建筑3D 打印助力美丽乡村建设

第41卷第9期2022年9月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.41㊀No.9September,2022
封面故事建筑3D 打印助力美丽乡村建设
3D 打印混凝土技术是将3D 打印技术与混凝土材料技术结合而产生的新的智能制造技术的一种㊂其主要原理是将拟打印的混凝土构件进行3D 建模和分割产生三维信息,然后将配制好的混凝土拌合物通过挤出装置,按照设定好的程序,由打印头挤出进行打印得到混凝土构件㊂与传统浇筑成型工艺相比,3D 打印混凝土具有免模具㊁自动化程度高㊁节省人工㊁节省工期等优势,在全球人口老龄化㊁人工成本日益增加的背景下,建筑3D 打印技术在建筑工业化和智能化的发展过程中将发挥越来越重要的作用㊂
近年来,随着3D 打印混凝土材料的不断优化㊁3D 打印设备的不断升级,建筑3D 打印成果转化的脚步也逐渐加快,世界范围内越来越多的3D 打印混凝土示范工程在建筑㊁市政㊁交通㊁水利等领域成功应用㊂
按建筑3D 打印建造方式的不同,可将其分为原位3D 打印和预制装配式3D 打印两种方式㊂所谓原位打印,即在现场直接将主体打印成型,无需二次拼装㊂原位打印对技术的要求相对较高,也面临更多的挑战,如现场3D 打印混凝土材料的质量控制,3D 打印材料泵送㊁挤出和建造性之间的平衡,3D 打印机的尺寸限制,3D 打印的精度控制,打印路径的选择等㊂另外,现场打印也面临着更加复杂的外部环境㊂
所谓预制装配式,即在工厂内完成构件的打印,养护至规定龄期后,运输至现场进行装配式组装㊂与原位打印相比,具有品质容易控制㊁缩短工期㊁降低技术风险等优势,但在现场需要进行节点的处理等㊂
东南大学张亚梅教授团队聚焦建筑产业转型升级,推动建筑行业自动化㊁数字化和绿色低碳发展,与合作伙伴南京嘉翼共同开展了混凝土3D 打印技术系统研究和大量工程实践应用,形成了从材料研发到设备研发㊁打印设计和生产㊁3D 打印项目设计和应用全产业链技术体系,主要包括:(1)提出3D 打印混凝土 流变性能-变形性能-力学性能 协同调控机制和方法,为3D 打印低碳混凝土的设计㊁优化及工程应用提供系统性的理论与技术支撑;(2)研发了系列可适用不同场景使用的3D 打印材料产品,如3D 打印砂浆㊁含粗骨料3D 打印混凝土㊁3D 打印含固废低碳混凝土㊁3D 打印泡沫混凝土㊁3D 打印轻骨料混凝土㊁3D 打印碱激发混凝土㊁3D 打印超高延性混凝土ECC 等;(3)在打印设备方面,匹配材料性能和应用场景,研发了砂浆打印机㊁粗骨料混凝土打印机㊁机器人机械臂打印机㊁可移动式打印机㊁大型现场
3D 打印机等多种3D 打印设备,可满足工业级不同应用需求;(4)全国范围内完成了数十项3D 打印示范工程建设项目,包括预制装配式和原位3D 打印等,2022年上半年完成的大型原位3D 打印混凝土示范工程,实现了含粗骨料3D 打印混凝土的现场连续泵送和高精度打印㊂图1㊀3D 打印预制装配式田头棚建造流程
第9期张亚梅:建筑3D 打印助力美丽乡村建设3345㊀2021年,由团队联合合作伙伴南京嘉翼共同自主设计㊁研发㊁生产和施工的3D 打印田头棚在浙江东阳
美丽乡村建设项目中成功应用㊂该项目位于浙江东阳市湖溪镇下田心村内,于2021年1月4日完工㊂该项目采用混凝土3D 打印加钢结构组合的方式建成,长约9.1m,宽约4.1m,单层建筑面积28.8m 2㊂整体建筑分为两层,一层高1.65m,二层高5.45m,设置了独立的起居室㊁卫生间㊁阳台等,为种植主提供田间仓储㊁住宿等多功能管理用房㊂同时,内部集成智慧化农业信息监控系统,打造田园科技管理新模式
㊂图2㊀浙江东阳美丽乡村建设田头棚
(东南大学张亚梅供稿)。