本實用新型涉及一種新型混凝土。

背景技術(shù)：

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(xì)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(xiàn)構(gòu)件的成型，難以在混凝土中添加鋼筋；二是同時由于采用現(xiàn)有混凝土材料都存在成型時間問題，導(dǎo)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(jié)力缺陷，導(dǎo)致打印的混凝土結(jié)構(gòu)受力不利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

正是基于上述問題，本實用新型提出的定向纖維技術(shù)，在混凝土打印的同時，同時實現(xiàn)纖維的定向打印設(shè)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(dǎo)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(qū)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(xiàn)纖維混凝土抗裂特點。

為此，本實用新型給出的技術(shù)方案為：

一種混凝土成型結(jié)構(gòu)，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(jié)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(jìn)一步優(yōu)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(jìn)一步優(yōu)化，還包括用于增強抗彎或抗拉的受力纖維，增加在當(dāng)前打印層的內(nèi)部或表面的纖維，與打印層鋪設(shè)平面方向一致的水平方向。

所述的增強纖維可以在結(jié)構(gòu)物厚度方向和高度方向，不同打印區(qū)域或區(qū)間，根據(jù)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(jī))或混合打印頭分別擠出膠凝材料和布設(shè)纖維，布設(shè)纖維打印頭可以是單向固定也可以是方向可調(diào)。

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(shù)字標(biāo)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(cè)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

本實用新型利用現(xiàn)有的增材制造(3D打印)技術(shù)中的擠出成型現(xiàn)有技術(shù)過程，根據(jù)制造的結(jié)構(gòu)受力需要，在打印過程中增加纖維的增強技術(shù)。其技術(shù)原理是在現(xiàn)有的3D打印技術(shù)中，根據(jù)打印件的受力要求，按照結(jié)構(gòu)物在不同部位(如不同厚度區(qū)域、不同高度區(qū)間)、不同受力特點和受力方向(如受拉方向、主拉應(yīng)力方向)，增加所需數(shù)量的纖維筋于擠出材料內(nèi)部或成型層間，實現(xiàn)增強纖維的定位、定向和定量布設(shè)，可克服現(xiàn)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(xiàn)有膠凝構(gòu)造(例如：石膏、水泥、混凝土或現(xiàn)有均一混合纖維混凝土的構(gòu)造)。

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型技術(shù)方案做以進(jìn)一步介紹。

實施例一

本實施例混凝土成型結(jié)構(gòu)，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(jié)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(jié)構(gòu)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(jī)技術(shù)(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))，實現(xiàn)其中一個打印頭對正常混凝土的片狀層打??；

步驟二、當(dāng)打印到需要布置鋼筋位置，根據(jù)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(dāng)打印下一層混凝土?xí)r，上述祼露的纖維部分被新打印混凝土覆蓋，并與后續(xù)打印的纖維在長度方向存在重疊，以保證粘結(jié)錨固力的傳遞；

步驟五、根據(jù)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(shù)后有間隔的打??；

步驟六、在打印結(jié)構(gòu)的壁厚方向，可根據(jù)受力和構(gòu)造需要針對打印的混凝土設(shè)置不同的打印纖維密度。本實施例作為基礎(chǔ)實施例，通過設(shè)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(shù)創(chuàng)新點：設(shè)置斜向纖維，在具有實施例一優(yōu)點同時，以克服結(jié)構(gòu)的抗剪能力為主。

步驟一、采用多個打印頭，實現(xiàn)其中一個打印頭對正常混凝土的片狀層打印(此技術(shù)也可以通過已有的現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn))，其他打印頭打印纖維；

步驟二、當(dāng)打印到需要布置鋼筋位置，根據(jù)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(dāng)打印下一層混凝土?xí)r，打印頭行走方向應(yīng)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(xù)打印的纖維在長度方向存在重疊，以保證粘結(jié)錨固力的傳遞；

步驟五、根據(jù)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(shù)后有間隔的打印。

步驟六、在打印結(jié)構(gòu)的壁厚方向，可根據(jù)受力和構(gòu)造需要針對打印的混凝土設(shè)置不同的打印纖維密度。

實施例三

本實施例技術(shù)創(chuàng)新點：設(shè)置多向纖維，在具有實施例二的優(yōu)點同時，增加了層間和層內(nèi)的水平向纖維實現(xiàn)一定抗彎能力，從而實現(xiàn)多向受力定向控制。

步驟1、采用多個打印頭，實現(xiàn)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(nèi)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(xù)纖維，甚至連續(xù)的鐵絲。

步驟3、所需布置的纖維根據(jù)需要的布置位置，根據(jù)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(dāng)打印下一層混凝土?xí)r，打印頭行走方向應(yīng)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(xù)打印的纖維在長度方向存在重疊，以保證粘結(jié)錨固力的傳遞。

步驟6、根據(jù)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(shù)后有間隔的打印。

步驟7、在打印結(jié)構(gòu)的壁厚方向，可根據(jù)受力和構(gòu)造需要針對打印的混凝土設(shè)置不同的打印纖維密度。

以上實施例均是以混凝土為例，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。