JP2024076037A - Method for constructing structural member and equipment for constructing structural member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造部材の構築方法及び構造部材の構築設備に関する。 The present invention relates to a method for constructing structural members and equipment for constructing structural members.
従来、柱・梁・壁・床・屋根などのコンクリート製の構造部材を製造する方法として、付加製造装置でノズルからコンクリートを吐出して製造する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a method for manufacturing structural components made of concrete, such as pillars, beams, walls, floors, and roofs, has been known in which concrete is ejected from a nozzle using an additive manufacturing device (see, for example, Patent Document 1).
従来の付加製造装置として、コンクリート材料を噴射させる方式の3Dプリンタがある。このような3Dプリンタの場合には、ノズルの動作を制御して自動的にコンクリート製の構造部材を施工している。
しかしながら、コンクリート製の構造部材の場合は、鉄筋等の補強材が埋設されているケースが一般的であるため、その補強材が3Dプリンタのノズルを移動させる動作の障害となり、所定厚さを確保しつつ補強材の裏側にも確実に充填させるノズルの制御を難しくしている。補強材があるとノズルを使用したときの吹付厚の管理が難しく、自動化が困難なことから、従来のように人力による吹き付け作業とせざるを得なかった。このようなことから、作業に手間や時間がかからず作業効率を向上させることが求められており、その点で改善の余地があった。
A conventional additive manufacturing device is a 3D printer that sprays concrete materials. In the case of such a 3D printer, the operation of a nozzle is controlled to automatically construct a structural member made of concrete.
However, in the case of concrete structural members, it is common for reinforcing materials such as steel bars to be embedded, and the reinforcing materials become an obstacle to the movement of the nozzle of the 3D printer, making it difficult to control the nozzle to ensure that the back side of the reinforcing materials is filled while maintaining a specified thickness. The presence of reinforcing materials makes it difficult to manage the spray thickness when using a nozzle, and automation is difficult, so spraying work has had to be done manually as in the past. For these reasons, there is a demand for work that is less time-consuming and requires less effort, and there is room for improvement in this regard.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、水硬性混合物によって構築され補強材を備えた構造部材に対して作業効率を向上させて施工することができ、作業に係る手間や工程を低減できる構造部材の構築方法及び構造部材の構築設備を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a method and equipment for constructing structural members that can improve work efficiency and reduce the labor and steps involved in construction of structural members that are constructed from hydraulic mixtures and equipped with reinforcing materials.
上記目的を達成するため、本発明に係る構造部材の構築方法は、水硬性混合物によって構築される補強材を備えた構造部材の構築方法であって、水硬性混合物を第1ノズルから押し出す第1付加製造装置を使用し、前記第1ノズルから押し出した前記水硬性混合物を積層して第1造形体を形成する工程と、流動性材料を第2ノズルから吹き付ける第2付加製造装置を使用し、前記第2ノズルから前記流動性材料を吹き付けて第2造形体を形成する工程と、前記補強材を設ける工程と、を有し、前記第1造形体と前記第2造形体とは、互いに密着した状態で形成され、前記補強材は、前記第1造形体及び前記第2造形体のうち少なくとも一方に固着されることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the method for constructing a structural member according to the present invention is a method for constructing a structural member having a reinforcing material constructed from a hydraulic mixture, and includes the steps of forming a first shaped body by stacking the hydraulic mixture extruded from the first nozzle using a first additive manufacturing device that extrudes a hydraulic mixture from a first nozzle, forming a second shaped body by spraying a fluid material from a second nozzle using a second additive manufacturing device that sprays a fluid material from the second nozzle, and providing the reinforcing material, characterized in that the first shaped body and the second shaped body are formed in a state of close contact with each other, and the reinforcing material is fixed to at least one of the first shaped body and the second shaped body.
また、本発明に係る構造部材の構築設備は、水硬性混合物によって構築される補強材を備えた構造部材の構築設備であって、第1ノズルを備え、水硬性混合物を前記第1ノズルから押し出して積層することで第1造形体を形成するように動作する第1付加製造装置と、第2ノズルを備え、流動性材料を前記第2ノズルから吹き付けることで第2造形体を形成するように動作する第2付加製造装置と、前記補強材を前記第1造形体及び前記第2造形体のうち少なくとも一方に固着されるように設置する補強材組付け装置と、を備え、前記第1付加製造装置及び前記第2付加製造装置は、前記第1造形体及び前記第2造形体のうち先行して形成された造形体に対して密着した状態で造形体を形成することを特徴としている。 The construction equipment for structural members according to the present invention is a construction equipment for structural members having a reinforcing material constructed from a hydraulic mixture, and includes a first additive manufacturing device having a first nozzle and operating to form a first shaped body by extruding and stacking a hydraulic mixture from the first nozzle, a second additive manufacturing device having a second nozzle and operating to form a second shaped body by spraying a fluid material from the second nozzle, and a reinforcing material assembly device that installs the reinforcing material so as to be fixed to at least one of the first shaped body and the second shaped body, and the first additive manufacturing device and the second additive manufacturing device form a shaped body in a state of close contact with the previously formed shaped body of the first shaped body and the second shaped body.
本発明では、水硬性混合物を第1ノズルより押し出すことにより第1造形体を形成する方法と、流動性材料を第2ノズルより吹き付けることにより第2造形体を形成する方法と、の二つのコンクリート施工方法を適用するため、構造部材に補強材が設けられる場合であっても、二つのコンクリート施工方法を適用することにより効率よく施工することができる。例えば、補強材が設けられていない部分を第1付加製造装置で押し出しにより第1造形体を形成し、第1造形体に対して補強材を配置してから第2付加製造装置で第1造形体に対して吹き付けることにより第2造形体を形成し、補強材を備えて第1造形体と第2造形体とが一体に設けられた構造部材を構築することができる。
このように本発明では、補強材と干渉しないように形成された第1造形体とこれに対して吹付けることで形成された第2造形体により構築されることから、補強材に直接吹き付けて構造部材を構築する場合に比べ、補強材が第1ノズル及び第2ノズルの各動作の障害となることが抑制され、第1付加製造装置と第2付加製造装置が制御しやすくなり、補強材を含む任意形状の構造部材を自動施工することができる。
In the present invention, two concrete construction methods, a method of forming a first shaped body by extruding a hydraulic mixture from a first nozzle and a method of forming a second shaped body by spraying a fluid material from a second nozzle, are applied, so that even when a structural member is provided with a reinforcing material, efficient construction can be achieved by applying the two concrete construction methods. For example, a first shaped body is formed by extruding a portion where no reinforcing material is provided with a first additive manufacturing device, and a second shaped body is formed by arranging a reinforcing material on the first shaped body and then spraying the reinforcing material on the first shaped body with a second additive manufacturing device, thereby constructing a structural member in which the first shaped body and the second shaped body are integrally provided with the reinforcing material.
In this way, in the present invention, a structural component is constructed using a first shaped body formed so as not to interfere with the reinforcing material, and a second shaped body formed by spraying it against the first shaped body. As a result, compared to constructing a structural component by spraying the reinforcing material directly, the reinforcing material is less likely to interfere with the operations of the first and second nozzles, making it easier to control the first additive manufacturing device and the second additive manufacturing device, and enabling the automatic construction of structural components of any shape, including the reinforcing material.
また、本発明では、補強材を先行して形成した第1造形体及び第2造形体のうち少なくとも一方に埋め込む等により固着させることができるので、補強筋を第1造形体及び第2造形体に保持させることができる。そのため、例えば補強筋を鉄筋かご等の形態に組み立てて自立させる必要がなく、効率よく作業を行うことができる。 In addition, in the present invention, the reinforcing material can be fixed by embedding it into at least one of the first and second bodies formed in advance, so the reinforcing bar can be held in the first and second bodies. Therefore, for example, there is no need to assemble the reinforcing bar into a shape such as a rebar cage and make it self-supporting, and work can be carried out efficiently.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、前記水硬性混合物を積層させることで前記第1造形体を形成する工程と、前記第1造形体の前記水硬性混合物が凝結する前の状態で前記補強材の少なくとも一部を前記第1造形体に埋め込み固着させる工程と、前記第1造形体に固着させた前記補強材を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで前記第2造形体を形成する工程と、を有することが好ましい。 The method for constructing a structural member according to the present invention preferably includes the steps of forming the first shaped body by stacking the hydraulic mixture, embedding and fixing at least a portion of the reinforcing material in the first shaped body before the hydraulic mixture in the first shaped body solidifies, and forming the second shaped body by spraying the fluid material so as to cover from the outside the reinforcing material fixed to the first shaped body.
この場合、先行して形成した第1造形体の凝結前の水硬性混合物に対して補強材を埋め込み固着させ、次に第1造形体の外側に流動性材料を吹き付けることで第2造形体を形成することで、第1造形体と第2造形体とからなる造形体内の所定位置に補強材を埋設した構造部材を効率よく構築することができる。なお、第1造形体に埋め込む補強材は、位置保持できる程度に補強材の一部だけとしてもよい。 In this case, reinforcing material is embedded and fixed in the hydraulic mixture of the first body formed before it solidifies, and then a fluid material is sprayed onto the outside of the first body to form a second body, thereby efficiently constructing a structural member in which reinforcing material is embedded in a predetermined position within a body consisting of the first body and the second body. Note that only a portion of the reinforcing material may be embedded in the first body, so long as it can maintain its position.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、前記第2造形体の前記流動性材料が凝結する前の状態で別の補強材の少なくとも一部を前記第2造形体に埋め込み固着させる工程と、前記第2造形体に固着させた前記別の補強材を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで第3造形体を形成する工程と、を有することが好ましい。 In addition, the method for constructing a structural member according to the present invention preferably includes the steps of embedding and adhering at least a portion of another reinforcing material into the second body before the fluid material of the second body solidifies, and forming a third body by spraying the fluid material so as to cover from the outside the other reinforcing material that has been adhered to the second body.
この場合には、流動性材料の吹き付けにより形成される造形部分を複数設けることができ、さらに第2造形体と第3造形体との間にも別の補強材を配置できる。すなわち、構造部材に設けられる補強材が例えば厚み方向に複数配置される場合には、補強材の設置工程と、その補強材を覆うように流動性材料を吹き付ける工程と、を交互に行うことができ、作業効率を向上させることができる。 In this case, multiple shaped parts can be formed by spraying the fluid material, and another reinforcing material can be placed between the second and third shaped bodies. In other words, when multiple reinforcing materials are placed on a structural member, for example in the thickness direction, the process of installing the reinforcing materials and the process of spraying the fluid material to cover the reinforcing materials can be performed alternately, improving work efficiency.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、前記水硬性混合物を積層させることで前記第1造形体を形成する工程と、前記第1造形体を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで前記第2造形体を形成する工程と、前記第2造形体の前記流動性材料が凝結する前の状態で前記補強材の少なくとも一部を前記第2造形体に埋め込み固着させる工程と、を有することが好ましい。 The method for constructing a structural member according to the present invention preferably includes the steps of forming the first shaped body by stacking the hydraulic mixture, forming the second shaped body by spraying the fluid material so as to cover the first shaped body from the outside, and embedding and fixing at least a portion of the reinforcing material in the second shaped body before the fluid material of the second shaped body solidifies.
このような構成にすることにより、先行して形成した第1造形体の凝結前の水硬性混合物に対して流動性材料を吹き付けることで第2造形体を形成し、次に第2造形体の凝結前の流動性材料に対して補強材を埋め込み固着させることで、第1造形体と第2造形体とからなる造形体の外面の所定位置に補強材を埋設した構造部材を効率よく構築することができる。 By configuring in this way, a second shaped body is formed by spraying a fluid material onto the hydraulic mixture of the first shaped body before it solidifies, and then reinforcing material is embedded and fixed into the fluid material of the second shaped body before it solidifies, making it possible to efficiently construct a structural member in which reinforcing material is embedded at a predetermined position on the outer surface of a shaped body consisting of the first shaped body and the second shaped body.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、前記第2造形体に固着させた前記補強材を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで第3造形体を形成する工程と、を有することが好ましい。 The method for constructing a structural member according to the present invention preferably also includes a step of forming a third structure by spraying the fluid material onto the reinforcing material attached to the second structure from the outside so as to cover the reinforcing material.
この場合には、流動性材料の吹き付けにより形成される造形部分を複数設けることができ、第2造形体の外面に設けられる補強材を第3造形体で覆うことで、第2造形体と第3造形体との間に補強材を埋設した状態で配置できる。 In this case, multiple shaped parts can be formed by spraying the fluid material, and the reinforcing material provided on the outer surface of the second shaped body can be covered with the third shaped body, so that the reinforcing material is embedded between the second shaped body and the third shaped body.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、前記第1造形体は、中空形状に形成され、前記第1造形体の中空部に鉄筋かごを挿入し、前記第1造形体の内側にコンクリートを充填するようにしたことが好ましい。 In addition, in the method for constructing a structural member according to the present invention, it is preferable that the first body is formed to have a hollow shape, a reinforcing bar cage is inserted into the hollow portion of the first body, and concrete is filled inside the first body.
このような構成にすることにより、鉄筋かごを主筋とする柱や壁体からなる構造部材を効率よく構築することができる。
また、先行して形成された第1造形体は、中空部に充填されるコンクリートの型枠として機能させることができ、型枠が不要になる。
By using this type of configuration, structural members consisting of columns and walls with reinforcing bar cages as the main reinforcement can be efficiently constructed.
Furthermore, the first shaped body formed in advance can function as a form for the concrete to be filled into the hollow portion, eliminating the need for a form.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、鉄筋かごを所定位置に配置した後に、前記鉄筋かごの周囲を覆って中空形状の前記第1造形体を形成し、前記第1造形体の内側にコンクリートを充填するようにしたことが好ましい。 In addition, the method for constructing a structural member according to the present invention preferably includes placing a reinforcing bar cage in a predetermined position, then covering the reinforcing bar cage to form the hollow first structure, and filling the inside of the first structure with concrete.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、既存の鉄骨あるいは構造体の外周に前記補強材を備えた前記第1造形体および前記第2造形体からなる補強体を形成するようにしてもよい。 The method for constructing a structural member according to the present invention may also involve forming a reinforcing body consisting of the first and second structures provided with the reinforcing material on the outer periphery of an existing steel frame or structure.
また、本発明に係る構造部材の構築方法は、既存の鉄骨あるいは構造体を含む前記第1造形体を形成し、該第1造形体の外側に前記補強材を埋設した後、前記補強材の外側から覆うように前記流動性材料を吹き付けるようにしてもよい。 The method for constructing a structural member according to the present invention may also include forming the first structure including an existing steel frame or structure, embedding the reinforcing material on the outside of the first structure, and then spraying the fluid material onto the outside of the reinforcing material to cover it.
本発明の付加製造装置用の噴射ノズルによれば、補強材を備えた構造部材に対し作業効率を向上させて施工することができ、作業に係る手間や工程を低減できる。 The injection nozzle for the additive manufacturing device of the present invention can improve work efficiency when working on structural members equipped with reinforcing materials, reducing the amount of work and steps involved.
以下、本発明の実施形態による構造部材の構築方法及び構造部材の構築設備について、図面に基づいて説明する。 The following describes a method for constructing a structural member and a construction facility for a structural member according to an embodiment of the present invention, with reference to the drawings.
図1及び図2に示すように、本実施形態の構造部材の構築方法に使用される構築設備1は、補強材23(図6参照)を備えて水硬性混合物によって構築される壁や柱等の任意の形状の造形体をなす構造部材2を構築するための設備である。構造部材2は、現場で直接構築されるものに適用されてもよいし、工場等でプレキャスト部材としての構造部材を製造されるものに適用されてもよい。
As shown in Figures 1 and 2, the
図1~図3に示すように、構築設備1は、第1付加製造装置11と、第2付加製造装置12と、補強材組付け装置13(図6参照)と、を備える。ここで、図面において、第1付加製造装置11を備えた構築設備を符号1Aで示し、第2付加製造装置12を備えた構築設備を符号1Bで示し、補強材組付け装置13を備えた構築設備を符号1Cで示している。
As shown in Figures 1 to 3, the
第1付加製造装置11は、押出しノズル11A(第1ノズル)を備え、第1水硬性混合物C1を押出しノズル11Aから押し出して積層することで積層造形体21(第1造形体)を形成するように動作する構成のものである。
第2付加製造装置12は、吹付けノズル12A(第2ノズル)を備え、第2水硬性混合物C2(流動性材料)を吹付けノズル12Aから吹き付けることで吹付け造形体22(第2造形体)を形成するように動作する構成のものである。図6に示す補強材組付け装置13は、補強材23を積層造形体21及び吹付け造形体22のうち少なくとも一方(本実施形態では両方)に固着させて設置するように動作する構成のものである。
The first
The second
本実施形態では、第1付加製造装置11から押し出される第1水硬性混合物C1と、第2付加製造装置12から吹き付けられる第2水硬性混合物C2と、は異なる材料を使用しても良い。この材料としては、水硬性混合物である種々のセメント系材料(例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリート等)、ジオポリマー組成物、およびそれらを短繊維で補強した繊維補強複合材料等の材料を総称している。繊維補強複合材料で使用される短繊維の材質は、化学的に合成された高分子からなる合成繊維、又は無機物からなる繊維が挙げられる。前者としては、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等が挙げられる。後者としては、ガラス繊維、鋼繊維、炭素繊維、岩石繊維(バサルトなど)、セラミック繊維、シリカ繊維等が挙げられる。
In this embodiment, the first hydraulic mixture C1 extruded from the first
ここで、図1~図9に示すように、構築設備1によって構築される構造部材2は、波形状に湾曲した壁体である。構造部材2は、第1水硬性混合物C1によって形成された壁状の積層造形体21と、積層造形体21の両側面を覆うように所定厚さとなるように第2水硬性混合物C2が固着されて形成された吹付け造形体22と、積層造形体21と吹付け造形体22との境界部分に埋設された補強材23と、を有する。
As shown in Figures 1 to 9, the
補強材23は、積層造形体21の外面に沿って配置される網状のメッシュ材23Aと、メッシュ材23Aの外側に長さ方向を上下方向に向けた線状の鉄筋23Bと、を有する。鉄筋23Bは、横方向に間隔をあけて複数配列されている。
The reinforcing
図2に示すように、第1付加製造装置11は、押出口11aを備えた押出しノズル11Aが任意の押出し姿勢となるように制御され、押出口11aから第1水硬性混合物C1を押し出す。第1付加製造装置11は、図1に示す第2付加製造装置12と同様の構成となるロボットアーム14を備えている。なお、図3では、ロボットアーム14が省略されている。押出しノズル11Aは、ロボットアーム14の先端に取り付けられている。
As shown in FIG. 2, the first
押出しノズル11Aの押出口11aは、ノズル軸方向から見て略矩形に形成されている。押出口11aから押し出された第1水硬性混合物C1は、図2に示すように、断面が押出口11aと略同形状の矩形状となる。そのため、先行して押し出された第1水硬性混合物C1上に順次積層させることにより、押出口11aの幅寸法と同等の壁厚を有する積層造形体21を形成できる。なお、積層造形体21の壁厚は、構造部材2の形状や大きさに対応させて、押出しノズル11Aの押出口11aの形状や寸法を変更したり、壁厚方向に複数列で形成したりすることにより調整することができる。
The
押出しノズル11Aは、不図示のホースに接続され、ホース内を流動する第1水硬性混合物C1が押出口11aから押し出される。ホースは、ロボットアーム14の外側に沿って配設されていてもよいし、ロボットアーム14内を通過して設けられていてもよい。ホースは、未硬化(未凝結)状態の第1水硬性混合物C1を押出しノズル11Aへ供給する材料圧送ポンプ(図示省略)に接続されている。
The
図1に示すように、ロボットアーム14は、例えば6軸ロボットであり、不図示の制御部によって予めプログラムされた動作情報に基づいて高精度の動作で制御される。すなわち、ロボットアーム14は、複数のアーム部が、回転自在な接続部を介して連結されている。ロボットアーム14は、自走部(図示省略)に搭載されていてもよい。自走部としては、昇降可能(或いは上下移動可能)で、かつ接地面に沿って所定箇所に自走してロボットアーム14を移動可能に設けられている。なお、ロボットアーム14は、遠隔操作によって駆動されるものであってもよい。
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、第2付加製造装置12は、積層造形体21に対して密着した状態で吹付け造形体22を形成する。図8及び図9に示すように、第2付加製造装置12は、吹付け口12aを備えた吹付けノズル12Aが任意の吹付け姿勢となるように制御され、吹付け口12aから第2水硬性混合物C2を噴出する。第2付加製造装置12は、図1に示すロボットアーム14を備えている。
As shown in FIG. 3, the second
吹付けノズル12Aの吹付け口12aは、ノズル軸方向から見て略円形に形成されている。第2付加製造装置12は、吹付け口12aから押し出された第2水硬性混合物C2が吹付け対象面(積層造形体21の外面21a)に対して一定の厚みで付着するように吹付けノズル12Aの動作が制御される。なお、吹付けノズル12Aから噴出される第2水硬性混合物C2の噴出量は、積層造形体21の壁厚は、構造部材2の形状や大きさに対応させて、吹付けノズル12Aの吹付け口12aの形状や寸法を変更したり、噴出される第2水硬性混合物C2のポンプ圧を変えたりすることで調整できる。
The
吹付けノズル12Aは、不図示のホースに接続され、ホース内を流動する第2水硬性混合物C2が吹付け口12aから押し出される。ホースは、ロボットアーム14の外側に沿って配設されていてもよいし、ロボットアーム14内を通過して設けられていてもよい。ホースは、未硬化(未凝結)状態の第2水硬性混合物C2を吹付けノズル12Aへ供給する材料圧送ポンプ(図示省略)に接続されている。
なお、図1に示すロボットアーム14の構成については、上述した第1付加製造装置11のロボットアーム14の構成と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。
The
It should be noted that the configuration of the
また、吹付けノズル12Aには、例えばコテ、ヘラ、ブラシ等の表面仕上げ用の機能部15(図1参照)を一体的に設け、吹付けノズル12Aから吹き付けられた第2水硬性混合物C2の表面を吹き付けと同時に行えるようにしてもよい。
The
図6に示すように、補強材組付け装置13は、メッシュ材23Aや鉄筋23Bを把持し構築時における構造部材2内の所定に位置決めして配置するために使用される。補強材組付け装置13は、把持部131と、ロボットアーム部132と、を備えている。把持部131としては、特に限定されることはなく、把持する対象の補強材23の種類や形状に合わせて適宜な構造を採用することができる。ロボットアーム部132は、上述した第1付加製造装置11や第2付加製造装置12のロボットアーム14の構成と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。
As shown in FIG. 6, the reinforcing
次に、上述した構築設備1を使用した構造部材2の構築方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
図3及び図4に示すように、先ず、第1水硬性混合物C1を押出しノズル11Aから押し出す第1付加製造装置11を使用し、押出しノズル11Aから押し出した第1水硬性混合物C1を積層して積層造形体21を形成する。このとき、先行して押し出された第1水硬性混合物C1上に順次、上側に積層させることにより壁高を大きくし、押出口11aの幅寸法と同等の壁厚を有する積層造形体21を形成できる。
Next, a method for constructing the
3 and 4, first, a first
具体的には、押出しノズル11Aを略水平方向に予め設定された移動速度で一方向に移動させて一定の高さの第1水硬性混合物C1によるコンクリート部を形成し、さらにその直近で形成したコンクリート部の上面において押出しノズル11Aを略水平方向に移動させて次のコンクリート部を積層させることにより形成する。そして、押出しノズル11Aの通過後の第1水硬性混合物C1はそのまま硬化させる。このように押出しノズル11Aの移動と押出しの動作を繰り返すことにより所望の形状の積層造形体21が形成される。
Specifically, the
次に、図5~図7に示すように、積層造形体21の第1水硬性混合物C1が凝結する前の状態で補強材23の少なくとも一部を補強材組付け装置13を使用して積層造形体21に埋め込み固着する。
ここで、水硬性混合物Cにおける凝結前とは、JISA1147:2019(コンクリートの凝結時間試験方法)における貫入抵抗試験装置で測定した貫入抵抗値が10N/mm2以下の状態である。
Next, as shown in Figures 5 to 7, before the first hydraulic mixture C1 of the
Here, before setting in the hydraulic mixture C, the penetration resistance value measured using a penetration resistance tester in JIS A1147:2019 (method of testing the setting time of concrete) is 10 N/ mm2 or less.
具体的には、図5に示すように、積層造形体21の両側の外面21aに沿ってメッシュ材23Aを固着する。メッシュ材23Aは、外面21aの全体にわたって配置する。このとき、メッシュ材23Aは、例えば積層造形体21の外面21aに対して押し付けられた状態で第1水硬性混合物C1に固着されている。積層造形体21の外面21aに固着されたメッシュ材23Aは、鉄筋23Bを固定するため、外面21aに露出した状態であることが好ましい。次に、図6及び図7に示すように、露出しているメッシュ材23Aに対して複数の鉄筋23Bを適宜な間隔をあけて固定する。メッシュ材23Aに対する鉄筋23Bの固定は、例えば溶接、あるいは鉄筋用結束線等を採用できる。
Specifically, as shown in FIG. 5,
次に、図8及び図9に示すように、第2水硬性混合物C2を吹付けノズル12Aから吹き付ける第2付加製造装置12を使用し、補強材23を固着させた積層造形体21の外面21a全体を外側から覆うようにして吹付けノズル12Aから第2水硬性混合物C2を吹き付けて吹付け造形体22を形成する。これにより、積層造形体21と吹付け造形体22とが互いに密着した状態となり、それぞれの水硬性混合物C1、C2を硬化させ、養生させることで構造部材2が構築される。
8 and 9, a second
次に、上述した構造部材2の構築方法及び構造部材2の構築設備1の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
Next, the construction method of the
図1~図5に示すように、本実施形態による構造部材2の構築方法及び構造部材2の構築設備1では、補強材23を備えて水硬性混合物によって構築される。本実施形態では、第1水硬性混合物C1を押出しノズル11Aから押し出す第1付加製造装置11を使用し、押出しノズル11Aから押し出した第1水硬性混合物C1を積層して積層造形体21を形成する工程と、第2水硬性混合物C2を吹付けノズル12Aから吹き付ける第2付加製造装置12を使用し、吹付けノズル12Aから第2水硬性混合物C2を吹き付けて吹付け造形体22を形成する工程と、前記補強材を設ける工程と、を有し、前記第1造形体と吹付け造形体とは、互いに密着した状態で形成され、前記補強材は、前記第1造形体及び吹付け造形体のうち少なくとも一方に固着されている。
As shown in Figures 1 to 5, in the method for constructing a
このように、本実施形態では、第1水硬性混合物C1を押出しノズル11Aより押し出すことにより積層造形体21を形成する方法と、第2水硬性混合物C2を吹付けノズル12Aより吹き付けることにより吹付け造形体22を形成する方法と、の二つのコンクリート施工方法を適用するため、構造部材2に補強材23が設けられる場合であっても、二つのコンクリート施工方法を適用することにより効率よく施工することができる。
このように本実施形態では、補強材23が押出しノズル11A及び吹付けノズル12Aの各動作の障害となることが抑制され、第1付加製造装置11と第2付加製造装置12が制御しやすくなり、補強材23を含む任意形状の構造部材2を自動施工することができる。
In this way, in this embodiment, two concrete construction methods are applied: a method of forming an additively molded
In this way, in this embodiment, the reinforcing
また、本実施形態では、補強材23を先行して形成した積層造形体21及び吹付け造形体22のうち少なくとも一方に埋め込む等により固着させることができるので、補強材23を積層造形体21及び吹付け造形体22に保持させることができる。そのため、例えば補強材23を鉄筋かご等の形態に組み立てて自立させる必要がなく、効率よく作業を行うことができる。
In addition, in this embodiment, the reinforcing
また、本実施形態では、第1水硬性混合物C1を積層させることで積層造形体21を形成する工程と、積層造形体21の第1水硬性混合物C1が凝結する前の状態で補強材23の少なくとも一部を積層造形体21に埋め込み固着させる工程と、積層造形体21に固着させた補強材23を外側から覆うようにして第2水硬性混合物C2を吹き付けることで吹付け造形体22を形成する工程と、を有している。
In addition, this embodiment includes a process of forming a
そのため、先行して形成した積層造形体21の凝結前の水硬性混合物に対して補強材23を埋め込み固着させ、次に積層造形体21の外側に第2水硬性混合物C2を吹き付けることで吹付け造形体22を形成することで、積層造形体21と吹付け造形体22とからなる造形体内の所定位置に補強材23を埋設した構造部材2を効率よく構築することができる。
Therefore, by embedding and fixing the reinforcing
上述のように本実施形態による構造部材2の構築方法及び構造部材2の構築設備1では、補強材23を備えた構造部材2に対し作業効率を向上させて施工することができ、作業に係る手間や工程を低減できる。
As described above, the method for constructing a
次に、実施形態による構造部材の構築方法及び構造部材の構築設備の他の実施形態および変形例について説明する。なお、上述した第1実施形態の構成要素と同一機能を有する構成要素には同一符号を付し、これらについては、説明が重複するので詳しい説明は省略する。 Next, other embodiments and variations of the method for constructing a structural member according to the embodiment and the equipment for constructing a structural member will be described. Note that components having the same functions as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals, and detailed descriptions of these components will be omitted to avoid duplication.
(第2実施形態)
図10に示すように、第2実施形態による構造部材の構築方法は、柱状構造物である構造部材2Aの構築するものである。
第2実施形態の積層造形体21A(第1造形体)は、中空の円筒形状に形成されている。構造部材2Aは、積層造形体21Aの中空部21bには円筒状の組み合われた鉄筋かご24が挿入され、その積層造形体21Aの内側に鉄筋かご24を埋設するようにして第3水硬性混合物C3が充填されている。鉄筋かご24は、構築する柱状の構造部材2Aの主筋及び配筋となる。補強材23(メッシュ材23A及び鉄筋23B)及び吹付け造形体22A(第2造形体)は、積層造形体21Aの外周面21cのみを覆うように設けられ、その外周面21cに沿って配置されている。
Second Embodiment
As shown in FIG. 10, the method for constructing a structural member according to the second embodiment is for constructing a
The
第2実施形態による構造部材2Aの構築方法は、先ず、図11及び図12に示すように、第1付加製造装置11を使用して押出しノズル11Aから第1水硬性混合物C1を押し出し、その第1水硬性混合物C1を積層させることで円筒状の積層造形体21Aを形成する。
The method for constructing the
次に、積層造形体21Aの第1水硬性混合物C1が凝結する前の状態で補強材23の少なくとも一部を補強材組付け装置13(図6参照)を使用して積層造形体21Aに埋め込み固着させる。ここでは、メッシュ材23Aを積層造形体21の外周面21cの第1水硬性混合物C1に埋め込み、そのメッシュ材23Aに複数の鉄筋23Bを固着する。これにより、積層造形体21の外周面21cには、複数の鉄筋23Bが周方向に沿って配列された状態となる。
Next, before the first hydraulic mixture C1 of the
次に、図13及び図14に示すように、第2水硬性混合物C2を吹付けノズル12Aから吹き付ける第2付加製造装置12を使用し、補強材23を固着させた積層造形体21の外面21a全体を外側から覆うようにして吹付けノズル12Aから第2水硬性混合物C2を吹き付けて吹付け造形体22Aを形成する。これにより、積層造形体21Aと吹付け造形体22Aとが互いに密着した状態となり、それぞれの水硬性混合物C1、C2を硬化させ、養生させる。
Next, as shown in Figures 13 and 14, a second
次に、図15に示すように積層造形体21Aの中空部21bに鉄筋かご24を上方から挿入する。その後、図10に示すように、積層造形体21Aの内側に第3水硬性混合物C3を充填することで構造部材2Aが構築される。
このように、先行して構築される円筒状の積層造形体21A及び吹付け造形体22Aは、構造部材2Aの一部であるとともに、第3水硬性混合物C3を充填して硬化させる際の型枠の機能も有する。
Next, as shown in Fig. 15, a reinforcing
In this way, the cylindrical layered molded
第2実施形態では、鉄筋かご24を主筋とする柱や壁体からなる構造部材2Aを効率よく構築することができる。
また、先行して形成された積層造形体21Aは、中空部21bに充填される第3水硬性混合物C3の型枠として機能させることができ、型枠が不要になる。
In the second embodiment, a
Furthermore, the
なお、他の実施形態として、鉄筋かご24を所定位置に配置した後に、鉄筋かご24の周囲を覆って中空形状の積層造形体21Aを形成し、続いて積層造形体21Aの内側に第3水硬性混合物C3を充填する構築方法を採用することも可能である。
In another embodiment, a construction method can be adopted in which the reinforcing
(変形例)
次に、図16及び図17に示す変形例による構造部材2Bは、上述した第2実施形態において、鉄筋かご24に代えて鉄骨柱25を円筒形状の積層造形体21A(第1造形体)の中空部21bに配置させ、その中空部21bに第3水硬性混合物C3を充填した構成である。そして、積層造形体21Aの補強材23の鉄筋23Cは、水平方向で周方向に沿って配置されている。鉄骨柱25は、断面四角形(略正方形)の鋼材からなる。
本変形例による構造部材2Bは、積層造形体21Aの中空部21bに鉄骨柱25を上から挿入して第3水硬性混合物C3を充填することにより、鉄骨柱25の脚部が固定された根巻き柱脚となる。
(Modification)
16 and 17 show a modified
The
また、本変形例では、補強材23の鉄筋23Cが水平方向に配置されているので、せん断補強効果を付加することもできる。また、鉄筋23C(横筋)の外側に鉛直方向の縦筋を付加して曲げ耐力を増加させることもできる。さらに、既存鉄骨柱の下部を根巻き補強する工法としてもよい。このように既存構造物(鉄骨造やRC造)の断面性能を増す耐震補強とすることもできる。
In addition, in this modified example, the reinforcing
以上、本発明による構造部材の構築方法及び構造部材の構築設備の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The above describes the embodiment of the method for constructing structural members and the equipment for constructing structural members according to the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.
例えば、上述した実施形態では、メッシュ材23A、鉄筋23B等の補強材23を補強材組付け装置13を使用して設ける構成としているが、例えば補強材組付け装置13を使用せずに人力で補強材を設置する場合には補強材組付け装置13を省略することも可能である。
For example, in the above-described embodiment, the reinforcing
また、補強材23としては、上述した実施形態に限定されることはなく、形状、材料、位置、数量等は適宜変更可能である。例えば、縦方向の主筋と水平方向のフープ筋など異なる二方向の鉄筋が配置される補強材や、スパイラル形状の補強材であってもよい。さらに補強材の材質も、各種金属材料、連続繊維、FRP(繊維補強プラスティック)等を用いることもできる。また、補強材の形状として、メッシュ状や線材に限定されることはなく、パネル状、シート状のものでもよい。つまり、上述した実施形態のような曲面形状の構造部材2、2A、2Bを構築する場合には、直線状の補強材を配置することが難しいため、金網や FRPメッシュのようなメッシュ状やシート状の曲がりやすい(形状変化させやすい)補強材を用いることが好ましい。
The reinforcing
また、本実施形態では、吹付けノズル12A(第2ノズル)で吹き付けられる流動性材料として水硬性混合物である種々のセメント系材料(例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリート等)、ジオポリマー組成物、およびそれらを短繊維で補強した繊維補強複合材料等の材料を総称している。繊維補強複合材料で使用される短繊維の材質は、化学的に合成された高分子からなる合成繊維、又は無機物からなる繊維が挙げられる。前者としては、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等が挙げられる。後者としては、ガラス繊維、鋼繊維、炭素繊維、岩石繊維(バサルトなど)、セラミック繊維、シリカ繊維等が挙げられる。流動性材料は水硬性混合物であることに限定されることはなく、例えば樹脂等を採用してもよい。
In this embodiment, the fluid material sprayed by the
また、上記の第1実施形態による構造部材の構築方法において、吹付け造形体22(第2造形体)の第2水硬性混合物C2(流動性材料)が凝結する前の状態で別の補強材の少なくとも一部を吹付け造形体22に埋め込み固着させ、さらに吹付け造形体22に固着させた別の補強材を外側から覆うようにして第2水硬性混合物C2(流動性材料)を吹き付けることで吹付け造形体(第3造形体)を形成するようにしてもよい。
この場合には、第2水硬性混合物C2の吹き付けにより形成される造形部分を複数設けることができ、さらに第2造形体と第3造形体との間にも別の補強材を配置できる。すなわち、構造部材に設けられる補強材が例えば厚み方向に複数配置される場合には、補強材の設置工程と、その補強材を覆うように流動性材料を吹き付ける工程と、を交互に行うことができ、作業効率を向上させることができる。
Furthermore, in the method for constructing a structural member according to the first embodiment described above, at least a portion of another reinforcing material may be embedded and fixed into the sprayed sculpted body 22 (second sculpted body) before the second hydraulic mixture C2 (fluid material) of the sprayed
In this case, a plurality of shaped portions can be formed by spraying the second hydraulic mixture C2, and another reinforcing material can be disposed between the second shaped body and the third shaped body. In other words, when a plurality of reinforcing materials are disposed in the structural member, for example, in the thickness direction, the step of installing the reinforcing materials and the step of spraying the fluid material so as to cover the reinforcing materials can be performed alternately, thereby improving the work efficiency.
また、他の構造部材の構築方法として、水硬性混合物を積層させることで積層造形体21(第1造形体)を形成する工程と、積層造形体21を外側から覆うようにして流動性材料を吹き付けることで吹付け造形体22(第2造形体)を形成する工程と、吹付け造形体22の流動性材料が凝結する前の状態で補強材の少なくとも一部を吹付け造形体22に埋め込み固着させる工程と、を有する構築方法とすることも可能である。
この場合には、先行して形成した積層造形体21の凝結前の水硬性混合物に対して流動性材料を吹き付けることで吹付け造形体22を形成し、次に吹付け造形体22の凝結前の流動性材料に対して補強材を埋め込み固着させることで、積層造形体21と吹付け造形体22とからなる造形体の外面の所定位置に補強材を埋設した構造部材を効率よく構築することができる。
さらに、この場合においても吹付け造形体22である第2造形体に固着させた補強材を外側から覆うようにして流動性材料を吹き付けることで第3造形体を形成するようにしてもよい。この場合には、流動性材料の吹き付けにより形成される造形部分を複数設けることができ、第2造形体の外面に設けられる補強材を第3造形体で覆うことで、第2造形体と第3造形体との間に補強材を埋設した状態で配置できる。
Furthermore, as a method for constructing another structural member, it is also possible to use a construction method that includes the steps of forming a layered body 21 (first body) by stacking a hydraulic mixture, forming a sprayed body 22 (second body) by spraying a fluid material so as to cover the
In this case, a sprayed
Furthermore, even in this case, the third shaped body may be formed by spraying the fluid material so as to cover from the outside the reinforcing material fixed to the second shaped body, which is the spray-applied
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, the components in the above-described embodiments may be replaced with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1、1A、1B、1C 構築設備
2、2A、2B 構造部材
11 第1付加製造装置
11A 押出しノズル(第1ノズル)
11a 押出口
12 第2付加製造装置
12A 吹付けノズル(第2ノズル)
13 補強材組付け装置
14 ロボットアーム
21、21A 積層造形体(第1造形体)
21a 外面
21b 中空部
21c 外周面
22、22A 吹付け造形体(第2造形体)
23 補強材
23A メッシュ材
23B、23C 鉄筋
24 鉄筋かご
25 鉄骨柱
C1 第1水硬性混合物
C2 第2水硬性混合物(流動性材料)
C3 第3水硬性混合物(流動性材料)
1, 1A, 1B,
13 Reinforcement
23
C3 Third hydraulic mixture (fluid material)
Claims (10)
水硬性混合物を第1ノズルから押し出す第1付加製造装置を使用し、前記第1ノズルから押し出した前記水硬性混合物を積層して第1造形体を形成する工程と、
流動性材料を第2ノズルから吹き付ける第2付加製造装置を使用し、前記第2ノズルから前記流動性材料を吹き付けて第2造形体を形成する工程と、
前記補強材を設ける工程と、
を有し、
前記第1造形体と前記第2造形体とは、互いに密着した状態で形成され、
前記補強材は、前記第1造形体及び前記第2造形体のうち少なくとも一方に固着されることを特徴とする構造部材の構築方法。 A method for constructing a structural member constructed of a hydraulic mixture having a reinforcement material, comprising the steps of:
A step of forming a first shaped body by stacking the hydraulic mixture extruded from a first nozzle using a first additive manufacturing device that extrudes a hydraulic mixture from the first nozzle;
using a second additive manufacturing device that sprays a flowable material from a second nozzle, spraying the flowable material from the second nozzle to form a second shaped object;
providing the reinforcing material;
having
the first body and the second body are formed in a state of being in close contact with each other,
A method for constructing a structural member, characterized in that the reinforcing material is fixed to at least one of the first body and the second body.
前記第1造形体の前記水硬性混合物が凝結する前の状態で前記補強材の少なくとも一部を前記第1造形体に埋め込み固着させる工程と、
前記第1造形体に固着させた前記補強材を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで前記第2造形体を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の構造部材の構築方法。 forming the first shaped body by layering the hydraulic mixture;
embedding and fixing at least a portion of the reinforcing material in the first shaped body before the hydraulic mixture in the first shaped body sets;
forming the second body by spraying the fluid material onto the reinforcing material fixed to the first body from the outside so as to cover the reinforcing material;
2. The method for constructing a structural member according to claim 1, further comprising:
前記第2造形体に固着させた前記別の補強材を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで第3造形体を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の構造部材の構築方法。 embedding and fixing at least a portion of another reinforcing material in the second shaped body before the fluid material of the second shaped body solidifies;
forming a third body by spraying the fluid material onto the other reinforcing material fixed to the second body from the outside so as to cover the other reinforcing material;
3. The method for constructing a structural member according to claim 2, further comprising:
前記第1造形体を外側から覆うようにして前記流動性材料を吹き付けることで前記第2造形体を形成する工程と、
前記第2造形体の前記流動性材料が凝結する前の状態で前記補強材の少なくとも一部を前記第2造形体に埋め込み固着させる工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の構造部材の構築方法。 forming the first shaped body by layering the hydraulic mixture;
forming the second body by spraying the fluid material onto the first body so as to cover the first body from the outside;
embedding and fixing at least a portion of the reinforcing material in the second body before the fluid material of the second body solidifies;
2. The method for constructing a structural member according to claim 1, further comprising:
を有することを特徴とする請求項4に記載の構造部材の構築方法。 forming a third body by spraying the fluid material onto the reinforcing material fixed to the second body from the outside so as to cover the reinforcing material;
5. The method for constructing a structural member according to claim 4, further comprising the steps of:
前記第1造形体の中空部に鉄筋かごを挿入し、
前記第1造形体の内側にコンクリートを充填するようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の構造部材の構築方法。 The first body is formed into a hollow shape,
Inserting a reinforcing bar cage into the hollow portion of the first shaped body;
6. The method for constructing a structural member according to claim 1, further comprising filling an inside of the first structure with concrete.
前記第1造形体の内側にコンクリートを充填するようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の構造部材の構築方法。 After placing the reinforcing bar cage in a predetermined position, the first shaped body is formed by covering the reinforcing bar cage and having a hollow shape;
6. The method for constructing a structural member according to claim 1, further comprising filling an inside of the first structure with concrete.
該第1造形体の外側に前記補強材を埋設した後、前記補強材の外側から覆うように前記流動性材料を吹き付けることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の構造部材の構築方法。 forming the first structure including an existing steel frame or structure;
6. The method for constructing a structural member according to claim 1, further comprising the steps of: embedding the reinforcing material on the outside of the first shaped body; and then spraying the fluid material onto the outside of the reinforcing material to cover it.
第1ノズルを備え、水硬性混合物を前記第1ノズルから押し出して積層することで第1造形体を形成するように動作する第1付加製造装置と、
第2ノズルを備え、流動性材料を前記第2ノズルから吹き付けることで第2造形体を形成するように動作する第2付加製造装置と、
前記補強材を前記第1造形体及び前記第2造形体のうち少なくとも一方に固着されるように設置する補強材組付け装置と、
を備え、
前記第1付加製造装置及び前記第2付加製造装置は、前記第1造形体及び前記第2造形体のうち先行して形成された造形体に対して密着した状態で造形体を形成することを特徴とする構造部材の構築設備。 A construction facility for a structural member constructed of a hydraulic mixture having a reinforcing material,
a first additive manufacturing device comprising a first nozzle and operable to extrude and layer a hydraulic mixture through the first nozzle to form a first shaped object;
a second additive manufacturing device comprising a second nozzle and operable to form a second object by spraying flowable material from the second nozzle;
a reinforcing material assembling device that installs the reinforcing material so as to be fixed to at least one of the first body and the second body;
Equipped with
A structural component construction facility characterized in that the first additive manufacturing apparatus and the second additive manufacturing apparatus form a structure in close contact with the first structure or the second structure which is formed earlier.
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