內置配筋定向纖維的混凝土成型結構制造技術

一種混凝土成型結構，實現纖維的定向打印設置，把所需鋼筋用量等效為定量的纖維用量布置在所需部位，避免纖維因方向雜亂導致的利用率低，克服纖維混凝土打印時的施工難度；纖維布置在受力區和受拉方向，充分利用纖維的受拉特性；借助纖維的布置對混凝土的約束，減少混凝土的層狀間的變形，同時實現纖維混凝土抗裂特點。其特征在于，底部的混凝土片狀層；打印的垂直于混凝土打印面的若干鋼纖維，鋼纖維插入已片層混凝土中，并保留部分長度置到層外；新打印的第二層混凝土打印層，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋；新的打印的鋼纖維，在長度方向與所述鋼纖維存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；依次所述混凝土打印層與鋼纖維層間隔布置疊加。

【技術實現步驟摘要】
內置配筋定向纖維的混凝土成型結構
本技術涉及一種新型混凝土。
技術介紹
以混凝土為例，目前的3D混凝土的打印就是單一混凝土材料，存在的問題：一是只能采用細顆粒狀材料作為打印成型原材料，因而只能采用較薄的層裝堆積實現構件的成型，難以在混凝土中添加鋼筋；二是同時由于采用現有混凝土材料都存在成型時間問題，導致表面始終存在波浪形表面；由于層間存在不同成型時間，層間存在粘結力缺陷，導致打印的混凝土結構受力不利。
技術實現思路
正是基于上述問題，本技術提出的定向纖維技術，在混凝土打印的同時，同時實現纖維的定向打印設置，把所需鋼筋用量等效為定量的纖維用量布置在所需部位，既避免了普通的纖維混凝土的纖維因方向雜亂導致的利用率低，同時克服纖維混凝土打印時的施工難度；更為重要的是纖維布置在受力區和受拉方向，充分利用了纖維的受拉特性；而且借助纖維的布置對混凝土的約束，可減少混凝土的層狀間的變形，同時也可以實現纖維混凝土抗裂特點。為此，本技術給出的技術方案為：一種混凝土成型結構，其特征在于，包括底部的混凝土片狀層；包括打印的垂直于混凝土打印面的若干鋼纖維，所述鋼纖維插入已片層混凝土中，并保留部分長度置到層外；包括新打印的第二層混凝土打印層，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋；包括新的打印的鋼纖維，在長度方向與所述鋼纖維存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；依次所述混凝土打印層與鋼纖維層間隔布置疊加。進一步優化，還包括用于增加層間受力或豎向受力的纖維，增加在打印層與層間的纖維可以直立式或傾斜式布置。進一步優化，還包括用于增強抗彎或抗拉的受力纖維，增加在當前打印層的內部或表面的纖維，與打印層鋪設平面方向一致的水平方向。所述的增強纖維可以在結構物厚度方向和高度方向，不同打印區域或區間，根據受力需要按量布置纖維。在打印過程中，需要借助多個打印頭(或擠出機)或混合打印頭分別擠出膠凝材料和布設纖維，布設纖維打印頭可以是單向固定也可以是方向可調。附圖說明圖1a是實施例一示意圖，顯示了豎向布置纖維和鋼筋密度分布(是圖1b在1-1處的剖圖)圖1b是實施例一示意圖，顯示了豎向布置纖維和鋼筋密度分布(是圖1a在2-2處的剖圖)圖2a是實施例二示意圖，顯示了斜向布置纖維及鋼筋密度分布(是圖2b在1-1處的剖圖)圖2b是實施例二示意圖，顯示了斜向布置纖維及鋼筋密度分布(是圖2a在2-2處的剖圖)圖3a是實施例三示意圖，顯示了斜向和水平向布置纖維及密度分布(是圖3b在1-1處的剖圖)圖3b是實施例三示意圖，顯示了斜向和水平向布置纖維及密度分布(是圖3a在2-2處的剖圖)數字標記：1-打印頭擠出的混凝土層2-穿透上下打印層的豎向或斜向布置的纖維3-打印層中的水平布置纖維4-打印層與層之間水平布置纖維5-打印頭擠出的混凝土(豎向兩側布置纖維)6-打印頭擠出的混凝土(豎向均勻布置纖維)(豎向配筋率為最大)7-打印頭擠出的混凝土(豎向不布置纖維)(豎向配筋率為零)8-打印頭擠出的混凝土(厚度方向不布置水平纖維)(厚度方向配筋率為零)9-打印頭擠出的混凝土(厚度方向局部布置水平纖維)10-打印頭擠出的混凝土(厚度方向均勻布置水平纖維)(厚度方向配筋率為最大)具體實施方式本技術利用現有的增材制造(3D打印)技術中的擠出成型現有技術過程，根據制造的結構受力需要，在打印過程中增加纖維的增強技術。其技術原理是在現有的3D打印技術中，根據打印件的受力要求，按照結構物在不同部位(如不同厚度區域、不同高度區間)、不同受力特點和受力方向(如受拉方向、主拉應力方向)，增加所需數量的纖維筋于擠出材料內部或成型層間，實現增強纖維的定位、定向和定量布設，可克服現有單一或均一混合材料打印中存在的受力不合理問題，改善現有膠凝構造(例如：石膏、水泥、混凝土或現有均一混合纖維混凝土的構造)。以下結合附圖和實施例對本技術技術方案做以進一步介紹。實施例一本實施例混凝土成型結構，表征為：包括底部的混凝土片狀層；包括打印的垂直于混凝土打印面的若干鋼纖維，所述鋼纖維插入已片層混凝土中，并保留部分長度置到層外；包括新打印的第二層混凝土打印層，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋；包括新的打印的鋼纖維，在長度方向與所述鋼纖維存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；依次所述混凝土打印層與鋼纖維層間隔布置疊加。結構如圖1a和圖1b所示。上述定向纖維的3D打印實施方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、采用雙打印頭3D打印機技術(此技術已屬于現有技術)，實現其中一個打印頭對正常混凝土的片狀層打印；步驟二、當打印到需要布置鋼筋位置，根據需要的纖維用量，由另一打印頭垂直于混凝土打印面打印出鋼纖維；步驟三、鋼纖維插入已打印的混凝土中，并保留部分長度置到層外；步驟四、當打印下一層混凝土時，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋，并與后續打印的纖維在長度方向存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；步驟五、根據打印混凝土層的厚度和鋼纖維的長度，鋼纖維的打印可在混凝土打印到足夠的層數后有間隔的打印；步驟六、在打印結構的壁厚方向，可根據受力和構造需要針對打印的混凝土設置不同的打印纖維密度。本實施例作為基礎實施例，通過設置豎向纖維，以克服橫向變形為主，增強表面抗裂性。實施例二本實施例技術創新點：設置斜向纖維，在具有實施例一優點同時，以克服結構的抗剪能力為主。步驟一、采用多個打印頭，實現其中一個打印頭對正常混凝土的片狀層打印(此技術也可以通過已有的現有技術實現)，其他打印頭打印纖維；步驟二、當打印到需要布置鋼筋位置，根據換算的纖維用量、方向和位置，由不同打印頭按特定方向向已打印的混凝土中插入纖維；步驟三、纖維插入已打印的混凝土中，并保留部分長度置到層外；步驟四、當打印下一層混凝土時，打印頭行走方向應與斜向布置的纖維集傾斜方向相反，避免改變纖維方向。上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋，并與后續打印的纖維在長度方向存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；步驟五、根據打印混凝土層的厚度和鋼纖維的長度，鋼纖維的打印可在混凝土打印到足夠的層數后有間隔的打印。步驟六、在打印結構的壁厚方向，可根據受力和構造需要針對打印的混凝土設置不同的打印纖維密度。實施例三本實施例技術創新點：設置多向纖維，在具有實施例二的優點同時，增加了層間和層內的水平向纖維實現一定抗彎能力，從而實現多向受力定向控制。步驟1、采用多個打印頭，實現其中一個打印頭對正常混凝土的片狀層打印，其他打印頭打印纖維；步驟2、若打印時的混凝土擠出量少，水平纖維打印可在層間布置；最有利的方式是在混凝土的擠出料內部直接打印水平向纖維。這需要在混凝土擠出時，同步擠出打印頭行走方向的水平連續纖維，甚至連續的鐵絲。步驟3、所需布置的纖維根據需要的布置位置，根據換算的纖維用量、方向和位置，由相同的打印頭按特定方向向已打印的混凝土中插入纖維。步驟4、纖維插入已打印的混凝土中，并保留部分長度置到層外。步驟5、當打印下一層混凝土時，打印頭行走方向應與斜向布置的纖維集傾斜方向相反，避免改變纖維方向。上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋，并與后續打印的纖維在長度方向存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞。步驟6、根據打印混凝土層的厚度和鋼纖維的長度，鋼纖維的打印可在混凝土打印到足夠的層數后有間隔的打印。步驟本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種內置配筋定向纖維的混凝土成型結構，其特征在于，包括底部的混凝土片狀層；包括打印的垂直于混凝土打印面的若干鋼纖維，所述鋼纖維插入已片層混凝土中，并保留部分長度置到層外；包括新打印的第二層混凝土打印層，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋；包括新的打印的鋼纖維，在長度方向與所述鋼纖維存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；依次所述混凝土打印層與鋼纖維層間隔布置疊加。

【技術特征摘要】
1.一種內置配筋定向纖維的混凝土成型結構，其特征在于，包括底部的混凝土片狀層；包括打印的垂直于混凝土打印面的若干鋼纖維，所述鋼纖維插入已片層混凝土中，并保留部分長度置到層外；包括新打印的第二層混凝土打印層，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋；包括新的打印的鋼纖維，在長度方向與所述鋼纖維存在重疊，以保證粘結錨固力的傳遞；依次所述混凝土打印層與鋼纖維層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李方元，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：新型
國別省市：上海,31