王海龍
王海龍教授,浙江大學(xué)教授、博士生導師,浙江大學(xué)智能建造與工程管理研究所所長(cháng)。
2006年畢業(yè)于清華大學(xué),獲工學(xué)博士學(xué)位;2008年受英國女王大學(xué)資助,在英國從事科研合作;2009-2011年被列為“浙江大學(xué)學(xué)術(shù)帶頭人后備人才”在美國加州大學(xué)伯克利分校進(jìn)行科學(xué)研究。
主要從事3D打印智能建造技術(shù)、固廢資源化利用,高性能混凝土材料與結構、長(cháng)壽命工程結構、裝配式結構、在役結構安全評定與修復加固技術(shù)研究。先后主持國家863項目,國家自然科學(xué)基金,浙江省重點(diǎn)研發(fā)計劃擇優(yōu)委托項目,浙江省尖兵領(lǐng)雁項目,留學(xué)回國人員擇優(yōu)資助項目,國家重大工程研究專(zhuān)項,省廳級各類(lèi)科技項目50余項。
研究成果獲國家科技進(jìn)步二等獎1項,省部級科技進(jìn)步特等獎1項、一等獎2項、二等獎3項,獲得各類(lèi)國家專(zhuān)利20余項。出版學(xué)術(shù)論著(zhù)3部,編制行業(yè)與地方標準10余部,發(fā)表科技論文百余篇,其中SCI/EI收錄的論文百余篇。
研究團隊與冠力科技及靈砼科技合作,開(kāi)展了甘肅省“火星一號”基地5棟文旅酒店,山東五蓮30余個(gè)護林房、崗亭房與民居,上海青浦區毛家角電力圍墻,沙特700平米別墅(施工中),河北衡水民居(施工中)的打印建造工作。
3D打印混凝土按照材料,可分為普通硅酸鹽水泥基3D打印混凝土、硫鋁酸鹽等特種水泥基3D打印混凝土和固廢基堿激發(fā)類(lèi)地質(zhì)聚合物混凝土;更加具體的細分,包括一般3D打印砂漿、粗骨料打印混凝土、彩色打印混凝土、鋼纖維打印混凝土、ECC改性、UHPC改性、輕質(zhì)3D打印混凝土。3D打印混凝土材料設計的關(guān)鍵技術(shù)指標包括工作性(流動(dòng)性、觸變性、可打印性和可建造性)、凝結時(shí)間、強度等級、耐久性和收縮開(kāi)裂。
收縮開(kāi)裂控制技術(shù)是3D打印混凝土材料與工程應用面臨的最重要的挑戰。王海龍教授團隊通過(guò)材料配合比體積的優(yōu)化,調整水膠比、膠凝材料類(lèi)型、骨料級配,并配置合適保水劑、可分散乳膠粉、膨脹劑、纖維以及保濕養護措施,基本解決了材料的收縮開(kāi)裂問(wèn)題。
王海龍教授團隊對3D打印混凝土材料未來(lái)的發(fā)展展開(kāi)了系列的探討,在特殊使用環(huán)境下,比如水下混凝土建/構筑物,太空打印建造等方面具有明顯優(yōu)勢及發(fā)展前景。
王海龍教授將打印混凝土結構配筋技術(shù)分為了打印前、打印時(shí)、打印后配筋技術(shù)。王教授團隊最新研發(fā)了組合式配筋模式,把受力鋼筋和箍筋架立筋組成鋼筋骨架,更好的實(shí)現了邊打印、邊配筋的工藝,減少了層間缺陷的影響。同時(shí),王教授團隊還對不同打印配筋形式下,筋材與打印混凝土的粘結性能與本構關(guān)系進(jìn)行了深入研究,為3D打印混凝土建筑結構設計與施工提供了理論依據。
混凝土材料的抗壓強度明顯大于抗拉強度,而拱形結構更能充分利用混凝土材料的力學(xué)特點(diǎn),通過(guò)在拱形混凝土內部加入部分鋼筋,可將破壞模式由脆性破壞轉化為塑性破壞,實(shí)現了3D打印混凝土拱形結構的進(jìn)一步優(yōu)化。此外,王海龍教授團隊還針對3D打印混凝土裝配式結構以及原位打印混凝土結構性能的評價(jià)方法與設計理論、面向3D打印的結構拓撲優(yōu)化設計方法等進(jìn)行了深入的研究。
火星一號基地文旅酒店項目由浙江大學(xué)、杭州冠力智能科技有限公司、山東基石增材環(huán)??萍加邢薰?、易蘭(北京)規劃設計股份有限公司共同設計與建造的,有5個(gè)單體建筑組成,單體房屋高9米,最大直徑5.8米,上下2層,建筑面積約45平米。建筑設計參考火星基地,立面為三維曲線(xiàn)(蛋型)造型,充分體現了3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
項目結構通過(guò)配置環(huán)向鋼筋、徑向拉結鋼筋、豎向鋼筋,形成整體鋼筋籠,配合3D打印混凝土,形成3D打印配筋混凝土結構,并針對各種荷載組合進(jìn)行了有限元受力分析,確立了結構的設計方案。施工采用裝配式施工工藝,工廠(chǎng)將建筑分節段打印并預留構造柱出筋,在現場(chǎng)進(jìn)行吊裝和節點(diǎn)鋼筋搭接和構造柱的現澆,最終形成整體性良好的完整結構。
▲火星一號基地文旅酒店項目3D打印配筋混凝土結構
▲火星一號基地文旅酒店項目施工
▲沙特Durra別墅
▲整體打印建筑
▲3D打印部品、部件
▲景觀(guān)小品
王海龍教授還分享了裝配式3D打印技術(shù)應用案例沙特Durra別墅,整體打印成型公安崗亭等項目,3D打印公園部品、景觀(guān)小品,以及正在打印建造中的民居院落等工程案例。
王教授認為建筑3D打印技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展存在諸多機遇和挑戰,加快建筑3D打印技術(shù)相關(guān)標準制定的推進(jìn)工作,開(kāi)發(fā)具有多功能化建筑3D打印建造系統,完善建筑3D打印材料體系、大力開(kāi)發(fā)綠色低碳打印材料、粗骨料低碳打印混凝土材料,助力綠色建造,推進(jìn)建筑3D打印技術(shù)和傳統建造的兼容互補,實(shí)現復雜環(huán)境與極端環(huán)境下大型結構的打印建造,以及建立完善可靠的打印結構設計方法和建造方法,這些都是未來(lái)3D打印混凝土行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向。
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