
以上海智慧湾3D打印桥示范工程为例子,研究了3D打印混凝土的材料特性,还通过这个项目总结了一套基于3D打印混凝土模块化设计装配式施工的方法,通过力学分析计算、缩尺实验还有现场监测等办法来保证桥在施工和运营阶段的安全,以此验证用3D打印技术能实现桥梁快速建造。研究成果如下。

3D打印混凝土材性实验研究成果。对3D打印混凝土材料性能做实验,观察试件破坏模式,整理分析实验结果数据,得出这些主要结论:第一,破坏模式方面,3D打印混凝土受压时应力分布和传统模筑混凝土有点像,但破坏模式完全不同,它不像传统模筑混凝土那样沿着斜的大概45°角(主应力方向)剪切滑移破坏,而是中间鼓起来出现竖向主裂缝,延伸到上下表面破坏,这种破坏模式说明3D打印混凝土密实度高、粘聚力大、延性好,这和它用较高压力挤出工艺以及加了纤维有关。第二,3D打印混凝土弹性模量比模筑混凝土小,主要是因为没加粗骨料,材料更像砂浆。第三,3D打印混凝土横纹抗压强度和顺纹抗压强度差不多,这说明它层与层之间粘得好,设计时可以把材料当成各向同性来考虑。第四,3D打印混凝土挤出宽度对强度影响不大。第五,3D打印混凝土没有明显体积非线性效应,标准立方体试块实验指标能指导大型桥梁工程施工。第六,在潮湿环境打印的混凝土材料性能比在干燥环境打印的好。