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王振地：讓混凝土3D打印產(chǎn)品“站”起來

時(shí)間：2023-10-19 09:40 來源：新京報(bào) 作者：admin 閱讀：次

王振地在實(shí)驗(yàn)室觀察混凝土的微結(jié)構(gòu)。新京報(bào)記者吳婷婷攝

        在中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司混凝土科學(xué)與工程技術(shù)研究所混凝土3D打印技術(shù)中心門前，立著一個(gè)以中國酒器爵和西方高腳酒杯為主體的雕塑，名為“對(duì)話”，混凝土材質(zhì)讓這一作品充滿現(xiàn)代工業(yè)的質(zhì)感。設(shè)計(jì)者用一行小字詮釋“對(duì)話”的涵義：“以舊砼為體，融3D新技，二百年水泥煥生機(jī)。”這是一個(gè)用混凝土3D打印技術(shù)創(chuàng)作的雕塑。3D打印機(jī)將混凝土一圈圈整齊地堆疊在一起，最終形成這似乎能穿越古今、和時(shí)代對(duì)話的作品。
      王振地是這個(gè)研究所的“當(dāng)家人”，因?yàn)槊咳张c混凝土打交道，他笑稱自己是“和泥人”。日前，北京市朝陽區(qū)公布2023年“最美科技工作者”，王振地是19位當(dāng)選者中的一位。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了混凝土3D打印技術(shù)中心，在不斷的實(shí)踐中，他們?yōu)?D打印混凝土自動(dòng)配筋（鋼筋）的國際難題提供了中國解決方案。
     記者采訪時(shí)，混凝土3D打印技術(shù)中心的展示臺(tái)上并排放著一大一小兩臺(tái)設(shè)備，是實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的第一代和第二代混凝土3D打印機(jī)，它們實(shí)現(xiàn)了混凝土3D打印，并制作出實(shí)驗(yàn)室的初代3D打印混凝土作品。實(shí)驗(yàn)室的正中央是第三代混凝土3D打印機(jī)，單從體積上來看，它與前兩代相比有了質(zhì)的飛越，性能也更加強(qiáng)大，“對(duì)話”雕塑便是其杰作。
■ 對(duì)話
第三代混凝土關(guān)注重點(diǎn)是減碳
新京報(bào)：你和團(tuán)隊(duì)正在開展的重點(diǎn)研究是什么？
王振地：我們現(xiàn)在正在研發(fā)的是低碳混凝土，我們也稱其為第三代混凝土。這個(gè)項(xiàng)目2018年底立項(xiàng)，2020年底有了試驗(yàn)成果。
        第一代混凝土，大家主要關(guān)注混凝土的強(qiáng)度。第二代混凝土重點(diǎn)關(guān)注混凝土的強(qiáng)度和耐久性。第三代混凝土的設(shè)計(jì)關(guān)注重點(diǎn)是強(qiáng)度+耐久性+減碳。之所以要開展這一研究是因?yàn)樗嘈袠I(yè)減排壓力巨大，我們要綜合全面地考慮建材行業(yè)的減排措施，不只是水泥，混凝土也應(yīng)該貢獻(xiàn)一部分減排力量。
      在傳統(tǒng)的混凝土制作工藝中，要實(shí)現(xiàn)低碳，主要是減法，比如通過能源和燃料替代等方式降低水泥在生產(chǎn)過程中的碳排放。但是第三代混凝土運(yùn)用的是加法，我們讓混凝土的每一種組分都吸收一定的二氧化碳，最終固化在混凝土中，以此達(dá)到碳捕集和碳吸收的目標(biāo)。
     也就是說，在混凝土制作過程中，不僅要“節(jié)流”，還得“開源”，雙管甚至多管齊下實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。第三代混凝土還處于研究階段，未來我們希望它具有普適性，可以用于房屋、橋梁、隧道等領(lǐng)域。我們對(duì)第三代混凝土充滿信心。
新京報(bào)：為什么要研究混凝土3D打印技術(shù)？
王振地：建筑行業(yè)是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，普遍觀點(diǎn)認(rèn)為其科技含量低、附加值低。目前，建筑行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)招不到或者很難招到產(chǎn)業(yè)工人的情況，而混凝土3D打印技術(shù)契合當(dāng)前建筑行業(yè)少人化作業(yè)的趨勢(shì)。
另外，3D打印最大的優(yōu)勢(shì)是個(gè)性化定制。比如建造一座風(fēng)格獨(dú)特的混凝土雕塑，只需要一張圖紙，一臺(tái)3D打印機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的混凝土成型技術(shù)來說，這是一個(gè)巨大的飛躍。
此外，從技術(shù)層面來看，公眾普遍認(rèn)為傳統(tǒng)的建筑行業(yè)技術(shù)含量不高，混凝土3D打印技術(shù)將賦予這個(gè)行業(yè)更多的科技力量。
為混凝土3D打印自動(dòng)配筋國際難題提供中國方案
新京報(bào)：3D打印技術(shù)如何與混凝土結(jié)合？
      王振地：3D打印技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)四五十年代，這項(xiàng)技術(shù)與混凝土的結(jié)合走了比較漫長的道路。普通混凝土打印出來后，根本“站”不起來。近年來，基于3D打印技術(shù)和外加劑應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，打印出來的混凝土可以完整地保持形狀，不會(huì)產(chǎn)生太大的變形。
      為了讓3D打印混凝土“站”起來，最重要的一項(xiàng)工作是做好混凝土的組分調(diào)控，就好比用面粉制作面包，面粉、水、鹽、糖等原材料的比例要合理、適當(dāng)，這樣才能制作出口味好、外形好的面包。當(dāng)然，混凝土3D打印除了保持產(chǎn)品“站”得住，還要“站”得穩(wěn)。打印機(jī)在工作中是一層一層往上打印，這就需要下層不變形，并且強(qiáng)度能夠支撐得住上部的重量。
新京報(bào)：混凝土3D打印技術(shù)中心取得了哪些成果？
      王振地：在3D打印連續(xù)配筋（鋼筋）的技術(shù)中，我研發(fā)出集合訂書針式、射釘式和垂直插筋式的自動(dòng)配筋工藝。經(jīng)配筋驗(yàn)證，3D制品的抗彎拉承載力獲得突破性提高，有助于推動(dòng)混凝土3D打印的整體性和實(shí)用性，為混凝土3D打印自動(dòng)配筋的國際難題提供了中國解決方案。
       此外，改進(jìn)型“十字交叉法”，解決了3D打印混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度評(píng)價(jià)難題，并被制定為建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)材料組成設(shè)計(jì)，我們給出了3D打印水泥基材料的設(shè)計(jì)和組成調(diào)控原則，建立了混凝土可打印范圍相圖、指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)等。
混凝土3D打印技術(shù)并非可用于所有領(lǐng)域
新京報(bào)：總體來看，混凝土3D打印技術(shù)現(xiàn)在有沒有應(yīng)用場景？
王振地：深圳有一個(gè)公園，里面的園林景觀是打印的，目前國內(nèi)外已經(jīng)有了很多這樣的案例。同時(shí)，我們還可以看到用3D打印技術(shù)建造的房子和橋梁，但主要是以應(yīng)用示范為主。
新京報(bào)：混凝土3D打印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用并不廣，原因是什么？
      王振地：前幾天我們組織了一個(gè)國際會(huì)議，國內(nèi)外的專家學(xué)者就這個(gè)問題進(jìn)行了深入分析。主要是3D打印混凝土如何配鋼筋依然是個(gè)難題。比如，我們要建造一棟房子或一個(gè)園林景觀，其中就會(huì)用到鋼筋。目前，混凝土3D打印技術(shù)連續(xù)配鋼筋的問題依然不能很好地解決，這是阻礙技術(shù)落地的原因之一。
     其次，混凝土3D打印技術(shù)是新事物，面臨著沒有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、沒有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、沒有驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等問題。
   除此之外，混凝土3D打印還面臨應(yīng)用場景不明確的問題。如果它用于房屋建造，那么其造價(jià)在現(xiàn)階段來講將高于傳統(tǒng)的建房造價(jià)。因此對(duì)于用戶來說，失去了為混凝土3D打印“買單”的動(dòng)機(jī)。

新京報(bào)：你認(rèn)為公眾什么時(shí)候可以真正住上混凝土3D打印的房子，使用上3D打印的橋梁？

王振地：這里我想要著重表達(dá)一個(gè)觀點(diǎn)，公眾可能被網(wǎng)絡(luò)上那些抓人眼球的3D打印房屋的視頻帶偏了，混凝土3D打印并不一定要用來蓋房子，它有其適合的應(yīng)用場景。混凝土3D打印不是“包打天下”，也不是“包治百病”的靈丹。

混凝土3D打印的應(yīng)用場景是什么？我認(rèn)為目前可以應(yīng)用于園林景觀、游樂園卡通人物造型等個(gè)性化的雕塑或建筑物。換句話說，如果這一建筑物需要先定制價(jià)格昂貴或者建造周期長的模具，而且數(shù)量很少，我們就可以用混凝土3D打印技術(shù)，它不需要模板，只需要一張圖紙和一臺(tái)打印機(jī)就可以完成任務(wù)。

新京報(bào)記者吳婷婷

(責(zé)任編輯：admin)

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