[發(fā)明專利]一種用高延性水泥基材料增韌3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810007906.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN108590187B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬國(guó)偉;王里;李之建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E04G21/02
• 分類號(hào): E04G21/02
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長(zhǎng)杰

本發(fā)明涉及一種用高延性水泥基材料增韌3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟：復(fù)合結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化模型設(shè)計(jì)：首先通過三維建模軟件或者三維掃描儀對(duì)復(fù)合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)或者建模，得到擬打印的復(fù)合梁結(jié)構(gòu)三維模型的幾何結(jié)構(gòu)信息；然后將三維模型根據(jù)所要打印的復(fù)合梁結(jié)構(gòu)的幾何形式、受力條件分割成兩部分，一部分為用于打印普通混凝土的普通混凝土層，一部分為用于打印高延性水泥基材料的高延性水泥基材料增強(qiáng)層，高延性水泥基材料增強(qiáng)層和普通的混凝土層構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化模型；STL文件生成及修復(fù)；三維模型分層切片；打印路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)；復(fù)合結(jié)構(gòu)3D打印；混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)。該方法工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、人工成本低、自動(dòng)化程度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，具體涉及一種用高延性水泥基材料增韌3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

3D打印混凝土技術(shù)具有設(shè)計(jì)自由化、建造靈活性、施工速度快、人工成本低、自動(dòng)化程度高、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，近幾年在土木建筑領(lǐng)域獲得廣泛的關(guān)注和顯著的發(fā)展。3D打印橋梁、3D打印房屋等實(shí)例常有報(bào)道，這些在很大程度上證實(shí)了將3D打印技術(shù)運(yùn)用到土木建筑領(lǐng)域的可行性。3D打印水泥基材料的制備是促進(jìn)該技術(shù)在工程實(shí)踐中應(yīng)用的關(guān)鍵。然而，水泥混凝土的顯著特點(diǎn)是極限延伸率低，脆性破壞明顯。而且，由于3D打印混凝土的過程是通過持續(xù)地?cái)D出混凝土材料，并層層堆積以最終建造成型。因此，傳統(tǒng)的鋼筋籠等一方面難以在打印過程中植入混凝土中，另一方面鋼筋籠也難以適應(yīng)3D打印結(jié)構(gòu)的靈活多變性。因此尋求一種3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的‘類鋼筋’的增強(qiáng)方法具有十分重要的意義。

纖維增強(qiáng)高延性水泥基材料是通過微觀力學(xué)設(shè)計(jì)添加纖維使水泥基材料表現(xiàn)出應(yīng)變硬化特性，具有較高的極限拉應(yīng)變和伸長(zhǎng)率。合理得摻入纖維材料可以有效改善混凝土材料的脆性特征，使其具備較高的延性和延性特征。因此，利用可3D打印的高延展性的水泥基材料來(lái)增強(qiáng)普通的混凝土材料，制作成類鋼筋混凝土的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以有效地提升3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，推進(jìn)其工程實(shí)際應(yīng)用。

在混凝土結(jié)構(gòu)的‘類鋼筋’效用的增強(qiáng)化方法方面，專利號(hào)為ZL200510046304.2的中國(guó)專利公開一種纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)自密實(shí)混凝土方法；申請(qǐng)?zhí)枮?01210532856.4的中國(guó)專利公開一種粘貼碳纖維布加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的方法。然而，上述專利中提及的碳纖維布及纖維編織網(wǎng)等均不能有效地適應(yīng)3D打印中混凝土材料的擠出過程、逐層建造過程等，而且3D打印結(jié)構(gòu)往往具有個(gè)性化、靈活化以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，編織網(wǎng)等均無(wú)法適用。目前為止，尚無(wú)利用高延性混凝土增強(qiáng)增韌3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法公開。

發(fā)明內(nèi)容

為了適應(yīng)混凝土3D打印過程的靈活性以及高自動(dòng)化程度，本發(fā)明提供一種用高延性水泥基材料增韌3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、人工成本低、自動(dòng)化程度高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種用高延性水泥基材料增韌3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟：

S1.復(fù)合結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化模型設(shè)計(jì)：首先通過三維建模軟件或者三維掃描儀對(duì)復(fù)合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)或者建模，得到擬打印的復(fù)合梁結(jié)構(gòu)三維模型的幾何結(jié)構(gòu)信息；然后將三維模型根據(jù)所要打印的復(fù)合梁結(jié)構(gòu)的幾何形式、受力條件分割成兩部分，一部分為用于打印普通混凝土的普通混凝土層，一部分為用于打印高延性水泥基材料的高延性水泥基材料增強(qiáng)層，高延性水泥基材料增強(qiáng)層和普通的混凝土層構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化模型；

S2.STL文件生成及修復(fù)：將高延性水泥基材料增強(qiáng)層和普通的混凝土層分別以dwg格式文件導(dǎo)出，然后分別讀入到STL文件編輯軟件中，對(duì)STL格式文件進(jìn)行修復(fù)，再導(dǎo)出各自修復(fù)后的STL格式文件；

S3.三維模型分層切片：將修復(fù)后的STL格式文件讀入進(jìn)切片軟件中，設(shè)置切片厚度，對(duì)上述修復(fù)后的STL格式文件進(jìn)行切片；

S4.打印路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)：對(duì)上述切片進(jìn)行規(guī)劃路徑，在路徑規(guī)劃軟件中根據(jù)步驟S1中的復(fù)合結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化模型的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相應(yīng)的打印路徑，然后導(dǎo)出包含切片以及路徑信息的G文件；