水泥、粉煤灰、硅灰、外加劑、鋼纖維等六七種不同原料依次加入水泥攪拌機，一旁通過泵管相連的3D打印機以這種新型混凝土為“油墨”，按照規定路線將其擠出。不到兩小時，一個免模板數字化成型、曲面線條靈動自然的3D打印非機動車車棚呈現在記者眼前。
“這款新型車棚所使用的超高性能混凝土（UHPC）是我們的最新研究成果。這種材料抗彎強度高，具有很強的防火、抗爆和抗沖擊能力。”東南大學材料科學與工程學院教授張亞梅介紹，超高性能混凝土的不少原料都是工業副產品，粉煤灰是電廠出來的，硅灰是硅鐵合金廠出來的，這些工業廢棄物到了這里成了“寶貝”。
作為南京綠色增材智造研究院的主要技術支持力量，張亞梅團隊嘗試將這種超高性能材料用于大尺度構件3D打印。而這并不是張亞梅團隊第一次挑戰“不可能”。建成國內首個3D打印綠色裝配式智慧建筑，打造國內首例原位3D打印可交付二層單體建筑……在張亞梅看來，將固廢綠色再利用技術和3D打印技術相結合，本身就是建筑領域的一次變革。
傳統澆筑建造中，工人需先立起模板，然后放置鋼筋籠，澆筑混凝土并待其硬化后再將模板拆除，整個流程大量依賴人工，勞動效率較低。記者了解到，一個構件中模板成本約占建造總成本15%—20%，當建筑的造型不規則時，模板只能一次性使用，這也造成了浪費。據統計，我國每年建筑垃圾產生量近35億噸，占城市垃圾總量的30%—40%，但回收利用率卻很低。
能否在對傳統建造模式轉型升級的同時，實現建筑垃圾資源化利用？“現實中，搞設備的不懂材料，搞材料的缺少設備。”張亞梅認為，傳統建筑行業要向3D智能建造轉型，需要梳理解決材料研發、打印設備再到應用端的全產業鏈問題。2018年，張亞梅團隊與南京嘉翼精密機器制造股份有限公司團隊達成合作。兩支團隊攜手南京江北新區產業技術研創園管委會，組建南京綠色增材智造研究院，共同攻克固廢綠色再利用技術與建筑3D打印技術融合的難關。
“制造一臺3D打印機器不算難，難的是材料的選擇。第一臺機器建好后，我們花了8個月才拿到合適的打印材料。”南京嘉翼董事長李進坦言，3D智能建造對材料要求特別高，混凝土硬化時間尤為講究，工廠此前曾嘗試自制打印材料，但均以失敗告終。“直到張教授團隊研發的新材料加入，我們的機器才真正有了用武之地。”李進說。
再生粗骨料、再生磚粉、再生砂、尾礦砂……南京綠色增材智造研究院三樓的材料研發實驗室里，張亞梅向記者展示十多種3D打印原材料。為適應不同場景，張亞梅團隊反復進行測試，不斷改良用于3D打印的混凝土配方。“各類廢棄物來源復雜、性能不穩定，資源再利用時必須要考慮其長期性能，需要掌握好添加尺度。針對不同項目需求，我們將不同廢棄物復合使用，讓材料為建筑服務。這也是我們材料研發與后端應用緊密結合的優勢。”張亞梅說。
南京市六合區雄州街道靈巖社區衛生服務中心是一座二層小樓，紅藍兩色、波浪曲線型的外觀格外搶眼。這個去年完成的項目是國內首個真正意義上可居住的原位3D打印二層建筑。“不同于以往在工廠打印好構件后現場進行裝配式安裝，這個項目需要在現場原位進行3D打印，這也就意味著所有的突發情況只能在現場解決。”李進回憶，在項目現場各種天氣環境下，添加粗骨料的打印材料泵送難度倍增，出現泵管爆裂、材料未擠出即凝固等狀況。雙方團隊就地調整原料配比，問題一一得到解決。
3D打印設備及材料的迭代創新，不斷激發建筑業新質生產力。相較傳統澆筑建造，3D打印建筑的碳排放量降低約39%，是建筑全生命周期實現碳中和的重要一環。去年3月，南京嘉翼帶著3D打印機器與產品首次“出海”，受到眾多國外企業關注。同年9月，團隊正式簽約進駐中阿（聯酋）產能合作示范園。李進表示，項目投用后，預估一條生產線年處理建筑垃圾50萬—60萬噸，年利潤可達5000萬元。
“發展新質生產力不是忽視、放棄傳統產業。3D打印建造讓建筑建造的生產效率和新材料的使用效能大幅提高，城市固廢再利用技術則讓智能建造更綠色低碳。”李進說。企業團隊已經實施百余個3D打印項目，共擁有相關核心專利技術121件（其中發明30多件），13條生產線分布在國內9個省及阿聯酋、加拿大、新加坡等多個國家和地區。
產業要“走出去”更要“落下來”。“在這過程中，所有技術都要相當成熟才能做大規模推廣應用。我們希望在一個個示范項目中不斷改進技術，并通過一系列標準的制定，加快推進智能建造技術的推廣應用。”張亞梅說。
