一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置与方法，该装置包括从上到下依次连通设置的进料料仓、预搅拌仓、出料管、挤出头，以及垂向依次贯穿所述预搅拌仓与出料管的轴心竖杆，在进料料仓上还设有卷绕有纤维束的纤维线轴，3D打印时，纤维线轴上待打印的纤维束穿过所述轴心竖杆，并随混凝土砂浆一起从挤出头处挤出打印。与现有技术相比，本发明专利技术解决了现有技术中纤维混凝土3D打印难以挤出、普通混凝土打印试件结构力学性能差等技术问题，实现了在打印混凝土的同时，在打印出的混凝土片层中单层或者多层布置有机高分子纤维材料。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置与方法
本专利技术属于建筑材料和3D打印
，涉及一种一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置与方法。
技术介绍
传统的消耗建造模式在以信息化、数字化产业为主导的当下，已经无法满足于绿色建筑的发展趋势和新型结构构造的功能需求，同时人口老龄化问题给劳动力需求量极大的传统建筑行业带来了极大的冲击。新型数字建造技术——建筑3D打印技术应运而生。现有的建筑3D打印技术仍处于起步阶段，仅能够实现单一材料的打印，如普通混凝土、地聚合物混凝土等。但对于此类单一混凝土材料存在的问题是：由于3D打印挤出堆叠的特殊施工工艺，混凝土材料只能采用层层堆叠凝固的方式来实现构件的成型，并且难以加入钢筋，这将导致打印出的构件结构力学性能极差，无法应用于实际工程。在材料方面，国内外研究者使用聚乙烯醇(PVA)、钢纤维、聚乙烯纤维(PE)、玻璃纤维、陶瓷纤维等纤维来增强普通砂浆的拉伸性能并称之为水泥基复合材料，这为无筋建筑3D打印实现提供了可行性方案。但是由于纤维混凝土的流动性、可建造性、可挤出性等问题，直接对纤维混凝土的3D打印还存在一定的问题。公开号CN106313272A的专利公开了胶凝材料中增加基于配筋率的定向纤维的3D打印实施方法，该专利技术通过将截面钢筋用量转换为对应的受拉纤维用量，并按照钢筋的布置方向和位置，定向、定量和定位布置。采用双打印头3D打印技术，其中一个打印头对正常混凝土进行片状层打印，当打印到需要布置钢筋的位置，根据需要的纤维用量，另一打印头垂直于混凝土打印面打印出钢纤维，打印出的钢纤维插入已打印的混凝土中，并保留部分长度置到层外，在打印下一层混凝土时，将上述裸露的纤维部分覆盖，且与后续打印的纤维在长度方向上存在重叠，以保证粘接锚固力的传递。但该项专利技术方案采用的钢纤维是垂直或斜向插入混凝土打印面布置，这对于受弯构件的承载能力实际上是不利，此外该项专利技术方案采用双打印头进行混凝土和纤维的分别打印，这一施工工艺尚存在一定难题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置与方法，解决了现有技术中纤维混凝土3D打印难以挤出、普通混凝土打印试件结构力学性能差等技术问题，实现了在打印混凝土的同时，在打印出的混凝土片层中单层或者多层布置有机高分子纤维材料。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的技术方案之一提供了一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，包括从上到下依次连通设置的进料料仓、预搅拌仓、出料管、挤出头，以及垂向依次贯穿所述预搅拌仓与出料管的轴心竖杆，在进料料仓上还设有卷绕有纤维束的纤维线轴，3D打印时，纤维线轴上待打印的纤维束穿过所述轴心竖杆，并随混凝土砂浆一起从挤出头处挤出打印。进一步的，所述的轴心竖杆为带有垂向贯通的通孔的空心竖杆，每个通孔均可供一束纤维线轴上的纤维束穿过。更进一步的，轴心竖杆中的通孔设有多个。进一步的，所述的纤维束的材质为聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维等。进一步的，所述的轴心竖杆位于预搅拌仓与出料管的中心轴线上，这样，可以保证预搅拌仓与出料管中的搅拌件等转动部件工作时，不会与轴心竖杆产生干涉。进一步的，所述的挤出头的截面呈倒锥形。进一步的，所述的预搅拌仓呈倒圆台状。进一步的，所述的预搅拌仓内设有预搅拌桨叶，所述的出料管内设有螺纹挤出杆，所述的预搅拌桨叶与螺纹挤出杆均绕轴心竖杆转动。本专利技术的技术方案之二提供了一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印方法，其采用如上述装置实施，包括以下步骤：(1)将纤维束从纤维线轴拉出，经轴心竖杆依次穿过预搅拌仓、出料管和挤出头，并外露一部分以确保纤维束已拉出；(2)往进料料仓内装入混凝土砂浆；(3)启动装置，按设定好的3D打印参数，逐层打印混凝土砂浆包裹纤维的混凝土片层，即完成。进一步的，所述的混凝土砂浆由以下重量份数的原料组分配成：水泥590-600份、石英砂470-480、粉煤灰710-720、减水剂3-5份、水320-330份。与现有技术相比，本专利技术通过待引入混凝土中的纤维以纤维束的形式从轴心竖杆处穿出，并与混凝土砂浆一起逐层打印，这样，在混凝土片层打印成型的过程中，其内部即同时引入了单层或多层有机高分子纤维材料，整个打印过程简单易操作，设备简化成本低。附图说明图1为单层连续纤维布置时的打印示意图；图2为双层连续纤维打印时的示意图；图3为轴心竖杆的横截面剖面图；图中标记说明：1-轴心竖杆，2-纤维线轴，3-纤维束，4-进料料仓，5-预搅拌仓，6-挤出头，7-混凝土片层。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术提供了一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其结构参见图1或图2所示，包括从上到下依次连通设置的进料料仓4、预搅拌仓5、出料管、挤出头6，以及垂向依次贯穿所述预搅拌仓5与出料管的轴心竖杆1，在进料料仓4上还设有卷绕有纤维束3的纤维线轴2，3D打印时，纤维线轴2上待打印的纤维束3穿过所述轴心竖杆1，并随混凝土砂浆一起从挤出头6处挤出打印。在本专利技术的一种具体的实施方式中，请再参见图3所示，所述的轴心竖杆1为带有垂向贯通的通孔的空心竖杆，每个通孔均可供一束纤维线轴2上的纤维束3穿过。更具体的实施方式中，轴心竖杆1中的通孔设有多个。在本专利技术的一种具体的实施方式中，所述的纤维束3的材质为聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维等。在本专利技术的一种具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的轴心竖杆1位于预搅拌仓5与出料管的中心轴线上，这样，可以保证预搅拌仓5与出料管中的搅拌件等转动部件工作时，不会与轴心竖杆1产生干涉。在本专利技术的一种具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的挤出头6的截面呈倒锥形。在本专利技术的一种具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的预搅拌仓5呈倒圆台状。在本专利技术的一种具体的实施方式中，所述的预搅拌仓5内设有预搅拌桨叶，所述的出料管内设有螺纹挤出杆，所述的预搅拌桨叶与螺纹挤出杆均绕轴心竖杆1转动。本专利技术还另外提供了一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印方法，其采用如上述装置实施，包括以下步骤：(1)将纤维束3从纤维线轴2拉出，经轴心竖杆1依次穿过预搅拌仓5、出料管和挤出头6，并外露一部分以确保纤维束3已拉出；(2)往进料料仓4内装入混凝土砂浆；(3)启动装置，按设定好的3D打印参数，逐层打印混凝土砂浆包裹纤维的混凝土片层7，即完成。在本专利技术的一种具体的实施方式中，所述的混凝土砂浆由以下重量份数的原料组分配成：水泥590-600份、石英砂470-480、粉煤灰710-720、减水剂3-5份、水320-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其特征在于，包括从上到下依次连通设置的进料料仓、预搅拌仓、出料管、挤出头，以及垂向依次贯穿所述预搅拌仓与出料管的轴心竖杆，在进料料仓上还设有卷绕有纤维束的纤维线轴，3D打印时，纤维线轴上待打印的纤维束穿过所述轴心竖杆，并随混凝土砂浆一起从挤出头处挤出打印。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其特征在于，包括从上到下依次连通设置的进料料仓、预搅拌仓、出料管、挤出头，以及垂向依次贯穿所述预搅拌仓与出料管的轴心竖杆，在进料料仓上还设有卷绕有纤维束的纤维线轴，3D打印时，纤维线轴上待打印的纤维束穿过所述轴心竖杆，并随混凝土砂浆一起从挤出头处挤出打印。


2.根据权利要求1所述的一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其特征在于，所述的轴心竖杆为带有垂向贯通的通孔的空心竖杆，每个通孔均可供一束纤维线轴上的纤维束穿过。


3.根据权利要求2所述的一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其特征在于，轴心竖杆中的通孔设有多个。


4.根据权利要求1所述的一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其特征在于，所述的纤维束的材质为聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维。


5.根据权利要求1所述的一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装置，其特征在于，所述的轴心竖杆位于预搅拌仓与出料管的中心轴线上。


6.根据权利要求1所述的一种适用于纤维水泥基混凝土材料的3D打印装...

【专利技术属性】
技术研发人员：余江滔，叶俊宏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31