本發(fā)明涉及水下結構裂隙修復實驗，具體為一種基于3d打印機修復水下結構的裝置及施工方法。

背景技術：

1、近年來，隨著我國基礎工程的發(fā)展，港口碼頭和沿海水利工程增加；由于水下工程大量施工，例如堤壩，橋梁，隧道工程，隨著年數(shù)增長，這些水下結構不可避免出現(xiàn)裂縫，因此水下結構修復對于水下工程保養(yǎng)起著重要作用。但是由于技術問題導致水下結構不能及時得到修復，在海水的沖刷下造成裂縫進一步擴大和內部混凝土發(fā)生鈣化反映，影響工程的耐久性和安全。

2、通過3d打印機打印修補裂縫，相比于普通方法修補裂縫而言，可以更加精準的修補裂縫，通過設置磁點并結合3d打印機大大提高了修補效率；常規(guī)水下結構修補技術由于漿液不能精準、高效填補裂縫而造成修補達不到預期效果，影響工程的整體性。

3、因此，現(xiàn)亟需一種基于3d打印機修復水下結構的裝置及施工方法以解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于3d打印機修復水下結構的裝置及施工方法，以解決背景技術中提出的問題。

2、本發(fā)明為解決上述技術問題，所采用的技術方案是：一種基于3d打印機修復水下結構的裝置，包括主體承重框架，所述主體承重框架一側設有伸縮桿件，所述伸縮桿件另一端與用于固定裝置的吸盤相連，所述主體承重框架內腔設有3d打印機，所述3d打印機輸出端設有多個噴嘴，所述3d打印機物料輸入端與注漿設備輸出端通過注漿管相連，所述注漿設備與真空泵相連，所述主體承重框架一側設有照明設備。

3、優(yōu)選地，所述主體承重框架包括支撐框架和真空罩組成，所述真空罩的尺寸與3d打印機相同，所述真空罩與3d打印機之間設有一層硅膠墊層，在真空罩上部預留有供注漿管通過的注漿孔。

4、優(yōu)選地，所述支撐框架由不銹鋼材料制成，所述真空罩由亞克力透明板制成，所述注漿孔孔口處設有一圈橡膠密封層。

5、優(yōu)選地，所述噴嘴包括磁環(huán)，雙孔注漿設備和納米隔離層，所述磁環(huán)以環(huán)繞的形式設置在噴嘴上，所述雙孔注漿設備設置在噴嘴里面，所述雙孔注漿設備輸出端設置在噴嘴輸出端部，所述納米隔離層設置在磁環(huán)下方。

6、優(yōu)選地，所述磁環(huán)還設有與之配套的磁塊，所述磁塊用于施工時設置在所需修復結構處。

7、另外的本發(fā)明還公開了一種基于3d打印機修復水下結構的裝置的操作方法，它包括以下步驟：

8、step1.材料準備：將裝置放置在操作區(qū)域，將磁塊設置在所需修復裂縫處，準備好所需磁性漿液或磁性光敏樹脂；

9、step2.準備灌注漿液，將制備好的磁性漿液或磁性光敏樹脂放入注漿設備中；

10、step3.將3d打印機放入水中，將噴射所述磁性漿液或磁性光敏樹脂的噴嘴靠近裂縫；

11、step4.將注射滿所述磁性漿液或磁性光敏樹脂的注漿設備中，調整初始注漿壓力，然后將所述磁性漿液或磁性光敏樹脂通過噴嘴注入至裂縫內部，并觀察不同注漿壓力作用時磁性漿液或磁性光敏樹脂在裂隙內部的擴散填充情況；

12、step5.通過調節(jié)伸縮桿件高度調節(jié)3d打印機的傾角，并且通過裂縫中的磁塊引導噴嘴移動來實現(xiàn)不同位置的裂縫注漿修復；實現(xiàn)不同傾角的裂縫注漿修復實驗。

13、更進一步的，所述step3中在有光照可視條件下，一個噴嘴噴射所述磁性漿液，另一個噴嘴則噴射固化劑；在黑暗環(huán)境下，一個噴嘴用于噴射磁性漿液，另外一個噴嘴則用于噴射磁性光敏樹脂，并將照明設備打開。

14、更進一步的，所述step4中，在有光照可視條件下，將噴射固化劑和磁性漿液的噴嘴靠近裂縫的磁塊，并沿著設置磁塊逐步打印修復；在黑暗環(huán)境下，將噴射磁性光敏樹脂和磁性漿液的噴嘴靠近裂縫的磁塊，并打開照明設備，噴嘴沿著設置的磁塊所移動。

15、更進一步的，所述磁性漿液中混凝土水灰比0.35-0.5、重量份組成中磁粉含量20％-50％、抗分散劑2％-5％、減水劑1％-4％、環(huán)氧樹脂1.5％-％5、絮凝劑5％-8％，所述磁性漿液與固化劑混合固化時間范圍為20s-50s。

16、更進一步的，所述磁性光敏樹脂中磁粉占質量份的20%-30%，樹脂占質量份的70%-80%。

17、本發(fā)明有如下有益效果：

18、1.本發(fā)明的磁性漿液由混凝土，水，減水劑，絮凝劑，環(huán)氧樹脂，磁粉，抗分散劑混合而成，多種材料混合而成的磁性漿液起目的在于：使得磁性漿液在水下不易分散，修復的結構更加堅固，流動性好，容易從3d打印機的噴嘴中流出，做出的結構更加精準；

19、2.本發(fā)明的磁性光敏樹脂由磁粉和光敏樹脂混合而成，其目的在于：使得光敏樹脂富有磁性，更便于向磁點吸引；

20、3.本發(fā)明通過真空打印填充裂縫，其目的在于：通過對裂縫內部進行抽真空，將裂縫內部的空氣和水分抽走，特別是對于內部的微小裂縫，從而減少打印填充過程中所受的阻力作用；在真空作用下裂縫與外部環(huán)境間會產(chǎn)生一個負壓作用，為漿液提供更大的滲透力，實現(xiàn)對微小裂縫和裂縫內部得到充分填充，使得對水下結構裂縫修補達到更好的工程效果；

21、4.本發(fā)明通過調節(jié)主體承重框架中伸縮桿的高度調整3d打印機的傾斜程度，并且通過裂縫中的磁點引導噴嘴移動來實現(xiàn)不同位置、不同傾角的裂縫注漿修復實驗，降低實施難度和加快進度；

22、5.本發(fā)明自主設計的真空罩結構，采用透明亞克力板材料制作，不僅保證了裝置強度穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)打印可視化研究，便于觀察打印過程中漿液的滲流情況；

23、6.本發(fā)明通過觀察真空壓力表的示數(shù)確定裂縫內部的真空度，實現(xiàn)不同真空度作用下裂隙注漿實驗，提升實驗結果的準確性和確定不同裂隙真空注漿所需的真空度；

24、7.本發(fā)明裝置易制作，操作簡單、成本低，在工程中具有廣泛的實踐意義和應用前景。

技術特征：

1.一種基于3d打印機修復水下結構的裝置，其特征在于：包括主體承重框架（1），所述主體承重框架（1）一側設有伸縮桿件（2），所述伸縮桿件（2）另一端與用于固定裝置的吸盤（3）相連，所述主體承重框架（1）內腔設有3d打印機（4），所述3d打印機（4）輸出端設有多個噴嘴（5），所述3d打印機（4）物料輸入端與注漿設備（6）輸出端通過注漿管（7）相連，所述注漿設備（6）與真空泵（8）相連，所述主體承重框架（1）一側設有照明設備（9）。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置，其特征在于：所述主體承重框架（1）包括支撐框架（1.1）和真空罩（1.2）組成，所述真空罩（1.2）的尺寸與3d打印機（4）相同，所述真空罩（1.2）與3d打印機（4）之間設有一層硅膠墊層，在真空罩（1.2）上部預留有供注漿管（7）通過的注漿孔（1.2.1）。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置，其特征在于：所述支撐框架（1.1）由不銹鋼材料制成，所述真空罩（1.2）由亞克力透明板制成，所述注漿孔（1.2.1）孔口處設有一圈橡膠密封層。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置，其特征在于：所述噴嘴（5）包括磁環(huán)（5.1），雙孔注漿設備（5.2）和納米隔離層（5.3），所述磁環(huán)（5.1）以環(huán)繞的形式設置在噴嘴（5）上，所述雙孔注漿設備（5.2）設置在噴嘴（5）里面，所述雙孔注漿設備（5.2）輸出端設置在噴嘴（5）輸出端部，所述納米隔離層（5.3）設置在磁環(huán)（5.1）下方。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置，其特征在于：所述磁環(huán)（5.1）還設有與之配套的磁塊（5.4），所述磁塊（5.4）用于施工時設置在所需修復結構處。

6.一種權利要求1至5任一項所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置的操作方法，其特征在于：它包括以下步驟：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置的操作方法，其特征在于：所述step3中在有光照可視條件下，一個噴嘴（5）噴射所述磁性漿液（10），另一個噴嘴（5）則噴射固化劑（12）；在黑暗環(huán)境下，一個噴嘴（5）用于噴射磁性漿液（10），另外一個噴嘴（5）則用于噴射磁性光敏樹脂（11），并將照明設備（9）打開。

8.根據(jù)權利要求6所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置的操作方法，其特征在于：所述step4中，在有光照可視條件下，將噴射固化劑（12）和磁性漿液（10）的噴嘴（5）靠近裂縫的磁塊（5.4），并沿著設置磁塊（5.4）逐步打印修復；在黑暗環(huán)境下，將噴射磁性光敏樹脂（11）和磁性漿液（10）的噴嘴（5）靠近裂縫的磁塊（5.4），并打開照明設備（9），噴嘴（5）沿著設置的磁塊（5.4）所移動。

9.根據(jù)權利要求6所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置的操作方法，其特征在于：所述磁性漿液（10）中混凝土水灰比0.35-0.5、重量份組成中磁粉含量20％-50％、抗分散劑2％-5％、減水劑1％-4％、環(huán)氧樹脂1.5％-％5、絮凝劑5％-8％，所述磁性漿液（10）與固化劑（12）混合固化時間范圍為20s-50s。

10.根據(jù)權利要求6所述的一種基于3d打印機修復水下結構的裝置的操作方法，其特征在于：所述磁性光敏樹脂（11）中磁粉占質量份的20%-30%，樹脂占質量份的70%-80%。

技術總結
本發(fā)明提供一種基于3D打印機修復水下結構的裝置，包括主體承重框架，所述主體承重框架一側設有伸縮桿件，所述伸縮桿件另一端與用于固定裝置的吸盤相連，所述主體承重框架內腔設有3D打印機，所述3D打印機輸出端設有多個噴嘴，所述3D打印機物料輸入端與注漿設備輸出端通過注漿管相連，所述注漿設備與真空泵相連，所述主體承重框架一側設有照明設備。本發(fā)明裝置易制作，操作簡單、成本低，在工程中具有廣泛的實踐意義和應用前景。

技術研發(fā)人員：劉杰,賈皓然,龍逸格,黎照,劉紫薇,孫坤,蔡銘陽,喬治存,李國陽,王天生,彭勃,高晨鵬,王亞磊,鮑曉鵬
受保護的技術使用者：三峽大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10