建築3D列印技術能造高樓嗎？看看這種新型煅燒粘土基水泥

aau訊（編輯 凌琦韻）近日，來自代爾夫特理工大學的一組研究人員研製出一種用於擠出3D列印的新的煅燒粘土基水泥。與傳統水泥相比，新型材料具有更強的流動一致性、更強的可建造性和更強的水合特性，這對於實現精確擠出的關鍵。

低等級（左）和高等級（右）煅燒粘土的電子顯微圖

混凝土3D列印

用混凝土進行3D列印是增材製造行業的一個較為特殊的領域之一，但與傳統模板相比，它無疑具有優勢。其完全消除了實際構建模板的需要，而且看似不可能完成的複雜幾何建築比以往任何時候都更容易完成。混凝土3D印表機還可以在很大程度上優化材料使用，削減成本並減少列印過程中的浪費。

除了印表機，用於建造結構的水泥可能是影響其質量的最關鍵因素。3D可列印混合物需要表現出穩定的流動性和低粘度，這意味著它們應該以恆定的速度擠壓，並在凝固後保持在原位。有時，低質量的水泥混凝土一旦被更多層堆積在其上，就會導致「下陷」，失去形狀穩定性和隨後的尺寸精度。

煅燒粘土基水泥

為了研製出具有優良機械性能和列印性能的水泥混合物，研究人員研究了煅燒粘土—粘土在850°C的爐中經過長時間的噴砂處理。它以其出色的抗壓強度和成本效益而聞名，使其成為標準混凝土的極具吸引力的替代品。

這項研究涉及對兩種不同等級的煅燒粘土進行試驗，高等級粘土（含量95%的偏高嶺土）和低等級粘土（含量50%的偏高嶺土）。這兩種等級的粘土以不同的比例與波特蘭水泥混合，並在大學實驗室的定製擠出機上列印出來。該設備包括一個輸送泵，以及連接到一個大的CNC操作臺上的材料軟管和噴嘴。

實驗室自定義列印裝置

值得一提的是，該團隊發現將高純度含量從0wt%提高到50wt%，可以在增加混合物尺寸穩定性的同時最大化流動一致性。這種可建造性的增強是由於較高的煅燒粘土含量降低了平均粒間距離。這在以前，這是有成本的，因為列印的樣品在七天之後抗壓強度會變得較低。研究人員現在相信，他們可以微調配方，在不犧牲強度的情況下最大化的優化列印性能。

煅燒粘土-水泥印紋試驗

關於此研究的更多細節可以查看題為」不同等級的煅燒粘土對用於3D列印的三元混合膠凝材料的硬化性能的影響」」的論文。該論文由Yu Che、 Claudia Romero Rodriguez、Zhenming Li、Boyu Chen、OğuzhanÇopuroğlu、 Erik Schlangen共同撰寫。

3D列印混凝土一直是學術界研究的熱點問題。南洋理工大學的科學家們開發了一個專門用於3D列印混凝土的單機器人工業平臺，六軸機械臂能夠列印出不同尺寸的結構單件。諸如此類的研究的最終目的是加速整個領域向前發展。

這不僅僅是學術領域，德克薩斯州的ICON建築公司最近與美國政府支持的國防創新部門合作，在彭德爾頓海軍基地進行3D列印混凝土結構。兩家公司最初訓練了8名海軍陸戰隊員使用ICON公司的混凝土3D印表機，並在36小時內成功地列印出整個汽車外框架結構。