JP2018199939A - Composite structure construction method, composite structure and composite structure construction apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】施工現場にて効率良く水硬性混合物を用いた複合構造物を構築する。【解決手段】施工現場Gにて水硬性混合物を用いた複合構造物であるフーチング10を構築する際に、まず、第一の水硬性混合物であるプリント原料1を構築すべき殻壁の輪郭に沿って積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部11を形成し、次いで、その殻壁部11の区画11k内に第二の水硬性混合物である生コンクリート2を充填して充填部17を形成する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To construct a composite structure using a hydraulic mixture efficiently at a construction site. When constructing a footing 10 which is a composite structure using a hydraulic mixture at a construction site G, first, the contour of a shell wall on which a print raw material 1 which is a first hydraulic mixture should be constructed is formed. A shell wall portion 11 having a section closed around the shell wall portion 11 is formed by laminating along the same section, and then the section 11k of the shell wall portion 11 is filled with the ready-mixed concrete 2 which is a second hydraulic mixture to form a filling section 17. To form. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、生コンクリート等の水硬性混合物を用いて複合構造物を構築する技術に関する。 The present invention relates to a technique for constructing a composite structure using a hydraulic mixture such as ready-mixed concrete.
近年、3Dプリンタ技術を応用して、水硬性混合物を用いて複合構造物を構築する技術が種々提案されている(例えば特許文献1ないし2参照)。3Dプリンタ技術を用い、この種の複合構造物を構築する例としては、まず、構築しようとする構造物の3次元形状をコンピュータでモデリングし、次いで、そのモデリングされた3次元データから、多数の層に分けられた2次元データを生成する。
そして、各層の2次元データに基づいて、移動可能な供給ヘッドから生コンクリート等の水硬性混合物を用いたプリント原料を吐出し、各層の2次元形状を構築する。そして、構築された2次元形状の層上に、続く層の2次元データに基づいて、プリント原料を一層ずつ積層し、これにより、3次元の複合構造物を構築する。
In recent years, various techniques for constructing a composite structure using a hydraulic mixture by applying 3D printer technology have been proposed (see, for example,
And based on the two-dimensional data of each layer, the printing raw material using hydraulic mixtures, such as ready-mixed concrete, is discharged from the movable supply head, and the two-dimensional shape of each layer is constructed | assembled. Then, on the constructed two-dimensional shape layer, the printing raw materials are laminated one by one based on the two-dimensional data of the subsequent layers, thereby constructing a three-dimensional composite structure.
ここで、この種の水硬性混合物は、セメントが水と反応して固まる水和反応を利用するところ、3Dプリンタ技術を利用して複合構造物を構築する場合、供給ヘッドから供給されるプリント原料の供給速度に比べて、プリント原料の凝固速度が遅いので、供給されたプリント原料が凝固して所期の構造物として必要な強度に達するまでに相当な時間を要する。そのため、完全に凝固していない層上に再びプリント原料が積層されると、積層形状が崩れるという問題がある。 Here, this kind of hydraulic mixture uses a hydration reaction in which cement reacts with water and solidifies. When a composite structure is constructed using 3D printer technology, a printing raw material supplied from a supply head is used. Since the solidification rate of the printing raw material is slower than the supply rate, a considerable time is required until the supplied printing raw material solidifies and reaches the required strength as a desired structure. Therefore, when the printing raw material is laminated again on the layer that is not completely solidified, there is a problem that the laminated shape is broken.
また、一層を積層してその層が完全に凝固するまで待った後に、繰り返しその上の層を積層すると、作業時間が増加して生産性が低下するという問題がある。さらに、複合構造物の内部に骨組みとして鉄筋や鉄骨を埋入する構造物を構築する場合、従来の3Dプリンタ技術によっては、このような異種材料がプリント原料中に存する複合構造物の構築が難しいという問題がある。これらの問題は、構築しようとする複合構造物が大型化するほどより顕著となる。 Further, when one layer is laminated and the layer is completely solidified and then repeatedly laminated thereon, there is a problem that the working time is increased and the productivity is lowered. Furthermore, when constructing a structure in which a reinforcing bar or steel frame is embedded as a framework inside the composite structure, it is difficult to construct a composite structure in which such different materials exist in the printing raw material, depending on the conventional 3D printer technology. There is a problem. These problems become more prominent as the composite structure to be constructed becomes larger.
このような問題点に対し、例えば特許文献1に記載の技術では、三次元的に移動可能な複数のロボットアームを備える構築装置により、複数種類の部材それぞれに対応する複数のロボットアームで総合的に施工することで、異種材料がプリント原料中に存する複合構造物であっても構築し得るとしている。
For example, in the technique disclosed in
また、例えば特許文献2に記載の技術では、3Dプリンタ技術を利用し、複数の供給ヘッドから、例えば速硬性材料により対向方向に離隔する二つの縁部を同時に構築しつつ、二つの縁部の間にセメント等の充填材を同時に充填して、複合構造物からなる壁を構築し得るとしている。
Further, for example, in the technique described in
しかし、特許文献1に記載の技術は、複数種類の部材それぞれに対応する複数のロボットアームで総合的に施工するとするものの、コンクリート等のプリント原料を吐出するロボットアームで施工するプリント原料の積層工程については、従来の3Dプリンタ技術での問題点を解決するものとはいえない。
つまり、同文献記載の技術では、プリント原料の積層工程では、従来同様に、供給ヘッドのノズル先端からプリント原料の総てを吐出して、精緻な積層作業を各層の2次元形状全体に亘って繰り返す必要がある。
However, although the technique described in
In other words, according to the technique described in this document, in the printing material laminating process, as in the past, all of the printing material is discharged from the nozzle tip of the supply head, and a precise laminating operation is performed over the entire two-dimensional shape of each layer. Need to repeat.
よって、大型の複合構造物を構築する場合には従来同様に多くの施工時間を要するため、施工の迅速化を図る上で未だ検討の余地がある。また、特許文献2に記載の技術は、複合構造物からなる「壁」自体は構築し得るものの、底面積が大きな複合構造物に適用する上で未だ検討の余地がある。
そこで、本発明は、底面積が大きな構造体に適用する上で好適であり、施工現場にて効率良く水硬性混合物を用いた複合構造物を構築し得る複合構造物の施工方法、複合構造物および複合構造物施工装置を提供することを課題とする。
Therefore, when constructing a large-sized composite structure, as much construction time as before is required, there is still room for examination in order to speed up the construction. Further, although the technique described in
Therefore, the present invention is suitable for application to a structure having a large bottom area, and a composite structure construction method and composite structure capable of efficiently constructing a composite structure using a hydraulic mixture at a construction site. It is another object of the present invention to provide a composite structure construction apparatus.
上記課題を解決するために、本発明のうち、本発明の一態様に係る複合構造物の施工方法は、施工時に流動性を有するとともに施工後には硬化する複数の水硬性混合物を用いて複合構造物を施工する方法であって、施工現場にて、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成する殻壁形成工程と、前記殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物を充填して充填部を形成する区画充填工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a composite structure construction method according to one aspect of the present invention is a composite structure using a plurality of hydraulic mixtures that have fluidity during construction and harden after construction. A method of constructing a shell, wherein a shell wall is formed at the construction site by laminating a first hydraulic mixture along the contour of the shell wall to be constructed to form a shell wall having a closed section And a compartment filling step of filling the second hydraulic mixture into the compartment of the shell wall portion to form a filling portion.
ここで、本発明の一態様に係る複合構造物の施工方法において、前記第一の水硬性混合物は、その供給時に前記輪郭に沿って載置可能な流動性と、その積層時に前記輪郭上の供給位置に固定され且つその上部にも積層可能に自立するチキソトロピー性と、その積層後に前記輪郭上の供給位置に固定され且つその上部にも積層可能に自立して硬化する速硬性と、を有することは好ましい。また、前記第二の水硬性混合物は、生コンクリートであることは好ましく、また、前記第二の水硬性混合物は、流動化処理土であることは好ましい。
また、前記第一または第二の「水硬性混合物」として、例えば、ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、エコセメント、スラグセメント、カルシウムアルミナセメント、プラスター、燐酸セメント、白色セメント、ハイアルミナセメント、マグネシウムオキシクロライドセメント、MDFセメント、DSPセメント、パイラメント型セメントおよびデンシト型セメントを用いることができる。
Here, in the construction method of the composite structure according to one aspect of the present invention, the first hydraulic mixture has fluidity that can be placed along the contour at the time of supply, and the contour at the time of lamination. It has a thixotropic property that is fixed at the supply position and is self-supporting so as to be able to be laminated on the upper part, and a fast-curing property that is fixed at the supply position on the contour after the lamination and is self-supporting and cured so as to be able to be laminated also on the upper part. It is preferable. The second hydraulic mixture is preferably ready-mixed concrete, and the second hydraulic mixture is preferably fluidized soil.
Examples of the first or second “hydraulic mixture” include, for example, Portland cement, blast furnace cement, silica cement, fly ash cement, eco cement, slag cement, calcium alumina cement, plaster, phosphate cement, white cement, high cement, Alumina cement, magnesium oxychloride cement, MDF cement, DSP cement, pillament type cement and densit type cement can be used.
本発明の一態様に係る複合構造物の施工方法によれば、施工現場にて複合構造物を構築する際に、まず、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成し、次いで、その殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物を充填して充填部を形成するので、複合構造物の総てをノズル先端から吐出する複合構造物の施工方法に比べて、施工現場にて効率良く複合構造物を構築できる。よって、底面積が大きな構造体に適用する上で好適である。 According to the composite structure construction method according to one aspect of the present invention, when constructing a composite structure at a construction site, first, the first hydraulic mixture is laminated along the outline of the shell wall to be constructed. Forming a shell wall portion having a closed compartment, and then filling the second hydraulic mixture into the shell wall portion to form a filling portion. Compared with the construction method of the composite structure discharged from the nozzle tip, the composite structure can be constructed efficiently at the construction site. Therefore, it is suitable for application to a structure having a large bottom area.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る複合構造物は、施工時に流動性を有するとともに施工後には硬化する複数の水硬性混合物を用いて形成された複合構造物であって、殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物が施工現場にて積層されて周囲が閉じた区画が形成されてなる殻壁部と、該殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物が施工現場にて充填されてなる充填部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a composite structure according to one embodiment of the present invention is a composite structure formed using a plurality of hydraulic mixtures that have fluidity during construction and harden after construction. A shell wall portion formed by laminating a first hydraulic mixture along a contour of the shell wall at a construction site to form a closed section, and a second water solution in the shell wall section. And a filling portion filled with the hard mixture at a construction site.
本発明の一態様に係る複合構造物によれば、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部が形成されており、さらに、その殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物を充填して充填部が形成されているので、複合構造物の総てをノズル先端から吐出してなる複合構造物に比べて、施工現場にて効率良く構築された複合構造物とすることができる。よって、底面積が大きな構造体に適用する上で好適である。 According to the composite structure according to one aspect of the present invention, a shell wall portion having a section closed by surrounding the first hydraulic mixture along the contour of the shell wall to be constructed is formed, Furthermore, since the filling part is formed by filling the second hydraulic mixture in the shell wall section, compared with the composite structure formed by discharging all of the composite structure from the nozzle tip, It can be a composite structure efficiently constructed at the construction site. Therefore, it is suitable for application to a structure having a large bottom area.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る複合構造物施工装置は、本発明の一態様に係る複合構造物の施工方法に用いられる複合構造物施工装置であって、前記第一の水硬性混合物を構築すべき殻壁の輪郭に沿って供給する第一の材料供給装置と、前記第二の水硬性混合物を前記殻壁の区画内に供給する第二の材料供給装置と、を有することを特徴とする。 Moreover, in order to solve the said subject, the composite structure construction apparatus which concerns on 1 aspect of this invention is a composite structure construction apparatus used for the construction method of the composite structure which concerns on 1 aspect of this invention, Comprising: A first material supply device for supplying the first hydraulic mixture along the contour of the shell wall to be constructed; and a second material supply device for supplying the second hydraulic mixture into the shell wall compartment. It is characterized by having.
ここで、本発明の一態様に係る複合構造物施工装置において、前記第一の材料供給装置は、3Dプリンタを含む装置であることは好ましい。また、前記第二の材料供給装置は、コンクリートポンプ車両を含む装置であることは好ましい。また、前記第一の材料供給装置の材料供給口は、横断面が多角形形状のノズルを有することは好ましい。また、前記第二の材料供給装置の材料供給部近傍に付設された締固め用バイブレータを備えることは好ましい。 Here, in the composite structure construction device according to one aspect of the present invention, it is preferable that the first material supply device is a device including a 3D printer. Moreover, it is preferable that said 2nd material supply apparatus is an apparatus containing a concrete pump vehicle. Moreover, it is preferable that the material supply port of the first material supply device has a nozzle having a polygonal cross section. Moreover, it is preferable to provide a compacting vibrator attached in the vicinity of the material supply part of the second material supply device.
本発明の一態様に係る複合構造物施工装置によれば、施工現場にて複合構造物を構築する際に、第一の材料供給装置によって、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成することができる。そして、第二の材料供給装置によって、殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物を充填して充填部を形成することができる。そのため、複合構造物の総てをノズル先端から吐出する施工装置に比べて、施工現場にて効率良く水硬性混合物を用いた複合構造物を構築できる。 According to the composite structure construction apparatus according to one aspect of the present invention, when the composite structure is constructed at the construction site, the first material supply apparatus performs the first operation along the contour of the shell wall to be constructed. A hydraulic mixture can be laminated to form a shell wall having a closed compartment. And a filling part can be formed by filling the second hydraulic mixture into the compartment of the shell wall part by the second material supply device. Therefore, it is possible to construct a composite structure using the hydraulic mixture more efficiently at the construction site than a construction apparatus that discharges all of the composite structure from the nozzle tip.
上述したように、本発明によれば、底面積が大きな構造体に適用する上で好適であり、施工現場にて効率良く水硬性混合物を用いた複合構造物を構築できる。 As described above, according to the present invention, it is suitable for application to a structure having a large bottom area, and a composite structure using a hydraulic mixture can be constructed efficiently at a construction site.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態は、水硬性混合物を用いた複合構造物の生産性、施工性を向上し得る、3Dプリンタ技術を応用した複合構造物の施工技術である。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態ないし変形例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態ないし変形例に特定するものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The present embodiment is a construction technique for a composite structure to which 3D printer technology is applied, which can improve the productivity and workability of the composite structure using a hydraulic mixture. The drawings are schematic. For this reason, it should be noted that the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio, and the like are different from the actual ones, and the dimensional relationship and the ratio are different between the drawings. Further, the following embodiments or modifications exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the material, shape, The structure, arrangement, etc. are not specified in the following embodiments or modifications.
図1に模式図を示すように、本実施形態の複合構造物は、橋脚のフーチング10を地上に施工する施工現場Gの例である。本実施形態のフーチング10は、施工装置として、3Dプリンタを含む三次元積層装置として構成された第一の材料供給装置20と、第二の材料供給装置であるコンクリートポンプ車両40とによって施工される。
As shown in the schematic diagram of FIG. 1, the composite structure of the present embodiment is an example of a construction site G in which a
まず、第一の材料供給装置20について説明する。
第一の材料供給装置20は、同図に示すように、クライミングクレーン同様に構成され、地上に立設されて継ぎ足し可能なマスト21と、ジャッキアップ装置が内蔵されてマスト21に沿って昇降可能なベースフレーム22とを備える。ベースフレーム22上には、旋回機構が内蔵された旋回台23と、旋回台23上に支持された多関節型のロボットアーム24とが搭載されている。また、ベースフレーム22には、第一の水硬性混合物であるプリント原料1を貯留可能な供給チャンバ28と、供給チャンバ28に付設された供給ポンプ29と、供給ポンプ29、旋回台23およびロボットアーム24を制御する制御部30と、が装備されている。
First, the first
As shown in the figure, the first
さらに、この第一の材料供給装置20は、ロボットアーム24の先端に連結されてノズル26を有する供給ヘッド25と、供給ヘッド25に、プリント原料1を供給可能に接続された原料供給管27とを備える。ロボットアーム24は、複数の関節を構成するアーム24a〜eを有する多軸のロボットであり、フーチング10の輪郭に沿って供給ヘッド25を移動可能に構成されている。
供給チャンバ28の一次側には、原料供給管27の一次側供給管27aが着脱可能に接続され、例えばコンクリートミキサ車60から必要なプリント原料1を、一次側供給管27aを介して供給チャンバ28に補充可能になっている。供給チャンバ28の二次側には、原料供給管27の二次側供給管27bが接続されている。コンクリートミキサ車60側には、供給チャンバ28までプリント原料1を圧送可能なポンプを設けている。
Further, the first
The primary
ここで、本実施形態のプリント原料1には、水硬性混合物を用いている。本明細書において、「水硬性混合物」とは、種々のセメント系混合材料(例えばセメントペースト、モルタル、コンクリート)を含む意味であり、自立するとともに、速硬性を有する材料を用いている。自立性の確認は例えばチキソトロピー性により確認できる。速硬性を得るためには、早強材、セメント硬化促進剤の添加、急結剤を使用すればよい。また、吹付けコンクリートも場合によっては使用できる。
Here, a hydraulic mixture is used for the printing
速硬性を有する材料としては、例えば、特開2005−187257号公報、特開昭49−77934号公報、特開昭48−1024号公報等に開示される材料がある。また、高チキソトロピー性の材料としては、高チキソトロピータイプ無収縮特殊ポリマー系断面修復モルタル材「なおしタル(登録商標:ドーピー建設工業株式会社)」等がある。
生コンクリートであれば、例えばスランプ値が15cm〜24cmの範囲のものが好ましく、スランプ値が18cm〜24cmの範囲のものがより好ましい。モルタルであれば、例えば打撃フロー値が175〜195mmの範囲のものが好ましく、打撃フロー値が180〜190mmの範囲のものがより好ましい。
Examples of the material having fast curing include materials disclosed in JP-A-2005-187257, JP-A-49-77934, JP-A-48-1024, and the like. In addition, as a material having high thixotropy, there is a high thixotropy type non-shrinkage special polymer-based cross-sectional repair mortar material “Noshitar (registered trademark: Dopy Construction Industries, Ltd.)”.
In the case of ready-mixed concrete, for example, a slump value in the range of 15 cm to 24 cm is preferable, and a slump value in the range of 18 cm to 24 cm is more preferable. In the case of mortar, for example, a blow flow value in the range of 175 to 195 mm is preferable, and a blow flow value in the range of 180 to 190 mm is more preferable.
すなわち、本実施形態のプリント原料1は、その供給時に、型枠を用いること無くフーチング10の輪郭に沿って載置可能な流動性と、その積層時に輪郭上の供給位置に固定され且つその上部にも積層可能に自立するチキソトロピー性と、その積層後に輪郭上の供給位置に固定され且つその上部にも積層可能に自立して所期の構造物として必要な強度まで硬化する速硬性とを有する。
なお、プリント原料1には、後述する補強体4以外の補強材として、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維やアラミド繊維などの合成樹脂繊維を針状に形成した短長繊維や、鋼繊維、ガラス繊維、シリカ繊維、セラミック繊維、炭素繊維などの無機繊維を主材に事前に混合して用いてもよい。
That is, the printing
In addition, the printing
第一の材料供給装置20は、不図示の遠隔操作器から無線による遠隔操作により作動させることができる。制御部30は、遠隔操作器から自動運転を実行する制御信号を受信すると、受信した制御信号に応じて、自動運転に対応する3Dプリンティング処理を実行し、第一の材料供給装置20全体を制御可能になっている。本実施形態では、第一の材料供給装置20による3Dプリンティング処理で、図2(a)に示す、フーチング10の外周殻壁11を構築する。本実施形態の例では、同図に示すように、平面視が矩形枠状をなす外周殻壁11の輪郭に沿って3Dプリンティングが行われる。
The first
次に、第二の材料供給装置であるコンクリートポンプ車両40について説明する。
本実施形態では、第一の材料供給装置20による3Dプリンティング処理でフーチング10の外周殻壁11を構築後に、図2(b)に示すように、その外周殻壁11の内側を、自己充填性がある第二の水硬性混合物で充填して充填部17を構築する。第二の水硬性混合物としては、本実施形態のような生コンクリート2の他、有機繊維や、無機繊維を混合した、種々のセメント系混合材料(例えばセメントペースト、モルタル、コンクリート)を、補強材の量、充填スペース、充填形状等に応じて適宜用いることができる。高流動コンクリートを使用すれば、締固め作業をすることなく充填することができる。また、中流動コンクリートを使用すれば、締固め作業が軽減される。その他、流動性の高い材料として、流動化処理土、エアモルタル、セメントミルクなどのセメント系材料を充填することができる。
なお、第二の水硬性混合物と第一の水硬性混合物とは、相互に異なる配合の材料を用いることができることは勿論、少なくとも流動性、チキソトロピー性、速硬性のいずれかが相違すれば、同一材料の配合比を変えて用いてもよい。この場合、例えば混練する水分量を適宜に変えれば流動性、チキソトロピー性、速硬性のいずれかを相違させることができる。
Next, the
In the present embodiment, after the outer
It should be noted that the second hydraulic mixture and the first hydraulic mixture can be the same as long as at least one of fluidity, thixotropy, and fast curing is different, as a matter of course, materials of different blending can be used. You may change and use the compounding ratio of a material. In this case, for example, if the amount of water to be kneaded is changed as appropriate, any of fluidity, thixotropy, and fast curing can be made different.
本実施形態では、充填部17の打設工法としてコンクリートポンプ工法を採用している。本実施形態のコンクリートポンプ工法では、コンクリートミキサ車60で建設現場に搬送されてきた生コンクリート2を、コンクリートポンプ車40を使用して打設個所まで圧送して充填部17の打設を行なう。
図1に示すように、このコンクリートポンプ車40は、一般的なコンクリートポンプ車両であって、車両のフレーム41上に搭載されたコンクリートポンプ44と、フレーム41上にシリンダで屈伸可能に設けられた多段ブーム42とを備える。コンクリートポンプ44は、フレーム41上に設けられるホッパ45内にコンクリートミキサ車60から投入された生コンクリート2を吸入して移送管43に送給可能に構成されている。コンクリートポンプ車両40は、オペレータの操作により、コンクリートポンプ44により吐出される生コンクリート2を、多段ブーム42に支持される移送管43の先端からフーチング10の外周殻壁11内の打設個所に圧送可能に構成されている。
In the present embodiment, a concrete pump method is adopted as the placing method for the filling
As shown in FIG. 1, this
次に、本実施形態の複合構造物の施工方法およびその作用効果について説明する。
第一の材料供給装置20の3Dプリンティングでは、予め、構築しようとするフーチング10の3次元形状をコンピュータモデリングするとともに、そのモデリングされたデータから、数多くの薄層に分けられた外周殻壁11の輪郭の2次元データを生成して、3Dプリンティングに必要な基礎構築データが準備されている。そして、基礎構築データは、予め第一の材料供給装置20の制御部の記憶装置に格納されている。
Next, the construction method of the composite structure of this embodiment and the effect are demonstrated.
In the 3D printing of the first
オペレータは、第一の材料供給装置20に向けて、遠隔操作器から無線による遠隔操作により自動運転を実行する制御信号を送信する。第一の材料供給装置20の制御部30は、受信した制御信号に応じて、対応する3Dプリンティング処理を実行する。制御部30で所定の3Dプリンティング処理が実行されると、制御部30は、まず、旋回台23およびロボットアーム24を移動させて、フーチング10の構築すべき外周殻壁11の輪郭上の積層開始点に供給ヘッド25を位置させる。
The operator transmits a control signal for executing automatic operation from the remote controller to the first
その後、制御部30は、供給チャンバ28に付設された供給ポンプ29を駆動するとともに、旋回台23およびロボットアーム24の位置を基礎構築データに基づいて、構築すべき外周殻壁11の輪郭に沿って移動させる。これにより、第一の材料供給装置20は、二次側供給管27bを介して供給ヘッド25にプリント原料1を供給してノズル26から吐出しつつ、基礎構築データに応じた一のプリント層を外周殻壁11の輪郭上に型枠を用いること無く形成できる。また、足場の構築およびその撤去作業を不要とすることができる。
Thereafter, the
さらに、第一の材料供給装置20は、一のプリント層を形成後、基礎構築データに基づいて、型枠を用いること無く、プリント原料1を一層ずつ3Dプリンティングしてプリント層を積み上げる。供給ヘッド25から供給されてフーチング10の基礎上に構築された外周殻壁11のプリント層は順次に硬化し、硬化されたプリント層上に再びその上の層の外周殻壁11の2次元輪郭データに基づいたプリント層の形成を繰り返し行って、所望するフーチング10の3次元殻壁形状を構築する(殻壁形成工程)。次いで、本実施形態では、コンクリートポンプ車両40によって、外周殻壁11の区画内に生コンクリート2を充填して充填部17を形成する(区画充填工程)。
Furthermore, after forming one print layer, the first
なお、外周殻壁11のZ軸方向での積層位置は、旋回台23およびロボットアーム24の移動可能範囲であれば、旋回台23およびロボットアーム24の移動制御によって行われる。また、旋回台23およびロボットアーム24の移動可能範囲を超える場合には、マスト21に対するベースフレーム22のジャッキアップ装置が駆動され、ベースフレーム22のクライミング動作によって行われる。
Note that the stacking position of the outer
ここで、複合構造物の外周に形成される殻壁部である外周殻壁11の厚さおよび高さは、積層による構築時に自重による変形が抑制でき、内部充填時に作用する外周高さ相当の液圧を考慮して適宜決定することができる。
例えば、図1に示すように、本実施形態では、外周殻壁11の下から順に、施工領域α、β、γ等に区分して、上記施工領域α、β、γをそれぞれ1サイクルとして、以降、同手順を繰り返すことにより、殻壁拘束型の複合構造物を構築できる。本実施形態のように第一の材料供給装置20がクライミングクレーン型であれば、ジャッキアップ装置の駆動によって、施工領域に併せてベースフレーム22の高さを移動できるので好適である。
Here, the thickness and height of the outer
For example, as shown in FIG. 1, in this embodiment, the construction regions α, β, γ, etc. are divided into the construction regions α, β, γ, etc. in order from the bottom of the outer
このように、本実施形態によれば、施工現場にて、複合構造物であるフーチング10を構築する際に、まず、フーチング10の構築すべき外周殻壁11の輪郭に沿ってプリント原料1を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成し、次いで、その殻壁部の区画内に生コンクリート2を充填して充填部17を形成するので、施工の迅速化,省力化,危険作業の無人化を目的とし、コンクリート施工の施工性を向上し得る、3Dプリンタ技術を応用したコンクリート施工技術を提供できる。
特に、本実施形態によれば、プリント原料1には、高いチキソトロピー性により自立し、速硬性を有するセメント系材料等を主材とする配合を用いており、対象とする構造物の外周殻壁(外郭)を3Dプリンタで精緻に積層・構築できるため型枠が不要である。
Thus, according to the present embodiment, when the
In particular, according to the present embodiment, the printing
そして、本実施形態によれば、施工現場にて、複数の水硬性混合物を用いて複合構造物を構築する際に、まず、構築すべき殻壁の輪郭に沿ってプリント原料1(第一の水硬性混合物)を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部である外周殻壁11を形成し、次いで、その外周殻壁11の区画内に生コンクリート2(第二の水硬性混合物)を充填して充填部17を形成するので、複合構造物を構築する水硬性混合物の総てをノズル先端から吐出するプリント原料1で施工する方法に比べて、施工現場にて効率良く複合構造物を構築できる。また、足場の構築およびその撤去作業を不要とすることができる。よって、フーチング,梁,柱等の底面積が大きな複合構造物への適用に好適である。
And according to this embodiment, when constructing a composite structure using a plurality of hydraulic mixtures at a construction site, first, the print raw material 1 (first The outer
ここで、従来の3Dプリンタ技術にあっては、このような異種の材料が複合した複合構造物の構築が難しいという問題がある。これに対し、本実施形態の複合構造物施工装置であれば、第一の材料供給装置20で外周殻壁11を形成し、その外周殻壁11の内側を、コンクリートポンプ車40により、自己充填性がある第二の水硬性混合物としての生コンクリート2で充填する構成なので、充填部17を形成する際に、コンクリート内部に鉄筋や鉄骨が骨組みとして補強される構造物の構築が可能である。
なお、第二の水硬性混合物は、生コンクリートに限定されないことは勿論、生コンクリートも種々の態様のものを採用できる。例えば、自己充填性の程度も、高流動性のある生コンクリートを用いたり、通常の生コンクリートを用いたりすることができる。通常の生コンクリートを用いる場合、締固め用バイブレータを使用することは好ましい。また、第二の水硬性混合物を供給する装置についても、コンクリートポンプ車40に限らず、シュートから直接供給したり、パケットにより供給したり等、種々の装置を用いることができる。
コンクリートポンプ車40の材料供給部である移送管43の近傍に締固め用バイブレータを設け、生コンクリート2を充填しつつ、締固め用バイブレータを駆動すれば、コンクリート内部に鉄筋や鉄骨が骨組みとして補強される構造物の場合であっても、生コンクリート2を効率良く充填する上で好適である。
Here, the conventional 3D printer technology has a problem that it is difficult to construct a composite structure in which different kinds of materials are combined. On the other hand, if it is the composite structure construction apparatus of this embodiment, the outer
Note that the second hydraulic mixture is not limited to ready-mixed concrete, and ready-made concrete can be used in various forms. For example, it is possible to use ready-mixed concrete having high fluidity or normal ready-mixed concrete. When using ordinary ready-mixed concrete, it is preferable to use a vibrator for compaction. Moreover, about the apparatus which supplies a 2nd hydraulic mixture, not only the
If a vibrator for compaction is provided in the vicinity of the
以上説明したように、本実施形態によれば、底面積が大きな構造体に適用する上で好適であり、施工現場にて効率良く水硬性混合物を用いた複合構造物を構築できる。なお、本発明に係る複合構造物の施工方法、複合構造物、および複合構造物施工装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。 As described above, according to the present embodiment, it is suitable for application to a structure having a large bottom area, and a composite structure using a hydraulic mixture can be constructed efficiently at a construction site. Note that the composite structure construction method, composite structure, and composite structure construction apparatus according to the present invention are not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. Of course.
例えば、上述した外周殻壁11は、プリント原料1が積層された構造となるところ、3Dプリンティングのみでは、各層間をつないで引っ張り力を負担する軸部材が存在しないことから、各層間の接合強度が低くなるおそれがある。そこで、例えば第一の材料供給装置20で外周殻壁11の各プリント層を形成時に、プリント層内に別箇に補強材を埋入してもよい。
For example, the above-described outer
例えば、第一の水硬性混合物であるプリント原料1による外周殻壁11の輪郭の積層部に、鋼材,鉄筋,連続繊維等の補強材を配置することができる。この場合、積層前に補強材を配置してもよいし、積層しながら補強材を配置してもよい。また、外周殻壁11の内側の充填部17についても、必要に応じて、事前に鋼材,鉄筋,連続繊維等の補強材を配置することができる。
For example, a reinforcing material such as a steel material, a reinforcing bar, or a continuous fiber can be disposed in the layered portion of the contour of the
具体的には、供給ヘッド25のノズル26近傍に備えられる補強材射出部から補強材を所定間隔で各プリント層に射出し、一のプリント層内に補強材を所定間隔で埋設することができる。補強材射出部は、供給ヘッド25の移動経路を追従しながら補強材を射出することが好ましい。なお、プリント層を構成する第一の水硬性混合物であるプリント原料1は急速硬化するため、制御部30は、プリント原料1に含まれた水分量などの硬化条件に応じ、供給ヘッド25の移動速度や、補強材射出部とプリント層との間の間隔を制御することが好ましい。
Specifically, a reinforcing material can be injected into each print layer at a predetermined interval from a reinforcing material injection portion provided in the vicinity of the
また、外周殻壁11の第一の水硬性混合物と殻壁内部の第二の水硬性混合物とは、要求性能に応じて使いわけてもよい。例えば、外周殻壁の第一の水硬性混合物には、長期耐久性に優れた高品質な配合を用い、殻壁内部の第二の水硬性混合物は、普通品質の配合のコンクリートを用いることでコストダウンが可能となる。
また、第一の水硬性混合物と第二の水硬性混合物との使いわけにより、コンファインド効果を含む補強効果を狙って、例えば充填部17を形成するコンクリートには比較的に安価な材料を用いつつも、外周殻壁11を形成するプリント材料の強度を上げることができる。これにより、複合構造物全体としての耐力や靱性を向上させることができる。
また、内部に鋼材を用いた場合の耐久性を高める方策として、外周殻壁11を構築する材料に、水セメント比の小さい材料や、緻密な材料を使用すれば、鋼材の劣化因子である塩化物イオンの浸透や、コンクリートの中性化の原因となる二酸化炭素の浸透を防止することができ、耐久性を向上させることができる。
Further, the first hydraulic mixture of the
Moreover, by using the first hydraulic mixture and the second hydraulic mixture, aiming at a reinforcing effect including a confinement effect, for example, a relatively inexpensive material is used for the concrete forming the filling
Further, as a measure for enhancing the durability when steel is used inside, if a material having a small water-cement ratio or a dense material is used as a material for constructing the outer
また、例えば上記実施形態では、殻壁部として、平面視が略矩形枠状の外周殻壁11を形成する例を示したが、殻壁部の形状はこれに限定されない。つまり、本発明に係る複合構造物の殻壁部は、施工現場にて、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有するものであれば、種々の態様とすることができる。具体的な変形例を図3に示す。
同図に示すように、殻壁部としての外周殻壁11の輪郭の形状は、平面視において略矩形枠状に限定されず、同図(a)に示すように、例えば円環状とすることができる。また、同図(b)に示すように、外周殻壁12と、この外周殻壁12の外周面に付設した一または複数の外側補強壁15とから殻壁部11を構成してもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the example in which the outer
As shown in the figure, the shape of the outline of the outer
また、同図(c)に示すように、殻壁部11は、外周殻壁12と、この外周殻壁12の内周面に付設した一または複数の内側補強壁16とから構成できる。また、同図(d)に示すように、殻壁部11は、例えば多角形の環状とすることができる。同図の例は六角形の環状とした例である。
Further, as shown in FIG. 3C, the
さらに、殻壁部11による殻壁内の区画11kの形態についても、上記実施形態や同図(a)〜(d)に示すように、一の区画とする場合に限定されず、外周殻壁12の内部に更に内周殻壁13を形成して、複数の区画を有する構成としてもよい。例えば同図(e)に示すように、内周殻壁13により多数の区画に区分してハニカム構造としてもよい。
Furthermore, the form of the
また、殻壁部11は、同図(f)に示すように、内周殻壁13および外周殻壁12を相互に隣接させて組としてもよく、この場合、外周殻壁12が内周殻壁13を実質的に兼ねる構成としてもよい。同図の例では、平面視矩形枠状の多数の区画に区分した例を示した。さらに、殻壁部11の内側を複数の区画に区分する場合において、必ずしも全ての区画を充填部17とする形態に限定されず、同図(e)および(f)に示すように、複数の区画のうち適宜の箇所には第二の水硬性混合物を充填しないで空隙部18としてもよい。
Further, as shown in FIG. 5F, the
また、本発明に係る複合構造物の殻壁部を構築する際に、「殻壁の輪郭の形状」とは、線および面を含む意味に解釈されるものである。つまり、殻壁部11を形成する、構築すべき殻壁の輪郭の形状は、ノズル26から一度に吐出されるプリント原料1の幅である場合には、実質的に「輪郭線」と解することができる。
Moreover, when constructing the shell wall portion of the composite structure according to the present invention, the “shape of the outline of the shell wall” is interpreted to include a line and a surface. That is, when the shape of the outline of the shell wall that forms the
他方、ノズル26から一度に吐出されるプリント原料1の幅を超える場合には、図4に示すように、内輪郭線11uと外輪郭線11sとの間の領域と解することができる。この場合、各層の2次元の輪郭形状内に殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を吐出する。例えば同図(a)の例では、殻壁部11の一の層の内周側11aと外周側11bとに第一の水硬性混合物を吐出する。また、同図(b)の例では、殻壁部11の、一の層の内周側11a、その外側11c、および外周側11bとに第一の水硬性混合物を吐出する。
On the other hand, when the width of the
また、本発明に係る複合構造物の殻壁部を構築する際に、「殻壁の輪郭の形状」とは、縦断面視において、同一形状に限定されず、各層毎の2次元の輪郭形状を定義できる。つまり、図5(a)に示すように、殻壁部11を構成する各層が、同図の下側から同一の形状(第一層11p、第二層11q、第三層11r、第四層11s・・・・)である場合は勿論、同図(b)に示すように、第一層11pが、幅方向に3つの吐出部11t、11u、11vからなり、第二層11qが、幅方向に2つの吐出部11w、11xからなり、第三層11rが、幅方向に1つの吐出部11yからなるという組から構成することができる。さらに、当然に、上述した図3、図4、図5に示した構成相互を適宜に組み合わせることができる。
Further, when constructing the shell wall portion of the composite structure according to the present invention, the “shape of the shell wall contour” is not limited to the same shape in a longitudinal sectional view, and is a two-dimensional contour shape for each layer. Can be defined. That is, as shown to Fig.5 (a), each layer which comprises the
また、本発明に係る複合構造物の殻壁部を構築する際に、ノズル26から吐出されるときのプリント原料1の横断面形状も、種々の形状とすることができる。つまり、図6(a)に示すように、ノズル26を円筒形状とし、プリント原料1の吐出時の横断面形状26nを円形状にできることは勿論、同図(b)に示すように、ノズル26を矩形筒形状とし、プリント原料1の吐出時の横断面形状26nを矩形状にできる。また、同図(c)に示すように、ノズル26を矩形以上の多角形筒形状とし、プリント原料1の吐出時の横断面形状26nを多角形状にできる。同図の例は六角形とした例である。このようなノズルを用いて積層すれば、各層間の接合強度を向上させる上で好適である。
Further, when the shell wall portion of the composite structure according to the present invention is constructed, the cross-sectional shape of the printing
さらに、図7に本発明に係る複合構造物の施工方法の他の例を示す。
同図に示す例は、埋め戻し材の妻壁・仕切り壁への適用例であって、地下工事現場において、地下施設51と鋼矢板からなる土留壁52との間に、仕切壁55を構築する例である。特にこの例では、地下施設51の壁面と土留壁52の壁面とを殻壁部の一部としている点が上記実施形態と相違する。
Furthermore, the other example of the construction method of the composite structure which concerns on FIG. 7 at this invention is shown.
The example shown in the figure is an example of application of backfill material to a wife wall / partition wall, and a
つまり、本発明に係る複合構造物の施工方法において、殻壁形成工程において、「構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成する」とは、「周囲が閉じた区画を有する殻壁部」が形成されていれば、「構築すべき殻壁の輪郭」の全てが「第一の水硬性混合物を積層」してなる場合に限定されず、「構築すべき殻壁の輪郭」の一部が「第一の水硬性混合物を積層」してなる場合をも含む意味である。 That is, in the construction method of the composite structure according to the present invention, in the shell wall forming step, the shell wall having a section closed by surrounding the first hydraulic mixture along the outline of the shell wall to be constructed. `` Forming the part '' means that if the `` shell wall part having a closed section '' is formed, all of the `` shell wall outline to be constructed '' is `` laminated the first hydraulic mixture ''. It is meant to include the case where a part of “the outline of the shell wall to be constructed” is “laminated with the first hydraulic mixture”.
同図に示すように、この変形例では、施工現場にて、構築すべき殻壁のうち、地下施設51の壁面と土留壁52の壁面との間に、対向方向に離隔する二つの殻壁面11mを構築し、これら二つの殻壁面11mと地下施設51の壁面と土留壁52の壁面との協働によって周囲が閉じた区画11kを有する殻壁部11を形成する。その後に、その殻壁部11の区画11kに、セメント等を含む第二の水硬性混合物として、地上部53のコンクリートポンプ車40から流動化処理土3を充填して充填部17を構築する。
As shown in the figure, in this modified example, two shell wall surfaces that are separated in the opposing direction between the wall surface of the
この変形例では、第一の材料供給装置20は、地下部54にて車載型のロボットアーム24を用いており、殻壁の構築工事が必要な所期位置に迅速に移動することができる。そして、所期位置に移動後には、上記実施形態同様に、第一の材料供給装置20の制御部30による殻壁構築のための3Dプリンティング処理のプログラムに基づき、殻壁部11による囲い部を積層により無人で迅速に施工することができる。なお、この変形例では、殻壁部11は、流動化処理土3を充填する際の液圧に耐えられる殻壁を短時間で構築できればよいことから、殻壁面11mの出来形の精度はおおまかでよい(例えば、出来形の誤差が±5cm以内)。
In this modification, the first
なおまた、プリント原料1を一層ずつ3Dプリンティングしてプリント層を積み上げる工程についても、上記実施形態同様に、予め格納されている3Dプリンティング処理のプログラムに基づき、殻壁を構築する以外に、現場でのオペレータによるティーチング・プレーバックを実行可能な3Dプリンティング処理のプログラムに基づき、殻壁を構築してもよい。特に、現場でのオペレータによるティーチング・プレーバックであれば、図7に示したような簡単な積層工程に有効である。
In addition, as for the process of stacking the print layers by layer-printing the printing
また、第一の材料供給装置20の例として、上記実施形態では、ロボットアーム24をクライミングクレーン型の装置に装備した例を示し、図7の変形例では、車載型のロボットアーム24を装備した例を示したが、これらに限定されず、施工現場にて、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成可能な装置であれば、種々の態様とすることができる。例えばロボットアーム型に限定されず、X,Y,Zの3軸に移動可能な供給ヘッドを備える装置であれば種々の態様の3Dプリンタを含む装置を採用することができる。
Further, as an example of the first
1 プリント原料(第一の水硬性混合物)
2 生コンクリート(第二の水硬性混合物)
3 流動化処理土(第二の水硬性混合物)
10 フーチング(複合構造物)
11 殻壁部
11r 殻壁の輪郭
11u 内輪郭線
11s 外輪郭線
11k 殻壁の区画
12 外周殻壁
13 内周殻壁
15 外側補強壁
16 内側補強壁
17 充填部
18 空隙部
20 第一の材料供給装置(3Dプリンタを含む装置:複合構造物施工装置)
21 タワー
22 ベースフレーム
23 旋回台
24 多関節アーム
25 供給ヘッド
26 ノズル
27 原料供給管
28 供給チャンバ
29 供給ポンプ
30 制御部
40 コンクリートポンプ車(第二の材料供給装置:複合構造物施工装置))
41 フレーム
42 多段ブーム
43 移送管
44 コンクリートポンプ
45 ホッパ
50 地下工事現場(施工現場)
51 地下施設
52 土留壁
53 地上部
54 地下部
55 仕切壁
60 コンクリートミキサ車
G 施工現場
1 Print raw material (first hydraulic mixture)
2 Ready-mixed concrete (second hydraulic mixture)
3 Fluidized soil (second hydraulic mixture)
10 Footing (composite structure)
DESCRIPTION OF
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Claims (10)
施工現場にて、構築すべき殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物を積層して周囲が閉じた区画を有する殻壁部を形成する殻壁形成工程と、前記殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物を充填して充填部を形成する区画充填工程と、を含むことを特徴とする複合構造物の施工方法。 It is a method of constructing a composite structure using a plurality of hydraulic mixtures that have fluidity during construction and harden after construction,
A shell wall forming step of forming a shell wall portion having a closed section by laminating a first hydraulic mixture along a contour of the shell wall to be constructed at a construction site, and a partition of the shell wall portion A method of constructing a composite structure, comprising: a section filling step in which a second hydraulic mixture is filled to form a filling portion.
殻壁の輪郭に沿って第一の水硬性混合物が施工現場にて積層されて周囲が閉じた区画が形成されてなる殻壁部と、該殻壁部の区画内に第二の水硬性混合物が施工現場にて充填されてなる充填部と、を有することを特徴とする複合構造物。 A composite structure formed using a plurality of hydraulic mixtures that have fluidity during construction and harden after construction,
A shell wall portion formed by laminating a first hydraulic mixture along a contour of the shell wall at a construction site to form a closed partition, and a second hydraulic mixture in the shell wall portion And a filling part that is filled at the construction site.
前記第一の水硬性混合物を構築すべき殻壁の輪郭に沿って供給する第一の材料供給装置と、前記第二の水硬性混合物を前記殻壁の区画内に供給する第二の材料供給装置と、を有することを特徴とする複合構造物施工装置。 It is the composite structure construction apparatus used for the construction method of the composite structure as described in any one of Claims 1-4,
A first material supply device for supplying said first hydraulic mixture along the contour of the shell wall to be constructed; and a second material supply for supplying said second hydraulic mixture into said shell wall compartment An apparatus for constructing a composite structure.
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