2021年度中国混凝土与水泥制品协会
混凝土科学技术奖•技术革新类
项目展示
2021年度中国混凝土与水泥制品协会混凝土科学技术奖工作于2021年5月启动，至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目44项。经过专家评审委员会的初评及终评，共计33个项目获奖，包括一等奖1项、二等奖18项、三等奖14项，其中“科技进步类”16项、“技术发明类”1项、“技术革新类”16项。
三等奖项目
3D打印技术在建筑工程中的装饰性建筑部品应用研究
主要完成单位：中铁四局集团有限公司、安徽数智建造研究院有限公司、安徽中铁工程材料科技有限公司
主要完成人：于健、黄海、刘道学、彭建伟、耿天宝
项目概况
3D打印即快速成型技术的一种，它是以计算机模型文件为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末状金属、陶瓷或塑料等可粘合材料，通过电脑控制把“打印材料”通过逐层堆积黏结的方式来制造物体的技术。而3D打印混凝土技术是在3D打印技术的基础上发展起来的应用于混凝土施工的新技术，3D打印混凝土技术在打印过程中，无需传统混凝土成型过程中的支模过程，是一种最新的混凝土无模成型技术，同时3D打印机械在计算机软件的控制下，使用具有高度可控制挤压性的水泥基浆体材料，可以快速打印梁板柱等构件、精确定位面板和孔洞，可实现超复杂大尺寸建筑构件的三维快速制设计制作。
3D打印混凝土技术与传统制造工艺相比，采用3D打印这一创新的制造工艺为水泥基材料中的应用带来诸多优势：（1）突破传统建筑技术的限制，设计打印结构更独特的建筑；（2）可以极大提高制作复杂结构时的速率，并降低难度；（3）可以设计特殊的功能结构以满足声学、热学等方面的要求；（4）更加绿色环保，可降低物耗、能耗，减少建筑业对环境、噪声污染；（5）不需要使用模板，缩短工期，节约人工，节约成本。由于以上优势，3D打印混凝土技术将成为混凝土发展历程上一次重大的转折点，显示出广阔的前景。
本研究课题计划根据依托项目的通用和专用装饰性建筑部品的力学、耐久性能和外观尺寸造型等要求，针对性地对打印材料、打印设备及控制系统展开深入研究，对装饰性建筑部品的3D打印电子模型设计和三维转化方案、打印原材料的改进和性能评价测试、机械设备和控制系统的设计与制造等三个关键技术进行研究，最终利用3D打印建造技术建造出满足要求的装饰性建筑部品。在依托项目上成功应用，形成了3D打印装饰性建筑部品的产业化，该项研究成果总结出来的方法原理可为后期利用3D打印建造技术建造传统建筑物的研究提供借鉴与参考，从而推动3D打印建造技术在建筑行业领域的推广。
主要创新点
（1）揭示3D打印混凝土微观结构的构筑速率机理，深入分析触变剂、CSH凝胶、砂灰比、凹凸棒石等核心要素，为3D打印混凝土可打印性的调控建立理论基础。
（2）基于性能设计，研制了一种3D打印建造专用水泥基复合材料，具备以下特性：高微结构构筑速率、微结构构筑速率与打印间隔时间匹配性好、可工作时间可控（30-75min）、高触变性、可泵送、挤出性好、无开裂、尺寸稳定性好。
（3）开发了一种评价3D打印混凝土建造性（承载力及形变量）的装置：通过在3D打印混凝土试样上部加载，读取压力传感平台的加载数值和位移刻度盘的数值，得到所测3D打印混凝土的承载力与厚度、宽度的形变量。
（4）研制出3D混凝土打印机及连续供料成套装备，具备连续供料、搅拌、泵送和打印功能，包括有搅拌螺旋挤出机、连续式制浆机、螺旋泵送机和自动化控制系统，解决传统3D打印建筑构件效率较低的技术难题；
（5）形成装饰性部品3D打印“钢混协同”工艺工法，融合3D打印混凝土的成型方式和钢筋体系制作施工工艺。
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