在中国建筑材料科学研究总院有限公司（以下简称中国建材总院）混凝土科学与工程技术研究所混凝土3D打印技术中心门前，竖立着一个名为“对话”的混凝土雕塑作品。其造型融合了中国传统酒器爵和现代高脚酒杯两种形象，设计者这样解释其内涵：“以旧砼为体，融3D新技，二百年水泥焕生机。”这是一个用混凝土3D打印技术创作的雕塑，也象征着中国建材总院在3D打印领域取得的创新成果。

不久前的第49届日内瓦国际发明展上，中国建材总院团队自主研发的“基于3D打印混凝土的自动纵向配筋技术”在展览中获得金奖，混凝土3D打印技术有望迎来新的突破。

突破“站不稳”难题

近年来，随着绿色化、自动化成为建筑行业重要发展趋势，混凝土3D打印技术也成为备受追捧的新型建筑技术。

混凝土3D打印技术的两大优势是自动化和个性化。在自动化施工方面，混凝土3D打印技术不需要占用过多的人力资源，只需要借助机器和混凝土材料，便可按照预先设计好的方案进行自动化施工，大大减少了作业人员，提升了施工安全性；个性化方面，3D打印也被称为“柔性铸造”技术，借助高自由度、高灵活性的机器和材料，其不仅能够实现无模成型，还具有高精度等优势，尤其适合建造部分造型独特的小型建筑物。

混凝土3D打印技术优势众多，但在大型建筑的推广应用过程中，其面临的一大难题是“站不稳”。“大型混凝土建筑，想要站得稳、立得牢，通常要在混凝土里植入钢筋，让建筑有‘筋骨’。”中国建材总院混凝土科学与工程研究所高级工程师赵霞介绍，如果按照传统的配筋技术，在混凝土中直接插入钢筋，那么钢筋柱便会阻碍3D打印头的运动，使其无法按照原有设计路线进行打印。“所以要想在混凝土3D打印技术中实现自动配筋，是很困难的，这也是国际上普遍面临的一个难题。”赵霞说。

为了突破这一难题，作为国内较早开展混凝土3D打印技术研究的单位之一，中国建材总院混凝土科学与工程研究所研究团队深入开展技术攻关，在混凝土3D打印层间纵向配筋技术上取得突破，显著增强了混凝土3D打印建筑的抗拉伸和抗剪切能力。

“国外此前的自动配筋技术，多是平行于打印界面的层间横向配筋技术，就像是把钢筋‘躺着’放了进去，这种配筋方式对于建筑物垂直方向的力学性能几乎没有改变。”赵霞介绍，瞄准层间纵向自动配筋技术，团队研发出一整套自动配筋方法和配套设备。这套设备包括打印装置和配筋装置。在打印装置正常挤出混凝土材料的同时，配筋装置将钢筋切短，并可以根据不同建筑的具体结构需求，将短钢筋加工成n型。随后，配筋装置将加工好的钢筋插入挤出的混凝土界面中，并保证至少穿透两层。这两个装置同时独立运行，有效避免了传统手工配筋对打印头行进的阻碍，大大提高了混凝土3D打印配筋效率。

实验结果显示，使用该技术的混凝土3D打印建筑的力学性能有了显著提高，抗压强度提高37.78%，抗拉强度提高56.98%，抗弯强度提高97.87%，为混凝土3D打印技术大范围推广应用奠定了良好基础。

探索更多应用场景

随着自动配筋、可打印水泥基材料、强度评价方法等技术基础不断完善，混凝土3D打印技术也在不断拓展新的应用场景。例如在深圳国际会展中心附近，坐落着全国首个3D打印景观广场，其中的景观建筑物均采用混凝土3D打印方式制造。

中国建材总院混凝土科学与工程研究所所长王振地便认为，当前，混凝土3D打印技术并非一定要用来盖房子。其当下有更加合适的应用场景，例如可以用于园林景观、游乐园卡通人物造型等个性化的雕塑或建筑物。他也表示，混凝土3D打印技术仍然是新事物，在设计标准、评价标准、验收标准等方面仍然存在不少空白，在推广中面临一定阻碍。

目前，中国建材总院等单位正逐步推动混凝土3D打印标准评价体系不断完善，行业和协会团体标准的立项数量正逐步增加。例如，针对传统直拉和三点弯曲方法评价打印混凝土界面结合强度评价存在的难题，王振地团队提出了改进型“十字交叉法”，使施加的压应力在界面处变为拉应力，解决了3D打印混凝土界面结合强度评价难题，并被制定为建材行业标准，为行业发展作出了贡献。

王振地也呼吁，希望有更多的科研单位、学者专家等参与到混凝土3D打印相关标准研究制定中，为行业发展奠定技术基础。