CN117229033A - 一种以轻烧氧化镁为基制备的3d打印用磷酸镁水泥材料与打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑3D打印材料技术领域，公开了一种以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料与打印方法，水泥材料按以下质量份数组成：60～100份磷酸镁水泥MPC(其中氧化镁粉MgO为28～68份，磷酸二氢钾KH₂PO₄为20～53份)，矿物掺合料0～40份，硼砂为3～12份，20～26份拌合水；其中，所述氧化镁采用轻烧氧化镁(煅烧温度600℃～1200℃)。本发明可以做为本申请人自主研发的物料搅拌和挤出同时进行的3D打印装置的专用配套打印材料，减少制备其所需的煅烧温度与能源消耗，进一步降低磷酸镁水泥制备成本的同时；此外，本发明材料的凝结时间仅为3min左右(常规MPC凝结时间20～30min)，有利于同时发挥3D打印技术的快速建造与磷酸镁水泥高强、快凝快硬的优势。

Description

一种以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料与打 印方法

技术领域

本发明涉及建筑3D打印材料技术领域，具体涉及一种以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料与打印方法。

背景技术

3D打印增材制造技术，在上世纪90年代后期得以快速发展。该技术具有快速化、自动化、有效控制成本、提高生产效率等特点，可用于复杂结构与极端环境(严寒、地下、水下、月球等)的制造等。磷酸镁水泥(MPC)具有早期强度高、凝结硬化快、体积稳定性好以及粘结强度高等性能特点，与3D打印技术快速制造等特点相互契合，非常适合于3D打印。现有研究(如秦继辉,钱觉时,宋庆等.磷酸镁水泥的研究进展与应用[J].硅酸盐学报,2022,50(06):1592-1606.)、秦国新(秦国新,焦宝祥.磷酸镁水泥的研究进展[J].硅酸盐通报,2019,38(04):1075-1079+1085.等)表明，因重烧氧化镁(为菱镁矿在煅烧温度为1500℃～1700℃的环境下高温煅烧后，再磨细成颗粒所制的氧化镁)具有活性低、镁离子溶解速率慢，在较少缓凝剂掺量下可以获得相对较长的凝结时间、具有足够的作业时间等性能特点，是现有磷酸镁水泥的主要制备原料之一。孙美硕(孙美硕,关岩,毕万利,孟宪章.掺硼元素不同烧结温度的氧化镁对磷酸镁水泥性能的影响[J].新型建筑材料,2018,45(11):56-58+83.)等研究了不同烧结温度下氧化镁粉对MPC性能的影响，认为煅烧温度在1600℃时的重烧氧化镁粉为最佳MPC制备原料。孙赫男等(孙赫男,关岩,毕万利等.烧结氧化镁粉的晶体特征对磷酸镁水泥力学性能的影响[J].材料导报,2022,36(19):91-96.)也指出，目前已明确制备MPC使用的氧化镁是煅烧温度在1600℃以上以及MgO含量大于88％的重烧氧化镁。上述研究表明，现有MPC基本采用重烧氧化镁作为其原料之一，但以重烧氧化镁为基制备MPC仍然存在原材料制作周期长、能耗高、成本高的问题，很大程度上影响了现阶段磷酸镁水泥的大规模工程应用。

而与重烧氧化镁不同的是，轻烧氧化镁无论是在获取成本上，还是在所需煅烧的温度上及能源消耗上都能得到大幅降低，且其在材料性能上能够降低原材料制备的成本、提高试件的早期强度。但轻烧氧化镁具有很高的活性，镁离子溶解速率极快，不利于磷酸镁水泥凝结时间的控制，因此几乎没有作业时间，所以以轻烧氧化镁为原料制备的磷酸镁水泥目前难以在工程中应用，相关研究亦未见报道。另外，在施工工艺方面，刘进等学者(刘进,呙润华,张增起.磷酸镁水泥性能的研究进展[J].材料导报,2021,35(23):23068-23075.)指出，现有传统的施工方式可能不适用于具有快凝快硬特性的磷酸镁水泥，因常规MPC 3D打印设备主要由存储系统、泵送系统、输送系统、打印系统四个部分组成，采用的是将搅拌后的浆料，通过管道经压力泵送到3D打印机的打印头，再经过打印头设置挤出装置挤出实现打印过程。此工艺要求所使用打印材料具有充分的工作时间，保证作业时不在管道里凝结硬化，导致速凝水泥基材料难以打印。如若能开发出针对磷酸镁水泥的搅拌、成型设备，甚至实现3D打印，将进一步促进磷酸镁水泥的应用与我国建筑现代化的发展。

因此，研发以轻烧氧化镁为基的3D打印用磷酸镁水泥材料及其打印方法，是一种有效降低材料成本、改善产品性能、提高施工效率、推进我国智能建造技术发展的手段和方法。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本申请人已自主研发出一种物料混合、搅拌和挤出同时进行的建筑3D打印设备，剔除了常规3D打印设备中的泵送装置，确保材料干料进湿料出，正因此独特的特点赋予了其可以实现速凝水泥基材料的3D打印，突破水泥基材料因凝结时间短而无法应用的难题。本申请人所制备的可3D打印用磷酸镁水泥材料，采用轻烧氧化镁取代重烧氧化镁，凝结时间在3min左右，在降低MPC原材料制备成本、能源消耗的同时，进一步提高水泥的早期强度，充分利用磷酸镁水泥早期强度高、快凝快硬的特点，并满足3D打印性能要求。利用上述打印设备，可成功实现本发明材料的3D打印。

本发明采用的技术方案如下：

一种以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，按以下质量份数组成：60～100份磷酸镁水泥MPC(其中氧化镁粉MgO为28～68份，磷酸二氢钾KH₂PO₄为20～53份)，矿物掺合料0～40份，硼砂为3～12份，20～26份拌合水；其中，所述氧化镁采用轻烧氧化镁(氧化镁煅烧温度600℃～1200℃)。

优选地，所述3D打印用磷酸镁水泥材料，按以下质量份数组成：69份磷酸镁水泥MPC(41.1份轻烧氧化镁MgO，27.9份磷酸二氢钾KH₂PO₄)，31份矿物掺合料(粉煤灰25份，偏高岭土6份)，6.2份硼砂，24份拌合水。

进一步的，所述磷酸二氢钾选用工业级，纯度98％；所述轻烧氧化镁粉(MgO)，煅烧温度为850℃～950℃，粒径200目；所述所述硼砂选用工业纯，纯度95％，选自大石桥市钜铂高温耐火材料经营部；优选地，轻烧氧化镁与磷酸二氢钾的摩尔比选用5：1(即质量比1.47：1)。

进一步的，所述矿物掺合料粉煤灰FA，细度为11.6％，45μm方孔筛筛余的Ⅰ级粉煤灰，选自大连华能电厂；偏高岭土MK选用325目筛余：0.01％的煤系偏高岭土，硅酸铝含量97-98％，煅烧温度700-800℃，选自内蒙古超牌建材。

其中，轻烧氧化镁粉、粉煤灰、偏高岭土的主要化学成分组成见表1。

表1胶凝材料的化学成分组成

所述3D打印用轻烧氧化镁为基磷酸镁水泥材料的制备方法是将轻烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、粉煤灰、偏高岭土，缓缓加入水泥胶砂搅拌机中搅拌至均匀(低速搅拌120s)，再将事先称好的拌合水倒入搅拌锅中低速搅拌(62±5r/min)10～30s，再高速搅拌(125±5r/min)60～120s，即获得低能耗磷酸镁水泥材料。

进一步的，所述3D打印用轻烧氧化镁为基的磷酸镁水泥材料可做为本申请人自主研发的物料搅拌和挤出同时进行的3D打印装置的专用配套打印材料，具体打印步骤如下：

(Ⅰ)配料：按上述3D打印用轻烧氧化镁为基的磷酸镁水泥材料制备方法分别称取干料轻烧氧化镁、磷酸二氢钾、粉煤灰、偏高岭土、硼砂并搅拌均匀，以干粉状态装入到集成化3D打印装置的料仓中；

(Ⅱ)打印：采用物料混合搅拌挤出功能一体化的建筑3D打印装置进行打印，打印前在水箱中装满水，输入打印模型代码；打印时控制水流量每分钟为80～100mL，打印旋转速度采用每分钟60转，打印速度为1200mm/min，根据打印状态调整打印倍率60％～80％，最终根据设置模型完成打印。

所述3D打印用轻烧氧化镁为基的磷酸镁水泥材料的应用，可用于严寒地区及地下、水下、月球、南极等特殊环境下的建筑3D打印、机场道路的紧急快速修补、钢筋表面防腐防锈涂料等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

①本发明可以做为本申请人自主研发的物料搅拌和挤出同时进行的3D打印装置的专用配套打印材料。如图1所示，该打印装置中的核心部件——一种物料搅拌和挤出同时进行的3D打印喷头装置(授权公告号为109366999B)已获发明专利授权，主要包括电机、气缸、转筒、设置于转筒中心轴线的上传动轴和下传动轴。由于其管道并非输送混合浆料，而是将干料和液料输送管路分开，实现专管专用，即轻烧氧化镁制备的MPC干粉从干料进口通过均料装置进入转筒内，水从液料进口Ⅰ和液料进口Ⅱ进入到转筒内；与常规搅拌方式不同，干料与水在筒内空中即可接触并快速混合，使得轻烧氧化镁粉等材料迅速发生水化反应。与此同时，转筒上传动轴上安装搅拌叶片，可以实现筒内干料与水的搅拌，确保干粉与水的混合均匀。此时，打印装置内部气缸驱动上传动轴的向下移动，上传动轴与下传动轴连接并驱动其同向转动，使固定于下传动轴上的挤出叶片与转筒反向转动，可以实现搅拌后磷酸镁水泥浆料的迅速挤出。其主要技术特点为可采用干粉与液体通过管道分别进入打印装置内混合搅拌后挤出，能够保证材料混合搅拌后、凝固前顺利挤出，因此对打印凝结时间小于5min的速凝水泥基材料具有独特优势。而以轻烧氧化镁为基制备的MPC材料凝结时间短(3min左右)、水化反应快，其快凝快硬的特点非常契合物料搅拌和挤出同时进行的3D打印喷头的特点。两者相互结合可以解决现有速凝磷酸镁水泥因凝结时间短，导致施工作业时间短而难以工程应用的问题，能够进一步拓展磷酸镁水泥的实际工程应用。

②本发明所研发的3D打印用轻烧氧化镁为基的磷酸镁水泥基材料，以轻烧氧化镁、磷酸二氢钾为主要原材料，辅以粉煤灰、偏高岭土等工业废弃物作为辅助胶凝材料，以进一步降低MPC制备成本；且该材料凝结时间控制在3min左右，其3h、3d、28d三个龄期的抗压强度分别为18.1MPa、43.77MPa、45.22MPa，3h、3d、7d的粘结强度分别为1.82MPa、3.89MPa、4.12MPa；由此可见，该材料具有快速凝结、良好的力学性能与粘结性能，可以在打印时快速凝结并具有强度，能够满足3D打印速凝水泥基材料以及工程应用的要求。

③与常规重烧氧化镁为基制备的磷酸镁水泥材料相比，本发明的低能耗磷酸镁水泥基材料，采用轻烧氧化镁代替重烧氧化镁为主要原材料，可以减少制备其所需的煅烧温度与能源消耗，进一步降低磷酸镁水泥的制备成本，且采用轻烧氧化镁为基制备的胶凝材料对于降低建筑工业碳排放。与现有重烧磷酸镁水泥相比，本发明的材料无需延长凝结时间以获得作业时间，可以由常规的凝结时间在20～30min缩短至3min左右，有利于同时发挥3D打印技术的快速建造与磷酸镁水泥高强、快凝快硬的优势，进一步推广3D打印技术与磷酸镁水泥的工程应用。此外，由于本发明采用轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥，其水化放热量大，需水性强，挤出后在3分钟以内便可快速成型并具有强度，可以应用于机场、道路、桥梁等需快速施工、修补加固的工程环境等；再配以打印头内的恒温保持系统，作业时不受环境温度的影响，可用于严寒地区及水下、月球等特殊环境下的建筑3D打印。

附图说明

图1是授权公告号为109366999B，一种物料搅拌和挤出同时进行的3D打印喷头装置图；

图2是混合-搅拌-挤出一体化混凝土建筑3D打印机图；

图3是对比例2与实施例1的MPC试件28天(d)SEM形貌图，(a)1600℃重烧氧化镁制备的MPC 28d SEM形貌图，(b)850～950℃轻烧氧化镁制备的MPC 28d SEM形貌图；

图4是本发明打印过程图，(a)3D打印路径示意图，(b)3D打印挤出性测试实物图，(c)3D打印建造性测试实物图；

图5是本发明低能耗磷酸镁水泥基材料3D打印实体构件图；

图6是常规重烧磷酸镁水泥基材料3D打印实体构件图。

其中，图1中100.电机，200.气缸，300.转筒，400.上传动轴，500.下传动轴，600.均料装置，700.抹刀嘴，800.支撑架，201.气缸联轴器，301.上端转筒，302.显示转筒，303.底端转筒，401.传动齿轮组，402.行星齿轮组，403.U型隔板，404.挡料板，405.搅拌叶片，406.上段连轴器，501.下段联轴器，502.挤出叶片，503.连杆。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。这些说明只是举例说明本发明的特征和优点，而非限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

下列实施例与对比例中，所述磷酸二氢钾为工业级，其纯度大于98％；所述硼砂为工业纯，其纯度大于95％；选自大石桥市钜铂高温耐火材料经营部。

下列实施例与对比例中，所述氧化镁粉分别由1600℃高温煅烧磨细后得到的重烧氧化镁，850～950℃与700～800℃高温煅烧磨细后得到的轻烧氧化镁，其粒径为200目，氧化镁含量依次为92.33％、85.33％、80.78％，选自大石桥市钜铂高温耐火材料经营部。

下列实施例与对比例中，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，细度为11.6％，选自大连华能电厂；所述偏高领土选用煤系偏高岭土，硅酸铝含量97-98％，煅烧温度700～800℃，选自内蒙古超牌建材。

实施例1

一种适于3D打印的低能耗磷酸镁水泥基材料的制备，包括如下方法：

称取干粉材料850～950℃轻烧氧化镁540g、磷酸二氢钾460g、硼砂81g，加入JJ-5型水泥胶砂搅拌机中，采用低速搅拌2min使干粉材料混合均匀，再称取240g拌合水，并将称取好的水徐徐倒入搅拌锅中低速搅拌(62±5r/min)10～30s，再高速搅拌(125±5r/min)60s，即得适于3D打印低能耗凝磷酸镁水泥材料。

对比例1

基本同实施例1，区别在于：所述氧化镁粉采用煅烧温度为700～800℃的轻烧氧化镁。

对比例2

基本同实施例2，区别在于：所述氧化镁粉采用煅烧温度为1600℃的重烧氧化镁。

实施例2

一种适于3D打印的低能耗磷酸镁水泥基材料的制备，包括如下方法：

分别称取干粉材料850～950℃轻烧氧化镁446g、磷酸二氢钾304g、硼砂67g、粉煤灰250g，一次性加入JJ-5型水泥胶砂搅拌机中，采用低速搅拌2min使干粉材料混合均匀，再称取240g拌合水，并将称取好的水徐徐倒入搅拌锅中低速搅拌(62±5r/min)10～30s，再高速搅拌(125±5r/min)60s～120s，即得适于3D打印低能耗凝磷酸镁水泥材料。

试验例1

基本同实施例2，区别在于：粉煤灰掺量由实施例2中的25％(占轻烧氧化镁与磷酸二氢钾总量)减少到15％，即分别称取轻烧氧化镁506g、磷酸二氢钾344g，硼砂76g，粉煤灰150g。

试验例2

基本同实施例2，区别在于：粉煤灰掺量由实施例2中的25％(占轻烧氧化镁与磷酸二氢钾总量)减少到20％，即分别称取轻烧氧化镁476g、磷酸二氢钾324g，硼砂71.4g，粉煤灰200g。

试验例3

基本同实施例2，区别在于：额外添加了轻烧氧化镁与磷酸二氢钾总量4％的偏高岭土，即分别称取轻烧氧化镁423g、磷酸二氢钾287g，硼砂63.5g，粉煤灰250g，偏高岭土40g。

试验例4

基本同实施例2，区别在于：额外添加了轻烧氧化镁与磷酸二氢钾总量6％的偏高岭土，即分别称取轻烧氧化镁411g、磷酸二氢钾279g，硼砂62g，粉煤灰250g，偏高岭土60g。

性能测试

1、凝结时间测试。参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2001)测定MPC净浆的凝结时间。

2、抗压强度测试。参照《水泥砂浆强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671-1999)规定进行测试。

3、粘结强度测试。按JC/T 2381中的规定进行成型，采用抗折强度间接测试的方法测定粘结强度。按抗折强度试验方法测定，以间接表示粘结强度。

4、干燥收缩率试验。参照标准JC/T 603—2004《水泥胶砂干缩实验方法》测试MPC试件在硬化过程中的体积变化，结果计算按JC/T 603规定进行。

5、微观形貌分析。将达到相应养护龄期的试样破碎后，切成3～5mm的小块浸泡在无水乙醇内，使其水化中止，再放入烘箱内烘干(烘箱温度为52℃)；待烘干后将试块进行喷金处理，采用日本电子的JSM-6360LV型扫描电镜观察样品的微观形貌，其加速电压为0.5KV～30KV。

根据上述方法得到的实施例1与对比例1～2净浆的凝结时间以及试块抗压强度、粘结强度、干缩率的试验结果如下表2。

表2不同煅烧温度氧化镁对磷酸镁水泥性能的试验结果

实施例1与对比例1、对比例2对比结果表明，采用轻烧氧化镁也能成功制备MPC，而通过试验结果不难发现，实施例1中以轻烧氧化镁为基制备的MPC其凝结时间由传统重烧MPC18min缩短至3min左右，此时抗压强度与粘结强度均高于对比例1和对比例2，28d的干缩率小于对比例1与对比例2，材料具有快凝快硬、早期强度高的优良性能，打印过程流畅，挤出性、建造性能良好；而对比例1的材料凝结时间过短，打印过程中容易导致打印旋转头堵塞，影响材料的挤出性能，打印性能稍差；对比例2中的凝结时间为18min左右，凝结时间过长不仅会影响打印挤出后的建造性能，也会降低打印工作效率，打印效果不及实施例1。综上所述，实施例1与对比例1、对比例2相比，实施例1为优选方案，最适配于速凝混凝土3D打印机(109366999B)。

此外，从图3不同煅烧温度氧化镁制备出的MPC 28d SEM形貌不难看出，不同煅烧温度的MgO改变了MPC的晶体结构，当采用对比例2中煅烧温度为1600℃的重烧氧化镁时(图3(a))，水化产物主要以短柱状和胶凝状的结构存在；当采用实施例1煅烧温度为850～950℃的轻烧氧化镁时(图3(b))，水化产物以大量针棒状的结构存在，这些针棒状晶体相互交错、紧密连接，且生长茂密，鸟粪石起到很好的强度作用，这也从微观层面解释了实施例1中由轻烧氧化镁制备的MPC具有较优力学性能的原因。

综合上述试验可得，以轻烧氧化镁取代重烧氧化镁后制备的MPC晶体结构已发生变化。采用煅烧温度850℃～950℃的轻烧氧化镁制备MPC不仅能够降低原材料的成本、节约镁矿资源、减少煅烧过程中的能源消耗，还能进一步改善材料力学性能、粘结强度等。

根据上述方法得到的实施例2与试验例1～4净浆的凝结时间以及试块抗压强度试验结果如下表3。

表3不同矿物掺合料掺量对磷酸镁水泥性能的试验结果

实施例2与试验例1～4的试验均采用轻烧氧化镁制备，由此可以看出采用多种配比均能成功制备磷酸镁水泥，通过试验结果表明，所制备的MPC凝结时间均控制在2～3min左右，其早期强度较高均能满足3D打印对水泥基材料力学性能的要求。

实施例3

一种适于3D打印用磷酸镁水泥基材料的制备，包括如下方法：

(1)配料：分别称取干料850～950℃轻烧氧化镁446g、磷酸二氢钾304g、粉煤灰250g、硼砂67g，一次性加入搅拌锅中并搅拌均匀，以干粉状态装入到如图1-2所示的集成化3D打印装置的料仓中；

(2)打印：采用如图1-2所示的物料混合搅拌挤出功能一体化的建筑3D打印装置进行打印，打印前提前在水箱中装满水，输入打印模型代码；打印时先调整流量计并控制水流量每分钟为80～100mL，打印旋转速度采用每分钟60转，主轴转速600r/min，打印速度为1200mm/min，打印头出料口为直径18.5mm的圆形截面，根据打印状态调整打印倍率60％～80％，最终根据设置模型完成打印。

在实施例3中，打印设计路径如图4(a)所示的六边形打印路径，打印构件设计高度每层为10mm，共计5层，图4(b)、图4(c)以及图5分别为按图4(a)所示路径的构件打印挤出性、打印建造性以及六边形打印构件实物图。

对比例3

为进一步验证本发明产品为速凝混凝土3D打印机专利设备(109366999B)的专用配套材料，选取一种工程中常规使用的磷酸镁水泥配比(见赵江涛,李相国,张琰,刘华清,殷晓鹏.粉煤灰对磷酸镁水泥的影响[J].硅酸盐通报,2018,37(02):695-700.)，制备3D打印材料，进一步在如图1-2所示的自主研发速凝混凝土3D打印机(109366999B)上实施打印。该材料具体配合比及性能指标如表4所示，按照图4(a)的打印路径进行打印，打印结果如图6所示。

表4常规重烧磷酸镁水泥材料配合比及性能指标

实施例3与对比例3的对比打印结果如图4～6所示，从图6中可以看出采用传统重烧氧化镁制备的MPC，打印过程伴随着较严重的泌水，打印条不连续、有断裂且打印构件出现坍塌现象，无法完成整体构件打印。而实施例3中，采用的轻烧氧化镁制备的低能耗MPC，从图4(b)不难看出，MPC能够成功泵送挤出，打印过程连续，没有出现间断现象，打印材料具有良好的挤出性。图4(c)、图5是完成打印的六边形构件，实际测量高度为45.5mm，与理论高度(50mm)的偏差约为5.5mm，偏差范围在10％以内。因低能耗MPC的凝结时间较短，其在打印时上一层构件足以支撑下一层构件，整个打印过程中没有出现坍塌现象，建造性能良好。此外，实施例3中打印高度为50mm的六边形打印构件，整体打印时间在10min以内，打印耗时短、效率高。

上述实施例3与对比例3进一步证明，本发明材料为速凝混凝土3D打印机(109366999B)专用配套打印材料，可保证完成相关产品及构件打印，且打印效果良好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，其特征在于，按以下质量份数组成：60～100份磷酸镁水泥MPC，磷酸镁水泥MPC中轻烧氧化镁与磷酸二氢钾的质量比1.47：1，MgO采用煅烧温度600℃～1200℃的轻烧氧化镁，磷酸二氢钾KH₂PO₄为20～53份；矿物掺合料0～40份；硼砂为3～12份；20～26份拌合水。

2.根据权利要求1所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，其特征在于，按以下质量份数组成：69份磷酸镁水泥MPC，其中磷酸镁水泥MPC中轻烧氧化镁MgO为41.1份，磷酸二氢钾KH₂PO₄为27.9份；31份矿物掺合料，矿物掺合料中粉煤灰25份，偏高岭土6份；6.2份硼砂；24份拌合水。

3.根据权利要求1所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，其特征在于，所述轻烧氧化镁MgO，煅烧温度为850℃～950℃，粒径200目。

4.根据权利要求1所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，其特征在于，所述磷酸二氢钾选用工业级，纯度98％；所述硼砂选用工业纯，纯度95％。

5.根据权利要求2所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，其特征在于，所述粉煤灰FA为细度11.6％，45μm方孔筛筛余的Ⅰ级粉煤灰。

6.根据权利要求2所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料，其特征在于，所述偏高岭土MK选用325目筛余：0.01％的煤系偏高岭土，硅酸铝含量97-98％，煅烧温度700-800℃。

7.根据权利要求1所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料的制备方法，其特征在于，将轻烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、粉煤灰、偏高岭土，缓缓加入水泥胶砂搅拌机中搅拌至均匀，低速搅拌120s，再将事先称好的拌合水倒入搅拌锅中低速搅拌，62±5r/min转速下搅拌10～30s，再高速搅拌，125±5r/min转速下搅拌60～120s，即获得低能耗磷酸镁水泥材料。

8.根据权利要求1所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

(Ⅰ)配料：分别称取干料轻烧氧化镁、磷酸二氢钾、粉煤灰、偏高岭土、硼砂并搅拌均匀，以干粉状态装入到集成化3D打印装置的料仓中；

(Ⅱ)打印：采用物料混合搅拌挤出功能一体化的建筑3D打印装置进行打印，打印前在水箱中装满水，输入打印模型代码；打印时控制水流量每分钟为80～100mL，打印旋转速度采用每分钟60转，打印速度为1200mm/min，根据打印状态调整打印倍率60％～80％，最终根据设置模型完成打印。

9.根据权利要求1所述的以轻烧氧化镁为基制备的3D打印用磷酸镁水泥材料的应用，其特征在于，用于严寒地区及地下、水下、月球、南极特殊环境下的建筑3D打印、机场道路的紧急快速修补、钢筋表面防腐防锈涂料。