本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种建筑3D打印油墨及其用途。
背景技术：
国内外迅速崛起3D打印建筑是基于计算机控制的3D打印设备，通过打印叠层材料技术建造起来的建筑物。目前3D打印建筑所采用的材料还不成熟，我国上海采用的是建筑物废弃材料，将其粉碎磨细，加水泥、纤维、有机粘合剂等，制成牙膏状的“油墨”，进行打印。荷兰的专家采用了树脂及塑料类的材料；美国人采用了树脂砂浆类、粘土类、混凝土类材料进行3D打印建筑试验。
CN1755043A公开了一种建筑用植物轻质复合墙板，其由以下两种不同的镁质水泥化学复合制成，a.取重量比40-60％的轻烧粉，19-30％的卤粉，20-30％的水，0.01-15％的外加剂，混合成改性氯氧镁水泥，再加入轻烧粉与卤粉合重量12-18％的植物纤维，在搅拌机中混合均匀，注入模具中，中间夹放玻璃纤维，捣实、抹平做为墙板的内层。b.取重量比31-68％的轻烧粉和68％-32％沙子，加水拌合成硅氧镁水泥沙浆，再将硅氧镁水泥沙浆注入模具中已经铺好做墙板内层还没固化的改性氯氧镁水泥上面，捣实、抹平做为墙板的外层。解决了氯氧镁水泥制的植物轻质墙板的反卤、龟裂、翘曲、连接缝开裂的问题。
CN102079651B公开了一种玻璃纤维增强水泥制品，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：制造方法的工艺步骤为：第一步，水泥浆料搅拌：按照上述原料的比例进行配料，往搅拌桶中依次加入水、聚合物乳液、减水剂、矿砂、低碱度硫铝酸盐水泥、超细色粉，高剪切搅拌机搅拌，获得水泥浆料；第二步，玻璃纤维水泥浆料搅拌：在部分上述水泥浆料中加入生产所需耐碱玻璃纤维丝，慢速搅拌均匀；第三步，将上述两步搅拌所得浆料分别且分步浇注到预备好的模具中，第一步浆料浇注后加耐碱玻璃纤维毡加固，两次浇注后借助振动办法获得结构良好的GRC制品；第四步，脱模：将固化后的半成品从模具中脱离出来，并进行边角处理，去除边角的毛刺；第五步，加热养护：加速GRC水化反应成型；第六步，打磨、酸洗、水洗：打磨去除锋利的边角及毛刺后，将半成品浸在酸液中清洗，去除半成品表面结合不良的颗粒，酸洗之后再中和遗留在半成品的酸液，然后，用水将半成品表面冲洗干净；第七步，烘烤：蒸发半成品表层的水份；第八步，上色。
CN104072080B公开了一种高抗折强度混凝土,其特征在于由下列重量份的原料制成：玻璃纤维50-70、米糠10-15、玉米酒精糟10-20、二甲基苯磺酸2-3、硅溶胶8-11、壬基酚聚氧乙烯醚1-2、硅酸铝空心球20-30、重晶石粉120-140、水泥160-180、碎石500-550、硅粉70-90、黄沙100-130、抗冻剂10-15、水适量、助剂20-30。
上述三份专利技术中所利用的玻璃纤维用于增强建筑材料，三份专利技术中的玻璃纤维与其他成分的比例并不能用于3D打印材料，3D打印材料需要通过输送管道并经打印头的打印才能成型，因此打印材料应具有良好的流动性，但是如果流动性太好就无法满足3D打印过程中的竖直堆积性能，所以无法作为3D打印材料使用；而且在打印过程中上层材料的堆积会对下层材料形成压力，如果下层材料在短时间内没有形成足够的强度，就会在压力作用下变形，所以打印材料还应具有较快的初凝时间和较高的初凝强度。所以上述技术中仅将玻璃纤维添加到建筑材料中并不能达到打印所需要的性能效果。
技术实现要素：
为解决建筑3D打印油墨强度和流动性问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种建筑3D打印油墨，所述3D打印油墨包含纤维、凝固剂和固体小颗粒物，纤维重量占油墨总重量的重量百分比为1％到6％，凝固剂和固体小颗粒的重量比为(1-6):(0-6)，所述3D打印油墨的坍落度比K的范围为20％≤K≤50％，所述固体小颗粒物的平均体积1×10-3-0.9cm3。
优选的，所述固体小颗粒物的平均体积5×10-2-0.5cm3。
优选的，所述固体小颗粒物的平均直径1-12mm。
优选的，所述凝固剂和固体小颗粒的重量比为(1-6):(1-6)。
优选的，所述固体小颗粒物的平均直径1-10mm。
优选的，所述固体小颗粒物的平均直径4-8mm。
优选的，所述3D打印油墨的坍落度比K的范围为20％≤K≤40％。
优选的，所述3D打印油墨的坍落度比K为30％。
优选的，所述纤维为无机纤维或有机纤维，且单根纤维的长度范围为10-30mm，单根纤维的平均直径小于等于8mm。
优选的，所述长度为10-20mm与20-30mm的单根纤维的质量比为1:1-2，单根纤维的平均直径为小于等于2mm。
优选的，所述单根纤维的平均直径为0.1mm。
优选的，所述长度为10-20mm与20-30mm的单根纤维的质量比为1:1.5。
优选的，所述无机纤维为玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维中的一种或多种；
所述有机纤维为涤纶、腈纶、锦纶、天然碳纤维、丙纶或高性能纤维中的一种或多种；
所述高性能纤维为芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维和聚酰亚胺纤维中的一种或多种；
所述天然碳纤维为植物秸秆或食品加工纤维残渣。
优选的，所述凝固剂为水泥、石膏、石灰、黄泥、黄土中的一种或多种；
所述3D打印油墨还包括助剂，所述助剂为减水剂、强凝集、粘结剂中的一种或多种；
所述固体小颗粒物为河沙、海沙、煤灰、石子、矿渣、炉渣、建筑垃圾粉粹颗粒中的一种或多种。
本发明还提供一种由上述的3D打印油墨制备得到的固相物体，所述固相物体的抗弯强度≥35MPa，抗压强度≥75MPa(特殊要求除外)，抗拉强度≥8MPa、和/或抗冲击强度≥29MPa。
优选的，所述固形物体的制备方法为：将纤维、凝固剂和固体小颗粒物充分混合，通过8分钟至8小时凝固获得。
本发明还提供一种上述3D打印油墨的用途，所述用途是用于建筑物的3D打印，增强建筑物的抗弯强度，抗压强度，抗拉强度和/或抗冲击强度。
本发明的有益效果：
1)本发明的3D打印油墨打印过程中初凝时间短，且具有较高的初凝强度；
2)本发明的3D打印油墨中纤维所占的比例使3D打印油墨具有较好的韧性和流动性；
3)本发明的3D打印油墨中单根纤维长度为1-2mm与10-15mm的比例增强了3D打印油墨抗弯、抗压、抗拉、抗冲击强度；
4)本发明的3D打印油墨在本发明技术方案的设计下，即纤维的比例、凝固剂和固体小颗粒的重量比、以及油墨的坍落度比K的范围使其打印的固相物体抗弯强度≥35MPa，抗压强度≥40MPa，抗拉强度≥8MPa、和/或抗冲击强度≥29MPa。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
一种建筑3D打印油墨，将水泥100kg、河沙100kg送入干粉搅拌机进行混合搅拌，其中河沙的平均体积为3.4×10-2cm3，平均直径为6mm，搅拌机转速为1000-2000r/m之间，时间在30-60s，搅拌温度为常温；取单根玻璃纤维平均直径为0.1mm玻璃纤维4kg,将玻璃纤维切割长度为10-30mm，其中15-25mm占60％，将切割好的玻璃纤维加入上述混合物中进行搅拌，搅拌机转速为2000-2500r/m之间，时间在10-60s，搅拌温度为常温；然后将上述的干混合物送入混合搅拌机中，加入水50kg,混合搅拌均匀，得到本发明的建筑3D打印油墨，本实施例1的3D打印油墨的坍落度比指标K为30％。
实施例2
本实施例2不含固体小颗粒物，将水泥200kg；取单根玻璃纤维平均直径为0.5mm玻璃纤维5kg,将玻璃纤维切割长度为10-20mm和长度为20-30mm的，其中长度为10-20mm与20-30mm的单根纤维的质量比为1:1.5，将切割好的玻璃纤维与上述水泥混合进行搅拌，搅拌机转速为2000-2500r/s之间，时间在60s，搅拌温度为常温；然后将上述的干混合物送入混合搅拌机中，加入水60kg,混合搅拌均匀，得到本发明的建筑3D打印油墨，本实施例2的3D打印油墨的坍落度比指标K为35％。
实施例3
将黄泥100kg、矿渣250kg送入干粉搅拌机进行混合搅拌，其中矿渣的平均体积为0.27cm3，矿渣的平均直径为8mm,搅拌机转速为2000-2200r/s之间，时间在30-45s，搅拌温度为常温；取平均直径为2mm的聚对苯撑苯并双噁唑纤维10kg,将聚对苯撑苯并双噁唑纤维切割长度为10-20mm和长度为20-30mm的，其中长度为10-20mm与20-30mm的纤维的质量比为1:1，将切割好的聚对苯撑苯并双噁唑纤维加入上述混合物中进行搅拌，搅拌机转速为2000-2500r/s之间，时间在30-60s，搅拌温度为常温；然后将上述的干混合物送入混合搅拌机中，加入水60kg,混合搅拌均匀，得到本发明的建筑3D打印油墨，本实施例4的3D打印油墨的坍落度比指标K为32％。
实施例4
将石灰100kg、建筑垃圾粉粹颗粒300kg送入干粉搅拌机进行混合搅拌，其中建筑垃圾粉粹颗粒的平均体积为0.53cm3，建筑垃圾粉粹颗粒的平均直径为10mm，搅拌机转速为2000-2500r/s之间，时间在45-60s，搅拌温度为常温；取平均直径为1mm的聚酰亚胺纤维8kg,将聚酰亚胺纤维切割长度为15-25mm，将切割好的聚酰亚胺纤维加入上述混合物中进行搅拌，搅拌机转速为2000-2500r/s之间，时间在30-60s，搅拌温度为常温；然后将上述的干混合物送入混合搅拌机中，加入水100kg,混合搅拌均匀，得到本发明的建筑3D打印油墨，本实施例3的3D打印油墨的坍落度比指标K为25％。
实施例5
将水泥150kg、煤灰100kg送入干粉搅拌机进行混合搅拌，搅拌机转速为2000-2500r/s之间，时间在45-60s，搅拌温度为常温；取平均直径为0.5mm的天然碳纤维10kg,将天然碳纤维切割长度为10-20mm和长度为20-30mm的，其中长度为10-20mm与20-30mm的纤维的质量比为1:1.5，将切割好的天然碳纤维加入上述混合物中进行搅拌，搅拌机转速为2000-2500r/s之间，时间在30-60s，搅拌温度为常温；然后将上述的干混合物送入混合搅拌机中，加入水60kg,混合搅拌均匀，得到本发明的建筑3D打印油墨，本实施例5的3D打印油墨的坍落度比指标K为45％。
对比例
对比例1：与实施例1不同的是玻璃纤维的用量调节为1.5kg，其他条件与实施例1相同；
对比例2：与实施例1不同的是玻璃纤维的用量调节为14kg，其他条件与实施例1相同；
对比例3：与实施例3不同的是聚对苯撑苯并双噁唑纤维全部切成20-30mm长度的短纤维，其他条件与实施例3相同；
对比例4：与实施例3不同的是聚对苯撑苯并双噁唑纤维长度为10-20mm与20-30mm的纤维的质量比为5:1，其他条件与实施例3相同。
坍落度比指标K的检测方法为：用一个上口100mm、下口200mm、高300mm喇叭状的坍落度桶，灌入混凝土(打印油墨)分三次填装，每次填装后用捣锤沿桶壁均匀由外向内击25下，捣实后，抹平。然后拔起桶，混凝土(打印油墨)因自重产生塌落现象，用桶高(300mm)减去塌落后混凝土最高点的高度，称为坍落度，坍落度比指标K＝坍落度/桶高。
效果实施例1
检测实施例1-3和对比例1-4所得到的打印油墨的凝结时间，具体数据件表1：
表1
从表1可以看出，实施例1-3制备得到的3D打印油墨的初凝时间为3-8分钟，终凝时间为30分钟左右，强凝时间为8小时-9小时之间；而对比例1-4制备得到的打印油墨的初凝时间在30分以后，比实施例1-3的初凝时间都要长，这不利于应用于3D打印中，初凝时间太长容易引起下层材料形变，因为打印过程中上层材料的堆积会对下层材料形成压力，如果下层材料在短时间内没有形成足够的强度，就会在压力作用下变形。而实施例1-3在本发明合理的配比下初凝时间是比较短的，有利于作为3D打印材料。
效果实施例2
将实施例1-3和对比例1-4所得到的打印油墨在模具中凝固8小时后，检测这7个模具产品的强度性能,检测标准为GB/T50344-2004建筑结构检测技术标准，具体数据见表2：
表2
从表2可以看出，用实施例1-3打印油墨得到的固相物体的抗弯强度≥35MPa，抗压强度≥40MPa，抗拉强度≥8MPa、和/或抗冲击强度≥29MPa；而对比例1-4得到的固相物体的抗弯强度、抗压强度、抗拉强度、抗冲击强度低于实施例1-3，对比例1说明玻璃纤维过少会导致韧性降低，对比例2玻璃纤维过大会导致流动性降低，进而影响油墨打印效果，影响固相物体的粘性抗压强度；对比例3和对比例4与实施例3的效果数据可以看出，对比例3说明纤维长度过长同样会影响流动性，导致流动性降低，对比例4说明太短的短纤维量过多，流动性会大幅度增加，从而影响固相物体塑型，影响其硬度和韧性问题，因此说明本发明的方案配比更优。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。