[發(fā)明專利]一種適用于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的多筋一體化布置裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810909834.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN108952004B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 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): E04C3/20
• 分類號(hào): E04C3/20;E04G21/04;E04G21/12
• 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)明為一種適用于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的多筋一體化布置裝置，該裝置包括螺旋葉片式擠出型混凝土打印頭、送筋單元、導(dǎo)線輪、固定板、輸筋管、剪斷單元、控制系統(tǒng)及多個(gè)鋼絲繩線軸，所述多個(gè)鋼絲繩線軸、導(dǎo)線輪、送筋單元從上到下依次固定在固定板上，固定板通過(guò)固定環(huán)和連接桿平行固定在混凝土打印頭上部的料桶側(cè)面上；剪斷單元固定在與固定板相對(duì)的料桶的另一側(cè)面上；所述輸筋管一端從混凝土打印頭側(cè)壁伸入到混凝土打印頭的中部軸線位置。該裝置能實(shí)現(xiàn)混凝土和多根鋼絲繩的一體化建造，多根鋼絲繩和混凝土一起通過(guò)打印頭被擠出，所制備的3D打印鋼絲繩增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和延性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)方法，更具體地涉及一種適用于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的多筋一體化布置裝置。

背景技術(shù)

近年來(lái)3D打印技術(shù)成為了社會(huì)的熱點(diǎn)，其中打印材料包括塑料、金屬、陶瓷、軟材料、混凝土等。3D打印混凝土技術(shù)具有設(shè)計(jì)和建造自由化、自動(dòng)化程度高、施工速度快、人工成本低、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，近幾年在土木工程領(lǐng)域獲得廣泛的關(guān)注和顯著的發(fā)展。3D打印橋梁、3D打印房屋等隨處可見(jiàn)，這些在很大程度上證實(shí)了將3D打印技術(shù)運(yùn)用到土木工程領(lǐng)域的可行性。然而3D打印混凝土抗拉強(qiáng)度低、脆性大，此外3D打印采用層層堆積的建造工藝，在打印過(guò)程中難以像傳統(tǒng)澆筑工藝那樣自由植入鋼筋，所以目前3D打印結(jié)構(gòu)主要作為非承重構(gòu)件。研究者們將纖維摻入混凝土中，混凝土和纖維提前混合后一同被擠出，制備3D打印纖維增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料，然而，由于選用短切纖維作為加強(qiáng)筋，其增強(qiáng)效果遠(yuǎn)不及鋼筋。申請(qǐng)?zhí)枮?01110050221.6的中國(guó)專利公布了一種纖維增強(qiáng)聚合物-鋼絞線復(fù)合筋混凝土梁，該混凝土梁的頂部受壓筋和底部縱向受拉筋均是纖維增強(qiáng)聚合物-鋼絞線復(fù)合筋，所述的纖維增強(qiáng)聚合物-鋼絞線復(fù)合筋由位于核心的鋼絞線和位于外圍的纖維增強(qiáng)聚合物纖維經(jīng)樹脂復(fù)合而成，所述鋼絞線由19根單鋼絲繩絞成，其截面圖中為單根纖維增強(qiáng)聚合物纖維整體包覆19根單鋼絲繩構(gòu)成，但這種復(fù)合筋不能進(jìn)行3D打印。

因此，研發(fā)一種3D打印連續(xù)筋增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料對(duì)促進(jìn)3D打印混凝土技術(shù)的發(fā)展和工程實(shí)際應(yīng)用具有十分重要的意義。

欲制備3D打印連續(xù)筋增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料，需要實(shí)現(xiàn)在打印混凝土的同時(shí)連續(xù)筋被擠出，3D打印混凝土打印頭的運(yùn)行路徑自由多變，所以連續(xù)筋需要具有一定的變形能力以適應(yīng)3D打印技術(shù)的自由建造過(guò)程。鋼絲繩是由若干細(xì)絲捻制而成，具有較高的強(qiáng)度和變形能力，且同樣的直徑下細(xì)絲數(shù)量越多鋼絲繩的柔性越強(qiáng)，適合作為3D打印混凝土材料的加強(qiáng)筋。為適應(yīng)3D打印路徑的靈活性，滿足混凝土3D打印要求的鋼絲繩的直徑較小，然而3D打印混凝土的打印頭尺寸較大，單根鋼絲繩所提供的增強(qiáng)作用有限。研發(fā)一種適用于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的多筋一體化布置裝置具有重大的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種適用于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的多筋一體化布置裝置。該裝置能實(shí)現(xiàn)混凝土和多根鋼絲繩的一體化建造，多根鋼絲繩和混凝土一起通過(guò)打印頭被擠出，所制備的3D打印鋼絲繩增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和延性，具有良好的工程可行性和應(yīng)用價(jià)值，這將大力推動(dòng)3D打印技術(shù)在混凝土工程中的實(shí)際應(yīng)用。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

一種適用于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的多筋一體化布置裝置，其特征在于該裝置包括螺旋葉片式擠出型混凝土打印頭、送筋單元、導(dǎo)線輪、固定板、輸筋管、剪斷單元、控制系統(tǒng)及多個(gè)鋼絲繩線軸，所述多個(gè)鋼絲繩線軸、導(dǎo)線輪、送筋單元從上到下依次固定在固定板上，固定板通過(guò)固定環(huán)和連接桿平行固定在混凝土打印頭上部的料桶側(cè)面上；剪斷單元固定在與固定板相對(duì)的料桶的另一側(cè)面上；所述輸筋管一端從混凝土打印頭側(cè)壁伸入到混凝土打印頭的中部軸線位置，輸筋管出口的中軸線與混凝土打印頭出口的中軸線重合，輸筋管的終端位于打印頭出口的上方；輸筋管另一端連接送筋單元，控制系統(tǒng)與送筋單元及剪斷單元、混凝土打印頭連接；