本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種建筑3D打印油墨及其用途。
背景技術：
國內外迅速崛起3D打印建筑是基于計算機控制的3D打印設備，通過打印疊層材料技術建造起來的建筑物。目前3D打印建筑所采用的材料還不成熟，我國上海采用的是建筑物廢棄材料，將其粉碎磨細，加水泥、纖維、有機粘合劑等，制成牙膏狀的“油墨”，進行打印。荷蘭的專家采用了樹脂及塑料類的材料；美國人采用了樹脂砂漿類、粘土類、混凝土類材料進行3D打印建筑試驗。
CN1755043A公開了一種建筑用植物輕質復合墻板，其由以下兩種不同的鎂質水泥化學復合制成，a.取重量比40-60％的輕燒粉，19-30％的鹵粉，20-30％的水，0.01-15％的外加劑，混合成改性氯氧鎂水泥，再加入輕燒粉與鹵粉合重量12-18％的植物纖維，在攪拌機中混合均勻，注入模具中，中間夾放玻璃纖維，搗實、抹平做為墻板的內層。b.取重量比31-68％的輕燒粉和68％-32％沙子，加水拌合成硅氧鎂水泥沙漿，再將硅氧鎂水泥沙漿注入模具中已經鋪好做墻板內層還沒固化的改性氯氧鎂水泥上面，搗實、抹平做為墻板的外層。解決了氯氧鎂水泥制的植物輕質墻板的反鹵、龜裂、翹曲、連接縫開裂的問題。
CN102079651B公開了一種玻璃纖維增強水泥制品，按重量百分比由下列原料制造而成：各原料重量百分比之和等于100％，其特征在于：制造方法的工藝步驟為：第一步，水泥漿料攪拌：按照上述原料的比例進行配料，往攪拌桶中依次加入水、聚合物乳液、減水劑、礦砂、低堿度硫鋁酸鹽水泥、超細色粉，高剪切攪拌機攪拌，獲得水泥漿料；第二步，玻璃纖維水泥漿料攪拌：在部分上述水泥漿料中加入生產所需耐堿玻璃纖維絲，慢速攪拌均勻；第三步，將上述兩步攪拌所得漿料分別且分步澆注到預備好的模具中，第一步漿料澆注后加耐堿玻璃纖維氈加固，兩次澆注后借助振動辦法獲得結構良好的GRC制品；第四步，脫模：將固化后的半成品從模具中脫離出來，并進行邊角處理，去除邊角的毛刺；第五步，加熱養護：加速GRC水化反應成型；第六步，打磨、酸洗、水洗：打磨去除鋒利的邊角及毛刺后，將半成品浸在酸液中清洗，去除半成品表面結合不良的顆粒，酸洗之后再中和遺留在半成品的酸液，然后，用水將半成品表面沖洗干凈；第七步，烘烤：蒸發半成品表層的水份；第八步，上色。
CN104072080B公開了一種高抗折強度混凝土,其特征在于由下列重量份的原料制成：玻璃纖維50-70、米糠10-15、玉米酒精糟10-20、二甲基苯磺酸2-3、硅溶膠8-11、壬基酚聚氧乙烯醚1-2、硅酸鋁空心球20-30、重晶石粉120-140、水泥160-180、碎石500-550、硅粉70-90、黃沙100-130、抗凍劑10-15、水適量、助劑20-30。
上述三份專利技術中所利用的玻璃纖維用于增強建筑材料，三份專利技術中的玻璃纖維與其他成分的比例并不能用于3D打印材料，3D打印材料需要通過輸送管道并經打印頭的打印才能成型，因此打印材料應具有良好的流動性，但是如果流動性太好就無法滿足3D打印過程中的豎直堆積性能，所以無法作為3D打印材料使用；而且在打印過程中上層材料的堆積會對下層材料形成壓力，如果下層材料在短時間內沒有形成足夠的強度，就會在壓力作用下變形，所以打印材料還應具有較快的初凝時間和較高的初凝強度。所以上述技術中僅將玻璃纖維添加到建筑材料中并不能達到打印所需要的性能效果。
技術實現要素：
為解決建筑3D打印油墨強度和流動性問題，本發明提供了如下的技術方案：
一種建筑3D打印油墨，所述3D打印油墨包含纖維、凝固劑和固體小顆粒物，纖維重量占油墨總重量的重量百分比為1％到6％，凝固劑和固體小顆粒的重量比為(1-6):(0-6)，所述3D打印油墨的坍落度比K的范圍為20％≤K≤50％，所述固體小顆粒物的平均體積1×10-3-0.9cm3。
優選的，所述固體小顆粒物的平均體積5×10-2-0.5cm3。
優選的，所述固體小顆粒物的平均直徑1-12mm。
優選的，所述凝固劑和固體小顆粒的重量比為(1-6):(1-6)。
優選的，所述固體小顆粒物的平均直徑1-10mm。
優選的，所述固體小顆粒物的平均直徑4-8mm。
優選的，所述3D打印油墨的坍落度比K的范圍為20％≤K≤40％。
優選的，所述3D打印油墨的坍落度比K為30％。
優選的，所述纖維為無機纖維或有機纖維，且單根纖維的長度范圍為10-30mm，單根纖維的平均直徑小于等于8mm。
優選的，所述長度為10-20mm與20-30mm的單根纖維的質量比為1:1-2，單根纖維的平均直徑為小于等于2mm。
優選的，所述單根纖維的平均直徑為0.1mm。
優選的，所述長度為10-20mm與20-30mm的單根纖維的質量比為1:1.5。
優選的，所述無機纖維為玻璃纖維、石英玻璃纖維、硼纖維、陶瓷纖維和金屬纖維中的一種或多種；
所述有機纖維為滌綸、腈綸、錦綸、天然碳纖維、丙綸或高性能纖維中的一種或多種；
所述高性能纖維為芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚對苯撐苯并雙噁唑纖維、聚對苯并咪唑纖維、聚苯撐吡啶并二咪唑纖維和聚酰亞胺纖維中的一種或多種；
所述天然碳纖維為植物秸稈或食品加工纖維殘渣。
優選的，所述凝固劑為水泥、石膏、石灰、黃泥、黃土中的一種或多種；
所述3D打印油墨還包括助劑，所述助劑為減水劑、強凝集、粘結劑中的一種或多種；
所述固體小顆粒物為河沙、海沙、煤灰、石子、礦渣、爐渣、建筑垃圾粉粹顆粒中的一種或多種。
本發明還提供一種由上述的3D打印油墨制備得到的固相物體，所述固相物體的抗彎強度≥35MPa，抗壓強度≥75MPa(特殊要求除外)，抗拉強度≥8MPa、和/或抗沖擊強度≥29MPa。
優選的，所述固形物體的制備方法為：將纖維、凝固劑和固體小顆粒物充分混合，通過8分鐘至8小時凝固獲得。
本發明還提供一種上述3D打印油墨的用途，所述用途是用于建筑物的3D打印，增強建筑物的抗彎強度，抗壓強度，抗拉強度和/或抗沖擊強度。
本發明的有益效果：
1)本發明的3D打印油墨打印過程中初凝時間短，且具有較高的初凝強度；
2)本發明的3D打印油墨中纖維所占的比例使3D打印油墨具有較好的韌性和流動性；
3)本發明的3D打印油墨中單根纖維長度為1-2mm與10-15mm的比例增強了3D打印油墨抗彎、抗壓、抗拉、抗沖擊強度；
4)本發明的3D打印油墨在本發明技術方案的設計下，即纖維的比例、凝固劑和固體小顆粒的重量比、以及油墨的坍落度比K的范圍使其打印的固相物體抗彎強度≥35MPa，抗壓強度≥40MPa，抗拉強度≥8MPa、和/或抗沖擊強度≥29MPa。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作進一步說明：
實施例1
一種建筑3D打印油墨，將水泥100kg、河沙100kg送入干粉攪拌機進行混合攪拌，其中河沙的平均體積為3.4×10-2cm3，平均直徑為6mm，攪拌機轉速為1000-2000r/m之間，時間在30-60s，攪拌溫度為常溫；取單根玻璃纖維平均直徑為0.1mm玻璃纖維4kg,將玻璃纖維切割長度為10-30mm，其中15-25mm占60％，將切割好的玻璃纖維加入上述混合物中進行攪拌，攪拌機轉速為2000-2500r/m之間，時間在10-60s，攪拌溫度為常溫；然后將上述的干混合物送入混合攪拌機中，加入水50kg,混合攪拌均勻，得到本發明的建筑3D打印油墨，本實施例1的3D打印油墨的坍落度比指標K為30％。
實施例2
本實施例2不含固體小顆粒物，將水泥200kg；取單根玻璃纖維平均直徑為0.5mm玻璃纖維5kg,將玻璃纖維切割長度為10-20mm和長度為20-30mm的，其中長度為10-20mm與20-30mm的單根纖維的質量比為1:1.5，將切割好的玻璃纖維與上述水泥混合進行攪拌，攪拌機轉速為2000-2500r/s之間，時間在60s，攪拌溫度為常溫；然后將上述的干混合物送入混合攪拌機中，加入水60kg,混合攪拌均勻，得到本發明的建筑3D打印油墨，本實施例2的3D打印油墨的坍落度比指標K為35％。
實施例3
將黃泥100kg、礦渣250kg送入干粉攪拌機進行混合攪拌，其中礦渣的平均體積為0.27cm3，礦渣的平均直徑為8mm,攪拌機轉速為2000-2200r/s之間，時間在30-45s，攪拌溫度為常溫；取平均直徑為2mm的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維10kg,將聚對苯撐苯并雙噁唑纖維切割長度為10-20mm和長度為20-30mm的，其中長度為10-20mm與20-30mm的纖維的質量比為1:1，將切割好的聚對苯撐苯并雙噁唑纖維加入上述混合物中進行攪拌，攪拌機轉速為2000-2500r/s之間，時間在30-60s，攪拌溫度為常溫；然后將上述的干混合物送入混合攪拌機中，加入水60kg,混合攪拌均勻，得到本發明的建筑3D打印油墨，本實施例4的3D打印油墨的坍落度比指標K為32％。
實施例4
將石灰100kg、建筑垃圾粉粹顆粒300kg送入干粉攪拌機進行混合攪拌，其中建筑垃圾粉粹顆粒的平均體積為0.53cm3，建筑垃圾粉粹顆粒的平均直徑為10mm，攪拌機轉速為2000-2500r/s之間，時間在45-60s，攪拌溫度為常溫；取平均直徑為1mm的聚酰亞胺纖維8kg,將聚酰亞胺纖維切割長度為15-25mm，將切割好的聚酰亞胺纖維加入上述混合物中進行攪拌，攪拌機轉速為2000-2500r/s之間，時間在30-60s，攪拌溫度為常溫；然后將上述的干混合物送入混合攪拌機中，加入水100kg,混合攪拌均勻，得到本發明的建筑3D打印油墨，本實施例3的3D打印油墨的坍落度比指標K為25％。
實施例5
將水泥150kg、煤灰100kg送入干粉攪拌機進行混合攪拌，攪拌機轉速為2000-2500r/s之間，時間在45-60s，攪拌溫度為常溫；取平均直徑為0.5mm的天然碳纖維10kg,將天然碳纖維切割長度為10-20mm和長度為20-30mm的，其中長度為10-20mm與20-30mm的纖維的質量比為1:1.5，將切割好的天然碳纖維加入上述混合物中進行攪拌，攪拌機轉速為2000-2500r/s之間，時間在30-60s，攪拌溫度為常溫；然后將上述的干混合物送入混合攪拌機中，加入水60kg,混合攪拌均勻，得到本發明的建筑3D打印油墨，本實施例5的3D打印油墨的坍落度比指標K為45％。
對比例
對比例1：與實施例1不同的是玻璃纖維的用量調節為1.5kg，其他條件與實施例1相同；
對比例2：與實施例1不同的是玻璃纖維的用量調節為14kg，其他條件與實施例1相同；
對比例3：與實施例3不同的是聚對苯撐苯并雙噁唑纖維全部切成20-30mm長度的短纖維，其他條件與實施例3相同；
對比例4：與實施例3不同的是聚對苯撐苯并雙噁唑纖維長度為10-20mm與20-30mm的纖維的質量比為5:1，其他條件與實施例3相同。
坍落度比指標K的檢測方法為：用一個上口100mm、下口200mm、高300mm喇叭狀的坍落度桶，灌入混凝土(打印油墨)分三次填裝，每次填裝后用搗錘沿桶壁均勻由外向內擊25下，搗實后，抹平。然后拔起桶，混凝土(打印油墨)因自重產生塌落現象，用桶高(300mm)減去塌落后混凝土最高點的高度，稱為坍落度，坍落度比指標K＝坍落度/桶高。
效果實施例1
檢測實施例1-3和對比例1-4所得到的打印油墨的凝結時間，具體數據件表1：
表1
從表1可以看出，實施例1-3制備得到的3D打印油墨的初凝時間為3-8分鐘，終凝時間為30分鐘左右，強凝時間為8小時-9小時之間；而對比例1-4制備得到的打印油墨的初凝時間在30分以后，比實施例1-3的初凝時間都要長，這不利于應用于3D打印中，初凝時間太長容易引起下層材料形變，因為打印過程中上層材料的堆積會對下層材料形成壓力，如果下層材料在短時間內沒有形成足夠的強度，就會在壓力作用下變形。而實施例1-3在本發明合理的配比下初凝時間是比較短的，有利于作為3D打印材料。
效果實施例2
將實施例1-3和對比例1-4所得到的打印油墨在模具中凝固8小時后，檢測這7個模具產品的強度性能,檢測標準為GB/T50344-2004建筑結構檢測技術標準，具體數據見表2：
表2
從表2可以看出，用實施例1-3打印油墨得到的固相物體的抗彎強度≥35MPa，抗壓強度≥40MPa，抗拉強度≥8MPa、和/或抗沖擊強度≥29MPa；而對比例1-4得到的固相物體的抗彎強度、抗壓強度、抗拉強度、抗沖擊強度低于實施例1-3，對比例1說明玻璃纖維過少會導致韌性降低，對比例2玻璃纖維過大會導致流動性降低，進而影響油墨打印效果，影響固相物體的粘性抗壓強度；對比例3和對比例4與實施例3的效果數據可以看出，對比例3說明纖維長度過長同樣會影響流動性，導致流動性降低，對比例4說明太短的短纖維量過多，流動性會大幅度增加，從而影響固相物體塑型，影響其硬度和韌性問題，因此說明本發明的方案配比更優。
根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。