CN113309290A - 一种新型3d打印叠合梁体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型3D打印叠合梁体系，包括：叠合梁的“U”型3D打印预制部分；现浇部分；预制部分的立筋、构造立筋、箍筋、构造箍筋和吊筋。预制部分由3D打印技术、采用超高延性水泥基复合材料打印而成，所述超高延性水泥基复合材料由下述质量份组成：10～30份水泥，30～55份粉煤灰，0.01～5份硅灰，15～30份砂，0.1～10份镍渣砂，0.1～10份石灰石粉，8～25份水，0.05～0.5份聚羧酸高性能减水剂，0.5～2份聚乙烯纤维，0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶，0～0.1份纳米二氧化硅组成，现浇部分采用C30～C60普通混凝土。本发明大大简化叠合梁预制生产工艺，灵活适应构件形式和尺寸，充分利用材料特性，使叠合梁整体性好、受力性能提升并能控制成本，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

Description

一种新型3D打印叠合梁体系
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种新型3D打印预制叠合梁体系。
背景技术
叠合梁是装配式建筑中较常见的预制构件形式。在生产过程中，叠合梁的工艺流程较为复杂，一般分为两次浇筑混凝土，第一次是在预制构件厂做成预制梁，第二次是在施工现场，在完成预制叠合梁吊装后，与上部现浇混凝土连成整体。而在构件厂预制阶段，叠合梁的制作对模板的制作和支护工程提出了较高的要求，进一步提高了工艺的繁复性。
3D打印混凝土技术在近年来快速兴起，这为混凝土产品的生产工艺提供了一个新的思路。该技术使混凝土成型工艺极大的简化，无模板支护要求，无需振捣，自动化浇筑成型，使混凝土的生产对人力的需求进一步降低。
开裂是影响混凝土力学性能和耐久性的重要因素，也是目前制约3D打印混凝土技术发展的主要问题之一。超高延性水泥基复合材料的出现为解决该问题提供了途径。超高延性水泥基复合材料在过去三十多年中快速发展，现在已逐渐形成成熟的材料体系。超高延性水泥基复合材料能大幅提高混凝土受到拉伸作用时的应变极限。而在混凝土发生开裂时，在同等变形程度下，ECC能产生大量而非单一裂缝，从而大幅降低单条裂缝的张开宽度，这有效提高了混凝土的耐久性能。但一般而言，ECC材料的成本往往高于普通混凝土材料。
本发明利用3D打印技术制备叠合梁预制部分，解决了叠合梁预制部分模板工程繁复、生产效率低的问题，提供了一种高效、快速、低成本的叠合梁预制生产工艺；同时，采用ECC作为3D打印材料用于叠合梁预制部分，有效提高叠合梁的受力性能和耐久性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种避免脏污的新型3D打印叠合梁体系，能够提高生产效率，降低生产成本，防止开裂，延长耐久性。
本发明提出的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：包括
叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)；
叠合梁的现浇部分(2)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋(5)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋(6)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋(7)；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分和叠合梁的现浇部分浇筑在一起；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)的底部中；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)的两翼；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋(5)均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋(6)均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋(7)垂直设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)外表面，在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)两翼处各设置两个所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋(7)。
进一步的，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分和叠合梁的现浇部分浇筑通过浇筑混凝土形成一个整体。
进一步的，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)均匀分布在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)的底部中。
进一步的，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋(5)从所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)的底部外表面纵向均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)。
进一步的，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋(6)从所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)的外表面横向均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)。
进一步的，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)由3D打印混凝土技术打印而成，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)外表面为平整表面，内表面为粗糙表面。
进一步的，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)采用超高延性水泥基复合材料，所述叠合梁的现浇部分(2)采用C30～C60普通混凝土。
进一步的，所述超高延性水泥基复合材料按质量组份由：10～30份水泥，30～55份粉煤灰，0.01～5份硅灰，15～30份砂，0.1～10份镍渣砂，0.1～10份石灰石粉，8～25份水，0.05～0.5份聚羧酸高性能减水剂，0.5～2份聚乙烯纤维，0～0.02 份纤维素醚、0～0.01份温轮胶，0～0.1份纳米二氧化硅组成。
进一步的，所述镍渣砂粒径在0.16～5mm之间，为气冷或水淬镍渣。
进一步的，所述石灰石粉中碳酸钙含量≥90％，比表面积≥300kg/m2。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1.预制混凝土工业虽然将传统混凝土的生产实现了工业化，在某些程度上提高了生产效率、改善了生产质量，但其自身并未对混凝土的生产工艺进行简化，同样包括支模、布筋、浇筑和养护等环节。另一方面，叠合梁的采用使建筑结构中的承重结构也实现了部分预制，但这往往对预制过程中的模板工程提出了更高的要求，比现场浇筑混凝土时更繁复。而3D打印混凝土结构不需要使用模板，并可任意改变形状。这对异型构件，如叠合梁的“U”型预制构件部分的生产带来极大的便利。
2.3D打印工艺表面形貌可控，可实现表面平整光滑，亦可使表面粗糙。这不仅使所述新型3D打印预制叠合梁体系表面美观，还使预制部分与现浇部分因具有天然的粗糙表面而形成良好结合。现浇部分提供的约束还提升了3D打印部分的层间性能。这使得构件全截面的整体性均得到了提高。
3.3D打印预制构件部分采用超高延性水泥基复合材料，使材料性能得到充分、合理地利用。超高延性水泥基复合材料虽然具有极好的拉伸延性，但其自身的抗压性能并未较普通混凝土有较大的提升，有时还往往因引入缺陷而使其承压性能略有下降。叠合梁的“U”型预制构件部分主要位于叠合梁结构的承拉区，将超高延性水泥基复合材料用于这部分区域，将提高叠合梁的受力性能。尽管在设计过程中，受拉区混凝土并不考虑其对承载的贡献，但超高延性水泥基复合材料的使用，可以提高构件受拉区的力学性能，或者在具备相同力学性能的情况下提高构件安全储备、提高耐久性。
4.仅在叠合梁“U”型预制部分采用超高延性水泥基材料，有利于在提升构件性能的同时，控制成本。超高延性水泥基复合材料由于采用较大掺量的纤维以及多种胶凝材料复合配制的基体，其单方造价较普通混凝土更高。在超高延性水泥基材料推广应用的过程中，若结构或构件全截面采用超高延性水泥基复合材料，无疑会使结构造价大幅提升。且将超高延性水泥基复合材料用于以承压为主的构件时，其受力特性及其优势并未得到合理发挥。因此，仅将超高延性水泥基复合材料用于叠合梁“U”型预制部分这一以承拉为主的构件，在合理利用材料性能的前提下，实现了性能和成本的平衡。这是推广超高延性水泥基复合材料这一高性能材料的可行途径。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明新型3D打印叠合梁体系的结构示意图；
图2为本发明中叠合梁的“U”型3D打印预制部分的结构示意图；
图3为本发明中叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊运模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明一种新型3D打印叠合梁结构体系，具体详见附图说明。
如图1～3所示，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1与现浇部分2通过浇筑形成一个整体，共同承载；
其中，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋3均匀分布在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1的底部中，用于抵抗所述叠合梁构件在施工期、使用期的跨中设计正弯矩；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋4设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1的两翼；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋5从所述叠合梁的“U”型 3D打印预制部分的立筋3的底部外表面纵向均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1，用于抵抗所述叠合梁构件施工期和使用期的设计剪力；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋6从所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋3的外表面横向均箍所述叠合梁的“U”型3D 打印预制部分1；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋7垂直设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋4外表面，在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1两翼处宜各设置两个吊筋7，用于满足预制部分1的吊运要求。由于所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1属于薄壁构件，要求采用垂直吊运，避免薄壁构件因吊运导致结构开裂失效。
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1由3D打印混凝土技术打印而成，无需支模，无需振捣，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1外表面宜打印成平整表面，内表面打印为粗糙表面。
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1所用的材料采用超高延性水泥基复合材料，使所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分1具有极高的拉伸延性和耐久性。
所述超高延性水泥基复合材料按质量组份由：10～30份水泥，30～55份粉煤灰，0.01～5份硅灰，15～30份砂，0.1～10份镍渣砂，0.1～10份石灰石粉，8～25 份水，0.05～0.5份聚羧酸高性能减水剂，0.5～2份聚乙烯纤维，0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶，0～0.1份纳米二氧化硅组成。
所述镍渣砂粒径在0.16～5mm之间，为气冷或水淬镍渣。
所述石灰石粉中碳酸钙含量≥90％，比表面积≥300kg/m2。
所述叠合梁的现浇部分2采用C30～C60普通混凝土，待叠合梁“U”型3D 打印预制部分现场吊装、安装完成后现浇而成。
实施例一
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分所用的超高延性水泥基复合材料由一下组份质量份组成：12份水泥，48份粉煤灰，2份硅灰，18份砂，2份镍渣砂，2份石灰石粉，16份水，0.14份聚羧酸高性能减水剂，1.3份聚乙烯纤维， 0.03份纳米二氧化硅组成。
所述新型一种新型3D打印叠合梁结构体系的实施过程如下：
1)叠合梁的“U”型3D打印预制部分在预制厂进行3D打印预制施工，依据构件几何形状设计打印路径，逐层打印；
2)打印至预定高度时，布置对应钢筋，继续逐层打印；
3)打印完成后，养护混凝土养护；
4)绑扎现浇部分钢筋；
5)进行垂直吊运安装，安装就位；
4)浇筑现浇部分混凝土，完成梁体施工。
实施例二
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分所用的超高延性水泥基复合材料由一下组份质量份组成：19份水泥，43份粉煤灰，1份硅灰，20份砂，4份石灰石粉，13份水，0.25份聚羧酸高性能减水剂，1.7份聚乙烯纤维，0.01份纳米二氧化硅组成。
所述新型一种新型3D打印叠合梁结构体系的实施过程如下：
1)叠合梁的“U”型3D打印预制部分在预制厂进行3D打印预制施工，依据构件几何形状设计打印路径，逐层打印；
2)打印至预定高度时，布置对应钢筋，继续逐层打印；
3)打印完成后，养护混凝土养护；
4)绑扎现浇部分钢筋；
5)进行垂直吊运安装，安装就位；
4)浇筑现浇部分混凝土，完成梁体施工。
实施例三
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分所用的超高延性水泥基复合材料由一下组份质量份组成：24份水泥，36份粉煤灰，16份砂，4份石灰石粉，20份水，0.18份聚羧酸高性能减水剂，1.5份聚乙烯纤维组成。
所述新型一种新型3D打印叠合梁结构体系的实施过程如下：
1)叠合梁的“U”型3D打印预制部分在预制厂进行3D打印预制施工，依据构件几何形状设计打印路径，逐层打印；
2)打印至预定高度时，布置对应钢筋，继续逐层打印；
3)打印完成后，养护混凝土养护；
4)绑扎现浇部分钢筋；
5)进行垂直吊运安装，安装就位；
4)浇筑现浇部分混凝土，完成梁体施工。
表1为本发明的材料性能和构件浇筑情况，材料性能参照 GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行抗折强度和抗压强度测试。由表 1可见，本发明的新型3D打印叠合梁结构体系具有良好的整体性。
实施例 抗折强度 抗压强度 表面形貌 界面结合
一 15.3 42.8 平整无裂缝 良好
二 17.6 58.5 平整无裂缝 良好
三 13.3 32.7 平整无裂缝 良好
表1
本发明在生产叠合梁时，可根据实际需要任意改变构件尺寸大小、布筋形式，无需模板支护、无需振捣，大大简化工艺流程、降低生产成本。
本发明在生产叠合梁时，充分、合理地利用材料性能，在构件受拉区采用超高延性水泥基复合材料，提高构件的力学性能；3D打印天然形成的粗糙表面改善了叠合梁预制部分和现浇部分的界面结合，而现浇部分提升了3D打印预制部分的层间结合；现浇部分采用普通混凝土降低叠合梁生产成本。叠合梁各部分相辅相成，性能协同提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：包括
叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)；
叠合梁的现浇部分(2)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋(5)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋(6)；
叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋(7)；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分和叠合梁的现浇部分浇筑在一起；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)的底部中；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)的两翼；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋(5)均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋(6)均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)；
所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋(7)垂直设置在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)外表面，在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)两翼处各设置两个所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的吊筋(7)。
2.根据权利要求1所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分和叠合梁的现浇部分浇筑通过浇筑混凝土形成一个整体。
3.根据权利要求1所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)均匀分布在所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)的底部中。
4.根据权利要求1所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的箍筋(5)从所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的立筋(3)的底部外表面纵向均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)。
5.根据权利要求1所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造箍筋(6)从所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分的构造立筋(4)的外表面横向均箍所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)。
6.根据权利要求1所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)由3D打印混凝土技术打印而成，所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)外表面为平整表面，内表面为粗糙表面。
7.根据权利要求1所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述叠合梁的“U”型3D打印预制部分(1)采用超高延性水泥基复合材料，所述叠合梁的现浇部分(2)采用C30～C60普通混凝土。
8.根据权利要求7所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述超高延性水泥基复合材料按质量组份由：10～30份水泥，30～55份粉煤灰，0.01～5份硅灰，15～30份砂，0.1～10份镍渣砂，0.1～10份石灰石粉，8～25份水，0.05～0.5份聚羧酸高性能减水剂，0.5～2份聚乙烯纤维，0～0.02份纤维素醚、0～0.01份温轮胶，0～0.1份纳米二氧化硅组成。
9.根据权利要求8所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述镍渣砂粒径在0.16～5mm之间，为气冷或水淬镍渣。
10.根据权利要求9所述的一种新型3D打印叠合梁体系，其特征在于：所述石灰石粉中碳酸钙含量≥90％，比表面积≥300kg/m2。
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