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3D打印混凝土結構施工分析
目前3D打印混凝土建筑，是將整個(gè)建筑進(jìn)行模塊化設計，用3D打印機將建筑工業(yè)化模塊打印出來(lái)，最后運送到施工現場(chǎng)進(jìn)行拼裝，因此其生產(chǎn)施工流程和PC構件工業(yè)化住宅基本相同。下面小編為大家分享打印混凝土結構施工分析，歡迎大家閱讀瀏覽。
1 3D打印混凝土結構分析
目前3D打印混凝土建筑，是將整個(gè)建筑進(jìn)行模塊化設計，用3D打印機將建筑工業(yè)化模塊打印出來(lái)，最后運送到施工現場(chǎng)進(jìn)行拼裝，因此其生產(chǎn)施工流程和PC構件工業(yè)化住宅基本相同。而不同之處在于，在這些3D打印的墻、板等模塊里面，并沒(méi)有鋼筋，而是利用水泥和玻璃纖維結合提高整個(gè)混凝土結構的抗拉強度，從而實(shí)現用無(wú)筋混凝土建造結構。
目前國內住宅工業(yè)化PC結構體系分為兩類(lèi)，一類(lèi)是全裝配式結構，一類(lèi)是部分現澆部分裝配式結構。如萬(wàn)科研發(fā)裝配整體式住宅結構體系，實(shí)際上是從日本引進(jìn)過(guò)來(lái)，它的梁、柱、剪力墻都是現澆，作為承重結構;樓板為預制樓板加現澆疊合層半預制;只有外墻、樓梯、陽(yáng)臺為全預制構件。遠大住工的第五代集成住宅也與此類(lèi)似。因而從國內目前的情況看，大部分都采用半預制結構體系，只有遠大的可持續建筑，采用全裝配式的鋼結構建筑，全部是螺栓連接，一天可搭6層。各種新型裝配式建筑結構體系也在不斷地出現。
3D打印混凝土建筑，作為住宅工業(yè)化最前沿最頂端的技術(shù)，就是要突破半預制結構體系，采用全裝配結構，甚至全過(guò)程3D打印，才能夠實(shí)現建筑產(chǎn)業(yè)由傳統施工完全蛻變?yōu)橹圃鞓I(yè)的過(guò)程。除了基礎部分，未來(lái)甚至包括基礎全部采用3D打印，實(shí)現真正的智能化制造，并運用虛擬裝配技術(shù)。虛擬裝配是采用計算機仿真與虛擬現實(shí)技術(shù)，通過(guò)仿真模型在計算機上進(jìn)行仿真裝配，實(shí)現產(chǎn)品的工藝規劃、加工制造和現場(chǎng)裝配的最優(yōu)化方案。
對于3D打印的建筑模塊來(lái)說(shuō)，采用無(wú)筋的結構一方面是為了便于打印，另一方面也是為了實(shí)現3D打印混凝土模塊輕、薄、強的優(yōu)勢，運用更多品種的混凝土打印出不同功能、結構的建筑模塊。因而3D打印混凝土的原材料來(lái)源更廣泛、品種更繁多，其凝結硬化和強度產(chǎn)生的機理也會(huì )突破傳統混凝土的理論范疇，耐久性、安全性也有待研究論證。
隨著(zhù)技術(shù)不斷發(fā)展，未來(lái)甚至將出現巨型3D打印機，在現場(chǎng)打印出整棟建筑，類(lèi)似雙龍門(mén)吊樣式的3D打印機主體結構，打印機可像塔吊一樣升降，在最上面布置若干可變位置的桁條，每根桁條上設置一只打印頭，根據面積大小布置十數只到數十只打印頭。建筑豎向結構可直接一層層往上打印，模塊化的結構鋼筋在現場(chǎng)用吊車(chē)吊到上面進(jìn)行焊接組裝，打印頭可采用類(lèi)似古代夯土墻的工具一樣夾著(zhù)鋼筋網(wǎng)一層一層往上堆疊混凝土。一旦這種巨型打印機出現，將會(huì )為整個(gè)商品混凝土行業(yè)帶來(lái)巨大的改變，同時(shí)對于中小型的商品混凝土企業(yè)來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)巨大的挑戰，這種用于3D打印的混凝土技術(shù)更加復雜、質(zhì)量要求更高。
2 3D打印混凝土的原材料探析
據公開(kāi)資料披露，上海3D打印混凝土建筑采用的是玻璃纖維增強混凝土，其特點(diǎn)是抗拉、抗彎和抗裂強度比普通混凝土高，韌性和抗沖擊性能也比普通混凝土有所提高，因而廣泛應用于建筑外墻板、天花板、隔墻板等非承重構件，比如上海世博會(huì )法國館外表的白色混凝土網(wǎng)格，就是采用的玻璃纖維混凝土。
3D打印混凝土與傳統混凝土有所不同，由于3D打印沒(méi)有模板，它不但要滿(mǎn)足快速成型的要求，即從打印噴頭出來(lái)后向周?chē)魈什⒖焖倌Y;又要滿(mǎn)足層層混凝土之間的緊密連接，而不至于產(chǎn)生冷縫，3D打印混凝土構件或建筑才是渾然一體的;此外還要滿(mǎn)足混凝土在管道內和噴頭內自由流動(dòng)而不堵塞管道和噴頭。這三點(diǎn)便要求3D打印混凝土與傳統混凝土有所不同，其原材料和質(zhì)量要求也不一樣。從現有的3D打印混凝土技術(shù)發(fā)展趨勢看，未來(lái)普通混凝土在3D打印建筑原材料中所占的比例將會(huì )大幅下降，纖維混凝土、泡沫混凝土、輕骨料混凝土、水泥—樹(shù)脂基混凝土、聚合物混凝土、水玻璃混凝土等種類(lèi)的混凝土將會(huì )得到更大規模應用，甚至可能出現新型材料混凝土。
從膠凝材料來(lái)看，3D打印混凝土所使用的膠凝材料非常廣泛，是廣義上的混凝土，不是普通水泥混凝土。除了水泥，樹(shù)指、水玻璃、石膏、地聚合物等都可以作為3D打印混凝土的膠凝材料，其中地聚合物因為快硬早強的特點(diǎn)，是比較適合3D打印混凝土使用的。
骨料，是混凝土中占比最大的材料，3D打印混凝土對骨料的要求比傳統混凝土更高。強度高、密度小、顆粒形貌接近球型的骨料是最適合3D打印混凝土使用的，同時(shí)3D打印混凝土建筑是由一層一層的混凝土堆疊而成，每一層混凝土都比較薄，加上3D打印機噴頭的結構復雜，因而要求混凝土中的骨料粒徑比傳統混凝土更小，骨料最大粒徑應在10mm以下。顆粒級配、含泥量、有害物質(zhì)含量等指標要求更加嚴格。這些都是由3D打印混凝土的特殊性所決定。
外加劑，在混凝土組成材料中占比最小，但是卻顯著(zhù)改善了混凝土的性能，3D打印混凝土要求工作性能更高，在管道內具有優(yōu)異的流動(dòng)性，同時(shí)從噴頭出來(lái)后又能在空氣中快速凝結，因而必然要求外加劑具有多種功能，必須是一種復合型的超塑化劑。另外，3D打印混凝土所使用的材料復雜多樣，更要求其外加劑具有良好的適應性，形成3D打印專(zhuān)用系列化外加劑產(chǎn)品。
3 結語(yǔ)
住宅工業(yè)化和信息技術(shù)的發(fā)展，使得新的建筑形式應運產(chǎn)生，這就是3D打印建筑。3D打印建筑一項非常復雜的系統工程，很好地繼承了制造業(yè)流水線(xiàn)生產(chǎn)和智能化制造的思路，徹底打破了建筑施工不能采用工業(yè)化生產(chǎn)的制約，為建筑工業(yè)化發(fā)展提供了無(wú)限的可能。實(shí)現3D打印混凝土建筑是住宅工業(yè)化發(fā)展的必然趨勢，是適應現代建筑技術(shù)發(fā)展的必要需求，同時(shí)也是提高整個(gè)建筑行業(yè)技術(shù)水平和技術(shù)創(chuàng )新的重要途徑。
3D打印混凝土技術(shù)的發(fā)展，對商品混凝土行業(yè)既是一次機遇，也是前所未有的挑戰。只有堅持技術(shù)創(chuàng )新，緊跟建筑技術(shù)發(fā)展潮流，才能在未來(lái)的商品混凝土市場(chǎng)競爭中贏(yíng)得先機，獲得持續健康的發(fā)展。
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