CN113202229B - 原位混凝土3-d打印水平承重构件的组合配件及制备方法 - Google Patents

原位混凝土3-d打印水平承重构件的组合配件及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开原位混凝土3‑D打印水平承重构件的组合配件及制备方法，组合配件由3‑D打印混凝土和底网组成，所述3‑D打印混凝土中具有粒径为0.08mm‑4.75mm的细骨料，并且所述3‑D打印混凝土的流动度大于或等于110mm且小于或等于190mm；所述底网为筋网或钢板网，筋的直径大于或等于0.5mm，筋网的网眼的孔径小于或等于细骨料粒径上限的7.5倍、且大于或等于细骨料粒径下限的7.5倍；首层混凝土打印后将底网包裹在混凝土中，与底网结合为一体，混凝土凝固硬化后，可形成支撑，即可在其上进行随后的多层混凝土连续打印堆叠。

Description

原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件及制备方法
技术领域
本发明涉及房屋建筑技术领域。具体地说是原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件及制备方法。
背景技术
混凝土3-D打印技术采用的混凝土在从喷口挤出后需要一段时间（通常为30分钟-1小时之间）才能达到初凝，因此当前只能实现竖向承重构件的打印，如墙体和柱体。
如果需要打印水平承重构件，如楼盖、屋盖、梁、悬挑梁板等构件时依然需要采用传统的底部模具，或者采用预制梁、板构件现场拼装方式，无法做到这些构件的原位无支撑打印。
现有技术中的钢筋网片的网孔的为100-200mm，对于如墙体或柱体结构来说，混凝土虽然部分从钢筋网片的网孔中渗出，但是不影响墙体或柱体堆积凝固。而对于水平承重构件，钢筋网片的网孔不能挂住3-D打印的混凝土，大部分的混凝土从网孔中漏出并落下，无法通过钢筋网片实现水平承重构件的底部打印。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，由3-D打印混凝土和底网组成，所述3-D打印混凝土中具有粒径为0.08mm-4.75mm的细骨料，并且所述3-D打印混凝土的流动度大于或等于110mm且小于或等于190mm；所述底网为筋网或钢板网，筋的直径大于或等于0.5mm，筋网的网眼的孔径小于或等于细骨料粒径上限的7.5倍（4.75mm×7.5）、且大于或等于细骨料粒径下限的7.5倍（0.08mm×7.5）。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，所述细骨料为建设用砂【符合GB/T14684-2011】。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，所述细骨料为粗砂、中砂或细砂【符合GB/T14684-2011】。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，筋为金属材料或非金属材料。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，当仅由底网单独承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于等于1mm，当底网和钢筋骨架共同承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于等于0.5mm。
原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，采用上述的3-D打印混凝土和底网，具体包括如下步骤：
（1）根据水平承重构件的结构和跨度，设置底网，
（2）底网单独承重时：将所述底网的两边或四边与两侧或四边支撑的墙体上预留的连接预埋件通过焊接或绑扎固定，然后3-D打印的首层混凝土直接打印在所述底网上，首层打印的混凝土通过所述底网上网眼流出并包裹在所述底网上；
底网与钢筋骨架共同承重时：将所述底网绑扎在钢筋骨架的下部，并在钢筋骨架与底网之间垫上垫块，控制钢筋骨架与底网之间的距离，然后3-D打印的首层混凝土直接打印在所述底网上；或者待首层混凝土凝固后，在打印好的首层混泥土上铺设钢筋骨架；
（3）待首层混凝土凝固后，在首层混凝土上继续进行3-D打印混凝土打印，直到达到水平承重构件的预定厚度。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，所述细骨料为建设用砂【符合GB/T14684-2011】；筋为金属材料或非金属材料。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，当仅由底网承受首层3D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于1mm，当底网和钢筋骨架共同承受首层3D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于0.5mm。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，水平承重构件的跨度小于或等于4.2m时，采用底网单独承重；水平承重构件的跨度大于4.2m时，采用底网与钢筋骨架共同承重。
上述原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，根据水平承重构建的结构设置成平面底网或者曲面底网，所述底网可以预制成V字形或波浪形。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本专利定义了一种混凝土3-D打印中采用的底网，由具有一定刚度的金属或非金属网作为底网，首层打印混凝土直接打印在底网上；
2、3-D打印混凝土在底网上“沿网眼渗而不落”，即：3-D打印混凝土沿网眼下渗超过筋网下平面而不落下，从而实现对筋网的包覆。由于3-D打印混凝土具有良好的粘聚性，首层混凝土打印后将底网包裹在混凝土中，与底网结合为一体，混凝土凝固硬化后，可形成支撑，即可在其上进行随后的多层混凝土连续打印堆叠；
3、根据所打印水平承重构件的跨度和结构类型，当跨度不超过4.2m时，底网可单独承受首层3-D打印混凝土的重量，当跨度超过4.2m时，可将底网挂在钢筋骨架下部共同承受首层混凝土重量；
4、底网单独承受首层3-D打印混凝土时，可在首层混凝土硬化后在其上铺设钢筋骨架随后进行后续打印，当使用荷载不大时，也可不铺设钢筋；
5、 底网形状既可以采用平面网或曲面网，也可以将其预制成V字形或波浪形等以增强其刚度；
6、底网中网筋的直径、网眼孔径需要与3-D打印混凝土中细骨料粒径、3-D打印混凝土流动度进行匹配，才能使得混凝土与底网融合在一起；即：3-D打印混凝土中具有粒径为0.08mm-4.75mm的细骨料，并且3-D打印混凝土的流动度大于或等于110mm且小于或等于190mm；底网为筋网，筋的直径大于或等于0.5mm，筋网的网眼的孔径小于或等于细骨料最大粒径的7.5倍、且大于或等于细骨料最小粒径的7.5倍。
7、首层混凝土打印后从底网下部挤出的部分砂浆通过人工抹平即可，也可不做处理直到建筑后期内装修时通过抹灰修平。
附图说明
图1 本发明实施例1中制作屋盖的钢筋骨架图；
图2a本发明实施例1中钢筋骨架下面挂底网的整体图；
图2b本发明实施例1中钢筋骨架下面挂底网的局部细节图；
图3a本发明实施例1中首层3-D混凝土打印的打印口局部图；
图3b本发明实施例1中首层3-D混凝土打印后底网底面局部图；
图4a本发明实施例1中首层3-D混凝土打印后的整体效果图；
图4b本发明实施例1中首层3-D混凝土打印后的底面效果图；
图5a本发明实施例1中3-D打印第二层混凝土后的整体效果图；
图5b本发明实施例1中3-D打印第二层混凝土后的局部效果图；
图6a本发明实施例1中3-D打印第二层混凝土后达到4天龄期后的3人（总重2.05KN）加载测试图；
图6b本发明实施例1中3-D打印第二层混凝土后达到4天龄期后的5人（总重3.25KN）加载测试；
图7本发明实施例2中平屋面无支撑混凝土3-D打印采用W形钢板网作为底网；
图8本发明实施例2中打印完成的底网未抹灰时的底面图。
具体实施方式
实施例1
本实施例原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件由3-D打印混凝土和底网组成，所述3-D打印混凝土中具有粒径为0.08mm-4.75mm的细骨料，并且所述3-D打印混凝土的流动度大于或等于110mm且小于或等于190mm；所述底网为筋网，筋的直径大于或等于0.5mm，筋网的网眼的孔径小于或等于细骨料粒径上限的7.5倍（4.75mm×7.5）、且大于或等于细骨料粒径下限的7.5倍（0.05mm×7.5）。
所述细骨料为建设用砂【符合GB/T14684-2011】，如粗砂、中砂或细砂【符合GB/T14684-2011】，筋为金属材料或非金属材料，当仅由底网单独承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于1mm，当底网和钢筋骨架共同承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于0.5mm。
3-D打印混凝土在底网上“沿网眼渗而不落”，即：3-D打印混凝土沿网眼下渗超过筋网下平面而不落下，从而实现对筋网的包覆。
实施例2
采用具有一定刚度的金属或非金属网作为底网，首层混凝土直接打印在底网上，由于3-D打印混凝土具有良好的粘聚性，因此首层打印后混凝土将底网包裹在混凝土中，混凝土与底网结合为一体而不会垮塌，当首层混凝土凝固达到一定强度后即可在其上连续打印随后的多层混凝土直至达到预定的厚度。底网既可以单独支撑首层打印的混凝土，随后在首层混凝土上铺设钢筋骨架，也可以将底网挂在钢筋骨架下部然后在其上打印混凝土。根据水平承重构建的结构设置成，底网既可以采用平面、曲面网，也可以将其预制成V字形或波浪形等以增强其刚度。
原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，由3-D打印混凝土和底网组成。3-D打印混凝土为任何3D打印混凝土都可以。3-D打印混凝土中粗骨料即石子规格没限制，3-D打印混凝土中细骨料的粒径为0.08mm-4.75mm（对细骨料只要可用于3D打印混凝土的均可）。
本实施例原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法采用实施例1中的3-D打印混凝土和底网，包括如下步骤：
（1）根据水平承重构件的结构和跨度，设置底网。
（2）底网单独承重时：将所述底网的两边或四边与两侧或四边支撑的墙体上预留的连接预埋件通过焊接或绑扎固定，然后3-D打印的首层混凝土直接打印在所述底网上，首层打印的混凝土通过所述底网上网眼流出并包裹在所述底网上；底网与钢筋骨架共同承重时：将所述底网绑扎在钢筋骨架的下部，并在钢筋骨架与底网之间垫上垫块，控制钢筋骨架与底网之间的距离，然后3-D打印的首层混凝土直接打印在所述底网上；或者待首层混凝土凝固后，在打印好的首层混泥土上铺设钢筋骨架；
（3）待首层混凝土凝固后，在首层混凝土上继续进行3-D打印混凝土打印，直到达到水平承重构件的预定厚度。
当仅由底网单独承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于等于1mm，当底网和钢筋骨架共同承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于等于0.5mm。
水平承重构件的跨度小于等于4.2m时，采用底网单独承重；水平承重构件的跨度大于4.2m时，采用底网与钢筋骨架共同承重。
通过如下实施例3和实施例4说明本申请底网的结构、网孔、浇注混凝土细骨料的粒径、混凝土流动度之间的相互关系。
实施例3、有钢筋骨架情况的工艺做法
背景介绍：某建筑物拱形穹顶，对角线跨度3m，四角柱支撑，采用原位无支撑实现混凝土3-D打印方法制作。
具体工艺流程如下：
（1）先根据拱形穹顶曲面几何尺寸制作好钢筋骨架，骨架四角与柱支撑绑扎或焊接，骨架的刚度可以承受首层打印的施工荷载。如图1所示。
（2）采用净网眼尺寸为10mm×10mm的钢丝网作为底网（钢丝直径为1mm），将其绑扎在骨架底部，钢丝网与骨架之间垫上5mm厚度的垫块控制二者间距。如图2a的整体图和图2b的局部细节图所示。
（3）采用最大粒径3mm的中砂或粗砂作为细骨料拌制混凝土，流动度控制在150-180mm之间，打印首层混凝土，打印口采用35mm直径，如图3a所示，打印过程中不得振动骨架或底网，如图3b的首层3-D混凝土打印后底网底面图。
首层混凝土自然流动沿网眼下渗后包裹住底网和钢筋，如局部钢筋骨架较高导致一层混凝土不能完全包裹，可在首层打印完成后立即沿钢筋骨架进行局部二层打印，使得钢筋骨架完全包裹在混凝土中。如图4a为首层混凝土打印后正面的整体效果图，图4b为首层混凝土打印后底面的整体效果图。
（4）首层混凝土打印后正常养护至可承受后续施工荷载，然后连续打印堆叠完成之后的多层混凝土，直到达到设计厚度。如图5a为3-D打印第二层混凝土后的整体效果图，图5b为3-D打印第二层混凝土后的局部效果图。
如图6a所示：3-D打印第二层混凝土后达到4天龄期后的3人（总重2.05KN）加载测试。
如图6b所示：3-D打印第二层混凝土后达到4天龄期后的5人（总重3.25KN）加载测试。
（5）全部打印完成后正常养护24小时，即可对屋盖底部采用抹灰进行抹平。
实施例4、只有底网无钢筋骨架情况的工艺做法
背景介绍：某平屋盖，短向净跨度4.2m，长向跨度12m。采用原位无支撑实现混凝土3-D打印方法制作。
具体工艺流程如下：
（1）采用净网眼尺寸为7.5mm×7.5mm的钢板网作为底网，将钢板网预制成长度4.5m、宽度1m的W形或波浪线单板。如图7所示为平屋面无支撑混凝土3-D打印采用W形钢板网作为底网。
（2）将单块板放在支撑的墙体上拼接成整块底网，单块板之间侧边搭接并焊接或绑扎固定。整块底网两边或四边与两侧或四边支撑的墙体上预留的连接预埋件通过焊接或绑扎固定。
（3）固定底网时应使其中部适当起拱，一般按照不低于1.0%起拱。
（4）采用最大粒径2mm的中砂或粗砂作为骨料拌制混凝土，流动度控制在140-170mm之间，打印首层混凝土，打印口采用25mm直径，打印过程中不得振动底网。首层混凝土自然流动后包裹住底网。如图8所示为打印完成的底网未抹灰的底面图。
（5）首层混凝土打印后正常养护至可承受后续施工荷载，将设计受力钢筋或钢筋网放在首层混凝土上，然后连续打印堆叠完成之后的多层混凝土，直到达到设计厚度。
（6）全部打印完成后养护24小时，即可对屋盖底部采用抹灰进行抹平。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (6)

1.原位混凝土3-D打印水平承重构件的组合配件，其特征在于，由3-D打印混凝土和底网组成，所述3-D打印混凝土中具有粒径为0.08mm-4.75mm的细骨料，并且所述3-D打印混凝土的流动度大于或等于110mm且小于或等于190mm；所述底网为筋网或钢板网，筋的直径大于或等于0.5mm，筋网的网眼的孔径小于或等于细骨料粒径上限的7.5倍、且大于或等于细骨料粒径下限的7.5倍；
所述细骨料为建设用砂；所述细骨料为粗砂、中砂或细砂；筋为金属材料或非金属材料；
当仅由底网单独承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于1mm，当底网和钢筋骨架共同承受首层3-D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于0.5mm。
2.原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，其特征在于，采用权利要求1中的3-D打印混凝土和底网，具体包括如下步骤：
（1）根据水平承重构件的结构和跨度，设置底网，
（2）底网单独承重时：将所述底网的两边或四边与两侧或四边支撑的墙体上预留的连接预埋件通过焊接或绑扎固定，然后3-D打印的首层混凝土直接打印在所述底网上，首层打印的混凝土通过所述底网上网眼流出并包裹在所述底网上；
底网与钢筋骨架共同承重时：将所述底网绑扎在钢筋骨架的下部，并在钢筋骨架与底网之间垫上垫块，控制钢筋骨架与底网之间的距离，然后3-D打印的首层混凝土直接打印在所述底网上；或者待首层混凝土凝固后，在打印好的首层混泥土上铺设钢筋骨架；
（3）待首层混凝土凝固后，在首层混凝土上继续进行3-D打印混凝土打印，直到达到水平承重构件的预定厚度。
3.根据权利要求2所述的原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，其特征在于，所述细骨料为建设用砂；筋为金属材料或非金属材料。
4.根据权利要求2所述的原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，其特征在于，当仅由底网承受首层3D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于1mm，当底网和钢筋骨架共同承受首层3D打印混凝土重量时，底网的筋直径大于或等于0.5mm。
5.根据权利要求2所述的原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，其特征在于，水平承重构件的跨度小于或等于4.2m时，采用底网单独承重；水平承重构件的跨度大于4.2m时，采用底网与钢筋骨架共同承重。
6.根据权利要求2所述的原位混凝土3-D打印水平承重构件的制备方法，其特征在于，根据水平承重构建的结构设置成平面底网或者曲面底网，所述底网预制成V字形或波浪形。
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