CN104961367A - 一种利用钢纤维混凝土3d打印建筑物的方法 - Google Patents
一种利用钢纤维混凝土3d打印建筑物的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104961367A CN104961367A CN201510330363.6A CN201510330363A CN104961367A CN 104961367 A CN104961367 A CN 104961367A CN 201510330363 A CN201510330363 A CN 201510330363A CN 104961367 A CN104961367 A CN 104961367A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel fiber
- concrete
- building
- reinforced concrete
- buildings
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
Abstract
本发明提供的一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,采用大尺寸、多维度钢纤维完全替代钢筋,使钢纤维混凝土的力学性能不低于钢筋混凝土,不仅能改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能,而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能,尤其是韧性可增加,并且能显著提高混凝土结构的疲劳性能及其耐久性。而且减少了建筑施工程序,降低了劳动强度,使3D打印建筑物的优势得以突出显现。钢纤维与混凝土的拌合采用非传统的后加入工艺,一可以避免钢纤维在搅拌过程中结团;二是可以根据建筑结构对建筑构件的不同力学的要求,按不同部位非均匀的定向投放不同的钢纤维,使建筑构件各个部位即能达到结构力学的不同要求,又能达到其经济性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域,特别是涉及3D打印建筑物所使用的材料及实施方法。
背景技术
3D打印是快速成型、增材制造技术的一种,1993年,Chuck Hull发明了第一台3D打印机,30多年过去了,随着3D打印技术的变革及商业化的发展,与各行各业相融合,除了较为普遍的食品加工、汽车、建筑、军事、工业生产等行业外,如今还涉及了更高精尖的领域,如航空航天、生物工程、纳米技术、克隆技术等。3D打印技术与各行业相结合并不是简单的移植、嫁接,除了要开发具有行业特色的打印机和软件外,其核心是新型打印材料的研发。
现代波特兰水泥制造技术出现在1824年的英国,1872年美国人沃德建造了第一幢钢筋混凝土构件的房屋,从此以水泥为主的钢筋混凝土进入了大规模建筑制造实用阶段。
3D打印的物件保罗万象,同样引发了建筑业追捧的热潮。3D打印建筑技术与传统建筑相比,其优势不仅体现在速度快——可比传统建筑技术快10倍以上;不需要使用模板,可以大幅节约成本,并且具有低碳、绿色、环保的特点;不需要数量庞大的建筑工人,大大提高了生产效率;可以非常容易地打印出其他方式很难建造的高成本曲线建筑;可以打印出强度更高、质量更轻的混凝土建筑物。
2012年1月,美国航天局(NASA)出资与美国南加州大学合作,最新研发出的“轮廓工艺”3D打印技术,所使用的材料是以石膏、玻璃纤维为主的胶凝材料;
2013年1月,荷兰计划采用3D打印技术建造的房屋,这座仿莫比乌斯环的3D打印房屋;
2013年1月,欧洲航天局已着手同建筑公司Forster+Parterners联手研发在月球打印一座空间站的项目,计划利用月球现成的土壤及其他材料通过3D打印技术将其制成建筑材料,进而完成空间站的建设;
2013年2月,英国设计师Softkill Design正着手使用3D打印技术建造大批量民用住房。这些房屋以骨骼架构为原型,以纤维尼龙为结构——制作所有的部件需要三个星期,组装起来则只需要一天;
2013年3月,荷兰公司DAS的建筑师建造了打印机,号称将建造“第一”的3D打印运河屋;
2015年1月盈创公司在苏州3D打印的别墅一套、五层楼的楼房一幢。
以上的3D打印建筑物项目所使用的材料分别是塑料、镁质粘接剂、石膏、玻璃纤维和水泥等,其作为实验性、创新性是无可厚非的,但要进行大规模的实用性建筑物制造是有问题的,其材料是否能满足建筑结构的物理强度、卫生环保、建筑物耐久性的要求,都是有待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述3D打印建筑物存在的问题,本发明的目的在于提供一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,以解决上述3D打印房屋建造中存在的问题。
为实现上述技术效果,本发明公开了一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,其主要特征是,在建筑物中用钢纤维完全替代钢筋,使钢纤维混凝土的力学性能不低于钢筋混凝土,不仅能改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能,而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能,尤其是韧性可增加,并且能显著提高混凝土结构的疲劳性能及其耐久性。
3D打印建筑物所使用的钢纤维,其特征在于:所述的钢纤维尺寸如下:
直径 Φ0.1~50mm;
长度 1~1000mm。
3D打印建筑物所使用钢纤维的外形,其特征在于:所述的钢纤维混凝土为了增加钢纤维与砂浆或混凝土的界面粘结,其外形如下:
一维钢纤维 平直、压痕、毛刺、异性截面;
二维钢纤维 波浪、螺旋、弯曲、带钩,端部放大及叠加一维外形;
三维钢纤维 叠加一维及二维外形。
3D打印建筑物中钢纤维混凝土的拌合工艺,其特征在于:所述的钢纤维混凝土中钢纤维与混凝土的拌合工艺,钢纤维不参与混凝土搅拌,采用在打印建筑物时同时投入的方式,以避免钢纤维结团,同时可以按需要精准进行钢纤维分布。
3D打印建筑物中所使用的混凝土,其特征在于:所述的钢纤维混凝土中的混凝土是使用自密实混凝土。
本发明由于采用了以上技术方案,使其具有以下有益效果:
采用大尺寸、多维度钢纤维完全替代钢筋,使钢纤维混凝土的力学性能不低于钢筋混凝土,不仅能改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能,而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能,尤其是韧性可增加,并且能显著提高混凝土结构的疲劳性能及其耐久性。而且减少了建筑施工程序,降低了劳动强度,使3D打印建筑物的优势得以突出显现。
钢纤维与混凝土的拌合采用非传统的后加入工艺,一可以避免钢纤维在搅拌过程中结团;二是可以根据建筑结构对建筑构件的不同力学的要求,按不同部位非均匀的定向投放不同的钢纤维,使建筑构件各个部位即能达到结构力学的不同要求,又能达到其经济性。
附图说明
图1 显示为本发明一实施例中一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法的工艺流程图。
图2 显示为本发明实施例一中使用的一维(条型)钢纤维示意图。
图3 显示为本发明实施例二中使用的二维(平面)钢纤维示意图。
图4 显示为本发明实施例三中使用的三维(立体)钢纤维示意图。
具体实施方式
本发明的目的可以通过以下措施来实现:
第一步:备料:按建筑构件对各原料的需求量,准备钢纤维、水泥、集料、掺合料和外加剂,保障3D打印建筑构件一次完成,中途不能停料;
第二步:混凝土搅拌:按预先设定好的自密实混凝土配方比例,对水泥、集料、掺合料和外加剂计量、搅拌;
第三步:3D打印:将制备好的混凝土及钢纤维,按预先设计好的3D图纸,采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成建筑物。
以下结合附图和具体实施例对本发明的一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法作进一步详细说明:
实施例一: 所用原材料如下:42.5级水泥,II级粉煤灰,细度为400m2/kg矿渣微粉,粗骨料采用粒径5~16mm的连续级配的碎石,细骨料采用细度模数2.85的中砂;高效聚羧酸系减水剂,如图2所示的一维条型钢纤维。C35自密实混凝土配合比为:石子为865kg/m3,砂子为782 kg/m3,水泥为312kg/m3,粉煤灰为121kg/m3,矿渣微粉为48kg/m3,用水量为194kg/m3,高效聚羧酸减水剂掺量为1%。按图1所示的工艺流程,先进行自密实混凝土的配制及搅拌,与钢纤维同时进入3D打印机,按预先设计好的建筑物施工图纸进行3D打印,采用分层打印、迭加成形的方式逐层增加材料来生成建筑物,本实例主要适用于平层及低层建筑物。
实施例二: 所用原材料如下:42.5级水泥,II级粉煤灰,细度为400m2/kg矿渣微粉,粗骨料采用粒径5~16mm的连续级配的碎石,细骨料采用细度模数2.85的中砂;高效聚羧酸系减水剂,如图3所示的二维平面型钢纤维。C35自密实混凝土配合比为:石子为865kg/m3,砂子为782 kg/m3,水泥为312kg/m3,粉煤灰为121kg/m3,矿渣微粉为48kg/m3,用水量为194kg/m3,高效聚羧酸减水剂掺量为1%。按图1所示的工艺流程,先进行自密实混凝土的配制及搅拌,与钢纤维同时进入3D打印机,按预先设计好的建筑物施工图纸进行3D打印,采用分层打印、迭加成形的方式逐层增加材料来生成建筑物,本实例主要适用于中层建筑物。
实施例三: 所用原材料如下:42.5级水泥,II级粉煤灰,细度为400m2/kg矿渣微粉,粗骨料采用粒径5~16mm的连续级配的碎石,细骨料采用细度模数2.85的中砂;高效聚羧酸系减水剂,如图4所示的三维立体型钢纤维。C50自密实混凝土最终配合比为:石子为865kg/m3,砂子为782kg/m3,水泥为400kg/m3,粉煤灰为90kg/m3,矿渣微粉为30kg/m3,用水量为187kg/m3,高效聚羧酸减水剂掺量为1.1%。按图1所示的工艺流程,先进行自密实混凝土的配制及搅拌,与钢纤维同时进入3D打印机,按预先设计好的建筑物施工图纸进行3D打印,采用分层打印、迭加成形的方式逐层增加材料来生成建筑物,本实例主要适用于高层建筑物。
以上结合附图、实施例对本发明进行了细致说明,本领域中的技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化和修饰。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,其主要特征是,在建筑物中用钢纤维完全替代钢筋。
2.根据权利要求1 所述的一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,其特征在于:所述的钢纤维尺寸如下:
直径 Φ0.1~50mm;
长度 1~1000mm。
3.根据权利要求1 所述的一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,其特征在于:所述的钢纤维混凝土为了增加钢纤维与砂浆或混凝土的界面粘结,其外形如下:
一维(条型)钢纤维 平直、压痕、毛刺、异性截面;
二维(平面)钢纤维 波浪、螺旋、弯曲、带钩,端部放大及叠加一维外形;
三维(立体)钢纤维 叠加一维及二维外形。
4.根据权利要求1 所述的一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,其特征在于:所述的钢纤维混凝土中钢纤维与混凝土的拌合工艺,钢纤维不参与混凝土搅拌,采用在打印建筑物时同时投入的方式,以避免钢纤维结团,同时可以按需要精准进行钢纤维分布。
5.根据权利要求1 所述的一种利用钢纤维混凝土3D打印建筑物的方法,其特征在于:所述的钢纤维混凝土中的混凝土是使用自密实混凝土。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510330363.6A CN104961367A (zh) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | 一种利用钢纤维混凝土3d打印建筑物的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510330363.6A CN104961367A (zh) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | 一种利用钢纤维混凝土3d打印建筑物的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104961367A true CN104961367A (zh) | 2015-10-07 |
Family
ID=54215497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510330363.6A Pending CN104961367A (zh) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | 一种利用钢纤维混凝土3d打印建筑物的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104961367A (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105152620A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-16 | 贵州腾峰科技有限责任公司 | 一种可用于3d打印的磷石膏预拌干混砂浆 |
CN105946110A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-09-21 | 广东工业大学 | 改善橡胶改性砂浆类材料中橡胶分布不均的方法 |
CN106313272A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-01-11 | 同济大学 | 胶凝材料中增加基于配筋率的定向纤维的3d打印实施方法 |
CN106738190A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 重庆知德文化传播有限公司 | 水泥制品3d打印机 |
CN108952003A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-07 | 河北工业大学 | 一种3d打印钢丝绳增强混凝土复合材料及其建造装置 |
CN108999289A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-14 | 江苏东南结构防灾工程有限公司 | 数字生形混凝土板壳制造工艺 |
CN109304788A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-02-05 | 浙江大学 | 一种3d打印编织一体化成型的复合板的建造方法及复合板 |
CN109719851A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-07 | 河北工业大学 | 一种3d打印电磁吸波混凝土定向纤维分级供料*** |
WO2020048468A1 (zh) * | 2018-09-06 | 2020-03-12 | 浙江大学 | 一种3d打印编织一体化成型建筑的建造方法 |
US10961813B2 (en) | 2017-12-05 | 2021-03-30 | Saudi Arabian Oil Company | Wellbore casing liner printing |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104032898A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-10 | 南京工业大学 | 一种三维纤维网格筋增强混凝土结构件 |
-
2015
- 2015-06-16 CN CN201510330363.6A patent/CN104961367A/zh active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104032898A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-10 | 南京工业大学 | 一种三维纤维网格筋增强混凝土结构件 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ADMIN: "Industrial grade 3D printed concrete", 《3DPRINTER.IN》 * |
VIKRANT S. VAIRAGADE ET AL.: "Introduction to Steel Fiber Reinforced Concrete on Engineering Performance of Concrete", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENTIFIC & TECHNOLOGY RESEARCH》 * |
马敬畏 等: "3D打印混凝土技术的发展与展望", 《混凝土世界》 * |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105152620A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-16 | 贵州腾峰科技有限责任公司 | 一种可用于3d打印的磷石膏预拌干混砂浆 |
CN105946110A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-09-21 | 广东工业大学 | 改善橡胶改性砂浆类材料中橡胶分布不均的方法 |
CN105946110B (zh) * | 2016-04-27 | 2018-07-27 | 广东工业大学 | 改善橡胶改性砂浆类材料中橡胶分布不均的方法 |
CN106313272A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-01-11 | 同济大学 | 胶凝材料中增加基于配筋率的定向纤维的3d打印实施方法 |
CN106313272B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-07-03 | 同济大学 | 胶凝材料中增加基于配筋率的定向纤维的3d打印实施方法 |
CN106738190A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 重庆知德文化传播有限公司 | 水泥制品3d打印机 |
US11293258B2 (en) | 2017-12-05 | 2022-04-05 | Saudi Arabian Oil Company | Additive manufacture of wellbore lining |
US10961813B2 (en) | 2017-12-05 | 2021-03-30 | Saudi Arabian Oil Company | Wellbore casing liner printing |
US11293257B2 (en) | 2017-12-05 | 2022-04-05 | Saudi Arabian Oil Company | Additive manufacture of casing liner in a wellbore |
US11293259B2 (en) | 2017-12-05 | 2022-04-05 | Saudi Arabian Oil Company | Additive manufacture of wellbore tubulars |
US11692413B2 (en) | 2017-12-05 | 2023-07-04 | Saudi Arabian Oil Company | Additive manufacture of wellbore lining |
US11851979B2 (en) | 2017-12-05 | 2023-12-26 | Saudi Arabian Oil Company | Additive manufacture of wellbore tubulars |
US11851978B2 (en) | 2017-12-05 | 2023-12-26 | Saudi Arabian Oil Company | Additive manufacture of casing liner in a wellbore |
CN108999289A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-14 | 江苏东南结构防灾工程有限公司 | 数字生形混凝土板壳制造工艺 |
CN108952003A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-07 | 河北工业大学 | 一种3d打印钢丝绳增强混凝土复合材料及其建造装置 |
CN109304788A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-02-05 | 浙江大学 | 一种3d打印编织一体化成型的复合板的建造方法及复合板 |
WO2020048468A1 (zh) * | 2018-09-06 | 2020-03-12 | 浙江大学 | 一种3d打印编织一体化成型建筑的建造方法 |
CN109719851A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-07 | 河北工业大学 | 一种3d打印电磁吸波混凝土定向纤维分级供料*** |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104961367A (zh) | 一种利用钢纤维混凝土3d打印建筑物的方法 | |
Souza et al. | 3D printed concrete for large-scale buildings: An overview of rheology, printing parameters, chemical admixtures, reinforcements, and economic and environmental prospects | |
Xiao et al. | Large-scale 3D printing concrete technology: Current status and future opportunities | |
Chen et al. | A critical review of 3D concrete printing as a low CO2 concrete approach | |
Al Rashid et al. | Additive manufacturing: Technology, applications, markets, and opportunities for the built environment | |
CN100522865C (zh) | 一种自密实纤维增强活性粉末混凝土及其制备方法 | |
CN102432245B (zh) | 一种用于制造预应力管桩的混凝土的制造方法 | |
CN104761229B (zh) | 一种利用工业固体废弃物的自密实混凝土及其制备方法 | |
CN104744000A (zh) | 一种3d打印用石膏材料及其制备方法 | |
CN103011744B (zh) | 一种高延性水泥基复合材料 | |
CN102775106B (zh) | 一种再生红砖砂干粉砂浆及其制造方法 | |
CN102951876A (zh) | 一种免振捣的自密实混凝土组合物 | |
Tu et al. | Recent advancements and future trends in 3D printing concrete using waste materials | |
CN104891908A (zh) | 一种c60微膨胀自密实混凝土 | |
Chernysheva et al. | Effective composites employing fast-nardening gypsum cement binders for additive manufacturing | |
CN109293311A (zh) | 超高性能混凝土浆料、超高性能混凝土及其制备方法 | |
CN102503317A (zh) | 一种高掺钢纤维顶升灌注超长钢管拱高强混凝土及其制备方法 | |
CN101407394A (zh) | 水镁石纤维增强商品水泥砂浆材料 | |
CN103122672A (zh) | 圈梁砖 | |
Mierzwiński et al. | A brief overview of the use of additive manufacturing of con-create materials in construction | |
Wang et al. | Mechanical properties of 3D printed mortar cured by CO2 | |
Jindal et al. | 3D Printed Concrete: A comprehensive review of raw material’s properties, synthesis, performance, and potential field applications | |
CN105418050A (zh) | 一种建筑用磷酸镁楼承板及其制备方法 | |
CN102659374A (zh) | 一种用于混凝土及水泥制品的活性增效剂 | |
Potapova et al. | Mortar for 3D printing based on gypsum binders |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151007 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |