混凝土3D打印是一种新兴的混凝土无模具成型技术。混凝土3D打印工艺的原理与喷射混凝土施工技术有类似之处。它是通过依照程序控制打印喷头，挤出混凝土砂浆使其一层一层的堆积增长，同时控制喷头的移动使其增长成规定的空间构造。这就涉及到一个对于原料的要求，即先打印出的下部层必须保证在后续打印的上部层的重量作用下变形极小，普通的混凝土在挤出后的一定时间内仍是软化状态，不能保证有一定强度，使下部层在后续的堆积中不产生大的变形。所以使用混凝土进行3D打印的前提是，与喷射混凝土施工相类似，原料必须是用快硬水泥，在挤出后堆积过程中即可完成初步硬化。

以目前技术进行3D打印混凝土建筑，需在设计时将建筑进行模块化，将建筑工业化模块用3D打印机打印出来，然后送至施工现场进行拼装。在此过程中，生产施工流程和PC构件工业化住宅基本相同。而不同之处在于，在这些3D打印的墙、板等模块里面，并没有钢筋，而是利用水泥和玻璃纤维结合提高整个混凝土结构的抗拉强度，从而实现用无筋混凝土建造结构。

目前为止，上海的一家建筑公司已经成功用3D打印机建造了两座建筑，一座是位于上海的1100平方米别墅（如图1。2），而另一座是位于苏州的6层住宅楼，而后者也是目前世界上最高的3D打印建筑[3]。可以说，混凝土3D打印技术将是未来建筑行业发展的重要趋势。

图1。2 上海的3D打印建筑的墙壁结构

    整个3D打印过程大致分为三个阶段：数据准备，混凝土制备，打印构件。在数据准备阶段中，将要制造的构件设计成一个三维CAD模型，再转换为STL文件格式，并根据设计好的层厚进行切片。打印的每一层都要创建一个用于打印的代码文件。这些文件会被数控机床识别来控制打印喷头的工作。

    然后，在混凝土制备过程中，需要制备混凝土然后放入原料锅中，再平滑地泵送至打印喷头，打印喷头挤出自密实型混凝土长丝。在这一过程中必须要保证新拌的混凝土保持一定流动性，否则会影响混凝土的运输和挤出混凝土的密实性。图1。3所示为混凝土输送过程和打印头结构的简化示意图。

图1。3 快速硬化水泥的传输系统和打印喷头的示意图

然后是构建的打印过程，打印喷头放置在一个大型的打印框架内，打印喷头装在打印框架内的桁架上，可根据前述的三维数据由数控机床控制移动，而且桁架也可受控改变位置，使打印喷头可以到达整个框架内的任意位置[4]。图示一种现有的3D打印工业化模块的过程使用的3D打印机系统（如图1。4）。

图1。4 混凝土3D打印的大型打印机系统

该图中的打印机系统包括一组数控机床，一个盛放原料的原料锅，一个运送原料的运输泵，以及一个打印喷嘴。打印喷嘴的运动可通过数控机床控制，原料锅放在打印喷嘴的上方，其中的原料由运输泵抽送到打印喷嘴中挤出。通过一层一层地挤出混凝土堆积成型，来达到所需的形状和结构。图1。5所示的混凝土3D打印过程可以清晰的看出这种混凝土砂浆层层堆叠的效果。

图1。5 混凝土3D打印过程

1。3  混凝土3D打印与快速硬化水泥的联系

    事实证明，在混凝土3D打印过程中最关键的属性是新拌混凝土的挤出性和建造性。故本课题主要研究的也是混凝土的制备过程。挤出性可以定义为混凝土穿过运输管流动到打印喷头的能力，也就是混凝土和易性的好坏。和易性是一项综合的技术性质，它与施工工艺密切相关。它是指新拌水泥混凝土易于进行各工序施工操作（运输、浇灌、捣实等）并能获得质量均匀、成型密实的混凝土试样的性能，其含义包含流动性、粘聚性及保水性，又称混凝土的工作性。和易性主要是由混凝土的浓度和混合比（即砂胶比、水胶比、和其他混合物成分的使用配比）影响。通过参考自密实混凝土和喷射混凝土的配比设计可以实现我们需要的良好的挤出性能。良好的挤出性意味着流动度不能太差，流动度太差会影响砂浆抽送泵的运输和喷头的挤出性能。但过高的流动度也会导致黏聚性差，由于3D打印混凝土是一种混凝土无模成型的工艺，每层打印在系统框架内没有模具的约束，流动性过大黏聚性过小会导致砂浆无法形成规定的3维数据设计的形态，失去打印效果。评定新拌混凝土的最佳挤出性的标准，是喷头能把自密实混凝土砂浆拉成具有椭圆形横截面的长丝的水平[5]。