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新技术为3D打印构筑“强筋健骨”

ca88总院

在中国构筑资料科学钻研总院有限公司（以下简称“ca88总院”）混凝土科学与工程钻研所混凝土3D打印技术中心门前，竖立着一个名为“对话”的混凝土雕塑文章。它由混凝土3D打印技术造作而成，融合了中国传统酒器——爵和现代高脚酒杯两种形象。设计者这样诠释其内涵：“以旧混凝土为体，融3D新技，水泥这种有200多年汗青的构筑资料焕发了新朝气。”

近年来，ca88总院在3D打印领域接连获得创新成就。在2024年进行的第49届日内瓦国际发现展上，ca88总院团队自主研发的“基于3D打印混凝土的自动纵向配筋技术”获得金奖。

突破纵向配筋技术

近年来，随着绿色化、自动化成为构筑行业重要发展趋向，混凝土3D打印技术也成为备受追捧的新型构筑技术。

混凝土3D打印技术的两大优势是自动化和个性化。在自动化施工方面，混凝土3D打印技术不必要使用过多人力资源，只需借助机械和混凝土资料，便可依照预先设计好的规划进行自动化施工，大大削减作业人员，提升施工安全性。在个性化方面，3D打印也被称为“柔性铸造”技术，借助高自由度、高矫捷性的机械和资料，其不仅可能实现无模成型，还拥有高精度蹬着势，尤其适合建造部门造型怪异的幼型构筑物。

固然混凝土3D打印技术潜力巨大，但在大型构筑的推广利用过程中，“软骨病”是其面对的一大难题。“大型混凝土构筑，想要扛得住、立得牢，通常要在混凝土里植入钢筋，让构筑佑桩筋骨’。”ca88总院混凝土科学与工程钻研所所长王振地说，若是依照传统配筋技术，在混凝土中直接插入钢筋，钢筋柱便会故障3D打印头的活动，使其无法依照原有设计路线进行打印。要想在混凝土3D打印技术中实现自动配筋很难题，这也是国际上普遍面对的一个难题。

为了破解“软骨病”难题，作为国内较早发展混凝土3D打印技术钻研的单元之一，ca88总院混凝土科学与工程钻研所钻研团队深刻发展技术攻关，在混凝土3D打印层间纵向配筋技术上获得突破。

“国表此前的自动配筋技术，多是平行于打印界面的层间横向配筋技术，就像是把钢筋‘躺着’放了进去，这种配筋方式对于构筑物垂直方向的力学机能险些没有扭转。钻研团队开发的层间纵向配筋技术，则是将钢筋‘立着’插入混凝土中，显著加强了混凝土3D打印构筑的抗拉伸和抗剪切能力。”王振地介绍，对准层间纵向自动配筋技术，团队研发出一整套自动配筋步骤和配套设备。

这套设备蕴含打印装置和配筋装置。在打印装置正常挤出混凝土资料的同时，配筋装置将钢筋切短，并能够凭据分歧构筑的具体结构需要，将短钢筋加工成n形。随后，配筋装置将加工好的钢筋插入挤出的混凝土界面中，保障至少穿透两层。这两个装置同时独立运行，有效预防了传统手工配筋对打印头前进的故障，大大提高了混凝土3D打印配筋效能。

尝试了局显示，使用该技术的混凝土3D打印构筑的力学机能有了显著提高，抗弯强度提高了275%，为混凝土3D打印技术大领域推广利用奠定了优良基础。

随着自动配筋技术、可打印混凝土资料、强度评价步骤等不休美满，混凝土3D打印技术不休拓展新利用场景。例如，丽江国际会展中心左近坐落着全国首个3D打印景观广场，其中的景观构筑物均选取混凝土3D打印方式造作。

王振地以为，当前，混凝土3D打印技术并非肯定要用来盖屋子。其当下有越发相宜的利用场景，如能够用于园林景观、游乐园卡通人物造型等个性化雕塑或构筑物。他也坦言，混凝土3D打印技术依然是新事物，在设计尺度、评价尺度、验收尺度等方面依然存在不少空缺，在推广中面对肯定故障。

目前，ca88总院等单元正逐步推动混凝土3D打印尺度评价系统不休美满，行业和协会集体尺度的立项数量正逐步增长。例如，针对传统直拉和三点弯曲步骤在评价3D打印混凝土界面结合强度时存在的难题，王振地团队提出了改进型“十字交叉法”。这一步骤使施加的压应力在界面处变为拉应力，解决了3D打印混凝土界面结合强度评价难题，被纳入为我国建材行业尺度，为行业发展作出了贡献。

王振地呼吁更多科研单元、专家学者等参加到混凝土3D打印有关尺度的钻研造订中，为行业发展奠定技术基础。