[发明专利]一种3D建造层间粘结强度的增强装置及方法

说明书

本发明公开了一种3D建造层间粘结强度的增强装置及其方法，所述的装置包括同心设置且长度相同的不锈钢空心钢管和铁磁性材料外层管,在不锈钢空心钢管的外径上缠绕用于在不锈钢空心钢管产生竖向匀强磁场的漆包线圈，不锈钢空心钢管和铁磁性材料外层管两端设有上盖板和下盖板，漆包线圈的接线头从上盖板或下盖板穿出；在不锈钢空心钢管的内径设有硅钢铁芯；该硅钢铁芯由第一实心不锈钢棒和第二实心不锈钢棒固定于不锈钢空心钢管中央；在铁磁性材料下盖板两侧，通过横梁对称连接有纵向磁力装置。采用该3D建造层间粘结强度的增强装置进行3D打印，能够增强打印试件的整体性，相比于乱向分布的纤维，能使得打印试件具有更好的抗震能力。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及纤维混凝土3D建造，具体涉及一种 3D建造层间粘结强度的增强装置及其应用。

背景技术

近年来，3D打印技术已成为国内外重点研究的“快速成型技术”。该技术又名“增材技术”，是指通过建筑材料连续叠加，生成三维实体的一种技术，已在工业设计、航空航天，医疗卫生等领域取得较多成果。随着3D打印技术的不断发展，3D打印技术将更多地运用在建筑领域。3D打印混凝土技术是在3D打印技术的基础上发展起来应用于混凝土施工的新技术，与传统模板浇筑混凝土施工技术相比，3D打印混凝土技术具有节约成本、绿色环保、人员流动少、施工周期短、生产效率高等优点。已有的研究表明，3D打印混凝土存在层间粘结薄弱层，当构件受到外力作用后，破坏多发生在层间粘结处。改善和提高层间粘结强度将作为3D打印混凝土技术的一个研究重点，对确定工程结构的承载安全性能具有重要意义。

现有的层间粘结强度的增强方法有涂抹粘性砂浆法、预埋钢筋法。由于层间涂抹粘性砂浆增强粘结能力的范围有限，不能用于大型结构的建造；预埋钢筋法在打印前期，需要人工绑扎钢筋，会耗费大量的人力，限制了3D打印技术高自由度的发展。一些学者提出了在3D打印试件中加入钢纤维的方法，但由于技术上的限制，纤维在打印试件中多为乱向分布，并不能解决其薄弱的层间粘结。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的一个目的在于，提供一种3D建造层间粘结强度的增强装置及其采用该装置制备单向分布钢纤维混凝土的方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种3D建造层间粘结强度的增强装置，包括同心设置且长度相同的不锈钢空心钢管和铁磁性材料外层管，其特征在于，在不锈钢空心钢管的外径上缠绕有用于在不锈钢空心钢管产生竖向匀强磁场的漆包线圈，不锈钢空心钢管和铁磁性材料外层管两端设有将不锈钢空心钢管和铁磁性材料外层管固定在一起的铁磁性材料上盖板和铁磁性材料下盖板，漆包线圈的接线头从铁磁性材料上盖板或铁磁性材料下盖板穿出；在不锈钢空心钢管的内径设有硅钢铁芯；该硅钢铁芯由第一实心不锈钢棒(6)和第二实心不锈钢棒固定于不锈钢空心钢管中央；

在铁磁性材料下盖板两侧，通过横梁对称连接有纵向磁力装置，在纵向磁力装置内均匀安装有六个用于产生竖向方向匀强磁场的小型通电螺线管，在横梁上设置有横向轨道，通过该横向轨道使得纵向磁力装置在横梁上移动。

上述3D建造层间粘结强度的增强装置制备单向分布钢纤维混凝土的方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步，确定钢纤维混凝土配合比，并按配合比准备混凝土材料，其中，水灰比范围在0.3～0.4之间，钢纤维的体积掺量为混凝土体积的0.4％～ 1.5％，钢纤维长度与打印层高相等；

第二步，将准备的水、水泥、矿粉、粉煤灰在搅拌机中搅拌均匀后，加入减水剂和钢纤维，搅拌均匀后形成钢纤维混凝土拌合物；

第三步，将钢纤维混凝土拌合物放入3D打印设备的供料系统中；在将钢纤维混凝土拌合物加入供料系统的过程中，若出现供料系统中钢纤维混凝土拌合物过于粘稠，采用喷雾加湿，并进行振捣，以使钢纤维混凝土拌合物具有良好的流动性；