3D打印混凝土技術(shù)創(chuàng)新與工程應用
成果介紹3D打印混凝土技術(shù)是在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上,基于增材制造原理進行分層打印混凝土建筑物的新技術(shù),是一種基于數(shù)字模型的快速成型技術(shù)。與傳統(tǒng)的混凝土成型工藝相比其具有無模化、快速化、自動化、靈活化的優(yōu)勢。本項目涉及高性能3D打印裝備、3D打印混凝土的材料、3D打印產(chǎn)品及其應用。涵蓋從效果圖設計開始,到建筑圖設計、施工圖深化、建模、打印、養(yǎng)護、安裝、主體裝修等工序,可實現(xiàn)個性化、多樣化3D打印混凝土制品的設計、制備及工程推廣應用。技術(shù)創(chuàng)新點及參數(shù)(1)適用于不同工程的3D打印混凝土材料配合比及打印工藝參數(shù)的優(yōu)化設計根據(jù)不同工程3D打印構(gòu)件實際需求,深度優(yōu)化原材料(外加劑、纖維等)配比,調(diào)節(jié)其凝結(jié)時間、黏度、流變特性等,并優(yōu)化打印速度、打印路徑等打印參數(shù),使其可泵送性、可擠出性、可建造性等滿足打印需求,其力學強度、耐久性等滿足后期使用要求。(2)較大尺寸及復雜結(jié)構(gòu)建筑物的實現(xiàn)方式-裝配式。就目前3D打印技術(shù)而言,尤其是對于較大尺寸及復雜結(jié)構(gòu)的建筑物或構(gòu)件,其不僅僅對材料性能有較高要求,同時對整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性等也提出了一定的要求。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化,分割合理的打印單元模塊,設計合理的打印路徑及打印參數(shù),并輔以配筋、構(gòu)造柱、圈梁、“卡扣”等,同時考慮構(gòu)件的起吊、運輸、安裝,實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。(3)3D打印混凝土的界面增強技術(shù)由于特殊的打印工藝,打印界面屬于受力的薄弱位置。通過界面增強技術(shù),保證打印的接觸界面有足夠高的抗剪強度和抗拉強度,滿足結(jié)構(gòu)負荷的要求。(4)含粗骨料的3D打印混凝土的材料配比及工藝優(yōu)化技術(shù)3D打印工藝對骨料有較高的要求,通過原材料配比及打印工藝參數(shù)改進,優(yōu)化粗骨料摻量、粒形、最大骨料粒徑、粒徑級配等,實現(xiàn)粗骨料混凝土連續(xù)、穩(wěn)定打印,提高打印成品的抗裂性能。(5)大型混凝土3D打印設備及核心器件的研發(fā)與制造大型混凝土3D打印設備具有整體剛度高、承載能力強、控制簡單、穩(wěn)定性高等優(yōu)點,同時,響應速度快、擠出速度可調(diào),打印過程中可保持混凝土供應的連續(xù)性和均勻性,可實現(xiàn)高精度打印控制。另外,3D打印輕骨料混凝土、3D打印泡沫混凝土、3D打印混凝土鋼筋連接技術(shù)等也取得一定成果。市場前景該項目創(chuàng)新技術(shù)已在建筑工程、市政工程、水利工程等領(lǐng)域得到了推廣應用。另外,形式多樣的3D打印景觀小品藝術(shù)圍欄、景觀長廊、花箱、樹池、濕地等也在多地推廣應用。不僅有良好的實用性、公共性,同時在審美上給予人民群眾以愉悅、獨特的視覺體驗。3D打印作為一種新的制造方式,在景觀提升方面蘊含著較大的潛力與發(fā)展空間。應用結(jié)果表明,建筑3D打印技術(shù)具有施工方便、縮短工期、節(jié)約勞動力等優(yōu)點。此外,建筑3D打印技術(shù)可以使建筑結(jié)構(gòu)在造型設計方面更美觀新穎、在造價控制方面更低廉、在功能使用方面更靈活,具有廣闊的應用推廣前景。
東南大學
2021-04-13