歡迎您來到中國混凝土與水泥制品協(xié)會官方網(wǎng)站
協(xié)會動態(tài)
【混凝土科技獎】3D打印技術(shù)在建筑工程中的裝飾性建筑部品應(yīng)用研究
時間:2023-01-10    來源:CCPA科技工作部 程倩    分享:
2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會混凝土科學(xué)技術(shù)獎工作于2021年5月啟動,至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目44項。經(jīng)過專家評審委員會的初評及終評,共計33個項目獲獎,包括一等獎1項、二等獎18項、三等獎14項,其中“科技進(jìn)步類”16項、“技術(shù)發(fā)明類”1項、“技術(shù)革新類”16項。?



2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會

混凝土科學(xué)技術(shù)獎?技術(shù)革新類

項目展示

2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會混凝土科學(xué)技術(shù)獎工作于2021年5月啟動,至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目44項。經(jīng)過專家評審委員會的初評及終評,共計33個項目獲獎,包括一等獎1項、二等獎18項、三等獎14項,其中“科技進(jìn)步類”16項、“技術(shù)發(fā)明類”1項、“技術(shù)革新類”16項


三等獎項目

3D打印技術(shù)在建筑工程中的裝飾性建筑部品應(yīng)用研究




主要完成單位:中鐵四局集團(tuán)有限公司、安徽數(shù)智建造研究院有限公司、安徽中鐵工程材料科技有限公司

主要完成人:于健、黃海、劉道學(xué)、彭建偉、耿天寶





項目概況


3D打印即快速成型技術(shù)的一種,它是以計算機(jī)模型文件為基礎(chǔ),通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng),利用激光束、熱熔噴嘴等方式將粉末狀金屬、陶瓷或塑料等可粘合材料,通過電腦控制把“打印材料”通過逐層堆積黏結(jié)的方式來制造物體的技術(shù)。而3D打印混凝土技術(shù)是在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的應(yīng)用于混凝土施工的新技術(shù),3D打印混凝土技術(shù)在打印過程中,無需傳統(tǒng)混凝土成型過程中的支模過程,是一種最新的混凝土無模成型技術(shù),同時3D打印機(jī)械在計算機(jī)軟件的控制下,使用具有高度可控制擠壓性的水泥基漿體材料,可以快速打印梁板柱等構(gòu)件、精確定位面板和孔洞,可實現(xiàn)超復(fù)雜大尺寸建筑構(gòu)件的三維快速制設(shè)計制作。

3D打印混凝土技術(shù)與傳統(tǒng)制造工藝相比,采用3D打印這一創(chuàng)新的制造工藝為水泥基材料中的應(yīng)用帶來諸多優(yōu)勢:(1)突破傳統(tǒng)建筑技術(shù)的限制,設(shè)計打印結(jié)構(gòu)更獨特的建筑;(2)可以極大提高制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)時的速率,并降低難度;(3)可以設(shè)計特殊的功能結(jié)構(gòu)以滿足聲學(xué)、熱學(xué)等方面的要求;(4)更加綠色環(huán)保,可降低物耗、能耗,減少建筑業(yè)對環(huán)境、噪聲污染;(5)不需要使用模板,縮短工期,節(jié)約人工,節(jié)約成本。由于以上優(yōu)勢,3D打印混凝土技術(shù)將成為混凝土發(fā)展歷程上一次重大的轉(zhuǎn)折點,顯示出廣闊的前景。

本研究課題計劃根據(jù)依托項目的通用和專用裝飾性建筑部品的力學(xué)、耐久性能和外觀尺寸造型等要求,針對性地對打印材料、打印設(shè)備及控制系統(tǒng)展開深入研究,對裝飾性建筑部品的3D打印電子模型設(shè)計和三維轉(zhuǎn)化方案、打印原材料的改進(jìn)和性能評價測試、機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)的設(shè)計與制造等三個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,最終利用3D打印建造技術(shù)建造出滿足要求的裝飾性建筑部品。在依托項目上成功應(yīng)用,形成了3D打印裝飾性建筑部品的產(chǎn)業(yè)化,該項研究成果總結(jié)出來的方法原理可為后期利用3D打印建造技術(shù)建造傳統(tǒng)建筑物的研究提供借鑒與參考,從而推動3D打印建造技術(shù)在建筑行業(yè)領(lǐng)域的推廣。



主要創(chuàng)新點



(1)揭示3D打印混凝土微觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑速率機(jī)理,深入分析觸變劑、CSH凝膠、砂灰比、凹凸棒石等核心要素,為3D打印混凝土可打印性的調(diào)控建立理論基礎(chǔ)。

(2)基于性能設(shè)計,研制了一種3D打印建造專用水泥基復(fù)合材料,具備以下特性:高微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑速率、微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑速率與打印間隔時間匹配性好、可工作時間可控(30-75min)、高觸變性、可泵送、擠出性好、無開裂、尺寸穩(wěn)定性好。

(3)開發(fā)了一種評價3D打印混凝土建造性(承載力及形變量)的裝置:通過在3D打印混凝土試樣上部加載,讀取壓力傳感平臺的加載數(shù)值和位移刻度盤的數(shù)值,得到所測3D打印混凝土的承載力與厚度、寬度的形變量。

(4)研制出3D混凝土打印機(jī)及連續(xù)供料成套裝備,具備連續(xù)供料、攪拌、泵送和打印功能,包括有攪拌螺旋擠出機(jī)、連續(xù)式制漿機(jī)、螺旋泵送機(jī)和自動化控制系統(tǒng),解決傳統(tǒng)3D打印建筑構(gòu)件效率較低的技術(shù)難題;

(5)形成裝飾性部品3D打印“鋼混協(xié)同”工藝工法,融合3D打印混凝土的成型方式和鋼筋體系制作施工工藝。



應(yīng)用效果



3D打印景觀小品效果圖

3D打印景觀小品實景圖

3D打印景觀涼亭效果圖

3D打印景觀涼亭實景圖

3D打印景觀小橋效果圖

3D打印景觀小橋?qū)嵕皥D

課題同步開展了產(chǎn)業(yè)化研究,已經(jīng)承接并完成了余杭塘河流域水環(huán)境綜合治理PPP項目經(jīng)理部生活區(qū)3D打印建造景觀工程,南京瓜埠鎮(zhèn)豐原路橋欄桿修繕工程,南京江北新區(qū)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研創(chuàng)園籃球場配套工程、設(shè)備用房、公交站臺工程,南京南部新城3D打印景觀工程、巢湖佰和佰楽兒童樂園景觀工程等項目,初步形成了一套“規(guī)劃-設(shè)計-生產(chǎn)-施工的3D打印建造產(chǎn)業(yè)鏈”,產(chǎn)生了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。


企業(yè)介紹



中鐵四局集團(tuán)有限公司,是世界500強(qiáng)企業(yè)——中國中鐵股份有限公司的“標(biāo)桿”成員單位。擁有1個博士后科研工作站,2個國家級技術(shù)中心,11個省級企業(yè)技術(shù)中心,5個省級工程(技術(shù))研究中心,榮獲國家科技進(jìn)步獎12項、國家級工法24項、國家授權(quán)專利1611項。先后被評為“全國文明單位”“國家知識產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)”“全國重合同守信用企業(yè)”“全國工程建設(shè)質(zhì)量管理優(yōu)秀企業(yè)”“全國建筑科技進(jìn)步與技術(shù)創(chuàng)新先進(jìn)單位”“中國品牌文化影響力十大最具價值品牌”“中國企業(yè)形象管理典范單位” “全國模范勞動關(guān)系和諧企業(yè)”“全國質(zhì)量誠信標(biāo)桿企業(yè)”“全國建筑業(yè)AAA級信用企業(yè)”等榮譽(yù)。局從2019年開始開展各類3D打印設(shè)備及材料研發(fā),通過設(shè)立專項研發(fā)費(fèi)用用于支持各子分公司積極開展此類攻關(guān)課題,截止目前共開展并完成此類課題十余項,研發(fā)費(fèi)用支出約530萬元。

安徽數(shù)智建造研究院有限公司,是中鐵四局集團(tuán)全資子公司,是集產(chǎn)學(xué)研為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。公司獲國家鐵路局重大科技創(chuàng)新成果1項,安徽省科學(xué)技術(shù)三等獎1項,中國中鐵科學(xué)技術(shù)一等獎2項、二等獎2項,中國交通運(yùn)輸協(xié)會科學(xué)技術(shù)三等獎1項,中國混凝土與水泥協(xié)會科學(xué)技術(shù)三等獎1項,7項成果獲評建筑行業(yè)信息化典型案例,6項科技成果被股份公司認(rèn)定為國際領(lǐng)先和國際先進(jìn)水平。申請知識產(chǎn)權(quán)200余項,已獲授權(quán)181項,其中發(fā)明專利12項。公司于2019年開始進(jìn)行“3D打印技術(shù)在建筑工程中的裝飾性建筑部品應(yīng)用研究”,針對性地對打印材料、打印設(shè)備及控制系統(tǒng)展開深入研究,對裝飾性建筑部品的打印原材料的改進(jìn)和性能評價測試、機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)的設(shè)計與制造、現(xiàn)場配套施工工藝等三個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,形成3D打印裝飾性建筑部品的產(chǎn)業(yè)化,研究成果總結(jié)出來的方法原理可為后期利用3D打印建造技術(shù)建造傳統(tǒng)建筑物的研究提供借鑒與參考,從而推動3D打印建造技術(shù)在整個建筑行業(yè)領(lǐng)域的推廣。

安徽中鐵工程材料科技有限公司,是一家集建筑工程材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。公司自2006年成立以來,連續(xù)六年蟬聯(lián)中國混凝土外加劑行業(yè)前五強(qiáng)。公司對3D打印材料、打印設(shè)備及控制系統(tǒng)展開深入研究,從原材料的改進(jìn)和性能評價、機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)的設(shè)計與制造、現(xiàn)場配套施工工藝等三個關(guān)鍵技術(shù)入手,申請了“一種3D打印混凝土專用觸變劑”、“一種建筑3D打印機(jī)連續(xù)供料系統(tǒng)”等1項美國發(fā)明專利、5項發(fā)明專利和3項實用新型專利,技術(shù)成果榮獲第一屆全國混凝土3D打印創(chuàng)新大賽材料工程應(yīng)用創(chuàng)新類一等獎等獎項,形成3D打印裝飾性建筑部品的產(chǎn)業(yè)化,在余杭塘河流域水環(huán)境綜合治理PPP項目部景觀工程、江北新區(qū)研創(chuàng)園等項目成功應(yīng)用,推動3D打印建造技術(shù)在整個建筑行業(yè)領(lǐng)域的推廣。




中國混凝土與水泥制品協(xié)會網(wǎng)站版權(quán)聲明:

① 凡本網(wǎng)注明來源:中國混凝土與水泥制品協(xié)會、CCPA、CCPA各部門以及各分支機(jī)構(gòu)的所有文字、圖片和音視頻稿件,版權(quán)均為本站獨家所有,任何媒體、網(wǎng)站或個人在轉(zhuǎn)載使用前必須經(jīng)本網(wǎng)站同意并注明"來源:"中國混凝土與水泥制品協(xié)會(CCPA)"方可進(jìn)行轉(zhuǎn)載使用,違反者本網(wǎng)將依法追究其法律責(zé)任。

②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,是本著為讀者傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性。 其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載使用的,請注明原文來源地址。如若產(chǎn)生糾紛,本網(wǎng)不承擔(dān)其法律責(zé)任。

③ 如本網(wǎng)轉(zhuǎn)載稿件涉及版權(quán)等問題,請作者一周內(nèi)來電或來函聯(lián)系。

返回頂部

X

您正在使用Internet Explorer瀏覽器


若您無法正常瀏覽本頁面,為了得到我們網(wǎng)站最好的體驗效果,請您更換為360、QQ、Chrome、火狐等其他瀏覽器.