CN111593847A

CN111593847A - 一种异形混凝土结构建造方法及混凝土拱的建造方法

Info

Publication number: CN111593847A
Application number: CN202010483723.7A
Authority: CN
Inventors: 王里; 马国伟
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2020-08-28

Abstract

本发明公开一种异形混凝土结构建造方法及混凝土拱的建造方法，涉及建筑工程领域，包括以下步骤：1)分别得到保护层与钢筋混凝土部分中钢筋笼的尺寸；2)根据保护层与钢筋笼的尺寸得到顶部带敞口的轮廓模板的尺寸；3)利用3D打印机预制轮廓模板，同时预制钢筋笼；4)轮廓模板凝固养护完成后，将钢筋笼放入轮廓模板中；5)向轮廓模板中浇筑混凝土；由此本发明通过3D混凝土打印异形混凝土结构的轮廓模板，能够适用于各种异形结构，应用范围更广；3D打印过程不仅成型速度快，而且能够显著降低人员劳动强度和人员成本；混凝土较钢制模具而言成本更低，且不会造成浪费，能够进一步降低成本。

Description

一种异形混凝土结构建造方法及混凝土拱的建造方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，特别是涉及一种异形混凝土结构建造方法及混凝土拱的建造方法。

背景技术

对于建筑结构构件的建造，通常的做法是根据设计图纸制作钢制作的模板，然后放入钢筋笼，浇筑混凝土，待混凝土固化之后，拆除外面的钢制模板。这个是最传统的做法，如申请号为“201520050565.0”、名称为“清水混凝土异形洞口的模板结构”的实用新型专利。这样的做法主要有三个缺点：(1)对于直线型混凝土结构的模板制作过程相对简单，但是对于非标准尺寸的、曲线等异型几何，由于模板难以进行弯折成曲线或者异形形状，导致模板的制作难度大，工艺非常复杂，不仅会延长工期，还会增加施工成本；(2)在建筑工程领域，钢制模板的制作成本高昂，但是异型的钢制模板使用完成之后，由于再次成其他形状的难度会更大，所以使用之后通常会被废弃掉，重复利用率低，浪费严重，同样会变向增加施工成本；(3)异型模板的安装主要是靠人力来完成，劳动强度大，人工成本高。

因此，亟需一种能够提高异形结构混凝土结构建造效率，降低异形混凝土结构建造成本的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种异形混凝土结构建造方法及混凝土拱的建造方法，以解决上述现有技术存在的问题，显著提高异形混凝土结构的建造效率，降低建造成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种异形混凝土结构建造方法，所述混凝土结构包括保护层和所述保护层内部的钢筋混凝土部分，包括以下步骤：

1)分别得到所述保护层与所述钢筋混凝土部分中钢筋笼的尺寸；

2)根据所述保护层与所述钢筋笼的尺寸得到顶部带敞口的轮廓模板的尺寸，所述轮廓模板的内部尺寸与所述保护层的内部尺寸相同，所述轮廓模板的厚度不小于所述保护层厚度；所述敞口用于向所述轮廓模板中放入所述钢筋笼；

3)利用3D打印机预制所述轮廓模板，同时预制所述钢筋笼；

4)所述轮廓模板凝固养护完成后，将所述钢筋笼放入所述轮廓模板中；

5)向所述轮廓模板中浇筑混凝土，并养护成型。

优选的，步骤3)中，所述3D打印机使用的混凝土等级高于所述钢筋混凝土所使用的混凝土等级，且所述轮廓模板的强度要保证步骤5)中浇筑混凝土时不会发生坍落。

优选的，所述3D打印机使用C50混凝土，浇筑所述钢筋混凝土使用C40混凝土。

优选的，步骤3)中，将所述轮廓模板分为若干模板分体，利用3D打印机打印所述若干模板分体，然后将所述模板分体进行拼接组成所述轮廓模板，再向所述轮廓模板中放置钢筋笼。

优选的，相邻所述模板分体的接缝处用砂浆进行粘接封堵。

优选的，步骤3)中，在所述轮廓模板凝固过程中，向所述轮廓模板中插入若干波纹钢片，所述波纹钢片一端位于所述轮廓模板的内部空腔中，另一端位于所述轮廓模板的混凝土中。

优选的，所述轮廓模板的侧壁厚度为所述3D打印机中喷头的喷嘴直径的整数倍，所述轮廓模板的底部为打印层厚的整数倍。

优选的，步骤3)中，所述钢筋笼采用钢筋焊接而成。

本发明还提供一种混凝土拱的建造方法，并根据上述的异形混凝土结构建造方法建造所述拱。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中的轮廓模板，由于使用混凝土打印制成，使用后不需要进行拆除，既作为浇筑混凝土的模板，也作为整体结构的一部分，换言之，本发明中的轮廓模板为永久性模板，省去了利用钢板制作模板、拆除模板的工序，提高了制作效率，且采用3D打印技术制作轮廓能够适用于各种异形结构，应用范围更广；3D打印过程不仅成型速度快，而且能够显著降低人员劳动强度和人员成本；混凝土较钢制模具而言成本更低，且不会造成浪费，能够进一步降低建造成本；

2、常规建造方法中，模板制作完成后才能在模板内部设置钢筋笼，本发明能够在3D打印的同时预制钢筋笼，能够进一步提高效率；

3、通过将轮廓模板分为若干模板分体，使3D打印机能够打印的最大尺寸满足模板分体的尺寸，从而能够降低对3D打印机和运输工具的要求；

4、在工厂通过3D打印机进行轮廓模板的预制，在允许的情况下同样能够在工厂对钢筋混凝土结构进行浇筑成型，从而能够对混凝土的养护温度、湿度进行良好控制，能够避免户外浇筑时对养护湿度、温度难以精确控制的问题，同时提高养护质量，缩短养护时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为混凝土拱的结构示意图；

图2为轮廓模板示意图；

图3为将钢筋笼放入轮廓模板的示意图；

图4为将轮廓模板分为两部分的示意图；

图5为带有波纹钢片的钢筋混凝土结构示意图。

其中，1、轮廓模板；2、钢筋笼；3、模板分体；4、波纹钢片；5、轮廓模板内浇筑的混凝土。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种异形混凝土结构建造方法及混凝土拱的建造方法，以解决上述现有技术存在的问题，显著提高异形混凝土结构的建造速度，降低建造成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本发明提供一种异形混凝土结构建造方法，以建造混凝土拱为例，混凝土拱包括保护层和保护层内部的钢筋混凝土部分，主要包括以下步骤：

1)分别得到保护层与钢筋混凝土部分中钢筋笼2的尺寸；本领域技术人员应当理解，本实施例中保护层为钢筋笼最外侧钢筋到异形混凝土结构外壁之间的距离；

2)根据保护层与钢筋笼2的尺寸得到顶部带敞口的轮廓模板1的尺寸，轮廓模板1的内部尺寸与保护层的内部尺寸相同，且轮廓模板1的厚度不小于保护层厚度；

3)利用3D打印机预制轮廓模板1，同时预制钢筋笼2；

4)轮廓模板1凝固养护完成后，将钢筋笼2放入轮廓模板1中；

5)向轮廓模板1中浇筑混凝土，并养护成型。

需要说明的是，步骤2)得到轮廓模板1的尺寸后，在软件中生成轮廓模板1的三维模型，并进行切片处理，将切片后的数据导入3D打印机中，利用3D打印机进行打印。此步骤为本领域技术人员所具备的基础技能，因此，并未对详细步骤进行赘述。

具体的，3D打印过程中，将混凝土粉末、水、骨料及相应添加剂，按照一定的比例混合后倒入平口混凝土强制搅拌机中进行进一步搅拌；然后，混凝土浆体的输送，将搅拌机中的混凝土浆体传送至湿式螺杆式喷浆机中，利用喷浆机的泵出功能，使混凝土浆体能以一定压力输送至喷头组件中；利用控制软件控制喷头组件运动，逐层实现三维成型。

本实施例通过利用3D打印技术制作异形混凝土结构的轮廓模板1，能够适用于各种异形结构，应用范围更广；3D打印过程不仅成型速度快，而且能够显著降低人员劳动强度和人员成本；混凝土较钢制模具而言成本更低，不会造成浪费，能够进一步降低建造成本；并且常规建造方法中，模板制作完成后才能在模板内部设置钢筋笼2，本发明能够在3D打印的同时预制钢筋笼2，能够进一步提高效率。

需要说明的是，此处轮廓模板1的内部尺寸与保护层的内部尺寸相同，即保证轮廓模板1的内部能够放入钢筋笼2，而轮廓模板1的厚度不小于保护层的厚度，保证实际建造而成的钢筋混凝土拱的保护层厚度大于步骤1)中得到的保护层的设计厚度，从而满足强度要求；钢筋笼2放入后，钢筋笼2与轮廓模板1之间的间隙内浇筑的混凝土与轮廓模板1共同构成混凝土的保护层。

由于是在工厂通过3D打印机进行轮廓模板1的预制，若异形混凝土结构较小，方便制作、运输，同样能够在工厂对钢筋混凝土结构进行浇筑成型，从而在室内对混凝土的养护方法进行合理选取，比如采用蒸汽养护，并对养护温度、湿度进行良好控制，能够避免户外浇筑时对养护湿度、温度难以精确控制的问题，同时提高养护质量，缩短养护时间。

需要本领域技术人员注意的是，现有预制模板进行浇筑混凝土时，通常需要在模板上固定拉杆，对模板施加一定的预紧力，防止混凝土在浇筑的过程中坍落，破坏模板，本实施例中，轮廓模板1预制之前要对其强度进行计算，合理选择轮廓模板1和厚度与所需混凝土的等级，保证步骤5)中浇筑混凝土时不会发生坍落，以免发生事故；优选的，步骤3)中，3D打印机使用的混凝土等级高于钢筋混凝土所使用的混凝土等级，如3D打印机使用C50混凝土，浇筑钢筋混凝土使用C40混凝土，且轮廓模板1逐渐凝固后的强度达到设计强度的80％以上后方能放入钢筋笼2进行混凝土的浇筑。而在3D打印过程中通常会加入一定量的速凝剂，本实施例中可以将混凝土输送至喷头之后再加入速凝剂，防止混凝土过快硬化；而加入速凝剂对轮廓模板1的强度有所影响，所以打印工艺中存在加入速凝剂这一步骤时，要进一步考虑轮廓模板1强度问题，提高轮廓模板1的壁厚或者提高所用混凝土的等级。

为了降低对3D打印机与运输设备的要求，步骤3)中，将轮廓模板1分为若干模板分体3，利用3D打印机打印若干模板分体3，然后将模板分体3进行拼接组成轮廓模板1，相邻模板分体3的接缝处用砂浆进行粘接封堵，再向轮廓模板1中放置钢筋笼2。

为了进一步加强轮廓模板1与钢筋混凝土结构的连接强度，在轮廓模板1的终凝时间的1/3-1/2的时间段内，向轮廓模板1中插入若干波纹钢片4，如图5所示，波纹钢片4一端位于轮廓模板1的内部空腔中，另一端位于轮廓模板1的混凝土中。优选的，波纹钢片4的宽度3-8mm，长度40-100mm，厚度1-2mm；由于波纹钢片4很薄，其具备一定的弹性性能，在钢筋笼2放入轮廓模板1中经过波纹钢片4时，即使钢筋笼2会使波纹钢片4产生形变，波纹钢片4也会进行一定的回复，即使波纹钢片4被压弯一定程度，其仍然能够起到增强轮廓模板1与轮廓模板内浇筑的混凝土5之间的连接强度。

为了便于打印，轮廓模板1的侧壁厚度为3D打印机中喷头的喷嘴直径的整数倍，如混凝土拱保护层厚度为8cm，打印机喷头直径为3cm，轮廓模板1的侧壁厚度可以选择为6cm，轮廓模板1的底部为打印层厚的整数倍。

为了增强钢筋混凝土结构抗剪、抗扭能力，步骤3)中，钢筋笼2采用钢筋焊接而成。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种异形混凝土结构建造方法，所述混凝土结构包括保护层和所述保护层内部的钢筋混凝土部分，其特征在于，包括以下步骤：

3)利用3D打印机预制所述轮廓模板，同时预制所述钢筋笼；

5)向所述轮廓模板中浇筑混凝土，并养护成型。

2.根据权利要求1所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，步骤3)中，所述3D打印机使用的混凝土等级高于所述钢筋混凝土所使用的混凝土等级，且所述轮廓模板的强度要保证步骤5)中浇筑混凝土时不会发生坍落。

3.根据权利要求2所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，所述3D打印机使用C50混凝土，浇筑所述钢筋混凝土使用C40混凝土。

4.根据权利要求1或2所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，步骤3)中，将所述轮廓模板分为若干模板分体，利用3D打印机打印所述若干模板分体，然后将所述模板分体进行拼接组成所述轮廓模板，再向所述轮廓模板中放置所述钢筋笼。

5.根据权利要求4所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，相邻所述模板分体的接缝处用砂浆进行粘接封堵。

6.根据权利要求1所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，步骤3)中，在所述轮廓模板凝固过程中，向所述轮廓模板中插入若干波纹钢片，所述波纹钢片一端位于所述轮廓模板的内部空腔中，另一端位于所述轮廓模板的混凝土中。

7.根据权利要求1所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，所述轮廓模板的侧壁厚度为所述3D打印机中喷头的喷嘴直径的整数倍，所述轮廓模板的底部为打印层厚的整数倍。

8.根据权利要求1所述的异形混凝土结构建造方法，其特征在于，步骤3)中，所述钢筋笼采用钢筋焊接而成。

9.一种混凝土拱的建造方法，其特征在于，根据权利要求1-8任意一项所述的异形混凝土结构建造方法建造所述拱。