2019年度“北京凱盛優(yōu)科房屋杯”，混凝土與水泥制品行業(yè)技術革新獎項目展示

2019年度“北京凱盛優(yōu)科房屋杯”混凝土與水泥制品行業(yè)技術革新獎工作于2019年5月啟動，至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目80項。經(jīng)過專家評審委員會的初評及終評，其中 “技術開發(fā)類”33項、“技術改造類”3項、“技藝工法類”1項共計37個項目獲獎：一等獎4項、二等獎13項、三等獎20項。

一等獎項目（技術開發(fā)類）：混凝土制品3D打印關鍵技術研究與應用

主要完成單位：中國建筑股份有限公司技術中心、建研華測（杭州）科技有限公司

主要完成人：張濤、霍亮、藺喜強、李國友、戢文占、田冠飛、路蘭、田野、鮑克蒙

項目概況：

本項目開展了混凝土3D 打印材料配制技術、混凝土3D 打印專用添加劑、混凝土制品3D 打印設備及控制系統(tǒng)開發(fā)、混凝土制品3D 打印工藝及應用技術的研究，創(chuàng)新的利用觸變劑、調(diào)凝劑的復配技術、混凝土制品3D打印設備的設計開發(fā)和控制技術以及混凝土制品3D打印工藝等，解決了混凝土3D 打印材料性能與打印工藝參數(shù)的匹配性問題，降低了混凝土施工的勞動強度、減少了材料的浪費，改善了建造環(huán)境，實現(xiàn)了混凝土制品的3D打印應用。利用本項目開發(fā)的3D打印混凝土和打印設備成功實現(xiàn)了二層建筑的現(xiàn)場打印建造，并實現(xiàn)景觀部品、裝飾構件及全固廢混凝土制品的打印應用。利用本項目技術開發(fā)的打印設備成功應用于國內(nèi)浙江大學、長沙理工大學、同濟大學、澳大利亞斯威本大學、美國新墨西哥州立大學、中建中東公司等。

原位3D打印辦公樓

主要創(chuàng)新點：

一、打印混凝土調(diào)凝技術，研發(fā)了適合不同膠凝材料組成的凝結時間調(diào)凝劑，可根據(jù)應用需要靈活調(diào)整凝結時間，保證混凝土即滿足打印工藝要求，又符合力學性能的要求；實現(xiàn)了利用普通混凝土原材料，配以添加劑就可制備出符合打印和應用要求的混凝土材料。

二、工業(yè)固廢打印混凝土配制技術，利用堿激發(fā)技術，以礦粉、鋼渣粉、尾礦砂為原料配制出符合打印要求的混凝土；實現(xiàn)了環(huán)境減負又為固廢的消納和利用提供了新技術。

三、混凝土3D 打印工藝試驗平臺，根據(jù)不同工藝需求，如打印層厚、打印速度、層間間隔環(huán)境溫度等變化對打印材料性能需求的不同，進行調(diào)整，解決了材料性能與工藝匹配的問題，形成可滿足不同應用的打印工藝，實現(xiàn)了從縮小比例構件到足尺構件、從規(guī)則構件到異形構件、以及不同紋理和裝飾效果的部品構件打印。

足尺寸建筑構件打印

應用效果：

2019年完成了首例原位3D打印二層樓房的施工，建筑面積約230平方米，高度7.2米，墻體、構造柱等豎向構件采用原位打印施工，主要用于辦公和展示，獲得中央二套、人民日報、央視、新華網(wǎng)、經(jīng)濟日報等各大主流媒體的報道。

利用開發(fā)的混凝土3D 打印材料進行實體打印。控制室尺寸為3m×2m× 2.4m。在房屋打印過程中需要3~4人參與，其中2人制備打印材料，1人操控打印機，1人輔助工作。整個房屋的打印機的打印速度是100~150mm/s，擠出寬度40mm，每層打印厚度12.5mm，整個房屋安裝需2小時。實施中采用了打印構件拼裝、現(xiàn)場打印、異型構件打印等不同工藝。通過本次應用充分表明本項目的技術成果的可行性。

3D打印控制室

混凝土3D 打印具有免模板的技術優(yōu)勢，除了打印房屋建筑外，另一個應用途徑是打印特殊形狀的市政景觀小品和裝飾部品。

3D打印復合外墻掛板

3D打印公共設施及異形模型

利用本項目技術開發(fā)的HC-3DPRT型打印設備應用于浙江大學、長沙理工大學、內(nèi)蒙古科技大學、新加坡Pan-UnitedConcrete Pte Ltd、澳大利亞斯威本大學、美國新墨西哥州立大學、中建總公司中東分公司等。

浙江大學主要運用該系統(tǒng)用于本科生的教學演示，使其了解土木工程新型材料、復合材料及工業(yè)固體廢棄物在混凝土3D打印方面的進展情況，同時用于軟件教學，培養(yǎng)學生將3維模型轉化為2維模型的數(shù)據(jù)化操作。長沙理工大學應用該系統(tǒng)進行本科生、研究生的教學演示，使其充分了解智能建造技術及新型材料在土木工程行業(yè)應用的進展情況，同時也為研究生、本科生開展創(chuàng)新性研究等提供平臺。

浙江大學打印作品

浙江大學打印作品

內(nèi)蒙古科技大學打印作品

新加坡Pan-UnitedConcrete Pte Ltd，主要用于園林個性化定制的混凝土構件，并在新加坡公園與透光混凝土結合，定制了透光3D長凳。澳大利亞斯威本大學主要應用于Prof.Jay Sanjayan課題組研究生和博士生教學、材料研究，Prof.Jay主研兩種流行的三維混凝土打印方法，即擠壓法和粉末法，其中運用中建技術中心與建研華測公司研發(fā)的實驗室級HC-3DPRT設備很好的將擠壓式與混凝土3D打印材料結合起來，材料主要包括地質聚合物混凝土、低碳混凝土等。

新加坡Pan-UnitedConcrete Pte Ltd透光

斯威本大學設備調(diào)試

新墨西哥大學構件打印

異形構件打印

值得期待的是， 3D打印建筑技術的應用發(fā)展，符合我國工程建設的裝配化、機械化、智能化和綠色化為特征的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展方針，也是助推我國經(jīng)濟轉型升級的重大舉措。相信會有更多的企業(yè)和單位逐漸投身于3D 打印建筑領域。隨著越來越多的技術突破和科研創(chuàng)新，3D 打印建造技術也會日趨成熟，從而為建筑業(yè)的高速發(fā)展帶來無限的無限活力。