一、大勢(shì)所趨，未來(lái)已來(lái)

2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，在全球范圍內(nèi)引發(fā)了新一輪的工業(yè)轉(zhuǎn)型競(jìng)賽，標(biāo)志著第四次工業(yè)革命拉開(kāi)大幕。智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流成為其三大主題，而3D打印技術(shù)則是智能生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

3D打印，也稱增材制造，是基于三維模型，采用與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)相反的逐層疊加材料的方式，直接制造與相應(yīng)數(shù)字模型一致的三維物理實(shí)體模型的制造方法。目前，3D打印技術(shù)涵蓋建筑、工程建造、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航空、軍事、工程學(xué)、口腔和醫(yī)藥工業(yè)、生物科技、時(shí)尚、鞋類、珠寶、眼鏡、教務(wù)、地理信息系統(tǒng)、飲食等領(lǐng)域。中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模從2016年的53.8億元快速增長(zhǎng)至2020年的203億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)39.37%。預(yù)計(jì)在政策等利好因素驅(qū)動(dòng)下，2022年其市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至321.6億元。

隨著全球城市化進(jìn)程加快和智能建造技術(shù)的快速發(fā)展，3Ｄ打印混凝土技術(shù)已經(jīng)成為全球研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。近年，3Ｄ打印混凝土技術(shù)建造的房屋已經(jīng)在美國(guó)、歐洲等國(guó)家中走向市場(chǎng)化，阿聯(lián)酋提出到2030年迪拜將有25%的房屋由3D打印技術(shù)建造。中國(guó)是全球的建筑大國(guó)，隨著建筑工業(yè)化、智能化的不斷發(fā)展，智能建造已經(jīng)成為未來(lái)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，3D打印混凝土技術(shù)具有數(shù)字成型，免模施工，省工省料、建筑效率高，造型多變等特點(diǎn)，在建筑領(lǐng)域迅速發(fā)展，已經(jīng)成為智能建造的先鋒官。

混凝土是由膠凝材料、骨料、水以及必要時(shí)加入的外加劑和摻合料等按一定比例配制并經(jīng)均勻攪拌而成，混凝土作為打印材料，使其與金屬打印、塑料打印等具有顯著的不同。

《混凝土3D打印技術(shù)規(guī)程》T/CECS 786-2020中，對(duì)打印材料進(jìn)行了初步規(guī)定，《建筑3D打印材料通用技術(shù)規(guī)程》和《3D打印混凝土預(yù)混料》兩部在編標(biāo)準(zhǔn)中還將進(jìn)行細(xì)化規(guī)定。

（一）配置3D打印混凝土的基本規(guī)定

1. 打印制品不同，要求不同。用于結(jié)構(gòu)3D打印的混凝土其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30，用于預(yù)制構(gòu)件3D打印的混凝土其強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40，3D打印構(gòu)件中填充的普通混凝土應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求且強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25。

2. 粗骨料的要求。配置3D打印混凝土的粗骨料宜選用級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地堅(jiān)固的碎石或卵石，最大粒徑不應(yīng)超過(guò)打印頭出口內(nèi)徑的1/3，且不宜超過(guò)16mm。

3. 細(xì)骨料的要求。配置3D打印混凝土的細(xì)骨料宜選用級(jí)配II區(qū)的中砂。當(dāng)3D打印混凝土中無(wú)粗骨料時(shí)，細(xì)骨料的最大粒徑不應(yīng)超過(guò)打印頭出口內(nèi)徑的1/3。

4. 配置3D打印混凝土可采用粉煤灰、?；郀t礦渣粉、鋼渣粉和硅灰等礦物摻合料，且滿足國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)采用其他礦物摻合料時(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。

5. 配置3D打印混凝土的外加劑、纖維、拌合水、養(yǎng)護(hù)水及其他材料，均勻滿足國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（二）3D打印混凝土的性能要求

1.3D打印混凝土拌合物在泵送前和泵送后均不應(yīng)離析和泌水，凝結(jié)時(shí)間應(yīng)滿足可打印時(shí)間的要求。

2. 新拌3D打印混凝土的流動(dòng)性、可擠出性、支撐性應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3. 3D打印混凝土的力學(xué)性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，檢驗(yàn)方法應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081的有關(guān)規(guī)定。

4. 硬化3D打印混凝土的力學(xué)性能、長(zhǎng)期性能和耐久性能除應(yīng)滿足工程設(shè)計(jì)、施工和應(yīng)用環(huán)境要求，尚應(yīng)滿足國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003和《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50476的有關(guān)規(guī)定。 

國(guó)外從事混凝土3D打印設(shè)備研制的機(jī)構(gòu)主要有美國(guó)的ICON、Mighty Buildings、SQ4D、Diamond Meat、Branch，丹麥的COBOD，荷蘭的Cybe、Vertico，法國(guó)的XtreeE，意大利的WASP，德國(guó)的PERI、俄羅斯的APisCor、法國(guó)的Constructions-3D等。

目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的混凝土3D打印機(jī)，可以分為龍門式、機(jī)械臂式、移動(dòng)式、塔吊式及組合式等，包括攪拌系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、打印頭、X/Y/Z軸移動(dòng)系統(tǒng)（或機(jī)械臂）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、框架及輔助功能系統(tǒng)等組成。國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的混凝土3D打印機(jī)，主要有桌面級(jí)、實(shí)驗(yàn)室級(jí)、機(jī)器人級(jí)和工業(yè)級(jí)四種。

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