内置配筋定向纤维的混凝土成型结构的制作方法

本实用新型涉及一种新型混凝土。

背景技术：

以混凝土为例，目前的3D混凝土的打印就是单一混凝土材料，存在的问题：一是只能采用细颗粒状材料作为打印成型原材料，因而只能采用较薄的层装堆积实现构件的成型，难以在混凝土中添加钢筋；二是同时由于采用现有混凝土材料都存在成型时间问题，导致表面始终存在波浪形表面；由于层间存在不同成型时间，层间存在粘结力缺陷，导致打印的混凝土结构受力不利。

技术实现要素：

正是基于上述问题，本实用新型提出的定向纤维技术，在混凝土打印的同时，同时实现纤维的定向打印设置，把所需钢筋用量等效为定量的纤维用量布置在所需部位，既避免了普通的纤维混凝土的纤维因方向杂乱导致的利用率低，同时克服纤维混凝土打印时的施工难度；更为重要的是纤维布置在受力区和受拉方向，充分利用了纤维的受拉特性；而且借助纤维的布置对混凝土的约束，可减少混凝土的层状间的变形，同时也可以实现纤维混凝土抗裂特点。

为此，本实用新型给出的技术方案为：

一种混凝土成型结构，其特征在于，

包括底部的混凝土片状层；

包括打印的垂直于混凝土打印面的若干钢纤维，所述钢纤维插入已片层混凝土中，并保留部分长度置到层外；

包括新打印的第二层混凝土打印层，上述祼露的纤维部分被新打印混凝土覆盖；

包括新的打印的钢纤维，在长度方向与所述钢纤维存在重叠，以保证粘结锚固力的传递；

依次所述混凝土打印层与钢纤维层间隔布置叠加。

进一步优化，还包括用于增加层间受力或竖向受力的纤维，增加在打印层与层间的纤维可以直立式或倾斜式布置。

进一步优化，还包括用于增强抗弯或抗拉的受力纤维，增加在当前打印层的内部或表面的纤维，与打印层铺设平面方向一致的水平方向。

所述的增强纤维可以在结构物厚度方向和高度方向，不同打印区域或区间，根据受力需要按量布置纤维。

在打印过程中，需要借助多个打印头(或挤出机)或混合打印头分别挤出胶凝材料和布设纤维，布设纤维打印头可以是单向固定也可以是方向可调。

附图说明

图1a是实施例一示意图，显示了竖向布置纤维和钢筋密度分布(是图1b在1-1处的剖图)

图1b是实施例一示意图，显示了竖向布置纤维和钢筋密度分布(是图1a在2-2处的剖图)

图2a是实施例二示意图，显示了斜向布置纤维及钢筋密度分布(是图2b在1-1处的剖图)

图2b是实施例二示意图，显示了斜向布置纤维及钢筋密度分布(是图2a在2-2处的剖图)图3a是实施例三示意图，显示了斜向和水平向布置纤维及密度分布(是图3b在1-1处的剖图)

图3b是实施例三示意图，显示了斜向和水平向布置纤维及密度分布(是图3a在2-2处的剖图)

数字标记：

1-打印头挤出的混凝土层

2-穿透上下打印层的竖向或斜向布置的纤维

3-打印层中的水平布置纤维

4-打印层与层之间水平布置纤维

5-打印头挤出的混凝土(竖向两侧布置纤维)

6-打印头挤出的混凝土(竖向均匀布置纤维)(竖向配筋率为最大)

7-打印头挤出的混凝土(竖向不布置纤维)(竖向配筋率为零)

8-打印头挤出的混凝土(厚度方向不布置水平纤维)(厚度方向配筋率为零)

9-打印头挤出的混凝土(厚度方向局部布置水平纤维)

10-打印头挤出的混凝土(厚度方向均匀布置水平纤维)(厚度方向配筋率为最大)

具体实施方式

本实用新型利用现有的增材制造(3D打印)技术中的挤出成型现有技术过程，根据制造的结构受力需要，在打印过程中增加纤维的增强技术。其技术原理是在现有的3D打印技术中，根据打印件的受力要求，按照结构物在不同部位(如不同厚度区域、不同高度区间)、不同受力特点和受力方向(如受拉方向、主拉应力方向)，增加所需数量的纤维筋于挤出材料内部或成型层间，实现增强纤维的定位、定向和定量布设，可克服现有单一或均一混合材料打印中存在的受力不合理问题，改善现有胶凝构造(例如：石膏、水泥、混凝土或现有均一混合纤维混凝土的构造)。

以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案做以进一步介绍。

实施例一

本实施例混凝土成型结构，表征为：

包括底部的混凝土片状层；

包括打印的垂直于混凝土打印面的若干钢纤维，所述钢纤维插入已片层混凝土中，并保留部分长度置到层外；

包括新打印的第二层混凝土打印层，上述祼露的纤维部分被新打印混凝土覆盖；

包括新的打印的钢纤维，在长度方向与所述钢纤维存在重叠，以保证粘结锚固力的传递；

依次所述混凝土打印层与钢纤维层间隔布置叠加。结构如图1a和图1b所示。

上述定向纤维的3D打印实施方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用双打印头3D打印机技术(此技术已属于现有技术)，实现其中一个打印头对正常混凝土的片状层打印；

步骤二、当打印到需要布置钢筋位置，根据需要的纤维用量，由另一打印头垂直于混凝土打印面打印出钢纤维；

步骤三、钢纤维插入已打印的混凝土中，并保留部分长度置到层外；

步骤四、当打印下一层混凝土时，上述祼露的纤维部分被新打印混凝土覆盖，并与后续打印的纤维在长度方向存在重叠，以保证粘结锚固力的传递；

步骤五、根据打印混凝土层的厚度和钢纤维的长度，钢纤维的打印可在混凝土打印到足够的层数后有间隔的打印；

步骤六、在打印结构的壁厚方向，可根据受力和构造需要针对打印的混凝土设置不同的打印纤维密度。本实施例作为基础实施例，通过设置竖向纤维，以克服横向变形为主，增强表面抗裂性。

实施例二

本实施例技术创新点：设置斜向纤维，在具有实施例一优点同时，以克服结构的抗剪能力为主。

步骤一、采用多个打印头，实现其中一个打印头对正常混凝土的片状层打印(此技术也可以通过已有的现有技术实现)，其他打印头打印纤维；

步骤二、当打印到需要布置钢筋位置，根据换算的纤维用量、方向和位置，由不同打印头按特定方向向已打印的混凝土中插入纤维；

步骤三、纤维插入已打印的混凝土中，并保留部分长度置到层外；

步骤四、当打印下一层混凝土时，打印头行走方向应与斜向布置的纤维集倾斜方向相反，避免改变纤维方向。上述祼露的纤维部分被新打印混凝土覆盖，并与后续打印的纤维在长度方向存在重叠，以保证粘结锚固力的传递；

步骤五、根据打印混凝土层的厚度和钢纤维的长度，钢纤维的打印可在混凝土打印到足够的层数后有间隔的打印。

步骤六、在打印结构的壁厚方向，可根据受力和构造需要针对打印的混凝土设置不同的打印纤维密度。

实施例三

本实施例技术创新点：设置多向纤维，在具有实施例二的优点同时，增加了层间和层内的水平向纤维实现一定抗弯能力，从而实现多向受力定向控制。

步骤1、采用多个打印头，实现其中一个打印头对正常混凝土的片状层打印，其他打印头打印纤维；

步骤2、若打印时的混凝土挤出量少，水平纤维打印可在层间布置；最有利的方式是在混凝土的挤出料内部直接打印水平向纤维。这需要在混凝土挤出时，同步挤出打印头行走方向的水平连续纤维，甚至连续的铁丝。

步骤3、所需布置的纤维根据需要的布置位置，根据换算的纤维用量、方向和位置，由相同的打印头按特定方向向已打印的混凝土中插入纤维。

步骤4、纤维插入已打印的混凝土中，并保留部分长度置到层外。

步骤5、当打印下一层混凝土时，打印头行走方向应与斜向布置的纤维集倾斜方向相反，避免改变纤维方向。上述祼露的纤维部分被新打印混凝土覆盖，并与后续打印的纤维在长度方向存在重叠，以保证粘结锚固力的传递。

步骤6、根据打印混凝土层的厚度和钢纤维的长度，钢纤维的打印可在混凝土打印到足够的层数后有间隔的打印。

步骤7、在打印结构的壁厚方向，可根据受力和构造需要针对打印的混凝土设置不同的打印纤维密度。

以上实施例均是以混凝土为例，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。