混凝土建筑3D打印技术工程应用分析

混凝土建筑3D打印技术的研究目前处于起步阶段,打印材料、设备、工艺间的研究相互割裂,缺少实践配合。由于缺少相关标准规范作为建造依据,且现有示范项目未能充分体现3D打印技术的优势,因此该技术的市场认可程度不高,距投入市场化应用还有极大难度。梳理国内外混凝土建筑3D打印技术的打印工艺、打印材料、打印设备、打印实践发展,通过分析混凝土建筑3D打印技术在不同工程场景下的实际应用案例,总结其存在的主要问题与不足,并立足适合该技术的不同应用场景进行系统分析,提出高效、合理的生产建造过程,推动3D打印在混凝土建筑领域的智能化、工业化、可持续化的研究与发展。     

综论3D打印混凝土：成型系统 · 可打印性能 · 流变性能 · 硬化性能 · 耐久性能 · 标准规范 · 工程应用

混凝土3D打印（3DPC）是一种以数字文件为基础,以水泥混凝土为“油墨”或粘合材料,通过逐层堆叠累积构造建筑物的快速建造技术,其无需模板,可自动、快速、灵活、精细、高效地打印复杂建筑,具有绿色、环保、节能、 节材及节约劳动力的优点。在逾30年的发展中,3DPC技术在设备开发、打印材料研制,及打印材料力学性能、耐久性能和工程应用等方面的研究有了长足进步。为推动建筑用3D打印油墨材料3DPC开发,本文从3DPC定义及其发展历程、成型系统、可打印性能、流变性能、硬化与耐久性能、标准规范与工程应用等方面,对3DPC的最新研究和前沿动态进行系统阐述。     

性能·耐久性能·标准规范·工程应用

混凝土3D打印(3DPC)是一种以数字文件为基础,以水泥混凝土为“油墨”或粘合材料,通过逐层堆叠累积构造建筑物的快速建造技术,其无需模板,可自动、快速、灵活、精细、高效地打印复杂建筑,具有绿色、环保、节能、节材及节约劳动力的优点。在逾30年的发展中,3DPC技术在设备开发、打印材料研制,及打印材料力学性能、耐久性能和工程应用等方面的研究有了长足进步。为推动建筑用3D打印油墨材料3DPC开发,本文从3DPC定义及其发展历程、成型系统、可打印性能、流变性能、硬化与耐久性能、标准规范与工程应用等方面,对3DPC的最新研究和前沿动态进行系统阐述。     

原位建筑3D打印两层办公室的施工关键技术

总结了两层办公室项目的原位3D打印施工关键技术。设计开发了具有模块化、高精度、多功能等技术特点大型建筑3D打印机;开发了适合现场3D打印施工的专用添加剂,现场搅拌制备出性能优良的、适合现场施工的3D打印混凝土;提出了一种打印建筑竖向钢筋笼放置和连接方法,解决了打印混凝土结构构造柱根部节点与基础连接的施工难题;通过材料技术和自动化喷雾养护施工技术,有效克服了普通硅酸盐水泥基打印材料的收缩开裂。     

3D打印技术在建筑领域的应用现状与展望

为进一步了解3D打印技术在建筑行业的应用与发展趋势,介绍3D打印建筑技术在国内外的发展现状,对D型工艺、轮廓工艺、全尺寸3D打印及3D打印混凝土技术等3D打印建筑技术的特点进行分析。结合现有技术的不足与当前研究的难题,展望3D打印建筑技术的建筑方式、施工工艺、建筑材料、建筑结构及打印设备等未来研究方向。     

快硬早强混凝土3D打印施工方法及应用

建筑3D打印技术对混凝土的性能要求主要是快硬早强。结合实际打3D打印混凝土应用技术,对适合于建筑3D打印的快硬早强混凝土的工作性能、凝结时间、力学性能提出了参数指标。通过研究混凝土的3D打印工艺、配合比设计和施工流程,对3D打印混凝土的施工方法进行了阐述。利用工业型3D打印机实现快硬早强打印混凝土在建筑构件、房屋的应用。     

3D打印建筑的设备与材料探讨

从3D打印建筑技术的概念出发,介绍了两种常见3D打印建筑设备的结构型式,分析了其结构特点和适用场合,对其设计制造的关键点进行了探讨,并对3D打印混凝土的施工性能和力学性能进行了分析,为3D打印建筑的设备和材料研发提供一些参考。     

3D打印混凝土材料的研究现状与展望

随着3D打印技术的快速发展和3D打印建筑材料的研发,3D打印技术在建筑行业得到了迅速发展,它是一种基于增材制造的建造技术,而混凝土是该技术最常用的打印材料。重点阐述了3D建筑打印技术,3D打印混凝土材料的可建造性、临界失效时间、层间黏结强度、干燥收缩率等性能要求,总结了3D打印混凝土材料国内外研究现状,最后着重阐述了3D打印混凝土施工技术中存在的问题,并对其发展前景进行了展望,希望为以后该方向此类问题的研究提供借鉴。     

3D打印建筑材料相关概念辨析

目前基于计算机控制的快速成型技术日臻成熟,3D打印建筑也在全世界不同的国家和地区开始出现并得到关注。文章在美国、荷兰、英国及我国上海出现的3D打印建筑的基础上,针对3D打印建筑、材料、工艺、性能等一些基本问题进行分析研究,以求在打印方式、材料性能、力学结构、保温绝热、施工操作等方面,探求3D打印建筑相关的概念、机理,为3D打印建筑的研究、开发、应用提供有益的思路。     

英国开发商用化3D混凝土打印技术

<正>英国拉夫堡大学宣布与建筑设计公司Foster+Partners及施工公司Skanska达成合作协议,共同致力于3D混凝土打印技术的研发,期望借助研究,实现大型建筑项目的混凝土3D打印商用化。拉夫堡大学土木建筑工程学院于7年前就在开发一套商用化3D混凝土打印技术,并一直在完善该技术。拉夫堡大学目前已经研发出第二代机械臂和打印头设备,拉夫堡的3D打印系统目     

多壁碳纳米管对3D打印混凝土性能影响试验研究

3D打印混凝土具有快速成型、无需模具、可精细化数字制作等多种优点,越来越多地应用在建筑行业中,但其强度和工作性能一直是推广应用的主要障碍。研究了碳纳米管对3D打印混凝土工作性能和抗压强度的影响。结果表明,碳纳米管的加入对3D打印混凝土的流动性没有明显影响,最大流动降低率为3.7%;适量碳纳米管对3D打印混凝土抗压强度有提高作用,特别是早期强度,对于使用52.5级硫铝酸盐水泥的试验组,3 d抗压强度较未掺碳纳米管的提高幅度最大,为33.6%。     

基于月壤成分和月球环境的3D打印混凝土结构可行性分析

3D打印工艺在高辐射低温失重的月球环境下凸显巨大的技术潜力,针对月球基地结构的建造技术参数,结合月壤成分、材料比例和细度分布开展了3D打印混凝土配合比设计分析,归纳了月球混凝土3D打印结构的材料配合比,力学性能,工作参数和结构型式等相关研究进展,探讨了真空和低温失重环境下月球3D打印混凝土结构的技术可行性和未来发展趋势。     

3D打印混凝土材料研究进展

近年来,3D打印技术的应用备受关注,将3D打印技术引入建筑行业具有重要意义,并已成为研究热点之一。本文简述了国内外3D打印混凝土技术的进展,探讨了3D打印混凝土应满足的基本要求及其面临的问题,提出了3D打印石灰石粉混凝土的研究方向,为未来3D打印混凝土性能的优化及3D打印建筑技术发展提供参考。     

3D打印混凝土负压医疗舱一体化建造技术研究

3D打印混凝土可实现数字设计、一体化快速打印建造成型,具有整体性好、气水密闭、保温隔热、灵活定制、经济耐用以及安全可靠等技术优越性。基于负压医疗标准和技术参数,提出一种可拼接组装、快速就位、安全耐久的3D打印混凝土负压医疗舱空间胶囊结构。基于打印工艺和材料参数开展数值模拟,分析了负压医疗舱结构在承载能力极限状态、正常使用极限状态和建造安装阶段的结构性能,并通过模态分析研究了不同激励工况下的结构振动舒适度。结果表明：3D打印胶囊型混凝土负压医疗舱最大拉压应力小于其抗拉与抗压强度,具有良好的安全性;正常使用极限状态下结构变形满足使用限定条件,适用性良好;负压医疗舱吊装过程中结构具有很好的安全储备,施工安全可行。与传统装配式负压病房相比,3D打印混凝土负压医疗舱的一阶竖向自振频率提高了99.95%,更不易在日常使用工况下产生激励共振。在行走激励下,3D打印负压医疗舱均满足振动舒适度要求;在奔跑激励下,3D打印负压医疗舱的加速度响应处于振动有感阶段;而传统负压舱病房在行走激励下难以满足振动舒适度要求,在奔跑激励工况下的加速度响应超出人体对于振动响应的忍受范围。     

Integrated construction of negative pressure medical cabin using 3D printed concrete

3D打印混凝土可实现数字设计、一体化快速打印建造成型，具有整体性好、气水密闭、保温隔热、灵活定制、经济耐用以及安全可靠等技术优越性。基于负压医疗标准和技术参数，提出一种可拼接组装、快速就位、安全耐久的3D打印混凝土负压医疗舱空间胶囊结构。基于打印工艺和材料参数开展数值模拟，分析了负压医疗舱结构在承载能力极限状态、正常使用极限状态和建造安装阶段的结构性能，并通过模态分析研究了不同激励工况下的结构振动舒适度。结果表明：3D打印胶囊型混凝土负压医疗舱最大拉压应力小于其抗拉与抗压强度，具有良好的安全性；正常使用极限状态下结构变形满足使用限定条件，适用性良好；负压医疗舱吊装过程中结构具有很好的安全储备，施工安全可行。与传统装配式负压病房相比，3D打印混凝土负压医疗舱的一阶竖向自振频率提高了99.95%，更不易在日常使用工况下产生激励共振。在行走激励下，3D打印负压医疗舱均满足振动舒适度要求；在奔跑激励下，3D打印负压医疗舱的加速度响应处于振动有感阶段；而传统负压舱病房在行走激励下难以满足振动舒适度要求，在奔跑激励工况下的加速度响应超出人体对于振动响应的忍受范围。     

3D打印建筑工程结构设计与施工技术

3D建筑打印作为新兴的极具发展潜力的建筑构筑技术,可应用在工业、民居等领域。为验证、推广3D建筑打印技术,结合工程实例,本文介绍3D打印建筑的结构方案设计、现场施工流程以及对3D打印技术的处理措施。     

The impacts of fabrication systems on 3D concrete printing building forms

Recently, 3D concrete printing (3DCP) technology starts entering the market from factories and laboratories, contributing to the creation of new construction methods and architectural forms. However, since the technologies of most 3DCP institutions are independently developed, there is a lack of consensus in terms of construction methods and development approaches in the industry. In this paper, based on 42 3DCP architectural works completed in last five years, a quantitative analysis was made to evaluate the impacts of the fabrication system on 3DCP building forms. The paper introduced three criteria, including Workspace Index, Geometric Complexity Index, and Tectonic Prospect Index, analyzing and answering the discussions about “adopting in-situ printing or prefabrication”, “using gantry printers or robotic arms” from the perspective of architectural form. By analyzing specific construction methods and design strategies in these projects, the research summarized three development trends, “mobile equipment, algorithmic structure, and intelligent construction”, which will affect the future development of 3DCP building forms. Finally, the paper discussed the advantages, limitations, and potential of four different 3DCP fabrication systems, expecting to point out the directions to further optimize each system and realize more diverse 3DCP buildings.     

工业化住宅建筑构造技术体系解析

结合我国工业化住宅,特别是当前大量性建造的高层混凝土装配式住宅的发展现状与技术特点,分析工业化住宅建筑构造技术体系的特征.将研究的主要内容分为建筑围护结构构造技术、装修构造技术、设备与环境控制技术等三个方面,对其中涉及的若干技术问题进行分析,并对未来发展策略进行探讨.