0 引言

建筑工业化与异形构件需求增长推动施工技术革新，3D打印混凝土凭借数字化成型优势，突破传统模板施工在异形结构造型、效率及成本上的局限，成为异形构件施工的创新方向。当前该技术在异形构件应用中，面临材料打印适配性不足、路径规划与构件形态匹配度低、全过程质量波动大等问题，影响工程可靠性与安全性。本文聚焦3D打印混凝土技术在异形构件施工中的核心应用环节与质量控制要点，构建适配施工体系与全流程质控方案，明确材料优化、参数调控及监测保障逻辑，为技术规范化应用提供理论支撑，助力异形构件施工提质增效与技术升级。

1 异形构件适配的3D打印混凝土施工体系构建

1.1 打印材料性能优化与适配性设计

针对异形构件复杂形态对成型稳定性的需求，聚焦打印混凝土核心性能优化方向。通过调整胶凝材料配比、骨料级配及外加剂掺量，提升材料流动性与黏聚性平衡，确保打印过程中兼具良好挤出性与凝结硬化速度，避免异形部位出现塌落、分层缺陷。重点优化材料早期力学性能，实现打印层间快速黏结，满足异形构件曲面、镂空等结构的承载需求，同时调控体积变形特性，减少收缩裂缝产生。结合异形构件服役环境，针对性强化材料抗渗、抗冻等耐久性能，通过正交试验确定不同异形场景下的最优材料配方，建立材料性能与构件形态、施工环境的适配关系，为异形构件精准打印提供基础材料保障^[1]。

1.2 异形构件打印路径规划与参数调控

基于异形构件三维模型特征，采用分层切片技术与路径优化算法，构建适配复杂形态的打印路径体系。针对曲面构件采用螺旋式或环形路径，保证成型表面光滑度；对镂空、悬挑结构合理规划支撑路径，兼顾成型稳定性与后期支撑去除便捷性。系统调控打印关键参数，打印速度根据构件曲率变化动态调整，曲率较大部位降低速度以保证成型精度；喷头高度与挤出量精准匹配，避免层间间隙或过度堆积。构建参数联动调控机制，关联打印速度、挤出压力、层厚与构件截面尺寸、形态复杂度，借助数值模拟预判成型效果，优化参数组合。通过协同匹配打印路径与参数，精准适配异形构件结构特征，解决复杂形态成型偏差问题，实现构件设计形态的精准复现，提升3D打印成型精度与结构一致性。 

1.3 施工设备协同与工艺流程标准化

围绕异形构件打印施工需求，构建多设备协同作业体系。优化3D打印设备机械结构，提升喷头运动灵活性与定位精度，适配异形构件多方向打印需求；配套搅拌输送设备实现材料连续稳定供给，结合材料凝结特性调控输送速度，避免堵管或材料性能衰减。制定标准化施工流程，明确打印前设备调试、模型校准、材料预处理等准备环节要求；打印过程中规范层间衔接时间、环境温湿度控制等操作要点；针对异形构件特殊部位设置专项施工流程，如边角部位强化处理、复杂节点分层打印策略等。建立施工过程质量追溯机制，记录设备运行参数、材料性能数据及施工操作细节，实现异形构件打印施工全流程规范化、可控化，提升施工效率与成型质量稳定性^[2]。

2 异形构件打印全过程质量控制体系

2.1 打印前材料性能与设备精度预控

打印前预控是异形构件质量根基，需从材料适配与设备校准双向发力。材料方面聚焦打印混凝土工作性能优化，通过调整胶凝材料配比、骨料级配及外加剂掺量，调控流动性与凝结时间，确保材料兼具挤出流畅性与层间黏结力，满足异形构件复杂成型需求，同时测试力学性能与耐久性基础指标，保障后续使用安全。设备层面针对3D打印机核心部件开展精度校准，重点调试喷头出料均匀性、运动轴定位精度及打印平台平整度，通过空程运行与试打印验证设备参数稳定性，排查喷头堵塞、运动偏移等潜在故障；同步核对数字化模型与构件尺寸参数，优化模型切片精度，避免数据误差导致成型偏差，构建材料与设备协同预控体系，从源头降低质量风险。

2.2 打印过程成型质量动态监测技术

打印过程动态监测聚焦异形构件成型关键环节，构建多维度实时监控体系。采用视觉监测技术追踪喷头运动轨迹与物料挤出状态，通过高清摄像头与图像识别算法，实时捕捉层间衔接缺陷、表面平整度偏差等问题，同步记录打印速度、层厚等参数与成型质量的关联数据。结合传感器技术布设应变片与湿度传感器，监测构件打印过程中的应力变化与湿度分布，预判裂缝产生风险，尤其针对异形构件曲率突变、悬臂结构等薄弱部位强化监测频次。建立数据实时分析反馈机制，一旦发现参数异常或质量缺陷，立即触发设备参数调整指令，实现打印速度、挤出量等参数的动态修正，确保异形构件复杂形态精准成型，提升过程质量管控的及时性与有效性^[3]。

2.3 打印后构件力学性能与耐久性保障

打印后养护与性能强化是保障异形构件长期稳定的关键。结合构件形态与环境条件制定定制化养护方案，采用覆膜保湿、蒸汽养护等方式控制环境温湿度，延长早期养护周期，促进水泥水化反应充分进行，提升层间黏结强度与整体力学性能，避免干燥收缩引发裂缝。开展力学性能专项检测，针对异形构件受力关键部位选取测试样本，通过抗压、抗拉及抗折试验验证强度达标情况，结合无损检测技术排查内部孔隙、缺陷等隐患。针对不同使用场景强化耐久性处理，采取表面防护涂层、渗透结晶型材料处理等措施，提升构件抗渗、抗冻及抗侵蚀能力，同时建立长期性能跟踪机制，监测使用过程中性能衰减规律，为异形构件全生命周期质量保障提供支撑。

3 结语

本文围绕3D打印混凝土技术在异形构件施工中的应用与质量控制展开系统研究，构建适配异形构件的施工体系与全流程质量控制框架。在施工体系层面，通过材料性能优化明确适配配方，经路径规划与参数调控实现复杂形态精准成型，依托设备协同与流程标准化提升施工稳定性。质量控制方面，建立打印前材料设备预控、过程动态监测、打印后性能保障的全链条体系，有效规避成型缺陷与性能风险。研究为技术规范化应用提供理论支撑，但仍存在极端环境适配性不足、长期性能数据积累有限等问题。未来需深化材料改性与智能监测技术融合，完善行业标准体系，推动技术在更多复杂工程场景中规模化应用，助力建筑工业化高质量发展。

参考文献

[1]吴贤风.浅析土木工程施工中混凝土施工技术[J/OL].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2023(9)[2023-09-01].

[2]周鑫华.混凝土3D打印装配式拱桥设计建造研究[D].:河北工业大学,2020.

[3]谭萍.BIM-3D打印技术在异形混凝土构件施工中的应用研究[D].:中北大学,2019.