混凝土3D打印预制构件及混凝土3D打印预制构件的制作工艺方法

本发明涉及混凝土3d打印，特别涉及一种混凝土3d打印预制构件及混凝土3d打印预制构件的制作工艺方法。

背景技术：

1、传统工程施工流程中的混凝土构件生产与落地主要通过借助各类模板造型在施工现场浇筑成型，这一模板浇筑的传统流程既费时费力又存在后期整体修复困难等问题。为解决这一问题，目前行业应用中已经出现以3d打印为主要生产方式的预制混凝土构件生产流程。由于混凝土构件在实际应用场景中通常以工程受力构件的形式出现，混凝土预制构件内部多需要预埋钢筋以增强混凝土预制构件整体的抗折强度、抗压强度、抗落槌冲击等力学性能表现。鉴于混凝土材料特别的成型方法、凝结时间及与金属材料的粘结性能，这一力学性能优化方法同样被应用在3d打印预制混凝土构件的生产流程中。

2、目前的实施案例中，混凝土3d打印构件的钢筋布置构造有三种常见方案：在3d打印的层与层之间间隔布置细钢筋网；在3d打印壳体结构的内部空腔布置钢筋笼(横竖主筋加箍筋)后用混凝土砂浆浇筑空腔；在3d打印的层与层之间间隔布置粗钢筋网，并在钢筋网垂直方向布置通长的纵向钢筋。

3、然而现有的混凝土3d打印构件的钢筋布置构造方案，均存在各自的系统性弊端，导致其仅适用于单一形体类型的打印构件或所需成本及前提条件过高，不具备工业化应用的价值。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种混凝土3d打印预制构件及混凝土3d打印预制构件的制作工艺方法，旨在将每一横向布置筋层分设间隔排布的多个横铺钢筋，以及将纵向布置筋层分设间隔排布的多个通长钢筋，使得多个横向布置筋层和一个纵向布置筋层能适应不同曲线造型的混凝土壳体的布置，无需定制适用于不同曲线造型的混凝土壳体的钢筋层，进而提高横向布置筋层和纵向布置筋层的通用性，从而实现混凝土3d打印预制构件工业化制造。

2、为实现上述目的，本发明提出一种混凝土3d打印预制构件，所述混凝土3d打印预制构件包括：

3、混凝土壳体，所述混凝土壳体包括壳体和填充混凝土体，所述壳体具有中空腔，所述填充混凝土体填充于所述中空腔；

4、多个横向布置筋层，多个所述横向布置筋层均设于所述壳体，并沿所述壳体的高度方向间隔排布设置；每一所述横向布置筋层包括设于所述壳体的多个横铺钢筋，多个所述横铺钢筋伸入所述中空腔内，并与所述填充混凝土体连接；多个所述横铺钢筋沿所述壳体的长度方向间隔排布设置，并位于所述壳体的同一高度位置；及

5、至少一个纵向布置筋层，所述纵向布置筋层包括设于所述壳体的多个通长钢筋，多个所述通长钢筋沿所述壳体的长度方向间隔排布设置，每一所述通长钢筋与多个所述横铺钢筋间隔设置，且每一所述通长钢筋沿所述壳体的高度方向延伸设置。

6、在一实施例中，每一所述横铺钢筋包括一个横向钢筋和一个竖向钢筋，所述横向钢筋横向设于所述壳体，所述竖向钢筋竖向设于所述壳体，所述横向钢筋和所述竖向钢筋伸入所述中空腔内，并与所述填充混凝土体连接；所述横向钢筋与所述竖向钢筋沿所述壳体的高度方向呈上下间隔排布；同一所述横向布置筋层的多个所述横向钢筋位于所述壳体的同一高度位置，同一所述横向布置筋层的多个所述竖向钢筋位于所述壳体的同一高度位置。

7、在一实施例中，每一所述竖向钢筋包括一个横向钢筋段和两个竖向钢筋段，两个所述竖向钢筋段分别与所述横向钢筋段的两端连接，每一所述竖向钢筋段与所述横向钢筋段呈垂直设置；两个所述竖向钢筋段分别插入所述壳体相对的两侧，所述填充混凝土体与所述横向钢筋段连接；

8、且/或，所述竖向钢筋段远离所述横向钢筋段的一端端部设计成锥形。

9、在一实施例中，每一所述横向钢筋包括一个上横向钢筋和一个下横向钢筋，所述上横向钢筋和所述下横向钢筋均横向设于所述壳体，并伸入所述中空腔内与所述填充混凝土体连接；所述上横向钢筋和所述下横向钢筋沿所述壳体的高度方向呈上下间隔且错位排布设置；同一所述横向布置筋层的多个所述上横向钢筋位于所述壳体的同一高度位置，同一所述横向布置筋层的多个所述下横向钢筋位于所述壳体的同一高度位置；所述上横向钢筋的结构和所述下横向钢筋的结构相同；

10、且/或，同一所述横向布置筋层的多个所述上横向钢筋沿所述中空腔的一侧腔侧壁的延伸方向间隔排布设置，并与所述中空腔的一侧腔侧壁抵接；

11、且/或，同一所述横向布置筋层的多个所述下横向钢筋沿所述中空腔的一侧腔侧壁的延伸方向间隔排布设置，并与所述中空腔的一侧腔侧壁抵接。

12、在一实施例中，每一所述上横向钢筋包括依次连接的左钢筋段、中间钢筋段及右钢筋断，所述左钢筋段和所述右钢筋断分别与所述中间钢筋段呈夹角设置；所述左钢筋段和所述右钢筋段穿设于所述壳体中，并伸出所述中空腔；所述中间钢筋段位于所述中空腔内，并与所述中空腔的一侧腔侧壁抵接；

13、且/或，所述左钢筋段的长度与所述右钢筋段的长度不同。

14、在一实施例中，每一所述横向钢筋还包括一个支撑横向钢筋，所述支撑横向钢筋设于所述壳体，并伸入所述中空腔内与所述填充混凝土体连接；且所述支撑横向钢筋与所述下横向钢筋呈上下间隔排布，同一所述横向布置筋层的多个所述支撑横向钢筋位于所述壳体的同一高度位置。

15、在一实施例中，所述支撑横向钢筋包括设于所述壳体的第一钢筋段和第二钢筋段，所述第一钢筋段的一端与所述第二钢筋段的一端连接，并呈夹角设置；所述第一钢筋段与所述第二钢筋段连接的一端伸出所述中空腔。

16、本发明还提出一种混凝土3d打印预制构件的制作工艺方法，所述混凝土3d打印预制构件的制作工艺方法的步骤包括：

17、在工厂或施工现场3d打印生产形成壳体，直至所述壳体的当前高度达到第一预设高度后，暂停3d打印生产；随后在所述壳体的两端之间以间隔排布的方式放置多个横铺钢筋；

18、重复前一步骤，直至所述壳体的当前高度达到构件生产预设总高度后，停止3d打印生产和所述横铺钢筋的铺设；

19、在整个所述壳体打印生产完成并等待预设时间后，沿所述壳体的长度方向以间隔排布的方式插入多个通长钢筋；

20、完成所述通长钢筋的布置后，需使用混凝土灌浆料灌实所述壳体的中空腔，使得所述混凝土灌浆料在所述中空腔内形成填充混凝土体，最终形成完整的混凝土3d打印预制构件。

21、在一实施例中，在所述壳体的两端之间以间隔排布的方式放置多个横铺钢筋的步骤包括：

22、在所述壳体的两端之间以间隔排布的方式放置多个上横向钢筋，且相邻的两个所述上横向钢筋的间距为第一预设距离；

23、当完成多个所述上横向钢筋的铺设后，在所述壳体铺设多个所述上横向钢筋的位置继续进行3d打印生产，直至所述壳体覆盖多个所述上横向钢筋；

24、在所述壳体的两端之间以间隔排布的方式继续放置多个下横向钢筋，且相邻的两个所述下横向钢筋的间距为第二预设距离；

25、当完成多个所述下横向钢筋的铺设后，在所述壳体铺设多个所述下横向钢筋的位置继续进行3d打印生产，直至所述壳体覆盖多个所述下横向钢筋；

26、在所述壳体的两端之间以间隔排布的方式继续放置多个支撑横向钢筋，且相邻的两个所述支撑横向钢筋的间距为第三预设距离；

27、当完成多个所述支撑横向钢筋的铺设后，在所述壳体铺设多个所述支撑横向钢筋的位置继续进行3d打印生产，直至所述壳体覆盖多个所述支撑横向钢筋；

28、在所述壳体的两端之间以间隔排布的方式竖直插入多个竖向钢筋，且相邻的两个所述竖向钢筋的间距为第四预设距离；

29、当完成多个所述竖向钢筋的铺设后，在所述壳体铺设多个所述竖向钢筋的位置继续进行3d打印生产，直至所述壳体覆盖多个所述竖向钢筋。

30、在一实施例中，在整个所述壳体打印生产完成并等待预设时间后，沿所述壳体的长度方向以间隔排布的方式插入多个通长钢筋的步骤之后还包括：

31、使用钢丝伸入所述壳体的中空腔中，探查通长钢筋的插入位置和插入方向上的曲线变化，并根据所述曲线变化对所述通长钢筋进行曲线造形。

32、本发明技术方案的混凝土3d打印预制构件包括混凝土壳体、多个横向布置筋层及一个纵向布置筋层，混凝土壳体包括壳体和填充混凝土体，壳体具有中空腔，填充混凝土体填充于中空腔；多个横向布置筋层均设于壳体，并沿壳体的高度方向间隔排布设置；每一横向布置筋层包括设于壳体的多个横铺钢筋，多个横铺钢筋伸入中空腔内，并与填充混凝土体连接；多个横铺钢筋沿壳体的长度方向间隔排布设置，并位于壳体的同一高度位置；纵向布置筋层包括设于壳体的多个通长钢筋，多个通长钢筋沿壳体的长度方向间隔排布设置，每一通长钢筋与多个横铺钢筋间隔设置，且每一通长钢筋沿壳体的高度方向延伸设置；如此设置，多个横铺钢筋能沿不同曲线造型的混凝土壳体的长度方向进行曲线间隔排布，多个通长钢筋也沿不同曲线造型的混凝土壳体的长度方向进行曲线间隔排布，使得横向布置筋层与纵向布置筋层能贴合不同曲线造型的混凝土壳体的长度方向布置，无需定制适用于不同曲线造型的混凝土壳体的钢筋层，进而提高横向布置筋层和纵向布置筋层的通用性，从而实现混凝土3d打印预制构件工业化制造。