一种基于3D打印机修复水下结构的装置及施工方法

本发明涉及水下结构裂隙修复实验，具体为一种基于3d打印机修复水下结构的装置及施工方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国基础工程的发展，港口码头和沿海水利工程增加；由于水下工程大量施工，例如堤坝，桥梁，隧道工程，随着年数增长，这些水下结构不可避免出现裂缝，因此水下结构修复对于水下工程保养起着重要作用。但是由于技术问题导致水下结构不能及时得到修复，在海水的冲刷下造成裂缝进一步扩大和内部混凝土发生钙化反映，影响工程的耐久性和安全。

2、通过3d打印机打印修补裂缝，相比于普通方法修补裂缝而言，可以更加精准的修补裂缝，通过设置磁点并结合3d打印机大大提高了修补效率；常规水下结构修补技术由于浆液不能精准、高效填补裂缝而造成修补达不到预期效果，影响工程的整体性。

3、因此，现亟需一种基于3d打印机修复水下结构的装置及施工方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于3d打印机修复水下结构的装置及施工方法，以解决背景技术中提出的问题。

2、本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种基于3d打印机修复水下结构的装置，包括主体承重框架，所述主体承重框架一侧设有伸缩杆件，所述伸缩杆件另一端与用于固定装置的吸盘相连，所述主体承重框架内腔设有3d打印机，所述3d打印机输出端设有多个喷嘴，所述3d打印机物料输入端与注浆设备输出端通过注浆管相连，所述注浆设备与真空泵相连，所述主体承重框架一侧设有照明设备。

3、优选地，所述主体承重框架包括支撑框架和真空罩组成，所述真空罩的尺寸与3d打印机相同，所述真空罩与3d打印机之间设有一层硅胶垫层，在真空罩上部预留有供注浆管通过的注浆孔。

4、优选地，所述支撑框架由不锈钢材料制成，所述真空罩由亚克力透明板制成，所述注浆孔孔口处设有一圈橡胶密封层。

5、优选地，所述喷嘴包括磁环，双孔注浆设备和纳米隔离层，所述磁环以环绕的形式设置在喷嘴上，所述双孔注浆设备设置在喷嘴里面，所述双孔注浆设备输出端设置在喷嘴输出端部，所述纳米隔离层设置在磁环下方。

6、优选地，所述磁环还设有与之配套的磁块，所述磁块用于施工时设置在所需修复结构处。

7、另外的本发明还公开了一种基于3d打印机修复水下结构的装置的操作方法，它包括以下步骤：

8、step1.材料准备：将装置放置在操作区域，将磁块设置在所需修复裂缝处，准备好所需磁性浆液或磁性光敏树脂；

9、step2.准备灌注浆液，将制备好的磁性浆液或磁性光敏树脂放入注浆设备中；

10、step3.将3d打印机放入水中，将喷射所述磁性浆液或磁性光敏树脂的喷嘴靠近裂缝；

11、step4.将注射满所述磁性浆液或磁性光敏树脂的注浆设备中，调整初始注浆压力，然后将所述磁性浆液或磁性光敏树脂通过喷嘴注入至裂缝内部，并观察不同注浆压力作用时磁性浆液或磁性光敏树脂在裂隙内部的扩散填充情况；

12、step5.通过调节伸缩杆件高度调节3d打印机的倾角，并且通过裂缝中的磁块引导喷嘴移动来实现不同位置的裂缝注浆修复；实现不同倾角的裂缝注浆修复实验。

13、更进一步的，所述step3中在有光照可视条件下，一个喷嘴喷射所述磁性浆液，另一个喷嘴则喷射固化剂；在黑暗环境下，一个喷嘴用于喷射磁性浆液，另外一个喷嘴则用于喷射磁性光敏树脂，并将照明设备打开。

14、更进一步的，所述step4中，在有光照可视条件下，将喷射固化剂和磁性浆液的喷嘴靠近裂缝的磁块，并沿着设置磁块逐步打印修复；在黑暗环境下，将喷射磁性光敏树脂和磁性浆液的喷嘴靠近裂缝的磁块，并打开照明设备，喷嘴沿着设置的磁块所移动。

15、更进一步的，所述磁性浆液中混凝土水灰比0.35-0.5、重量份组成中磁粉含量20％-50％、抗分散剂2％-5％、减水剂1％-4％、环氧树脂1.5％-％5、絮凝剂5％-8％，所述磁性浆液与固化剂混合固化时间范围为20s-50s。

16、更进一步的，所述磁性光敏树脂中磁粉占质量份的20%-30%，树脂占质量份的70%-80%。

17、本发明有如下有益效果：

18、1.本发明的磁性浆液由混凝土，水，减水剂，絮凝剂，环氧树脂，磁粉，抗分散剂混合而成，多种材料混合而成的磁性浆液起目的在于：使得磁性浆液在水下不易分散，修复的结构更加坚固，流动性好，容易从3d打印机的喷嘴中流出，做出的结构更加精准；

19、2.本发明的磁性光敏树脂由磁粉和光敏树脂混合而成，其目的在于：使得光敏树脂富有磁性，更便于向磁点吸引；

20、3.本发明通过真空打印填充裂缝，其目的在于：通过对裂缝内部进行抽真空，将裂缝内部的空气和水分抽走，特别是对于内部的微小裂缝，从而减少打印填充过程中所受的阻力作用；在真空作用下裂缝与外部环境间会产生一个负压作用，为浆液提供更大的渗透力，实现对微小裂缝和裂缝内部得到充分填充，使得对水下结构裂缝修补达到更好的工程效果；

21、4.本发明通过调节主体承重框架中伸缩杆的高度调整3d打印机的倾斜程度，并且通过裂缝中的磁点引导喷嘴移动来实现不同位置、不同倾角的裂缝注浆修复实验，降低实施难度和加快进度；

22、5.本发明自主设计的真空罩结构，采用透明亚克力板材料制作，不仅保证了装置强度稳定性，同时实现打印可视化研究，便于观察打印过程中浆液的渗流情况；

23、6.本发明通过观察真空压力表的示数确定裂缝内部的真空度，实现不同真空度作用下裂隙注浆实验，提升实验结果的准确性和确定不同裂隙真空注浆所需的真空度；

24、7.本发明装置易制作，操作简单、成本低，在工程中具有广泛的实践意义和应用前景。

技术特征：

1.一种基于3d打印机修复水下结构的装置，其特征在于：包括主体承重框架（1），所述主体承重框架（1）一侧设有伸缩杆件（2），所述伸缩杆件（2）另一端与用于固定装置的吸盘（3）相连，所述主体承重框架（1）内腔设有3d打印机（4），所述3d打印机（4）输出端设有多个喷嘴（5），所述3d打印机（4）物料输入端与注浆设备（6）输出端通过注浆管（7）相连，所述注浆设备（6）与真空泵（8）相连，所述主体承重框架（1）一侧设有照明设备（9）。

2.根据权利要求1所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置，其特征在于：所述主体承重框架（1）包括支撑框架（1.1）和真空罩（1.2）组成，所述真空罩（1.2）的尺寸与3d打印机（4）相同，所述真空罩（1.2）与3d打印机（4）之间设有一层硅胶垫层，在真空罩（1.2）上部预留有供注浆管（7）通过的注浆孔（1.2.1）。

3.根据权利要求2所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置，其特征在于：所述支撑框架（1.1）由不锈钢材料制成，所述真空罩（1.2）由亚克力透明板制成，所述注浆孔（1.2.1）孔口处设有一圈橡胶密封层。

4.根据权利要求1所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置，其特征在于：所述喷嘴（5）包括磁环（5.1），双孔注浆设备（5.2）和纳米隔离层（5.3），所述磁环（5.1）以环绕的形式设置在喷嘴（5）上，所述双孔注浆设备（5.2）设置在喷嘴（5）里面，所述双孔注浆设备（5.2）输出端设置在喷嘴（5）输出端部，所述纳米隔离层（5.3）设置在磁环（5.1）下方。

5.根据权利要求4所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置，其特征在于：所述磁环（5.1）还设有与之配套的磁块（5.4），所述磁块（5.4）用于施工时设置在所需修复结构处。

6.一种权利要求1至5任一项所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置的操作方法，其特征在于：它包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置的操作方法，其特征在于：所述step3中在有光照可视条件下，一个喷嘴（5）喷射所述磁性浆液（10），另一个喷嘴（5）则喷射固化剂（12）；在黑暗环境下，一个喷嘴（5）用于喷射磁性浆液（10），另外一个喷嘴（5）则用于喷射磁性光敏树脂（11），并将照明设备（9）打开。

8.根据权利要求6所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置的操作方法，其特征在于：所述step4中，在有光照可视条件下，将喷射固化剂（12）和磁性浆液（10）的喷嘴（5）靠近裂缝的磁块（5.4），并沿着设置磁块（5.4）逐步打印修复；在黑暗环境下，将喷射磁性光敏树脂（11）和磁性浆液（10）的喷嘴（5）靠近裂缝的磁块（5.4），并打开照明设备（9），喷嘴（5）沿着设置的磁块（5.4）所移动。

9.根据权利要求6所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置的操作方法，其特征在于：所述磁性浆液（10）中混凝土水灰比0.35-0.5、重量份组成中磁粉含量20％-50％、抗分散剂2％-5％、减水剂1％-4％、环氧树脂1.5％-％5、絮凝剂5％-8％，所述磁性浆液（10）与固化剂（12）混合固化时间范围为20s-50s。

10.根据权利要求6所述的一种基于3d打印机修复水下结构的装置的操作方法，其特征在于：所述磁性光敏树脂（11）中磁粉占质量份的20%-30%，树脂占质量份的70%-80%。

技术总结本发明提供一种基于3D打印机修复水下结构的装置，包括主体承重框架，所述主体承重框架一侧设有伸缩杆件，所述伸缩杆件另一端与用于固定装置的吸盘相连，所述主体承重框架内腔设有3D打印机，所述3D打印机输出端设有多个喷嘴，所述3D打印机物料输入端与注浆设备输出端通过注浆管相连，所述注浆设备与真空泵相连，所述主体承重框架一侧设有照明设备。本发明装置易制作，操作简单、成本低，在工程中具有广泛的实践意义和应用前景。技术研发人员：刘杰,贾皓然,龙逸格,黎照,刘紫薇,孙坤,蔡铭阳,乔治存,李国阳,王天生,彭勃,高晨鹏,王亚磊,鲍晓鹏受保护的技术使用者：三峡大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10