發(fā)布日期：2024-09-29 來(lái)源: 網(wǎng)絡(luò) 閱讀量（）
演講者：Robert J. Flatt 教授，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院建筑材料研究所建筑材料物理化學(xué)教授 RILEM 的使命是推進(jìn)與建筑材料、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，并鼓勵(lì)在世界范圍內(nèi)傳播和應(yīng)用這些知識(shí)。 這一使命是通過(guò)包括學(xué)者、研究人員、測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和當(dāng)局在內(nèi)的建筑實(shí)踐和科學(xué)領(lǐng)域的頂尖專(zhuān)家的合作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 下午好，很高興有機(jī)會(huì)為 Rylan 舉辦這次關(guān)于數(shù)字混凝土的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。我添加了一個(gè)副標(biāo)題：?jiǎn)栴}——夢(mèng)想還是現(xiàn)實(shí)？新的綠色或生態(tài)怪物？我將在整個(gè)演講中嘗試解決這些問(wèn)題。 作為概述，我將首先解釋為什么我們會(huì)對(duì)數(shù)字化制造混凝土感興趣，這可以如何實(shí)現(xiàn)，面臨的挑戰(zhàn)是什么，以及數(shù)字混凝土是否可持續(xù)。 我要提出的第一個(gè)觀點(diǎn)是，有許多項(xiàng)目涉及混凝土的數(shù)字化制造，其中一些最近展示的項(xiàng)目確實(shí)達(dá)到了大規(guī)模和相關(guān)的應(yīng)用。為了讓大家了解數(shù)字混凝土項(xiàng)目多年來(lái)的增長(zhǎng)情況，我向大家展示了 Boswell 等人論文中的這張圖表，顯示了該領(lǐng)域項(xiàng)目的指數(shù)增長(zhǎng)。但我們現(xiàn)在要處理的問(wèn)題是，為什么我們真的想使用數(shù)字化制造，特別是混凝土的數(shù)字化制造？ 我會(huì)說(shuō)，如果我們回到最初的動(dòng)機(jī)，這與 CAD 程序有關(guān)，使建筑師能夠設(shè)計(jì)各種新穎有趣且更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有能力建造這些結(jié)構(gòu)。問(wèn)題是，先進(jìn)的制造和機(jī)器人技術(shù)能否提供改變這種情況的可能性？機(jī)器人技術(shù)能否用于建筑行業(yè)的大規(guī)模制造？ 我認(rèn)為還有一個(gè)新的動(dòng)機(jī)，這與可持續(xù)性有關(guān)。我想看看這是否可信，以及在什么情況下它可能變得可信。為了研究這個(gè)問(wèn)題，讓我們使用這個(gè)非常簡(jiǎn)化的方程，認(rèn)為建造一個(gè)結(jié)構(gòu)的總影響與使用的材料量、材料影響和使用壽命有關(guān)。 從材料科學(xué)的角度來(lái)看，我們可以為混凝土降低熟料含量，可以使用回收材料。我相信在城市建設(shè)中也有可能使用環(huán)境足跡非常低的材料，但也有許多問(wèn)題需要解決。使用壽命顯然非常重要，這里材料科學(xué)的耐久性是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的核心主題。還有設(shè)計(jì)可重復(fù)使用和可回收性的方面。一般來(lái)說(shuō)，制定基于性能的標(biāo)準(zhǔn)顯然非常重要。 在這個(gè)領(lǐng)域，數(shù)字化制造可以發(fā)揮作用，它涉及智能設(shè)計(jì)、精益施工，我認(rèn)為是更好的施工，使用有限的材料資源。我還認(rèn)為，數(shù)字化可以幫助實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)，并計(jì)劃可重復(fù)使用。所有這些方面實(shí)際上是相互關(guān)聯(lián)的，特別是如果你要改變一種材料，例如用于數(shù)字化制造，你肯定不希望它縮短使用壽命。 一個(gè)長(zhǎng)使用壽命和良好材料設(shè)計(jì)的例子是我們的參考結(jié)構(gòu)——萬(wàn)神殿，在那里材料科學(xué)和良好的工程設(shè)計(jì)被有效地使用，導(dǎo)致了這個(gè)非常持久的結(jié)構(gòu)。后來(lái)，我們有例如劍橋國(guó)王學(xué)院的這個(gè)非常令人印象深刻的拱頂結(jié)構(gòu)，使用最少量的材料，得益于非常聰明的設(shè)計(jì)，最大化壓縮力，提供了一個(gè)僅使用最少量石材的拱頂。 這已經(jīng)成為許多建筑師的靈感來(lái)源，我特別想強(qiáng)調(diào) Pier Luigi Nervi 的工作，這種肋骨地板系統(tǒng)可以看作是一種華夫格結(jié)構(gòu)。這里有趣的是，當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力便宜，材料昂貴，所以這些類(lèi)型的結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)上是有意義的。然而，今天生產(chǎn)它們的成本很高，因此我們轉(zhuǎn)向更具成本效益的結(jié)構(gòu)，使用有限的勞動(dòng)力。 數(shù)字化制造的主題是，是否可以通過(guò)新的制造工藝復(fù)興這些使用有限材料的結(jié)構(gòu)。這是許多現(xiàn)代建筑師的靈感來(lái)源，包括 ETH 的 Block 教授，這里你可以看到他設(shè)計(jì)并實(shí)際建造的一個(gè)功能性肋骨地板系統(tǒng)的例子，最近在 Empa 的 HiLo 中建造的。 那么這對(duì)我們意味著什么呢？正如 Wengler 博士等人在 2019 年 CCR 論文中總結(jié)的那樣，對(duì)于普通建筑，我們的成本與復(fù)雜性關(guān)系大致如下，隨著復(fù)雜性的增加，成本急劇增加。對(duì)于數(shù)字化制造，我們從低復(fù)雜性元素的較高成本開(kāi)始，但額外的復(fù)雜性幾乎不增加成本，這給了我們一個(gè)盈虧平衡點(diǎn)，在此之后，數(shù)字化建造變得具有成本效益。 然而，我們必須通過(guò)研究降低數(shù)字化制造的價(jià)格，使這些工藝更有效，在這樣做的過(guò)程中，我們將盈虧平衡點(diǎn)向左移動(dòng)，增加了具有成本效益的結(jié)構(gòu)范圍，使其更具成本效益，使用更少的材料建造。這是研究和開(kāi)發(fā)預(yù)期帶來(lái)許多好處的地方。 在了解了數(shù)字化制造的動(dòng)機(jī)之后，我想現(xiàn)在概述一下各種數(shù)字化制造混凝土的工藝。這里的開(kāi)創(chuàng)性工作來(lái)自南加州大學(xué)的 Kosmatka 教授，他提出了輪廓成型工藝。這是一種擠出打印工藝，隨著 Winsun 公司在中國(guó)的成就，特別是在 24 小時(shí)內(nèi)打印了 10 棟房屋，并創(chuàng)造了全球轟動(dòng)，這一工藝真正登上了世界大多數(shù)報(bào)紙的頭條。從那時(shí)起，各種項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)發(fā)或正在建設(shè)中。這里有埃因霍溫的行人和自行車(chē)橋項(xiàng)目，以及我們?cè)诎Ｒ蚧魷卮髮W(xué)的同事們正在進(jìn)行的房屋開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。 這里是一個(gè)為瑞士阿爾卑斯山的舞蹈表演場(chǎng)景打印的異國(guó)形狀柱子的例子，這實(shí)際上是我們現(xiàn)在正在規(guī)劃的一個(gè) 25 米高的塔的概念驗(yàn)證，具有相當(dāng)特殊的建筑設(shè)計(jì)。另一種工藝是粉末床打印，由 Enrico Dini 在建筑領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)。 粉末床打印由 Enrico Dini 和他的公司 T-shape 在建筑領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)。其理念是鋪設(shè)粉末床，然后用巨大的噴墨打印機(jī)在需要粉末硬化的地方噴射液體。一旦完成，移除未固化的粉末，這樣就可以制作出相對(duì)非常規(guī)且難以生產(chǎn)的幾何形狀的物體，特別是在懸垂部分。 該工藝已被大規(guī)模用于生產(chǎn)馬德里的這座人行橋。雖然它由鋼結(jié)構(gòu)支撐，但作為首次實(shí)現(xiàn)，我認(rèn)為這是可以接受的。 為了突出粉末床打印所允許的分辨率水平，我想展示這個(gè)在巴黎蓬皮杜中心展出的數(shù)字怪誕2號(hào)，并放大展示其精度。當(dāng)然，問(wèn)題是為什么要這樣做？實(shí)際上，除了美學(xué)原因外，還可以制作由于懸垂或空腔而更復(fù)雜的物體，這些情況是我們可能對(duì)這種工藝感興趣的地方。 一種選擇是使用這種砂床打印來(lái)生產(chǎn)混凝土的模具，結(jié)果的形狀如圖所示。這些是 Empa 的 DFAB House 的預(yù)應(yīng)力板的元素，圖中展示了該房屋的照片，歡迎訪問(wèn)其網(wǎng)站。在這座房屋的一樓內(nèi)部，有各種使用不同數(shù)字化制造工藝生產(chǎn)的混凝土物體。 這里的屋頂模具是通過(guò)粉末床打印生產(chǎn)的。這里是所謂的網(wǎng)格模具，機(jī)器人用鋼筋創(chuàng)建了一個(gè)鋼筋籠，然后填充混凝土。這里的柱子實(shí)際上是支撐窗戶的豎框，通過(guò)所謂的智能動(dòng)態(tài)鑄造生產(chǎn)。智能動(dòng)態(tài)鑄造的第一個(gè)版本在這個(gè)視頻中展示，隨著機(jī)器人向上移動(dòng)，這部分模具被填充混凝土，一旦混凝土釋放出來(lái)，它必須足夠堅(jiān)固以支撐上面的材料，并且隨著時(shí)間的推移，其強(qiáng)度必須增加以承受額外的負(fù)荷。 這個(gè)過(guò)程讓我們想到另一種選擇，即使用非常弱的模具，可以簡(jiǎn)單地用可回收塑料進(jìn)行3D打印。這里展示了一個(gè)例子，這種方法的好處是可以生產(chǎn)相對(duì)普通的加固系統(tǒng)，工程師容易批準(zhǔn)，因此在結(jié)構(gòu)完整性方面，比擠出打印更簡(jiǎn)單。我將在后面階段回到結(jié)構(gòu)完整性的概念。 這里展示的這個(gè)物體是我們實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的混凝土柱，用作未來(lái)樹(shù)形亭的基礎(chǔ)，位于瑞士蘇黎世附近的 Baseline Hoffmann 工程公司翻新總部。同樣的工藝被用于創(chuàng)建這個(gè)由三個(gè)元素組成的異國(guó)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)博魚(yú)·體育官網(wǎng)。我喜歡展示這個(gè)物體，以強(qiáng)調(diào)這種3D打印模具允許我們?cè)诨炷林袑?shí)現(xiàn)的幾何復(fù)雜性。 然而，這種3D打印模具需要時(shí)間，你可能會(huì)認(rèn)為它也會(huì)產(chǎn)生大量廢料。所以讓我們看看更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，幾乎是最便宜的，就是超市里的塑料薄膜。這個(gè)視頻展示了我們稱(chēng)之為添加劑控制數(shù)字鑄造的過(guò)程，你會(huì)看到混凝土被倒入這種不會(huì)變形的塑料模具中，因?yàn)閲娮熘刑砑恿思铀賱瑤椭牧显诔练e后立即變硬，避免產(chǎn)生任何實(shí)質(zhì)性的靜水壓力。 這將喚醒這組人，喚醒水泥，使其開(kāi)始水化，增強(qiáng)強(qiáng)度，并能夠支撐新沉積材料上的額外層。這可以通過(guò)多種方式完成，可以使用數(shù)字鑄造、分層擠出，也可以噴涂涂層。所有這些基本上都依賴(lài)于某種程度的混凝土緩凝，具體取決于你是準(zhǔn)備大批量還是連續(xù)混合系統(tǒng)。 然后通過(guò)混合室，材料被放置，開(kāi)始水化并增強(qiáng)強(qiáng)度。這一概念基本上是你在各種類(lèi)型的專(zhuān)利中找到的混合物，我不想深入細(xì)節(jié)，只是給你一些參考資料，以防你對(duì)此感興趣。 從概念上講，我想向你推薦 Wengler 等人在技術(shù)信件中撰寫(xiě)的參考論文。這里的想法是，我們用混凝土高度來(lái)表示混凝土的承載能力。最初，僅通過(guò)觸變性，我們只能承載約50到70厘米的高度，具體取決于你如何操作的細(xì)節(jié)。但隨后我們有一個(gè)時(shí)期，材料不會(huì)硬化，如果你不采取措施增強(qiáng)強(qiáng)度，所能達(dá)到的高度非常有限。 這在視頻中有所展示，當(dāng)達(dá)到特定高度時(shí)，下面的材料開(kāi)始坍塌，額外的層被嘗試性地沉積。因此，我們需要這種設(shè)定控制，即我之前定義的按需設(shè)定。 開(kāi)發(fā)數(shù)字化制造工藝的問(wèn)題是如何測(cè)量這一點(diǎn)。為此，我想簡(jiǎn)要介紹一些工作，特別是在 Lex Writer 的博士論文和準(zhǔn)備中的手稿中，我們使用穿透技術(shù)，無(wú)論是快速還是緩慢，基本上通過(guò)推針進(jìn)入材料的阻力，可以獲得隨時(shí)間變化的強(qiáng)度。你會(huì)看到穿透深度對(duì)結(jié)果沒(méi)有太大影響，但隨著時(shí)間的推移，強(qiáng)度增加，這基本上是我們想要測(cè)量的。 你可以只使用一根針，慢慢地推入材料，如果這樣做，你會(huì)得到一個(gè)可重復(fù)的過(guò)程，不同混合物的強(qiáng)度隨時(shí)間增加，并且可以連續(xù)表征材料的強(qiáng)度增長(zhǎng)。這是一種非常有用的方法，我將很快展示一些用途。 最后，我要討論數(shù)字混凝土是否可持續(xù)。幾個(gè)要點(diǎn)，大多數(shù)數(shù)字混凝土必須泵送，因此我們必須去除粗骨料，這增加了漿體的體積。此外，由于需要快速增強(qiáng)強(qiáng)度，許多情況下通過(guò)降低水泥比來(lái)獲得一些強(qiáng)度，這也增加了每單位體積的熟料含量。這種混凝土熟料含量的增加需要通過(guò)設(shè)計(jì)使用更少材料的結(jié)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償，但熟料過(guò)多會(huì)使這一點(diǎn)變得更加困難。因此，重要的是在材料上進(jìn)行工作，例如在這些用于數(shù)字化制造的混凝土中加入補(bǔ)充膠凝材料。 這里我想舉一個(gè)最近出版物中的例子，我們使用了一種僅含50% OPC 的水泥混合物。你在第一個(gè)圖表中看到的是測(cè)量，用于指示不同加速劑如何激活該系統(tǒng)的水化。特別是在插圖中，你會(huì)看到這些加速劑在早期增強(qiáng)強(qiáng)度方面的能力非常好。 在抗壓強(qiáng)度方面，好消息是使用這些加速劑不會(huì)改變2到28天的抗壓強(qiáng)度。因此，我們可以使用這些系統(tǒng)，激活我們的混合水泥，但非常重要的是，這種打印的混合水泥在打印過(guò)程中是否穩(wěn)定，答案是肯定的。 我們使用了一種在那篇論文中詳細(xì)描述的方法，使用我之前提到的那種測(cè)力計(jì)測(cè)量，定義了根據(jù)垂直打印速度所需的強(qiáng)度增長(zhǎng)率。通過(guò)這些測(cè)量，我們基本上可以確定我們的打印材料硬化速度足夠快，可以以非常體面的速度垂直打印柱子。 這里是混合設(shè)計(jì)的一個(gè)例子，這里是打印材料的一些照片，每立方米含300公斤 OPC，非常類(lèi)似于相對(duì)較好的普通混凝土，盡管與高度混合的混凝土相比仍然較高，但與以前用于3D打印混凝土的混合設(shè)計(jì)相比，減少了超過(guò)一倍。 在更廣泛的范圍內(nèi)，領(lǐng)域中仍然存在許多懸而未決的問(wèn)題。我們會(huì)選擇現(xiàn)場(chǎng)制造還是預(yù)制？我們會(huì)針對(duì)無(wú)筋砌體還是鋼筋混凝土？我們會(huì)選擇高端結(jié)構(gòu)還是普通建筑？可靠性特別是結(jié)構(gòu)完整性會(huì)如何？我強(qiáng)調(diào)了在某些工藝中更容易加入普通鋼筋，并且工程師更容易批準(zhǔn)。檢查越復(fù)雜，解決方案的市場(chǎng)相關(guān)性就越低，成本就越高，進(jìn)入全球市場(chǎng)就越困難。 我強(qiáng)調(diào)了為什么許多打印混凝土配方具有高熟料含量，但我也展示了許多改進(jìn)的可能性。關(guān)鍵問(wèn)題是基準(zhǔn)是什么？這種打印混凝土的耐久性是否會(huì)改變？它們的環(huán)境足跡是什么？特別是，我們應(yīng)該如何將其與相關(guān)基準(zhǔn)進(jìn)行比較？成本會(huì)是多少？如果我們帶著一個(gè)非常有威脅的解決方案進(jìn)入市場(chǎng)，市場(chǎng)會(huì)如何反應(yīng)？普通工藝會(huì)適應(yīng)，我認(rèn)為這是我們不應(yīng)忘記的事情。 我告訴我的學(xué)生要與眾不同，建造不同，但要建造安全、耐用、環(huán)保且價(jià)格合理或足夠便宜的建筑。要解決許多需求，需要許多學(xué)科的合作才能成功。因此，我認(rèn)為跨學(xué)科在數(shù)字化制造中尤為重要。我想用這張幻燈片來(lái)強(qiáng)調(diào)這種跨學(xué)科的必要性。 特別感謝瑞士國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助了數(shù)字化制造國(guó)家研究中心，我在整個(gè)演講中展示的許多例子都來(lái)自該中心。 最后，我想為2018年和2020年的數(shù)字混凝土?xí)h提供一些參考資料。這些會(huì)議在《水泥與混凝土研究》上有特別期刊，也有會(huì)議論文集和許多演講的錄音，特別是特邀和主題演講。 最后，我要強(qiáng)調(diào)的是，2022年將在拉夫堡舉行數(shù)字混凝土?xí)h，我們期待看到所有社區(qū)成員，并希望有更多熱情的研究人員為這一領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。 深圳市威鍇眾潤(rùn)建材科技有限公司VICZOOM，立足世界裝飾混凝土工藝技術(shù)前沿。聯(lián)合相關(guān)高校和研究院專(zhuān)家和科研精英。開(kāi)發(fā)研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的裝飾混凝土造型模具、成像膜等核心產(chǎn)品。打破了裝飾混凝土核心材料被國(guó)外公司壟斷的尷尬局面。將博大精深的的中國(guó)傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代建筑裝飾之間架起一座溝通的橋梁。 我們?cè)趥鞑パb飾混凝土造型、成像的同時(shí)，將國(guó)外先進(jìn)的混凝土制作工藝采集，與大家分享！希望大家能夠喜歡！ 砼畫(huà)作為一種綜合了數(shù)字處理技術(shù)、現(xiàn)代印刷技術(shù)、混凝土添加劑技術(shù)而誕生的新的建筑裝飾技術(shù)和工藝，正踏著移動(dòng)互聯(lián)自媒體爆發(fā)的浪潮。和著裝配式建筑的交響曲。堅(jiān)實(shí)而迅疾的進(jìn)入建筑領(lǐng)域。改變著我們的生活！ 砼畫(huà)能將您想表達(dá)的任何合法圖案還原到水泥制品和建筑上，從此，您的建筑與眾不同！圖案具有和建筑同等壽命。環(huán)保安全！是建筑內(nèi)外裝飾的一次！ 無(wú)論您是世界五百?gòu)?qiáng)建筑航母、還是市政工程公司、園林景觀公司，或是小型水泥制品企業(yè)。亦或您是建筑設(shè)計(jì)院、建材研究院，高等院校相關(guān)教研室。只要您對(duì)混凝土成像市場(chǎng)具有洞察力，深圳市威鍇眾潤(rùn)建材科技愿意與您攜手，共享這片千億級(jí)藍(lán)海市場(chǎng)！ 我們計(jì)劃，每縣市尋求一家合作伙伴，提供工藝技術(shù)指導(dǎo),協(xié)助您成立混凝土成像工廠，在較短的時(shí)間，將混凝土成像能力覆蓋全國(guó)大部分地區(qū)。讓中國(guó)的建筑更具內(nèi)涵，更加美麗！
掃一掃
