内容详情  News
首页 >> 产品与技术 >> 新技术 >> 内容详情
3D打印建筑技术与商品混凝土行业展望
2016-07-18 14:37:49 点击数:1031
     2013年1月18日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行,其中空缺数年的国家技术发明一等奖被王华明团队的“高性能金属构件激光直接制造技术”(即3D打印技术)所摘取。由此,已经发展20余年的3D打印技术被更多人所了解,揭开其神秘面纱。目前,利用3D打印技术,不仅可以打印出小件的工艺品,甚至可以打印出汽车来,并且能够应用于建筑领域,3D打印建筑离我们并不遥远,全球首座3D打印建筑有望在2014年完工,我们有理由相信, 3D打印建筑将会不断地出现在世人面前。 
    3D打印建筑技术的基本原理是利用3D打印技术建造房屋,和其他3D打印不同的是,它需要一个巨型的三维挤出机械,并且它挤出的是混凝土,通过与计算机相连接,将设计蓝图变成实物。虽然在概念上设计起来很简单,但实际上实施起来相当复杂,要解决的技术问题非常多。
    3D打印建筑技术与传统建筑相比,其优势不仅体现在速度快—可比传统建筑技术快10倍以上; 不需要使用模板,可以大幅节约成本,并且具有低碳、绿色、环保的特点;不需要数量庞大的建筑工人,大大提高了生产效率;可以非常容易地打印出其他方式很难建造的高成本曲线建筑;可以打印出强度更高、质量更轻的混凝土建筑物;还可能改变建筑业的发展方向,更多地采用装配式建筑。 
    目前3D打印建筑技术还不能完成较大体积的建筑,而只能通过打印构件来进行拼装,所以对于广泛使用的高层建筑还无法进行打印,而要将几十层的建筑物打印出来,需要设计出巨型的3D打印机,解决大型建筑物结构强度问题,以及建筑物中钢筋的打印问题。 
    3D打印建筑技术对环保、建筑业、商品混凝土行业带来的改变是显而易见的。当前,在全世界环境污染日益严重的情况下,发展环保型产业是各国可持续发展的必然要求,3D打印建筑技术所带来的不仅是一场技术革命,更是一场环保革命。执行可持续发展战略是21世纪世界各国的重要任务,我国国民经济和社会发展“九五”计划在将建筑业和建材行业列为支柱产业的同时指出,“建材工业应以调整结构、节能、节地、节水、减少污染为重点,大力增加优质产品,发展商品混凝土,积极利用工业废渣,走可持续发展的道路”。显然,如果我国的水泥行业按照现在的速度生产和发展下去,不仅会消耗大量的资源和能源,而且将给整个地球的环境增加不可想象的负担,这与走可持续发展的道路是严重相悖的。3D打印建筑技术不仅可以更有效地利用混凝土材料,大大减少水泥需求量,更能够大幅度提高建筑物服役寿命,此举无疑又大大减少了建筑垃圾的产生,减少了重复建设。 
    商品混凝土可能将沿着两条不同的线路发展:其一是继续和目前一样,在搅拌站内将3D打印所需要的混凝土生产之后运送到施工现场,经过巨型3D打印机将混凝土从无数个打印头内喷射出来,一层一层打印出来,建筑物就好像巨型植物一样“生长”出来;另外一种模式如同现在的预制构件厂,可以将已经设计好的房屋分解成若干个模块,通过大型3D打印机快速生产出不同类型的模块,运送到施工现场进行快速装配,比传统的预制构件速度更快,建筑物将实现模块化建造,这比目前的预制构件要复杂许多许多。 
    我们可以设想一下未来商品混凝土的原材料、配合比设计的理念和生产供应模式。 
    首先,商品混凝土的原材料将会变得更加广泛,比如胶凝材料可能采用特种水泥、树脂、镁质胶凝材料等等;粗细骨料的质量要求会更高,以满足3D打印的需要,有可能会采用新的破碎工艺制造出完全不同于现在的材料;外加剂可能会从根本上发生改变,其在混凝土体系中发挥的作用及作用机理也完全不同于现在。为满足3D打印的需要,混凝土将必须具备更好的流变性且能在空气中迅速凝结,骨料最大粒径会变得更小,颗粒形貌更接近圆形;还需要解决各层之间如何完美无缺的结合问题,这需要新型外加剂来完成。
    其次,在配合比设计方面,可能还需要有新的理论来支持。因为3D打印所需要的混凝土已经不同于传统的混凝土,混凝土各项性能发生了巨大变化,不是简单的水灰比、砂率等所能决定的了,其硬化、收缩性能发生根本性改变,目前的混凝土强度理论、耐久性能理论、水化作用理论等均不能适应要求。为获得更高的强度,更好的耐久性,更完美的拌合物性能,更快的硬化速度和性能,需要从新的角度去发现理论,新的配合比设计方法,建立新的计算模型,以及硬化理论模型、服役寿命预测模型等。 
    最后,在混凝土生产供应上也将发生较大改变。3D打印机将不间断工作,因此混凝土生产持续性也将一直伴随整个3D打印全过程,所有工作将在一个周期内连续进行和一次性完成,甚至可能搅拌机系统也将发生改变,也可能搅拌工作能够在搅拌运输车内完成。生产系统对计量精度的要求和对混凝土搅拌匀质性要求更高,因此对商品混凝土行业的进入门槛要求更高,需要大量经过长期专业培训的技术人员才能生产出合格产品。 
    3D打印建筑技术的前景是美好的,以上所述也只是一些设想,而3D打印建筑技术如何真正实现关键技术的突破,如何真正去实现规模化生产,如何从根本上颠覆传统建筑业和商品混凝土行业,还有很长的路要走。但不需置疑的是,3D打印建筑一定会成为未来世界的新标杆。现代建筑和混凝土发展到目前不过100多年时间,世界就发生了翻天覆地的变化,一座座摩天大楼拔地而起,跨海大桥、隧道、地铁随处可见,我们有理由相信,3D建筑时代的来临一定会给我们的世界带来更意想不到的改变。商品混凝土行业也一定会从一个低技术门槛的行业发展成为一个高技术含量、高附加值的黄金产业。                                                                                                                 来源:混凝土世界
网站手机版