概述：3D打印混凝土技术在澳大利亚的最近研究进展(2)

时间：2021-08-12 09:01 来源：硅酸盐通报作者：admin 阅读：次

2.2 斯威本科技大学近期研究

斯威本科技大学研究团队的侧重点主要是3D打印纤维增强地聚物混凝土的制备和性能。相较于传统以硅酸盐水泥为胶凝材料的混凝土，地聚物胶凝材料由于其特殊的流变学特性而被认为更适合应用于挤出式3D打印混凝土中。Al-Qutaifi等研究了打印间隔时间对纤维增强地聚物混凝土抗弯强度和层间粘合力的影响。由减少时间间隔所导致的层间粘聚力的增强可以有效提高抗弯强度。Nematollahi等研究了不同PP纤维体积掺量对新拌和硬化后3D打印地聚物混凝土的作用，增加PP纤维的掺量可能会对层间粘合力产生一定负面影响，但同时可以使打印出的条状材料更好地保持形状。当纤维体积掺量增加到0.75%~1.00%时，3D打印地聚物混凝土出现应变强化。

Bong等研究了如何优化室温养护下的3D打印地聚物材料，包括不同种类的氢氧根碱性激发剂（HS）和硅酸根碱性激发剂（SS），以及二者的质量比在内的多种因素均可影响打印地聚物胶凝材料的新拌和硬化性能。激发剂以Na+为主时比以K+为主时制备的胶凝材料工作性更好；在相同SS/HS比例下，模数为3.22（SiO2/Na2O）的硅酸钠溶液制备的试样形状保持性比对应模数为2.00的更好；无论SS种类或SS/HS比例如何，激发剂以Na+为主时制备的地聚物具有更高的抗压强度。综上，可以通过控制激发剂种类和掺量的方式来提高3D打印地聚物混凝土的性能。

挑战与机遇

尽管当前针对3D打印混凝土的研究层出不穷，但相关领域仍然存在许多挑战和技术问题：

(1)除了添加纤维以外，在如何与混凝土挤出流程中同步实现增韧强化方面需要更多的研究。

(2)尽管3D打印混凝土相较于传统混凝土浇筑方式可以适应复杂设计和自由式建筑，但优化、可持续性和有效减重等真正内涵并未得到充分探索。在3D打印混凝土的数值模拟阶段可引入拓扑优化方法用于优化打印出的结构，但将此方法直接应用于混凝土的结构设计有一定困难。

(3)3D打印混凝土不同层之间的粘结力主要通过抗拉强度和抗剪强度进行表征。当前大部分研究集中于抗拉强度，对于抗剪强度的研究还相对不足。

(4)关于3D打印混凝土对环境的影响和经济性评价还不够。与传统意义上的混凝土结构相比，其全寿命周期评估等相关研究十分有限。

此外，3D打印混凝土技术的迅猛发展也带来了新的研究方向与机遇：

(1)微观表征技术的应用：当前研究重点仍旧偏向于宏观力学性能分析，而对微观尺度的研究能为宏观性能提供具体材料层面的理论支持，也将会进一步加深和完善对于3D打印混凝土力学性能的理解。

(2)打印材料的耐久性：对挤出型3D打印混凝土的研究重点为流变性、可建造性、力学性能的各向异性以及层间粘结性。考虑到打印结构与建筑本身的服役时限和环境，有必要对材料结构的耐久性进行细致研究，通过对3D打印混凝土的耐久性进行量化评估，以便比较不同3D打印混凝土的耐久性，可最终实现3D打印混凝土耐久性的预测和提升。

(责任编辑：admin)

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