史庆轩 霍 建 武喜凯 陶 毅
(1.西部绿色建筑国家重点实验室, 西安 710055; 2.西安建筑科技大学土木工程学院, 西安 710055)
生土作为一种天然建筑材料,因其具有取材方便、造价低廉、热工性能好、可重复使用、无污染等优点,一直被广泛应用于世界各地,形成各具特色和风格的生土建筑。我国生土建筑应用较多,从古代留存的烽火台、墓葬和古城遗址等,到近现代的福建客家土楼、西北黄土高原上的窑洞,特别是我国村镇大量采用的夯土建筑和土坯建筑。但由于生土强度低、耐久性不足以及建造工艺独特等,制约了生土建筑的进一步发展。
3D打印技术是适应数字化和智能化而出现的一种新型施工工艺,可极大地提高建造效率、减少原材料的损耗。目前3D打印技术在建筑领域的应用主要针对混凝土和其他水泥基材料。为契合低碳、绿色和智能建造的发展理念,3D打印生土建筑具有潜在的优势,且还可通过就地取材减少运输和施工过程中的碳排放[1-3]。Alhumayani等采用标准生命周期评估法,针对生土和混凝土材料,分析了传统和3D打印等建造方式对环境的影响,认为3D打印生土建筑对环境综合影响最小,传统混凝土建筑对环境综合影响最大[4]。
3D打印生土建筑技术的发展较晚。1997年,美国学者Joseph Pegna首先提出3D打印建筑的设想[5];2010年后,对3D打印生土建筑的配合比设计和材料性能等方面展开研究,并逐步应用于建筑领域[6]。从3D打印生土材料的制备、可打印性能和力学性能等方面对3D打印生土建筑技术的发展现状进行综述,为进一步开展相关研究和技术推广提供参考。
1.1 原材料的组成
为改善生土材料的性能,国内外对生土进行了大量的改性研究。如在生土中添加石灰、矿渣、石膏、粉煤灰等矿物掺合料来提高生土的致密度、耐久性和力学性能[7-8];或在生土中添加稻草、麦秸、聚乙烯纤维等来提高生土建筑结构的抗震性能[9-10]。
为使生土材料在打印时能顺利挤出,Perrot等在研究3D打印生土材料时,采用塑性指数为21、液限为48%、塑限为27%、含水率为45%、最大粒径为1 mm的生土颗粒,此时最大粒径与喷嘴尺寸的比值在1/10左右,具有良好的可挤出性[11]。Curth等采用最大粒径为2～3 mm的生土,添加稻草的最大长度为60 mm,通过3D打印研究了倾斜打印、多位置打印、逐渐改变层高打印等新工艺的特点[12]。Gomaa等采用15%～25%的黏土、75%～85%的砂土、粉土,添加长度为30～50 mm的稻草,通过单轴抗压试验研究了3D打印生土用于建造低层建筑的可行性,发现较长的稻草纤维会造成挤压系统内部的堵塞[13]。黄俊杰在研究3D打印黏土材料的流变性和力学性能时,采用不均匀系数为57、液限为30.9%、塑限为14.1%、塑性指数为16.8、最大粒径小于喷嘴尺寸1/10的颗粒,并通过X射线对黏土进行化学成分分析,发现其主要由氧化钙、氧化铝和二氧化硅组成[14]。Ferretti等采用由30%的黏土、40%的粉土和30%砂土组成的生土,添加具有稳定作用的石灰基黏合剂,其成分为25%～50%的水硬石灰和20%～25%的熟石灰,另外掺加不小于0.1%的聚丙烯纤维、最大尺寸为2 mm的稻壳以及粒径不大于0.6 mm的砂土,通过3D打印技术研究了生土墙片的力学性能[15-16]。
综合已有研究,3D打印生土建筑中常采用最大粒径与喷嘴尺寸的比值在1/10左右的颗粒,植物纤维的最大长度小于60 mm的打印材料。而土的成分、物理和化学性质对打印效果同样影响很大,需要进一步研究形成可量化指标。常见3D打印生土原材料的组成见表1。由表可知,通过添加化学外加剂、纤维的种类和掺量、用水量可对3D打印生土材料的性能进行优化。
表1 3D打印生土原材料的组成Table 1 Material composition of 3D printing raw soil
1.2 流变性
为满足3D打印生土材料泵送、挤出以及挤出成型后形状稳定性的要求,通常在3D打印生土中添加矿物质、化学外加剂或通过改变3D打印生土材料的含水率与颗粒级配等来改善生土的流变性。生土的流变性一般通过流变试验、跳桌试验或坍落度试验等测试。
黄俊杰采用流变试验研究在3D打印生土中添加不同含量的水泥和稻草纤维对流变性能的影响[14],表明屈服应力和塑性黏度随着水泥和稻草纤维含量的增加而增加,并采用Bingham模型通过拟合得出了屈服应力和塑性黏度与水泥和稻草纤维掺量的经验公式;同时,通过跳桌试验发现随着水泥与稻草纤维含量的增加流动度逐渐下降,其在128.75～169.90 mm范围时满足打印要求。朱旻等通过流变试验研究了3D打印生土材料的流变性[23],结果表明添加水后的生土材料为Bingham流体,并通过式(1)计算出生土材料的动态屈服应力和塑性黏度;同时打印发现,当含水率为34%时,流变性与可建造性最优,为46%时,塑性黏度最低,可建造性较差。
(1)
式中:T为扭矩;ω为圆筒转速;L和R1分别为探针长度和半径;R2为流变仪外筒壁半径;η为塑性黏度;τv为动态屈服应力。
Rodiftsis等采用跳桌试验来表征不同配合比下生土材料的流动性,发现不掺加外加物时,流动度在79～101 mm范围内满足打印需求[20]。Kontovourkis等通过打印不同稠度的生土基材料,发现稠度较低的生土流动性很高,但会产生较大的变形[24]。Perrot等通过流变试验测量添加海藻酸盐的生土材料屈服应力,发现当含水率从40%提高到45%时,屈服应力从2.2 kPa减小到1.5 kPa,可实现生土材料流变性能的优化[11]。Karl等通过流变试验研究分散剂对火星土模拟泥浆的剪切应力和表观黏度的影响,结果表明泥浆的流变性与可交换阳离子(Mg2+、Ca2+、Na2+)有关,并提出蒙脱石钠和硫酸镁的相互作用可提高火星生土泥浆的稳定性[25]。Revelo等研究不同添加剂对3D打印高岭土流变性能的影响,发现添加粉煤灰的生土材料流变性最好,其球形颗粒形状便于流动且具有较好的几何形状,提高了稳定性[26]。
1.3 收缩开裂
生土材料在干燥后易出现收缩开裂,原因在于材料多为细颗粒,其较大的比表面积需要更多的用水量。通过优化生土材料和打印工艺可抑制收缩开裂。Mohamed等研究了含水率对3D打印生土建筑稳定性和收缩性的影响[27],结果表明当含水率为25%时,打印试件的最大高度为600 mm、收缩率为2%,且无开裂迹象,如图1a所示。Serdar等通过挤出试验研究了不同配合比以及在打印层间加入纤维对3D打印生土建筑收缩开裂的影响,发现减少黏土含量可降低打印试件的收缩率,而纤维起到连接开裂试件的作用,但不会阻止收缩[28]。Figueiredo等在3D打印陶瓷的研究中,发现打印试件的收缩变形主要有打印试件底层与地面之间产生的摩擦变形和质量分布不均匀引起的变形,质量较少的部分,材料阻止脱水的作用力小,收缩变形大,如图1b所示[29]。Izard等通过研究打印路线对3D打印生土建筑的影响,发现当打印路线为长度超过160 mm的直线时,打印条带会在一个方向上收缩从而开裂;当打印路线为曲线时,打印条带会在两个方向上收缩但不会开裂;因此可采用160 mm的直线和25 mm的曲线相互连接,打印试件会产生收缩但不开裂,如图2所示[30]。Ferretti等对比现浇与3D打印生土的收缩变形,发现3D打印生土试件在硬化阶段的收缩变形是沿着所有方向等百分比变化,其收缩率为2.76%,而现浇试件为2.44%,两者相差较小,意味着挤压过程不会显著改变打印材料的收缩行为[16]。
a—干燥收缩; b—收缩变形。图1 打印试件的收缩[27,29]Fig.1 Shrinkage of the printed specimen
图2 打印路径[30] mmFig.2 Print path
2.1 可挤出性
可挤出性是指3D打印生土材料能够均匀连续地从打印喷嘴中挤出的性能,常采用挤出试验来评估其可挤出性。朱旻等通过挤出试验观察打印试件的成型精度,研究含水率对3D打印黏土浆体可挤出性能的影响,表明最佳含水率为34%[23]。Youssef等使用注射器挤出生土长条,观察长条是否连续和尺寸变化来评价生土材料的可挤出性,如图3a所示[22]。Serdar等采用挤出试验研究了不同配合比下生土材料的可挤出性[28],结果表明粒径较大时无法挤出或者挤出不连续,如图3b、3c所示;稻草纤维的加入会降低打印材料的可挤出性,并发现圆角边喷嘴挤出的生土长条更加平滑均匀,无明显的裂纹。
除挤出试验外,Cruz等使用Pfefferkorn方法评价3D打印陶土的可挤出性,该试验基于一块自由下落板,冲击一个初始高度为40 mm、直径为33 mm的圆柱体,通过改变材料的含水量并进行重复冲击,得出含水量和高度变化之间的关系;研究还发现,当Pfefferkorn塑性指数为35%时,陶土的可挤出性好,如图3d所示[31]。
a—挤出试验[22]; b—手动打印机; c—挤出试验[28]; d—Pfefferkorn方法。图3 3D打印生土材料可挤出性评估[22,28,31]Fig.3 Evaluation of extrudability of 3Dprinting raw soil materials
2.2 打印工艺参数
喷嘴形状和尺寸、喷嘴移动速度、材料挤出速度、打印路径等工艺参数对3D打印生土建筑的成型精度影响显著,目前广泛使用的喷嘴形状为圆形、椭圆形和矩形。Perrot等发现圆形喷嘴打印的生土试件,其层间存在明显孔洞,而矩形喷嘴所打印的试件孔洞较少,抗压强度较高[11]。Serdar等通过挤出试验研究了不同喷嘴形式对打印试件的影响,表明U形、三角形、多孔形喷嘴可打印不同孔隙率的梯度密度生土建筑,既减少原材料的使用,又提高建筑的热工性能,不同喷嘴形式的优缺点如表2所示[28]。
表2 喷嘴形式Table 2 Nozzle forms
喷嘴尺寸为打印精度和打印速度的重要影响因素。Kontovourkis等发现根据打印喷嘴的尺寸可计算出打印试件的材料用量,且尺寸越大,挤出材料越多,建造所用时间越短[32]。Farrokhsiar研究了喷嘴直径与喷嘴高度(喷嘴到打印表面的距离)之间的关系对打印效果的影响,见表3[33]。Gomaa等通过挤出试验研究了含水率、挤压速度、喷嘴高度对3D打印生土材料的流变性影响,发现当喷嘴直径略大于喷嘴高度时,打印的生土条带表面密实平整,可承受后续打印条带的重力且不发生较大变形[1]。
喷嘴移动速度和材料挤出速度对3D打印有重要的影响。Gomaa等通过挤出试验研究发现,当生土材料的挤出速度为喷嘴移动速度的105%～110%时,所引发的“撞击效应”使打印路径变得更加一致和密集,从而获得更高的强度,并建立了基于喷嘴高度和喷嘴尺寸估算实际打印路径宽度的计算式(2),其中膨胀系数随喷嘴高度与喷嘴直径的比值增大而线性减小[17]。
实际打印路径宽度=喷嘴尺寸×膨胀系数
(2)
Wang等采用恒定挤出速度研究了喷嘴移动速度对挤出层的影响[34],发现随着喷嘴移动速度的降低,挤出生土长条的质量也会降低,如图4所示。
图4 单层挤压试验[34]Fig.4 Single-layer extrusion experiment
Wi等通过三维扫描技术量化3D打印生土建筑的打印质量[35],发现在较低的打印速度(30 mm/s)和较高的挤出速度(0.38 mL/s)下,所打印的试件精度最高。Izard等通过挤出试验研究在不同打印路径下,打印速度与打印精度之间的关系[30],结果表明对于直线型打印路径,打印速度在20 mm·s-1以下时打印精度良好,而对于曲线型打印路径,建议将打印速度控制在10～15 mm/s范围以内。Gürsoy研究喷嘴高度和材料挤出速度对打印成型精度的影响[36],结果表明:随着喷嘴高度的增加,变形更加明显,而提高材料挤出速度会导致在喷嘴上堆积生土。Farrokhsiar也研究了喷嘴移动速度与材料挤出速度之间的关系对打印结果的影响[33],结果见表3。
此外,打印路径对打印精度也影响很大。WASP通过在墙体内部打印蜂窝状的构造,既提高可建造性,又形成空隙,起到改善墙体的热传导和隔音性能,并节约了材料[6]。Shi等研究了打印工艺对3D打印生土建筑的影响[37],发现在喷嘴拉力和材料自重的作用下打印生土壁会逐渐往内拉,导致打印层的不对中而打印失败,为纠正偏差,需要在打印路径中加入一个适当的反向环动作,如图5所示。Farrokhsiar通过打印不同角度的生土构件[33],发现随着角度的降低,打印精度从高到低;同时,增加目标点数和拐角处适当延迟可实现打印精度的提升,延长打印的第一条线,可把最初挤出质量不好的打印条带排除在外。
表3 打印工艺参数Table 3 Printing process parameters
a—打印第一步; b—打印第二步,未加反向环; c—打印第三步,未加反向环; d—打印第二步,加反向环; e—打印第三步,加反向环。图5 反向环机构[37]Fig.5 Reverse circulation mechanism
2.3 可建造性
可建造性是指打印材料在无模板支撑的情况下能打印的最大高度,且在这个高度内打印构件无明显的变形或坍塌。影响可建造性的主要因素有生土材料的流变性能、打印工艺等。Wi等打印一个每层厚度2 mm、宽度5 mm的20层空心圆柱体试件,通过观察打印后试件变形程度、表面粗糙度来评估生土材料的可建造性[35]。朱旻等打印一个每层厚度1 mm的30层生土试件,为量化表征生土材料的可建造性,其相对偏差Ds计算如式(3),Ds越小,生土材料的可建造性越好;同时,进一步研究含水率、喷嘴移动速度和打印层高对可建造性的影响[23],发现含水率为34%时可建造性最优,而较大的喷嘴移动速度和打印层高会产生严重的变形,降低可建造性。
(3)
式中:Ds为相对偏差;L、W、H分别为试件实际测量的长度、宽度和高度;L0、W0、H0分别为试件的理论长度、宽度和高度。
此外,Youssef等通过圆锥贯入仪试验评价不同配合比下生土材料的可建造性[22],发现当圆锥贯入仪测量值为14 mm时,生土材料不可打印。Kontovourkis等通过打印不同悬垂角度的生土空心试件,观察结构是否变形或坍塌来评估生土材料的可建造性[32]。在打印试件内部填充支撑材料可用于提高可建造性,如Gomaa等在墙体内部采用蛇形的打印路径以优化结构性能,从而得到580 mm的最大打印高度[17]。Perrot等通过在土中添加海藻酸盐聚合物调节材料的凝结硬化[11],发现海藻酸盐可以更快地提高材料强度,使其快凝快硬,从而提高可建造性。同样在土中添加熟石灰与水发生化学反应,可快速凝结硬化。并且3D打印技术不需要模板支撑,打印的建筑可快速风干凝结硬化,提高可建造性。
综上所述,目前对于3D打印生土材料可建造性的评价大多以试验为主,而缺少理论预测研究,有必要通过理论研究建立材料的失效准则,以预测可建造性的优劣,并通过试验来验证,建立一个标准化的衡量方法。
3.1 抗压强度
对3D打印试件进行力学试验时,3D打印混凝土与3D打印生土的试件制备有较大差异。3D打印混凝土通常对打印试件进行切割和抛光处理,从而得到光滑的标准试件;而3D打印生土通常采用原状打印试件进行试验。Gomaa等采用原状3D打印生土圆柱体进行抗压试验,并在加载台上涂润滑油以减少摩擦,如图6a所示[13]。Ferretti等对3D打印生土试件进行抗压试验时,仅对打印试件表面进行简单的手工打磨,去除表面多余材料以保证荷载分布均匀,如图6b所示[16]。在3D打印试件的养护和龄期方面,Perrot等将3D打印生土试件保存在温度为20 ℃、相对湿度为50%的环境中[11]。朱旻等将3D打印黏土试件放在20 ℃的环境下风干24～72 h[23]。黄俊杰将3D打印生土试件放在20 ℃的环境下风干24 h,测量3,7,17,28 d的抗压强度,如图6c所示[14]。
a—圆柱状试件[13]; b—蜂窝状试件[16]; c—矩形试件[14]。图6 3D打印生土试件的制备Fig.6 Preparation of 3D printing raw soil specimens
综合已有研究,将3D打印生土试件的尺寸和加载速率整理于表4。由表可知,目前对3D打印生土试件尺寸和加载速率等方面无统一规定。
表4 抗压强度试验中试块尺寸及加载速率选取Table 4 Selection of test block size and loadingrate in compressive strength test
对于3D打印生土建筑的抗压强度研究,主要涉及材料组成和打印工艺。Perrot等在生土中添加海藻酸盐聚合物,发现打印材料具备更高的早期强度,减少试件的变形;同时,垂直于打印方向施加荷载,测得抗压强度为1.7 MPa,与传统生土建筑基本一致[11]。Youssef等对添加氢氧化钠和减水剂的3D打印生土试件进行抗压强度试验[22],表明在144 kN/min的加载速率下,最大抗压强度为20 MPa。Alothman等发现在生土中添加纤维可以提高打印生土建筑的刚度,减小变形[38]。喷嘴形状、喷嘴移动速度、材料挤出速度和打印路径等对3D打印生土试件的强度也有较大的影响,但目前缺乏相关试验研究[9,14,20]。
此外,Gomaa等通过单轴抗压试验,测得3D打印生土试件的抗压强度[13],发现试件表现出准脆性响应,属于剪切破坏;同时与传统生土试件相比,打印试件抗压强度没有下降。黄俊杰采用抗压试验研究不同水泥和稻草纤维掺量下3D打印生土试件的破坏形态[14],发现不掺加稻草的试件会产生贯穿的纵向裂缝,有明显的脆性破坏特征;而随着稻草纤维掺量的增加,其网格化约束使试件不存在明显的薄弱面,裂缝主要集中于试件的边角,未出现整体破坏现象,表现为塑性破坏特征,其受压破坏形态如图7所示。同时,研究打印生土试件抗压强度的各向异性,发现稻草掺量为3%时各向异性指数最小。
a—无稻草; b—1%稻草含量; c—3%稻草含量; d—5%稻草含量。图7 试件受压破坏形态[14]Fig.7 Failure states of specimens
Ferretti等通过单轴抗压试验研究现浇和3D打印试件的受压破坏形态以及抗压强度的各向异性[15-16],结果表明打印试件的破坏由边缘向内部扩展,与现浇试件的破坏形态类似均为锥形破坏;两者差别在于,打印试件内部的蜂窝结构阻止了裂缝向内部扩展,使其破坏后仍保持一定的承载能力,其破坏形态如图8所示;同时,对比应力-应变曲线,发现现浇试件的破坏属于脆性破坏,而打印试件的挤压过程赋予打印材料特殊的力学性能,使其介于脆性材料和塑性材料之间,极限应力约为峰值应力的53%,如图9a所示;进一步对打印试件抗压强度各向异性进行研究,分析轴向应力分别与轴向应变和水平应变之间的曲线关系,发现轴向应变有滞回效应且表现出弹塑性特征,而水平应变没有滞回效应且表现为塑性特征,如图9所示。
a—加载前; b—加载后; c—剥落后; d—现浇试件加载后。图8 试件受压破坏形态[15-16]Fig.8 Failure states of specimens
a—打印试件的轴向应力-轴向应变;b—打印试件的轴向应力-水平应变。图9 受压试件的应力-应变曲线[16]Fig.9 Stress-strain curves of specimens under compression
3.2 层间黏结强度
3D打印逐层堆叠的施工工艺使层间易形成薄弱面,选择合适的打印设备、打印工艺和打印材料可弥补层间黏结强度低的缺陷。Perrot等发现使用圆形喷嘴打印的试件中间会产生孔洞,而矩形喷嘴打印的试件良好,如图10a、10b所示[11]。Matiz等发现纹理喷嘴可以提高层间黏结强度,但其打印精度却受到影响,需进一步优化两者之间的关系,如图10c所示[39]。Serdar等发现3D打印生土建筑的层间黏结强度很大程度上取决于边界曲面和材质混合,并且挤出角度和喷嘴也影响着层间黏结强度,当挤出角度垂直于打印表面时层间黏结强度最大[28]。Shi等发现较小尺寸喷嘴所打印的生土试件,其层间黏结性较差,可在打印层上形成额外的接触点以增强层间黏结[37]。Hamard等发现土壤的组成对打印试件黏结性能有显著影响,并认为由15%～25%的黏土和75%～85%的砂土、粉土组成的生土最优[2]。层间时间间隔对层间黏结强度同样影响显著。然而,目前对于3D打印生土建筑的层间黏结性能研究相对不足,有必要进一步开展针对性研究。
a—圆形喷嘴[11]; b—矩形喷嘴[11]; c—纹理喷嘴[39]。图10 不同喷嘴打印Fig.10 Printing with different nozzles
Ferretti等通过抗压试验研究3D打印生土建筑破坏的两种临界状态[16]:一是打印外壳与内部填充物之间的破坏,二是层间黏结强度差导致的破坏。对第二种临界状态,此试件各打印层之间有良好的内聚性,其破坏形成一个与打印层相交的滑动面,且各打印层之间无明显不连续现象,强度与现浇试件相当。Wang等通过抗弯试验研究加载方向、喷嘴直径和养护条件对3D打印生土试件黏结强度的影响,发现垂直于打印方向加载时,裂缝会产生在加载区域周围,而沿打印方向加载时,试件在层间黏结处失效,试件加载和破坏特征如图11所示[34];同时,通过应力-应变曲线发现层间黏结处始终是试件的薄弱部分,尤其当层间存在弯矩时;进一步研究发现,层间黏结强度很大程度上取决于喷嘴的原始尺寸,而风干过程可以提高黏结强度。
a—加载; b—垂直于打印方向产生的裂纹;c—沿打印方向产生的裂纹。图11 黏结试验[34]Fig.11 Bonding test
3D打印生土与3D打印混凝土两者相同之处在于其打印参数与流动性相近,通过跳桌试验测得直径在129～170 mm范围内流变性较好,最大粒径与喷嘴直径的比值不大于1/10。而不同之处在于3D打印生土是以黏土为胶结材料,3D打印混凝土以水泥或其他辅助胶凝材料为胶结材料,造成了强度、收缩和凝结时间的差异。
相比传统施工技术,3D打印生土建筑技术优势明显,有较好的应用前景。目前代表性的应用实例有:加泰罗尼亚高级建筑研究所(IAAC)于2017年在巴塞罗那打印的一座大型生土展馆(图12a)[40];意大利3D打印机制造商WASP在2018年花费10 d打印的一座厚度为400 mm、建筑面积为30 m2的生土房屋,其材料总成本为900欧元(图12b)[6];并于2021年在迪拜打印的一座生土商店(图12c)[41];Mario Cucinella建筑师事务所和WASP公司花费200 h,打印的一座60 m2的生土房屋,其中共打印了350层,每层高度为12 mm(图12d)[42]。
除现场打印外,生土建筑还可在工厂打印后现场组装。2017年,香港大学采用2 000块生土砖组装了一座类似榫卯结构的扭曲塔楼,其中每一块形式和尺寸不同的生土砖都由生土打印而成(图12e)[43]。IAAC通过打印55个模块,组装一个长为2 850 mm、厚为350 mm的墙,其中每一个模块都经过参数设计从而打印不同形状,实现对太阳辐射、气流和结构性能的优化(图12f)[44]。
a—生土展馆[40]; b—生土房屋[6]; c—生土商店[41];d—生土房屋[42]; e—扭曲塔楼[43]; f—生土墙[44]。图12 3D打印生土应用实例Fig.12 Application examples of 3D printing raw soil
1)现阶段关于3D打印生土建筑工艺参数的研究发现,当喷嘴移动速度小于材料挤出速度、喷嘴高度小于喷嘴直径时打印效果较好。此外,各个影响因素相互耦合作用下对打印试件性能的影响,还需要系统性的研究。
2)对于3D打印生土材料工作性能的研究多集中在材料的流变性和可建造性测试方面,发现跳桌流动度在129～170 mm时流变性与可建造性较好。同时不同研究人员所使用的流变仪与流变性能表征方法也各不相同,造成试验结果的规律性和可比性很差,缺乏统一评价标准。有必要针对3D打印生土材料的流变性、可挤出性和可建造性等建立统一的评价标准,进一步明确流变性能与可挤出性和可建造性之间的关系。
3)目前国内外对3D打印生土建筑的力学研究主要为抗压强度,大致在0.8～2.4 MPa范围内,其抗压强度相对较低,开裂问题明显,有必要对其进行改性研究。而对抗折强度和层间黏结强度的研究很少。试验方法、试件尺寸、养护方式等缺乏统一标准,导致各个试验结论差异较大。有必要制定3D打印生土力学性能的试验规范。
4)我国地震发生范围广、频率高、强度大,而3D打印生土建筑本身所具备的特殊构造在地震所引发的特殊荷载作用下能否保持结构的稳定性有待进行系统研究。
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