В последние годы при поддержке национальной политики жилищная индустриализация развивалась быстрыми темпами. Появилось множество промышленных домов, и жилищная индустриализация вступила в стремительный темп развития. В частности, развитие информационных технологий способствовало развитию жилищной индустриализации в направлении автоматизации, интеграции и интеллекта. Внешний вид бетонных зданий, напечатанных на 3D-принтере, в полной мере демонстрирует яркую перспективу будущего жилищного промышленного развития. Реализация интеллектуального производства в строительной отрасли – это не воздушный замок. Не так давно строительная компания в Шанхае построила два здания с помощью 3D-принтеров. Один из них представляет собой виллу площадью 1100 квадратных метров в Шанхае, а другой — 6-этажный жилой дом в Сучжоу. Последнее также является самым высоким зданием в мире, напечатанным на 3D-принтере.
Технология 3D-печати — это передовая технология производства, которая не ограничена структурой продукта, что определяет ее достаточное применение во многих отраслях. С другой стороны, 3D-печать — это всего лишь передовая технология производства и инструмент. Его ценность как продукта невелика, и его необходимо реализовать в промышленных целях. Это процесс, в котором постепенно совмещаются технические преимущества и потребности пользователей. Для 3D-печатных бетонных зданий стоимость, сырье и структурная безопасность являются ключевыми моментами для их будущего развития.
Анализ структуры бетона с помощью 3D-печати
В настоящее время бетонное здание с 3D-печатью должно выполнить модульное проектирование всего здания, распечатать модуль индустриализации здания с помощью 3D-принтера и, наконец, доставить его на строительную площадку для сборки. Таким образом, процесс его производства и строительства в основном такой же, как и в промышленном корпусе из компонентов ПК. Разница в том, что в этих напечатанных на 3D-принтере стенах, плитах и других модулях армирования нет. Вместо этого цемент и стекловолокно объединяются для повышения прочности всей бетонной конструкции на растяжение и позволяют реализовать строительство 6-этажных жилых домов с нежелезобетонными конструкциями.
В настоящее время система промышленных ПК в жилых домах разделена на два типа: одна представляет собой полностью собранную конструкцию, а другая - частично монолитную, частично собранную конструкцию. Например, исследования и разработки Ванке и сборка интегрированной системы жилых конструкций фактически привезены из Японии. Его балки, колонны и несущие стены отлиты на месте и представляют собой несущие конструкции; Плита перекрытия представляет собой полуфабрикат со сборной плитой перекрытия и монолитным композитным слоем; Только наружные стены, лестницы и балконы являются полностью сборными компонентами. Комплексное жильё пятого поколения компании Yuanda Housing Engineering похоже на это. Таким образом, судя по текущей ситуации в Китае, большинство из них используют систему полуфабрикатных конструкций, и только амбициозные устойчивые здания используют полностью собранные здания со стальными конструкциями, все из которых крепятся болтами и могут быть построены на 6 этажей за день. Также появляется множество новых систем сборных строительных конструкций.
Являясь самой передовой и передовой технологией в жилищной индустриализации, 3D-печать бетонных зданий должна прорваться через систему полуфабрикатных конструкций, принять полную сборочную конструкцию и даже 3D-печать в течение всего процесса. Только таким образом строительная отрасль сможет полностью перейти от традиционного строительства к производству. Помимо базовой детали, в будущем будет использоваться 3D-печать, в том числе базовой детали, для реализации реального интеллектуального производства и использования технологии виртуальной сборки. Виртуальная сборка заключается в использовании компьютерного моделирования и технологии виртуальной реальности для выполнения симуляционной сборки на компьютере с помощью имитационной модели, чтобы реализовать схему оптимизации планирования процесса производства, производства и сборки на месте.
Для 3D-печатных строительных модулей используется неармированная структура, чтобы облегчить печать, с одной стороны, и реализовать преимущества 3D-печатных бетонных модулей, легких, тонких и прочных, с другой стороны. Для печати строительных модулей с различными функциями и структурами используется больше разновидностей бетона. Таким образом, сырье для 3D-печатного бетона имеет более обширные источники и больше разновидностей. Механизм затвердевания и формирования прочности также прорвёт теоретическую категорию традиционного бетона. Прочность и безопасность также необходимо изучить и продемонстрировать.
Благодаря постоянному развитию технологий в будущем появится даже гигантский 3D-принтер, который будет печатать все здание на месте. Основная конструкция 3D-принтера аналогична конструкции крана с двойными воротами-драконами. Принтер можно поднимать и опускать, как башенный кран. Сверху расположены несколько прогонов с переменным положением. Каждая прогона снабжена печатающей головкой, и десятки-десятки печатающих головок расположены в зависимости от размера площади. Вертикальную структуру здания можно напечатать слой за слоем. Модульную конструкционную арматуру можно поднять наверх краном на площадке для сварки и сборки. Печатающую головку можно использовать для укладки бетона слой за слоем с использованием армирующей сетки, подобно инструментам для тарана древних стен. Как только появится этот гигантский принтер, он принесет большие изменения во всю индустрию коммерческого бетона. В то же время это также огромная проблема для малых и средних коммерческих предприятий по производству бетона. Эта конкретная технология 3D-печати более сложна и требует более высокого качества.
Анализ сырья для 3D-печати бетона
Согласно раскрытию общедоступной информации, бетонные здания в Шанхае, напечатанные на 3D-принтере, изготовлены из бетона, армированного стекловолокном, который характеризуется более высокой устойчивостью к растяжению, изгибу и растрескиванию, чем обычный бетон, а также более высокой прочностью и ударопрочностью, чем обычный бетон. Поэтому он широко используется в ненесущих компонентах, таких как наружные стеновые панели, потолки и перегородки, такие как белая бетонная сетка на внешней стороне французского павильона Всемирной выставки в Шанхае. Используется стеклофибробетон.
В соответствии с текущей тенденцией развития технологии 3D-печати бетона, доля обычного бетона в строительном сырье для 3D-печати в будущем значительно сократится. Шире будут применяться фибробетон, пенобетон, бетон с легкими заполнителями, цементно-смолобетон, полимербетон, жидкостеклобетон и другие виды бетона, а может появиться даже новый материал - бетон.
Бетон, напечатанный на 3D-принтере, отличается от традиционного бетона. Поскольку в 3D-печати нет шаблона, она не только должна соответствовать требованиям быстрого прототипирования, то есть быстро коагулировать и вытекать из печатающей головки; Необходимо обеспечить плотное соединение между слоями бетона без образования холодных швов, а также 3D-печатные бетонные компоненты или здания; Кроме того, бетон должен свободно течь в трубе и сопле, не блокируя трубу и сопло. Эти три пункта требуют, чтобы бетон, напечатанный на 3D-принтере, отличался от традиционного бетона, а его требования к сырью и качеству также отличались.
С точки зрения вяжущих материалов, цементные материалы, используемые в бетоне для 3D-печати, очень разнообразны и представляют собой бетон в широком смысле, а не обычный цементный бетон. Помимо цемента, в качестве вяжущих материалов для 3D-печатного бетона можно использовать древесный палец, жидкое стекло, гипс и геополимер. Среди них геополимер больше подходит для 3D-печатного бетона из-за его характеристик быстрого затвердевания и ранней прочности.
Заполнитель – это материал, имеющий наибольшую долю в бетоне. Бетон, напечатанный на 3D-принтере, предъявляет более высокие требования к заполнителям, чем традиционный бетон. Заполнители с высокой прочностью, небольшой плотностью и морфологией частиц, близкой к сферической форме, являются наиболее подходящими для 3D-печати бетона. Между тем, бетонные здания, напечатанные на 3D-принтере, уложены слоями бетона, и каждый слой бетона относительно тонкий. Кроме того, конструкция сопла 3D-принтера сложна, поэтому размер частиц заполнителя в бетоне должен быть меньше, чем у традиционного бетона, а максимальный размер частиц заполнителя должен быть менее 10 мм. Более строгие требования к градации частиц, содержанию грязи, содержанию вредных веществ и другим показателям. Они определяются особенностями бетона, напечатанного на 3D-принтере.
Добавки, составляющие наименьшую долю в составе бетона, значительно улучшили эксплуатационные характеристики бетона. Бетон, напечатанный на 3D-принтере, требует более высоких рабочих характеристик, отличной текучести в трубе и быстрого затвердевания на воздухе после выхода из сопла. Поэтому необходимо требовать, чтобы добавки имели многофункциональность и представляли собой композиционный суперпластификатор. Кроме того, материалы, используемые для 3D-печати бетона, сложны и разнообразны, что требует, чтобы его смесь имела хорошую адаптируемость и имела специальное назначение для 3D-печати.
С развитием жилищной индустриализации и информационных технологий возникла новая форма архитектуры — архитектура 3D-печати. Здание 3D-печати представляет собой очень сложную системную инженерию, которая унаследовала идеи конвейерного производства и интеллектуального производства в обрабатывающей промышленности, полностью разрушает ограничение, согласно которому промышленное производство не может быть использовано в строительстве зданий, и предоставляет неограниченные возможности для развития индустриализации зданий. Реализация 3D-печати бетонного здания является неизбежной тенденцией развития жилищной индустриализации, необходимым требованием для адаптации к развитию современных строительных технологий и важным способом повышения технического уровня и технологических инноваций всей строительной отрасли.
Развитие технологии 3D-печати бетона — это одновременно возможность и беспрецедентный вызов для индустрии коммерческого бетона. Только придерживаясь технологических инноваций и следуя тенденциям развития строительных технологий, мы сможем выиграть первую возможность в будущей конкуренции на рынке коммерческого бетона и добиться устойчивого и здорового развития.