[發明專利]誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010185533.7
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111331705B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張敦譜;邵嚴;萬軼;馮文彬;張輝
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B1/52;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y40/00
• 代理公司: 南昌豐擇知識產權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 張榮

本發明提供誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置及方法，包括打印頭，所述的打印頭包括擠出頭，所述的擠出頭通過萬向調節器連接有磁場發生器；磁場發生器布置于擠出頭運動方向的后側。所述界面誘導纖維增強3D打印混凝土包含鋼纖維的混雜纖維；3D打印過程中，所述磁場發生器提供外加定向磁場，使擠出頭打印出的混凝土層中鋼纖維發生定向偏轉運動，穿過界面連接上下混凝土打印層。本發明3D打印混凝土體系中含有混雜纖維，鋼纖維可以定向排列解決界面增強問題，其他非鐵磁性纖維留在打印層內起到增強增韌的作用，磁場大小以及方向可以通過電磁鐵自身條件或者萬向調節器進行調節，以滿足不同3D打印混凝土的工況的要求。

技術領域

本發明涉及混凝土3D打印技術領域，具體為誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置及方法。

背景技術

混凝土3D打印建筑結構技術憑借著其無模板、快速、數字化制造的特點，有望引領下一代建筑建造技術的革命，因而得到了顯著的發展和關注。混凝土3D打印通過層層堆積的方式實現建筑構件的由“藍圖”到實體的成型。由于該工藝的特殊性及當前技術發展的限制性，尚不能實現增強鋼筋與混凝土的同步打印增強，因而導致打印堆積過程中層層間的結合力較弱，且層層界面間沒有纖維增強增韌，成為結構破壞的薄弱環節。從而限制了該技術更廣泛的應用。

中國專利CN109680954A公開了一種層間加強技術，采用射釘槍的方式在每一層中射入短筋以連接上下層。但是該技術由于射入的短筋尺寸和數量密度難以控制，同時沒有振搗工藝，射入短筋周圍可能存在孔洞等缺陷，從而影響整體的強度及界面連接強度。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明一種提供誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置及方法，采用鋼纖維與無機纖維、有機纖維構成混雜纖維增強的3D打印混凝土，在打印過程中，通過外加可控磁場，使受磁場磁化的鋼纖維，沿磁場定向排列，發生運動，穿越打印層之間的界面，形成纖維連接層。其角度方向可隨外界磁場任意調節，滿足不同性能的3D打印混凝土要求，可同步解決混凝土3D打印及界面纖維的增強增韌。

具體的技術方案為：

誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置，包括打印頭，所述的打印頭包括擠出頭，所述的擠出頭通過萬向調節器連接有磁場發生器；磁場發生器布置于擠出頭運動方向的后側。

所述磁場發生器為電磁鐵、永磁體的一種或復合。

所述電磁鐵為直流線圈電磁鐵，磁場強度由電流大小控制；所述永磁體為釹鐵硼、鋁鎳鈷、釤鈷、鐵氧體中的一類。

誘導纖維界面增強3D打印混凝土的方法，使用上述的誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置，所述界面誘導纖維增強3D打印混凝土包含鋼纖維的混雜纖維；3D打印過程中，所述磁場發生器提供外加定向磁場，使擠出頭打印出的混凝土層中鋼纖維發生定向偏轉運動，穿過界面連接上下混凝土打印層。

進一步的，所述混雜纖維包括鋼纖維，還包括耐堿玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、PVA纖維、PE纖維、PP纖維中的一種或幾種。

所述混雜纖維的在所述的界面誘導纖維增強3D打印混凝土中的體積摻量為0.1～7％，所述鋼纖維的體積摻量0.1～5％。

本發明提供的誘導纖維界面增強3D打印混凝土的裝置及方法，具有的有益效果：

(1)本發明在進行混凝土3D打印過程中，通過附加的外磁場使混凝土中的鋼纖維磁化，并發生沿磁場方向的偏轉運動，從而使體系內的鋼纖維穿過界面定向排列，形成連接不同打印層的纖維連接，從而改善層間結合弱且無纖維增強增韌的問題。

(2)本發明3D打印混凝土體系中含有混雜纖維，鋼纖維可以定向排列解決界面增強問題，其他非鐵磁性纖維留在打印層內起到增強增韌的作用。

(3)本發明可以使大量鋼纖維定向排列于層間，且不影響層內的纖維增韌，是整體獲得良好的增韌效果。