CN108222512A - 骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法 - Google Patents

骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法 Download PDF

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沈卫国
张宇星
黄嘉祺
张子璇
李将伟
吉晓莉
许鸽龙
张昺榴
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    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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Abstract

本发明公开了一种骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法。包括施工信息输入施工机器人；利用情景识别模块指导行走模块移动；利用粗集料散布模块在模具内空间底面均匀撒布一层相互嵌锁的粗骨料；利用投料模块将制备好的砂浆浇注和填充到相互嵌锁的粗骨料的间隙，通过其振捣密实模块将混凝土体系振捣密实；在砂浆的浇注过程中通过施工机器人情节识别模块，识别混凝土内部集料堆积、浆体填充情况；继续利用粗集料撒布模块在浆体的表面均匀撒布一层相互嵌锁粗的骨料，对骨料进行振捣，使骨料和下层骨料相互嵌锁。本发明提出采用机器人浇注砂浆实现骨料mini堆砌，从而制备骨料嵌锁型混凝土。

Description

骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法
技术领域
本发明属于建筑施工与建筑材料领域，具体涉及一种骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法。
背景技术
混凝土中粗骨料是混凝土的强度骨架，然而与目前常规施工工艺相配套的混凝土设计方法所设计的混凝土中往往浆体过多，集料特别是粗集料不足，是一类“骨料悬浮型混凝土”。为充分发挥粗集料的强度骨架作用，第二发明人曾发明了一种名为抛填骨料法的混凝土施工工艺：在混凝土浇筑或摊铺过程，通过分层撒布的方式外加体积分数为10～30％(以成品混凝土体积为基准)的骨料，振捣密实，形成一种“骨料嵌锁型混凝土”。工艺已经获国家知识产权局授予的发明专利，名为《外抛集料或石料混凝土》ZL02147740.X。这种方式既保证了原混凝土拌和物的工作性，还能大幅度提高混凝土的耐久性能、强度、弹性模量、抗渗性和抗裂性等。大量研究表明集料嵌锁型混凝土具有骨料悬浮型混凝土不具备的良好服役性能以及优良的环境协调性。
近年来在智能制造给混凝土技术带来诸多研究热点，如混凝土3D打印技术吸引了国内外众多追随者，但毋庸讳言，3D打印制造的混凝土主要采用的是由大量胶凝材料制作的膏状物料，目前的3D打印技术几乎没有利用骨料在混凝土中的强度骨架作用。如何用智能制造的方式制备骨料嵌锁型混凝土，则是解决混凝土服役性能、耐久性特别是环境协调性的解决方案。
发明内容
本发明目的在于克服现有混凝土智能制造技术的不足，减少混凝土施工过程对劳动力的过度依赖，利用施工机器人的智能制造体系高效制备骨料嵌锁混凝土结构。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法，包括以下步骤：
1)将准备好的浇筑混凝土几何形状设计信息、配筋信息以及GPS定位信息输入施工机器人，将制备混凝土的粗集料投入机器人料仓；
2)依据配合比对砂浆进行集中拌合，经泵送并通过输浆管运输至机器人砂浆浇注模块；
3)利用施工机器人的情景识别模块指导行走功能模块移动到需要的作业面进行混凝土施工；
4)利用施工机器人粗集料撒布模块在模具内空间底面均匀撒布一层相互嵌锁的粗骨料；
5)利用施工机器人砂浆浇注模块将制备好的砂浆浇注到相互嵌锁的粗骨料的间隙，通过其振捣密实模块将混凝土体系振捣密实；
6)在砂浆的浇注过程中通过施工机器人情节识别模块，识别混凝土内部集料堆积、浆体填充情况，当浆体有较大富余时，停止浆体浇注；
7)继续利用粗集料撒布模块在浆体的表面均匀撒布一层相互嵌锁的粗骨料，对骨料进行振捣，使骨料和下层骨料相互嵌锁；
8)重复上述步骤直至混凝土填充满整个混凝土浇筑空间。
按上述方案，所用粗骨料的粒径为4.75mm～31.5mm。
本发明有益效果在于：
受混凝土拆除机器人ERO设计思路的启发，本发明提出采用机器人浇注砂浆实现骨料mini堆砌，从而制备骨料嵌锁型混凝土。将混凝土中砂浆、特别是胶凝材料用量降低到最小，对实现混凝土的低碳化促进建筑工业智能化具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例1.
在实验室模拟Mini-Mason的骨料嵌锁型混凝土的智能制造体系制备C50混凝土，其具体的操作步骤如下进行：
(1)前期准备：事先准备好原材料(粗集料、细集料、水泥、粉煤灰、外加剂以及水)和150╳150╳150mm的抗压模具。
(2)本实验制备的C50混凝土设定粗集料体积率为0.56，所有的粗集料分4次均匀撒布，保持粗骨料相互嵌锁的均匀分布。
(3)将事先以称好的水胶比0.32，体积砂率为0.42，粉煤灰掺量为20％的水泥、粉煤灰、机制砂以及水和1.8％的外加剂拌制成符合要求的砂浆。将新拌砂浆浇注和填充到相互嵌锁的粗骨料的间隙，观察填充情况，在砂浆略有富余时停止浇筑，采用振捣器振捣将试模里粗集料与砂浆振捣密实，促进集料相互嵌锁、砂浆在集料间隙充分填充、促使气泡排除。
(4)进行第二步的集料撒布撒布，保证集料相互嵌锁，均匀分布，再进行第二步砂浆的浇筑，并开启震动。如此重复操作，直到第四次撒布完成后用浆体填充整个模具，成型完成。
(6)将试块放到标准养护室养护，测得28d强度达到65.0MPa，胶凝材料用量只有372kg/m3，混凝土达到C55强度等级。
实施例2.
利用水泥：磨细矿渣＝60:40制备0.32水灰比砂浆，测得28d强度达到69.0MPa，采用相同的方法制备骨料嵌锁型混凝土，胶凝材料用量只有383kg/m3，混凝土达到C60强度等级。
实施例3.
利用水泥：硅灰＝90:10制备0.30水灰比砂浆，测得28d强度达到92.0MPa，采用相同的方法制备骨料嵌锁型混凝土，胶凝材料用量只有379kg/m3，混凝土达到C80强度等级。
实施例4.
利用水泥：硅灰＝85:15制备0.25水灰比砂浆，测得28d强度达到125.0MPa，采用相同的方法制备骨料嵌锁型混凝土，胶凝材料用量只有398kg/m3，混凝土达到C110强度等级。
实施例5.
利用水泥：粉煤灰＝70:30制备0.38水灰比砂浆，测得28d强度达到57.0MPa，采用相同的方法制备骨料嵌锁型混凝土，胶凝材料用量只有338kg/m3，混凝土达到C45强度等级。
实施例6.
利用水泥：粉煤灰＝65:35制备0.42水灰比砂浆，测得28d强度达到49.0MPa，采用相同的方法制备骨料嵌锁型混凝土，胶凝材料用量只有398kg/m3，混凝土达到C40强度等级。
相比常规的C50混凝土，通过Mini-Mason机器人制备的C50骨料嵌锁混凝土不仅工艺简化，并且有效减少胶凝材料用量，具有生态性和经济性。

Claims (2)

1.骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将准备好的浇筑混凝土几何形状设计信息、配筋信息以及GPS定位信息输入施工机器人，将制备混凝土的粗集料投入机器人料仓；
2)依据配合比对砂浆进行集中拌合，经泵送并通过输浆管运输至机器人砂浆浇注模块；
3)利用施工机器人的情景识别模块指导行走功能模块移动到需要的作业面进行混凝土施工；
4)利用施工机器人粗集料撒布模块在模具内空间底面均匀撒布一层相互嵌锁的粗骨料；
5)利用施工机器人砂浆浇注模块将制备好的砂浆浇注到相互嵌锁的粗骨料的间隙，通过其振捣密实模块将混凝土体系振捣密实；
6)在砂浆的浇注过程中通过施工机器人情节识别模块，识别混凝土内部集料堆积、浆体填充情况，当浆体有较大富余时，停止浆体浇注；
7)继续利用粗集料撒布模块在浆体的表面均匀撒布一层相互嵌锁的粗骨料，对骨料进行振捣，使骨料和下层骨料相互嵌锁；
8)重复上述步骤直至混凝土填充满整个混凝土浇筑空间。
2.如权利要求1所述的骨料嵌锁型混凝土的智能制造方法，其特征在于：所用粗骨料的粒径为4.75mm～31.5mm。
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