复合材料加快混凝土立面制作

今天建造的每一栋多层建筑都需要一个立面。源自法语词 façade ，反过来又来自意大利语facciata ，意思是“脸”。简而言之，立面是外部的、面向公众的结构，赋予建筑物其特征、颜色和形状。对于建筑师来说，立面为建筑的其余部分定下了基调，并充分说明了设计师的建筑意图。

立面也是功能性的。它提供了围绕门窗的结构，保护建筑物免受天气和影响，并影响建筑物的能源效率。立面可以由多种材料建造，包括复合材料、石材、钢材、玻璃或混凝土。立面中的混凝土凭借其可成型性，可用于赋予建筑物高度立体感和视觉冲击力的外观，尤其是在混凝土形状变化的情况下。

糖为王

多米诺公园就是这种情况，这是一个 11 英亩的重建项目，位于美国纽约布鲁克林威廉斯堡海滨。多米诺公园的中心是拥有 138 年历史的多米诺糖精炼厂，该厂于 2004 年关闭，目前正在翻新作为办公和零售空间。多米诺公园的一部分包括几座新建筑，包括 45 层的 One South First 和连体的 10 Grand。对于这些建筑，建筑师 COOKFOX（纽约州纽约市）决定使用具有多个表面角度、多个窗框形状和多个窗框宽度的混凝土立面，从远处松散地传达一种糖结晶感，在与网站的历史保持一致。

Gate Precast Co.（美国佛罗里达州杰克逊维尔）赢得了为 One South First 项目建造混凝土立面（基本上是一系列窗框）的合同。该公司将按照混凝土外墙的典型做法，在自己的设施中制造框架，然后将完成的框架运送到工作现场，在那里它们将通过起重机吊起安装到位。如果盖特决定遵循传统，它会建造木制模具来塑造所有的混凝土框架。然而，盖特决定不遵循传统。

要了解这一点，请回到 2017 年，当时 Gate 与预制/预应力混凝土研究所（美国伊利诺伊州芝加哥市 PCI）和橡树岭国家实验室（美国田纳西州橡树岭市 ORNL）合作进行了初步评估使用大幅面增材制造来构建用于厂内预制混凝土成型的复合模具。该评估是使用 ORNL 的 BAAM（大面积增材制造）机器完成的。 BAAM 是一种大型增材制造机器，具有 25 平方米的构建围护结构，由 ORNL 和 Cincinnati Inc.（美国俄亥俄州哈里森）Gate 共同开发，致力于为 One South First 立面构建复合模具。该项目总共需要 80 个模具，其中 37 个将被打印。剩下的 43 个将由木头制成。做出此决定时，模具交付的时间紧迫。

2016 年，Additive Engineering Solutions（AES，阿克伦，俄亥俄州）从辛辛那提公司购买了第一台 BAAM 机器。因此，ORNL 和 Gate Precast 转向 AES 寻求帮助。 AES 的副总裁兼联合创始人 Andrew Bader 说，他的公司和 ORNL 将工作包分开，AES 生产了 37 个模具中的 18 个。 Bader 说，每个窗框模具大约 5-6 英尺宽、9-10 英尺高、16 英寸深，重约 500 磅。

Bader 说模具的几何结构内部相对简单，因为它们旨在生产围绕矩形窗户的框架。然而，如前所述，框架外表面的设计更为复杂，每个模具都具有不同的深度和角度。一种印刷形式取代了由许多单独切割的木片钉在一起组成的木头形式。 “几何形状很简单，但很复杂，”巴德说。 “该项目需要几种独特的框架设计，具体取决于框架位置。”

在其部分生产中，AES 选择了 LNP THERMOCOMP AM 化合物，这是一种基于 ABS 的高模量、低翘曲材料，由 SABIC（美国德克萨斯州休斯顿）提供，其中含有 20% 短切碳纤维增强材料。 Bader 说 BAAM 机器需要 8-10 个小时来构建每个整体模具，然后在 Quintax（美国俄亥俄州斯托市）CNC 机器上进行 4-8 小时的加工和精加工。他报告说，模具被打磨到所需的尺寸，但没有密封。

制作窗框

这些模具被运送到 Gate 在美国肯塔基州温彻斯特的工厂，在那里它们与 Gate 为该项目建造的 43 个传统木模具一起使用。木模由 Gate 员工手工组装，然后涂上玻璃纤维垫和树脂涂层，并喷上成型油以促进成型混凝土框架的释放。复合模具上还喷了型油，以利于脱模。

为了进行混凝土浇筑，将多个模具放置在 40-50 英尺长的木浇注台上。模具组合在一起以生产单框架、双框架或三框架。钢筋放置在每个模具内，并在钢筋周围浇注混凝土。然后振动浇筑台以固结混凝土。固化 14-20 小时后，将窗框脱模、酸洗和抛光。然后，安装窗户，并用卡车将整个包裹运送到布鲁克林的建筑工地。

Bader 说 AES 复合模具与传统木模具一起工作，很快就显示了它们的优势。首先，他说，在必须停止使用、翻新或更换之前，木模只允许浇注 15-20 次混凝土。相反，AES 模具允许 200 次混凝土浇筑，而翻新或停机时间最少。巴德说，倒 200 次代表项目的结束，不是 模具使用寿命结束。 “这就是他们停下来的地方，”他说。 “如果我们的模具保养得当，我们认为它们可以使用成百上千次。”

此外，对于 150 次或更多浇注的使用，Gate 计算出需要多达 10 个木模才能满足一个 AES 模具的性能。另外，考虑到Gate生产一个木模需要40个工时，如果没有37个复合模具，公司也无法满足One South First项目的进度要求。

Bader 承认，AES 复合材料模具的成本是木模具的四倍，但耐用性至少是木模具的 10 倍。 “几十年来，预制模板的建造方式一直保持相对不变，”巴德断言。 “突然有一天，我们制作了 500 磅的 3D 表格，每个人都感到震惊。”也就是说，他承认增材制造此类模具是大多数 在具有复杂几何形状或高度重复的混凝土形式的应用中具有成本效益 - 多次使用相同的形式。

据 Bader 报道，AES 现在拥有并运营着四台 BAAM 机器，可以生产高达 8 英尺的零件。通过连接多个部件构建了更大的部件。