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3D 打印混凝土配筋增强基础研究进展
发布时间: 2024年10月08日 16:32 作者: 肖建庄,吕振源,刘浩然 来源: 硅酸盐通报 浏览量:

3D 打印混凝土作为增材制造技术与建筑数字化设计结合产物,具备绿色、高自动化及可设计化等优势[1],其工程应用有望解决传统模板浇筑工艺劳动力需求高、环境污染严重、建造质量波动大等问题[2]。但现有研究[3-4]表明3D 打印混凝土构件性能大多逊于浇筑构件,一方面,3D打印机堆叠制备与传统竖向置筋方式相冲突[5];另一方面,3D打印混凝土未经支模振捣,打印条带-层间细微观结构较浇筑混凝土更为复杂,削弱了其整体性能的同时导致了其各向异性[6]。

如何通过合理配筋调控3D打印混凝土性能和各向异性,以及实现配筋下3D打印混凝土结构安全设计成为业内学者探究的热点[7]。基于国内外3D打印混凝土配筋增强相关研究成果,本文回顾了3D打印混凝土配筋研究进展,聚焦了3D 打印混凝土配筋增强方法、力学性能及细微观表征的相关研究,阐明了配筋增强下3D打印混凝土数值模拟研究成果及难点,并对国内工程应用下的3D打印配筋增强应用问题的解决方向提供了相关建议。

本文从3D 打印混凝土的配筋增强需求切入,阐明业内已有的3D打印混凝土配筋增强下材料、混凝土及构件层次相关成果。其中,多类别纤维应用下混凝土条带内随打印条带挤出,平行方向持荷纤维均为打印条带提供了良好受拉及受弯性能增强,并通过微观界面黏结咬合提供良好耗能效果。钢丝网格与打印层间的组合形式有效强化了3D打印混凝土层间力学性能,并降低了混凝土整体各向异性,优化设计网片形式则进一步提升打印层间抗弯性能。钢筋同步打印及配筋非同步打印增强下的3D打印混凝土能较好发挥筋材受拉性能优势,且通过配置预应力筋、非同步打印及体外配筋等形式优化了钢筋与混凝土间界面黏结状态,全面提升了3D打印混凝土受压、受弯及受拉性能。随着配筋材料、形式及工艺的不断创新,配筋增强3D打印混凝土的工程应用安全与可靠性将进一步提升。

但伴随配筋增强3D打印混凝土研究的开展,尚存一些问题亟待解决:1)在材料方面,已有研究缺乏以配筋协同下组合设计及长期性能为目标的研究拓展,选用配筋种类仍依托传统注模混凝土经验,配筋-混凝土协同形式、打印各向异性及长期耐久性能的发展规律亟待探索,不同类型混凝土组合可作为优选方式; 2) 在设备成型工艺方面,由于一体成型工艺与打印路径使混凝土存在堆叠及平移界面,复杂界面下配筋形式与打印设备的高效协同仍在探索阶段;3)在数值模型分析方面,3D打印混凝土配筋建造下破坏模式更为复杂,不同增强方式下3D打印混凝土数值模型仍属鲜见。目前关于配筋增强3D打印混凝土相关研究随应用发展和技术突破,在不久后其标准化与体系化将日臻成熟,必将成为推进建筑业绿色智能化建造的新热点。

关键词:3D打印混凝土; 配筋增强; 力学性能; 界面特征; 数值分析

中图分类号:TU528  文献标志码:A  DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.05.004  文章编号:1001-1625( 2024) 05-1545-12