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    建筑3D打印助力美丽乡村建设

    时间：2023-01-18 15:11:03来源：百花范文网本文已影响人

    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。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。与传统浇筑成型工艺相比，3D打印混凝土具有免模具、自动化程度高、节省人工、节省工期等优势，在全球人口老龄化、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。

    近年来，随着3D打印混凝土材料的不断优化、3D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、市政、交通、水利等领域成功应用。

    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。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。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、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。另外，现场打印也面临着更加复杂的外部环境。

    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。与原位打印相比，具有品质容易控制、缩短工期、降低技术风险等优势，但在现场需要进行节点的处理等。

    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、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、打印设计和生产、3D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、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、含粗骨料3D打印混凝土、3D打印含固废低碳混凝土、3D打印泡沫混凝土、3D打印轻骨料混凝土、3D打印碱激发混凝土、3D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、粗骨料混凝土打印机、机器人机械臂打印机、可移动式打印机、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。

    图1 3D打印预制装配式田头棚建造流程

    2021年，由团队联合合作伙伴南京嘉翼共同自主设计、研发、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。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。该项目采用混凝土3D打印加钢结构组合的方式建成，长约9.1 m，宽约4.1 m，单层建筑面积28.8 m2。整体建筑分为两层，一层高1.65 m，二层高5.45 m，设置了独立的起居室、卫生间、阳台等，为种植主提供田间仓储、住宿等多功能管理用房。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。

    图2 浙江东阳美丽乡村建设田头棚

    (东南大学 张亚梅 供稿)

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