CN109680954A - 层间加强3d打印混凝土结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层间加强3D打印混凝土结构及其施工方法，施工方法包括步骤：打印第一层打印材料；提供多段水平筋，于打印完成的所述第一层打印材料上沿第一方向逐段放置所述水平筋；跟随所述水平筋的放置进度沿所述第一方向逐渐打印第二层打印材料，并且，在打印至预设的短筋射入位置前，于所述短筋射入位置射入短筋，所述短筋的下部射入至所述第一层打印材料内，所述短筋的上部露出于所述第一层打印材料的上表面。本发明通过在3D打印材料的层间放置水平筋和射入短筋的做法，可以有效增强各层打印材料之间的粘结力。

Description

层间加强3D打印混凝土结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及3D打印混凝土建筑领域，尤其涉及一种层间加强3D打印混凝土结构及其施工方法。

背景技术

3D打印构件时，由于受到打印头行走路径的限制，因此通常打印出的结构构件不含有钢筋。常规采用3D打印的打印材料多为水泥制品，而水泥是一种抗压性能优越、抗拉性能极差的打印材料，所以3D打印出来的构件抗拉性能较差。另外，由于3D打印时，上下层的打印存在时间差，即下一层打印完毕一段时间后才会打印上一层，这就导致了上下层的连接不会像同时打印的好，常会在上下层相交处形成裂缝。

发明内容

针对上述存在问题，本发明旨在提供一种层间加强3D打印混凝土结构及其施工方法，可增强各层打印材料之间的粘结力。

本发明的第一方面提供了一种层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其包括步骤：

打印第一层打印材料；

提供多段水平筋，于打印完成的所述第一层打印材料上沿第一方向逐段放置所述水平筋；

跟随所述水平筋的放置进度沿所述第一方向逐渐打印第二层打印材料，并且，在打印至预设的短筋射入位置前，于所述短筋射入位置射入短筋，所述短筋的下部射入至所述第一层打印材料内，所述短筋的上部露出于所述第一层打印材料的上表面。

本发明通过在3D打印材料的层间放置水平筋和射入短筋的做法，可以有效增强各层打印材料之间的粘结力。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，沿所述第一方向间隔设置有多处所述短筋射入位置，并且，在连续打印所述第二层打印材料的情况下，于各个所述短筋射入位置射入所述短筋。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，采用射钉枪射入所述短筋。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，所述短筋射入装置安装于3D打印用打印头的前部。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，相邻所述水平筋相互搭接。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，在打印完成所述第二层打印材料之后，以打印所述第二层打印材料的方式沿所述第一方向或沿相反于所述第一方向的第二方向逐层打印各层打印材料，以及放置每两层打印材料之间的水平筋和射入所述短筋。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，自打印所述第二层打印材料开始，向上打印每一层打印材料的过程中均包括射入所述短筋的步骤，且每一层的短筋的下端均射入至下一层的打印材料中。

在所述层间加强3D打印混凝土结构施工方法的一些实施例中，相邻层的所述短筋之间位置相对且相互搭接。

本发明的第二方面提供了一种层间加强3D打印混凝土结构，其包括：

水平筋，设置于多层打印材料中相邻两层打印材料之间的交接处；

短筋，竖向插设于相邻两层所述打印材料之间，所述短筋的下部射入位于下层的打印材料内，所述短筋的上部埋入位于上层的打印材料内。

在所述层间加强3D打印混凝土结构的一些实施例中，相邻层的所述短筋之间位置相对且相互搭接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构的示例性内部结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构的示例性立体结构示意图。

图3～9示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构施工方法的各个工步的示例性结构示意图。

图10示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构施工方法中打印完成的第一层打印材料的示例性立体结构示意图。

图11示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构施工方法中放置完成第一层水平筋的示例性立体结构示意图。

图12示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构施工方法中射入第一层短筋的示例性立体结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地说明。

首先请参见图1和图2，图1示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构的示例性内部结构示意图，图2示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构的示例性立体结构示意图。如图所示，该层间加强3D打印混凝土结构为一墙体结构，采用3D打印技术用打印材料由下至上逐层打印而成，打印材料为混凝土材料，也可采用其他适于3D打印的现有材料，本发明对材料的选择不做特别限定。该墙体结构除打印材料外，还设置了水平筋11和短筋12，数量均根据墙体实际尺寸和强度、粘结力等性能要求而设置。水平筋11设置于相邻两层打印材料10之间的交接处，水平筋11可以采用一整根较长的钢筋，直接贯穿整面墙体的宽度，也可以采用多根较短的钢筋，每一层上的多根钢筋沿同一方向(即墙体的宽度方向)，且该些钢筋之间以一定长度相互搭接，搭接长度应满足规范要求，通常应大于5倍钢筋直径。短筋12为长度较短的钢筋，每根短筋12的长度通常大于或等于两层打印材料10的厚度，每相邻两层打印材料10之间竖向插设有一排、两排或多排该短筋12，每排短筋12的数量为多根，等间距设置，竖向射入设定的短筋射入位置，短筋12的下部射入位于下层的打印材料10内，短筋12的上部埋入位于上层的打印材料10内，从而通过在3D打印材料的层间放置水平筋和射入短筋的做法，可以有效增强各层打印材料层间的粘结力。进一步地，上下相对的两层短筋12在相互搭接，搭接长度应满足规范要求，通常应大于5倍钢筋直径，并且，短筋12和水平筋11在水平方向上相互错开，通常使短筋12位于两排水平筋11之间，如图12所示。

下面参见图3～9，示出了根据本发明实施例的层间加强3D打印混凝土结构施工方法的各个工步的示例性结构示意图，该层间加强3D打印混凝土结构施工方法，应用于一3D打印的混凝土墙体结构，主要包括如下步骤：

步骤一：打印第一层的打印材料10，如图3和图10所示。

步骤二：提供多段水平筋11，于打印完成的第一层的打印材料10上沿第一方向a方向逐段放置水平筋11，同时，该第一方向a方向也是3D打印用打印头13的打印路径方向，如图4、图5和图11所示，其中，且多段水平筋11之间以一定长度相互搭接，搭接长度应满足规范要求，通常应大于5倍钢筋直径，水平筋11可采用机械手进行放置。

步骤三：跟随水平筋11的放置进度沿第一方向a方向逐渐打印第二层的打印材料10，并且，在打印至预设的短筋射入位置前(可以根据墙体宽度以及强度、粘结力的实际要求预先设定好各层打印材料的短筋射入位置)，于短筋射入位置射入短筋12(即在打印即将达到短筋射入位置前，在该位置先射入短筋)，短筋12的下部射入至第一层的打印材料10内，短筋12的上部露出于第一层的打印材料10的上表面，如图6、图7和图12所示。一般短筋12的长度等于或大于每两层打印材料10的厚度，但是，应当注意的是，最低层和最顶层的短筋12的长度有时会略小于两层打印材料的厚度，为了保证短筋不会露出于打印完成的墙体结构的下表面和上表面，保持墙体结构的美观和表面完整性。

步骤四：在打印完成第二层的打印材料10之后，以打印第二层的打印材料10的方式沿第一方向a方向(或沿相反于第一方向的第二方向)逐层打印各层打印材料，以及放置每两层打印材料之间的水平筋11和射入短筋12，如图8和图9所示。并且，使得上下相对的两层短筋12相互搭接。

进一步地，在沿第一方向间隔设置有多处短筋射入位置，并且，在连续打印第二层打印材料的情况下，于各个短筋射入位置射入短筋，即在打印即将达到短筋射入位置前，将短筋射入该位置，不影响打印的连续性。

其中，在短筋射入方向射入短筋12的操作可采用射钉枪等类似枪械的装置作为短筋射入装置，由于在射入短筋时下一层打印材料尚未完全凝固，便于射入短筋，控制短筋的射入深度，可由射入装置控制，通常短筋下部射入下一层打印材料的深度不超出该层打印材料的厚度，但是也不小于该层打印材料的厚度的一半。较佳地，可以将该短筋射入装置14直接安装于3D打印用打印头13的前部，一方面可以减少移动设备，只要移动打印头13就能同时移动该短筋射入装置14，另一方面也可有利于控制短筋射入装置在打印头到达短筋射入外置前先到达该位置，可先射入短筋，再打印。

本发明操作简单，装置简易，通过在3D打印材料的层间放置水平筋和射入短筋的做法，可以有效增强各层打印材料之间的粘结力，克服目前3D打印混凝土结构中存在的层间抗拉性能差且上下层相交处易形成裂缝等缺陷。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于，包括步骤：

打印第一层打印材料；

提供多段水平筋，于打印完成的所述第一层打印材料上沿第一方向逐段放置所述水平筋；

跟随所述水平筋的放置进度沿所述第一方向逐渐打印第二层打印材料，并且，在打印至预设的短筋射入位置前，于所述短筋射入位置射入短筋，所述短筋的下部射入至所述第一层打印材料内，所述短筋的上部露出于所述第一层打印材料的上表面。

2.如权利要求1所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：沿所述第一方向间隔设置有多处所述短筋射入位置，并且，在连续打印所述第二层打印材料的情况下，于各个所述短筋射入位置射入所述短筋。

3.如权利要求1所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：采用射钉枪射入所述短筋。

4.如权利要求3所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：所述短筋射入装置安装于3D打印用打印头的前部。

5.如权利要求1所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：相邻所述水平筋相互搭接。

6.如权利要求1～5中任一项所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：在打印完成所述第二层打印材料之后，以打印所述第二层打印材料的方式沿所述第一方向或沿相反于所述第一方向的第二方向逐层打印各层打印材料，以及放置每两层打印材料之间的水平筋和射入所述短筋。

7.如权利要求6所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：自打印所述第二层打印材料开始，向上打印每一层打印材料的过程中均包括射入所述短筋的步骤，且每一层的短筋的下端均射入至下一层的打印材料中。

8.如权利要求7所述的层间加强3D打印混凝土结构施工方法，其特征在于：相邻层的所述短筋之间位置相对且相互搭接。

9.一种层间加强3D打印混凝土结构，其特征在于，包括：

水平筋，设置于多层打印材料中相邻两层打印材料之间的交接处；

短筋，竖向插设于相邻两层所述打印材料之间，所述短筋的下部射入位于下层的打印材料内，所述短筋的上部埋入位于上层的打印材料内。

10.如权利要求9所述的层间加强3D打印混凝土结构，其特征在于：相邻层的所述短筋之间位置相对且相互搭接。