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。     

混凝土3D打印材料的性能与评价方法

3D打印技术的关键在于打印材料的性能,要求其具有良好的流动性、可塑性、挤出性、建造性且凝结时间可调,从而实现可连续打印、无坍塌;同时,还要求其硬化后具有较高的力学性能,以保证打印构建能承受自重及抵抗外力冲击。本文针对混凝土打印材料的性能及评价方法进行总结和分析,为混凝土3D打印技术的后续研究提供参考,并指出混凝土3D打印技术存在的挑战和未来的研究方向。     

中国3D打印混凝土技术应用历程与趋势

为了全面分析中国3D打印混凝土技术的研究现状,从“油墨”材料、施工工艺和应用场景等方面对3D打印混凝土技术的研究进展进行了回顾,从时间和逻辑2条线路分析了该技术的发展历程,介绍了主要的施工工艺及在建筑物和基础设施上的应用案例,并分析了3D打印混凝土技术在生态“油墨”材料、仿生设计、大型打印设备开发及施工工艺、3D打印混凝土技术标准与验收规范等发展趋势。最后分析总结了目前中国3D打印混凝土技术所面临的问题,并结合实际应用场景给出了部分研究思路。结果表明:3D打印材料是影响混凝土性能最根本的因素,混凝土须具有更好的流变性能,并能够在环境中快速凝固; 现有3D打印混凝土设备还不能够完全满足不同应用环境的特殊性要求,需要在机械设计和施工流程方面进行协调开发,促进面向建筑领域新型3D打印设备的精细化与自动化发展; 3D打印混凝土结构和普通混凝土结构形式不同,现有的混凝土结构设计施工标准和国家规程并不适合3D打印混凝土技术,缺乏面向3D打印建筑的标准和验收规范; 企业、高校和科研机构需加强合作,以工程应用为导向指引3D打印混凝土的研究和发展。     

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。     

水胶比对3D打印混凝土的挤出及力学性能影响

3D混凝土打印技术是一项正在发展的新型建造技术.打印混凝土的挤出性能作为该技术的关键因素之一,受打印头泵机的挤料速度及材料工作性等参数的影响.本文探讨了不同水胶比的打印混凝土对单位时间挤出量以及挤出线条形状和抗压强度的影响.结果显示,水胶比影响打印混凝土抗压强度各向异性的差异.随着水胶比增加及打印头泵机转速加快,单位时...     

水泥基材料3D打印技术研究进展

3D打印技术是一种增材制造、快速成型技术,应用于建筑结构具有建造速度快、建造成本低、无模化施工和建筑垃圾少等优势.本文针对建筑结构的3D打印建造,介绍了三种适用的打印工艺,讨论了3D打印水泥基材料工作性能、力学性能与耐久性能的研究现状,对3D打印配筋增强构件的研究进展做了总结分析,对目前3D打印在建筑领域应用面临的问题...     

混凝土3D打印质量影响因素及控制方法

为更好地控制混凝土3D打印构件的成型质量,从构件造型实现程度、成型精度、表面纹理质量、力学性能、非薄壁构件的填充质量等方面介绍了混凝土3D打印质量评价指标.结合混凝土3D打印技术流程,研究了影响3D打印质量的主要因素,如打印材料、打印设备、控制系统、切片及路径规划算法、控制参数、打印环境条件等.并针对主要影响因素,采用...     

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%。     

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.     

浅谈大体积混凝土施工的质量控制

从材料控制、技术准备、现场准备、材料准备等方面阐述了大体积混凝土施工前的准备工作,并从大体积混凝土的浇筑、养护和测温等方面对其施工的质量控制进行了论述,以保证大体积混凝土工程的施工质量。     

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...     

3D打印水泥基材料层间界面研究综述

3D打印技术在建筑领域的应用得到广泛关注.与传统施工技术相比,3D打印技术具有诸多技术优势,但仍有一些关键技术问题需要克服,其中打印层间弱界面是一个重点.本文针对3D打印水泥基材料层间界面粘结性能的影响因素、测试方法以及性能特征进行综述.     

建筑3D打印技术及材料的研究进展

3D打印技术在建筑领域的研究与应用逐渐成为世界范围内的热点研究课题之一,建筑3D打印材料的研究与开发是3D打印技术在建筑领域应用的重点和难点.本文回顾了3D打印技术的发展历程,在总结国内外建筑3D打印技术的基础上,重点介绍了建筑3D打印材料的研究状况和进展,并对目前建筑3D打印材料的应用和问题进行了概括,对建筑3D打印...     

挤出型3D打印混凝土力学性能研究进展

介绍了3D打印混凝土的特点与前景,综述了挤出型工艺的3D打印混凝土的压、拉、折、剪基本力学性能以及增强措施.研究表明:打印层在喷嘴的挤压作用下密实度有所提高,但同时层间易形成薄弱界面,造成性能的各向异性,通过调整胶凝材料、掺入纤维、优化工艺、水浴养护、布筋等措施能有效改善.此外,提出了还需进一步研究的问题.     

混凝土3D打印技术的研究与应用进展

3D打印技术是一种热门的新兴技术,与传统技术相比,其更加系统,也更加便捷,已经在很多行业和领域得到应用.本文综合相关研究成果,阐述了混凝土3D打印技术的材料与工艺研究、3D打印混凝土的性能试验方法研究及混凝土3D打印技术的应用研究,并分析了3D打印技术现阶段存在的问题与不足,对混凝土3D打印技术的研究方向进行了展望.     

Applications of additive manufacturing in the construction industry – A forward-looking review

Additive manufacturing (AM), also known as 3D printing, fabricates components in a layerwise fashion directly from a digital file. Many of the early applications of AM technologies have been in the aerospace, automotive, and healthcare industries. Building on the advances in AM in these industries, there are several experimental applications of AM in the construction sector. Early investigations suggest that use of AM technologies for construction have the potential to decrease labor costs, reduce material waste, and create customized complex geometries that are difficult to achieve using conventional construction techniques. However, these initial investigations do not cover the full range of potential applications for construction or exploit the rapidly maturing AM technologies for a variety of material types. This paper provides an up-to-date review of AM as it relates to the construction industry, identifies the trend of AM processes and materials being used, and discusses related methods of implementing AM and potential advancements in applications of AM. Examples of potential advancements include use of multi-materials (e.g., use of high-performance materials only in areas where they are needed), in-situ repair in locations that are difficult or dangerous for humans to access, disaster relief construction in areas with limited construction workforce and material resources, structural and non-structural elements with optimized topologies, and customized parts of high value. AM's future in the construction industry is promising, but interdisciplinary research is still needed to provide new materials, new processes, faster printing, quality assurance, and data on mechanical properties before AM can realize its full potential in infrastructure construction.     

3D打印石膏基材料制备与性能研究进展

利用3D打印制备异形石膏构件已成为国内外研究的热点.本文主要介绍3D粉末打印(3DP)和三维自动注浆成型(3DR)两种3D打印技术在石膏基材料中的应用与优势,重点综述了国内外关于3DR石膏基材料组成设计、材料制备以及性能表征等方面的研究进展.     

3D Printing Concrete on temporary surfaces: The design and fabrication of a concrete shell structure

One of the geometrical restrictions associated with printed paste materials such as concrete, is that material must be self-supporting during printing. In this research paper a new methodology for 3D Printing Concrete onto a temporary freeform surface is presented. This is achieved by setting up a workflow for combining a Flexible Mould developed at TU Delft with a 4-degrees-of-freedom gantry printer (4 DOF) provided at TU Eindhoven. A number of hypothetical cases are studied, namely fully-printing geometries or combining 3D printing with casting concrete. The final outcome is a 5 m² partially-printed and partially-cast shell structure, combined with a CNC-milled mould simulating a Flexible Mould.     

自流平混凝土灌板工艺研究

本工艺研究旨在模拟实际施工条件,探索自流平混凝土搅拌、灌注工艺及灌注效果评价,包括原材料性能检测、自流平混凝土实验室试配试验。通过灌注及揭板试验,实地检验自流平混凝土的施工性能,确定自流平混凝土的基本施工配合比以及底座板台座浇筑、机具加工准备以及灌板现场模板安装等工艺参数,确保充填层混凝土灌注一次成功。初步探讨了无砟轨道板填充层用自流平混凝土的性能指标和施工工艺参数,包括原材料性能指标、自流平混凝土拌合物性能和施工工艺参数,为自流平混凝土施工积累经验。     

添加剂对3D打印轻骨料混凝土流变性和可打印性的影响

研究了骨料(石英砂、玻化微珠)、保塑剂(HMC)、塑化剂(KHC)、乳胶粉(FX)对3D打印轻骨料混凝土(3DPLAC)的流变性能、挤出性、堆积性能以及容重的影响.结果 表明:在相同水胶比下,随着玻化微珠取代量的增加,3D打印轻骨料混凝土的表观黏度、触变性和屈服应力明显下降,挤出性、堆积性能降低,容重显著下降;随着HMC和KHC掺量的增大,3D打印轻骨料混凝土的表观黏度、触变性、屈服应力均明显增大;随着FX掺量的增加,3D打印轻骨料混凝土的表观黏度、触变性以及屈服应力呈先减小后增大的变化趋势.通过优化各组分配比,3D打印轻骨料混凝土可获得适宜的流变性能,可打印性得到显著改善,容重明显降低.