例

　　随着3D打印机技术的发展，从办公室和房屋的建造到大规模混凝土打印机的开发，建筑业受到了许多积极的影响。