中国农业大学水院邱流潮教授课题组在水工智能建造研究方面取得进展

我校水利与土木工程学院邱流潮教授课题组在工程材料领域国际权威期刊《结构与建筑材料》( Construction and Building Materials ) 上发表了题为《陆上和水下3D混凝土打印：可建造性和层间粘结性的比较研究》（ 3D concrete printing in air and under water: a comparative study on the buildability and interlayer adhesion ）的研究论文。开展了陆上和水下原位3D混凝土打印的可建造性和层间粘结性的比较研究，揭示了水下3D混凝土打印可建造性提升以及层间黏结性劣化机理。

随着陆地资源紧缺以及生态水利建设需要，水下建造成为海洋新能源开发及生态修复的必经之路。传统水下混凝土施工方法，如导管法、水下泵送法等，通常存在施工周期长、施工成本高、精度控制难度大等问题，尤其是水流冲刷、混凝土离析和材料浪费等因素严重影响施工质量和效率。近年来，随着3D打印技术的不断发展，水下3D打印混凝土成为一种创新性解决方案，具有广泛应用前景，譬如，海洋人工珊瑚礁建造、海底管道修复以及海底抽水蓄能电站建造（图1）、沿海基础设施加固和桥梁修复等。因3D打印混凝土免模板施工、高度机械化、数字化精度管控，可降低建造成本高达60%左右，同时显著提升结构智能建造水平，促进建筑结构施工一体化。水下3D混凝土打印技术的应用将使得水工建筑进入智能化建造时代。

图1 水下3D打印混凝土应用:人工珊瑚礁 (左)、海底管道修复(中)、海底抽水蓄能电站(右)

3D打印作为第三次工业革命的重要标志，广泛应用于各个研究领域，成为改变未来的创造性技术。近年来，国内外陆上混凝土3D打印研究可谓如火如荼，但迄今为止，水下3D 打印混凝土的研究却鲜见报道，这是因为水下3D打印混凝土研究的理论涉及材料科学、流体力学、界面化学、3D打印技术原理和结构工程理论等，属于典型的交叉科学研究，十分具有挑战性。我校水利与土木工程学院邱流潮教授课题组，基于自行设计和加工的水下混凝土3D打印机（图2）开展了系列基础研究，取得了一些初步成果。

图2 水下混凝土3D打印机 (左)，水下3D打印混凝土X-CT测试 (右)

主要相关研究成果还包括在工程材料领域权威期刊《结构与建筑材料》( Construction and Building Materials ) 上发表的学术论文《抗冲刷混凝土在水下坍流度的实验研究》（ Experimental study on the slump-flow underwater for anti-washout concrete ）以及在工程技术领域权威期刊《建筑工程学报》( Journal of Building Engineering )上发表的学术论文《水下3D打印混凝土的力学性能与微观特性影响因素》（ Influential factors on mechanical properties and microscopic characteristics of underwater 3D printing concrete ）。

上述研究工作的第一完成单位为中国农业大学，合作单位包括交通运输部天津水运工程科学研究院以及中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室等。我校水利与土木工程学2019级博士研究生王洋同学为论文第一作者，目前王洋博士已入职交通运输部天津水运工程科学研究院进一步开展面向深海水下智能建造的混凝土3D打印技术研究，我校水利与土木工程学院邱流潮教授为唯一通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金(12172377, 11772351, 52001149, 52039005)以及国家重点研发计划(2022YFE0104500) 等项目的资助。