综述：基于挤出的两部分3D打印地质聚合物混凝土的力学性能研究：实验室与实际建筑项目的进展回顾

这篇综述系统回顾了基于挤出成型的两部分3D打印地质聚合物混凝土（TP3DPGPC）的力学性能研究进展，重点探讨了材料组成（如FA、GGBS、MK等前驱体）、碱激发剂（NaOH/Na2 SiO3 ）、纤维增强（PP、PVA）及打印参数对压缩强度（CS）、层间粘结强度（IBS）等性能的影响，并对比了一部分（OP3DPGPC）与两部分体系的可持续性优势，为绿色建筑材料的开发提供了重要参考。

　　

引言

近年来，建筑行业通过数字化技术革新推动可持续发展，其中基于挤出的3D打印地质聚合物混凝土（TP3DPGPC）因其低碳排放（较普通硅酸盐水泥减少70% CO₂
）和优异的力学性能备受关注。TP3DPGPC通过碱激发铝硅酸盐前驱体（如粉煤灰FA、矿渣GGBS）形成三维网络结构，其性能受材料配比、打印参数及养护条件多重影响。

地质聚合物反应机制

TP3DPGPC的强度源于碱激发溶解-缩聚反应：碱性溶液（如NaOH+Na₂
SiO₃
）破坏前驱体的Si-O-Al键，形成[SiO₄
]和[AlO₄
]单体，进一步聚合为N-A-S-H凝胶。研究显示，Na₂
SiO₃
/NaOH摩尔比（MR=1.6–2.5）和碱浓度（8–10M）显著影响反应速率，过高浓度可能导致后期析碱（efflorescence）。

材料组成与性能关联

1. 前驱体选择：FA（Class F/C）和GGBS占主导（60%研究），但天然高岭土（MK）因高纯度（Al₂
   O₃
   +SiO₂

90%）成为新兴替代品。MK基TP3DPGPC需更高液固比（L/B=0.73），而FA/GGBS混合体系可降低收缩。

1. 纤维增强：聚丙烯纤维（PP，0.5–1%体积掺量）提升抗弯强度290%，但过载易堵塞喷嘴；天然纤维（如剑麻）应用尚待探索。
2. 添加剂优化：纳米黏土（ANC）和聚羧酸减水剂（PCE）改善流变性，而Na₃
   PO₄
   缓凝剂可延长开放时间至1.5小时。

打印工艺与力学性能

• 各向异性：Z向抗压强度较X/Y向高5%，但层间弱面导致IBS仅为整体强度的15–25%。微波加热（10秒）可提升IBS 132%，因加速表面缩聚。
• 孔隙率：SEM显示未反应FA颗粒和层间孔隙（^图8a
  ）是强度瓶颈，而纳米石墨烯（0.07wt%）填充孔隙使CS提升53%。

实际应用挑战

首栋TP3DPGPC建筑（2023年）采用模块化打印，但存在析碱现象。解决方案包括：

• 钙基激发剂（Ca(OH)₂
  ）替代部分NaOH；
• 使用钾碱（KOH）降低钠迁移风险。

未来方向

推荐开发农业废弃物（稻壳灰）前驱体、机器学习优化配比，并研究抗震性能。天然纤维预处理和纳米纤维素（NFC）增强层间粘结是突破点。

全文通过多维度分析，为TP3DPGPC从实验室走向工程应用提供了理论支撑与技术路线。