用于三维混凝土表面的方法和模板装置与流程

本发明涉及制造一个或多个混凝土结构。

背景技术：

混凝土是最耐用的建筑材料之一。此外，混凝土作为可设置的建筑材料，其提供高水平的设计灵活性。混凝土结构可以具有许多不同的形状，混凝土结构的形状由模板内侧的铸造表面限定，混凝土浇筑至该模板以形成混凝土结构。有几种方法可以影响混凝土结构的外观。例如，混凝土的基本材料、即水泥、水和骨料、及它们的比例数量、以及在混凝土混合物制备期间添加的可能的外加剂、添加剂、有色颜料等中每一这均对表面的外观如颜色有影响。此外，应用于已固化的混凝土结构或在混凝土正在固化时应用的不同表面处理方法产生不同的表面纹理。另外，混凝土被浇筑至模板所抵靠的表面可以设置有不同的三维形状、或结构化的材料、如us5330694中公开的图案转移垫、以形成用于混凝土结构的三维表面。

技术实现要素：

本发明的总体方面是提供一种通过使用刚性模板、辅助模板和非刚性片材来获得混凝土结构的三维混凝土表面的方法，非刚性片材用于放置在浇筑至刚性模板的混凝土的上表面和辅助模板之间，之后将辅助模板与片材一起至少部分地推压至混凝土中。辅助模板与片材一起为混凝土结构表面的轮廓和/或结构提供了多种可能性。因此，可以形成并且易于制造出具有提供不同视觉特征、听觉特征和/或触觉特征的表面的混凝土结构。

本发明以方法和模板装置来限定，其特征在于独立权利要求中所述的内容。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地描述示例性实施例，其中：

图1和图2示出了示例性的模板装置；

图3a和图3b示出了示例性模板装置的鸟瞰图；

图4是示出示例性功能的流程图；

图5是示出示例性紧固工具的框图；以及

图6和图7是示出示例性功能的流程图。

具体实施方式

以下实施例是示例性的。虽然说明书可能在一些位置中提及“一”、“一个”或“一些”实施例，但这并不一定意味着每次这样提及均针对相同的实施例，或者特征仅适用于单一实施例。应该广义地解释所有词语和表达，并且所有词语和表达旨在说明而不是限制实施例。不同实施例的单个特征还可以进行组合以提供其他实施例。此外，词语“包含”和“包括”应当被理解为不将所描述的实施例限制为仅由提到的那些特征组成，并且这些实施例还可以包含未具体提及的特征/结构。

本发明适用于任何预制混凝土元件(结构)和任何使用模板的现浇混凝土结构的制造过程，在使用模板的现浇混凝土结构中，浇筑至模板的混凝土的至少部分上表面未被模板覆盖。以下使用具有敞开上表面的模板—即浇筑至模板的混凝土的上表面完全未被模板覆盖—描述了不同示例，但不将这些示例限制为这样的解决方案。对于本领域技术人员而言，将这些示例实施为混凝土的上表面也部分地被模板覆盖的解决方案是简单的解决方案；这些示例也适用于未被模板覆盖的部分。另外，混凝土在本文是指包含作为原料的至少骨料、诸如水泥之类的粘合剂材料的糊状物、以及水的任何混合物，当原料混合在一起时，该混合物为流体/可浇筑至模板，但是随着时间的推移，该混合物硬化(固化)。非限制性示例包括常规混凝土、轻质混凝土、微粒混凝土、纤维增强混凝土、型钢混凝土和自密实混凝土。

图1和图2示出了示例性模板装置的横截面，图1为形成3维上浇筑表面之前，图2为形成3维上浇筑表面之后。应该理解的是，上浇筑表面在这里是指在浇筑混凝土之后处于上部位置的表面，但在混凝土结构处于使用状态的时候，上浇筑表面可以是混凝土结构的侧部表面、上部表面或底部表面。

图1中示出了在混凝土140刚刚被浇筑至刚性模板110的情况下的示例性的模板设置100，模板110和混凝土由非刚性片材(膜片)120覆盖，并且辅助模板130用于放置在片材120上。

在所示的示例中，刚性模板110包括框架、即由侧壁111和111'示出的框架部分、以及底部112、即底部部分。模板110、也称为模具或模架、限定一空间，混凝土被浇筑到该空间内，并且除了混凝土结构的形状之外，模板110还影响混凝土结构的面对模板110的表面。这种表面可以称为铸造表面。为了将浇筑的生(新拌)混凝土保持在模板110内，框架需要是封闭的框架，并且为了保持预期的形状，模板110需要是刚性的。术语“刚性”在本文中表示按预期保持模板的形状的性能。这意味着如果计划使浇筑引起形状的一些变形—在织物模板的情况下即是如此，则允许发生变形，但不允许发生任何非预期的形状的变形。模板110的另一示例包括扁平形式的铸件。扁平形式的铸件可用于混凝土结构，而无论混凝土结构的尺寸如何并且无论混凝土结构的最终架设方向如何。例如，混凝土壁元件、地板元件、柱和梁、铺砌元件、家具用混凝土结构等可以使用扁平形式的铸件而制造。

尽管在图1中，模板110的框架和底部集成在一起，但情况不一定如此；框架和底部可以彼此分离开，并且可以由不同的材料形成。模板110、或模板的可移除部分、可仅包括框架；底部部分可以是诸如薄壳板坯、或复合钢板坯之类的任意板坯，或者不会被移除的任何材料、即作为混凝土结构的一部分保留或在成品中保留在混凝土结构下方。当将混凝土浇筑为与土壤表面直接接触时，模板110可仅包括框架。

尽管在图1和图2示出的示例中，底部部分112是平坦的(扁平的)，但情况不一定如此。对模板的材料和形状没有限制，只要模板、即至少底部部分—如果存在的话—和框架部分、具有用以承载由混凝土及其浇筑所产生的载荷、并且不使模板的形状在辅助模板与片材一起被推压至混凝土中的情况下改变的足够的刚性—下面将详细描述这一点，并且模板110的形状具有上部开口以用以至少容纳辅助模板的片材接触部分和移位的混凝土。例如，在将混凝土140浇筑至模板之前，模板110的面对混凝土的内表面或模板110的部分内表面可以由将3维结构形成到混凝土表面或将其他种类的精加工形成到混凝土表面的任何物体覆盖。例如，可以使用图案垫、用于带图形的混凝土的箔片等。将提供3维表面的模板110与借助于片材120和辅助模板130产生的3维表面相结合，可以制造出在固化后至少在相对的侧面上具有三维表面而不需要附加的表面精加工的混凝土结构、如墙壁。

非刚性片材120可以由任何材料制成，该材料允许接受从如图1中所示的将非刚性片材铺设为用以覆盖混凝土的上表面的形状成形为可以包括一个或多个弯曲部分和/或一个或多个双曲部分和/或一个或多个直型部分的三维形状。三维形状的一个示例是图2中所示的弯曲状形状。非刚性片材120优选地由塑料的或弹性的柔性/可延展材料制成。如果非刚性片材是一次性使用的片材，则其可以由塑料材料或弹性材料制成，而可重复使用的非刚性片材可以由弹性材料制成。然而，如果在推压辅助模板之前，片材120比混凝土140的上表面的面对片材120的区域大出足够多，则甚至可以使用非柔性/无延展性材料。在这种情况下，由无延展性材料制成的片材在图1所示的状况下处于折叠(或类似折叠)状态，并且在图2所示的状况下处于非折叠(光滑的/少褶皱)状态。

片材材料的最低先决条件包括其强度(抗张力或抗拉伸断裂力的能力)对于变形而言足够大，使得由辅助模板130的向下运动引起的、使片材—或更准确的说、与辅助模板接触的片材部分—拉伸的张力以及使片材—或更准确的说、未与辅助模板接触的片材部分—拉伸的移位混凝土的向下和向上及侧向运动不会使片材120断裂。所引起的张力、以及因此所需的最小强度、取决于混凝土的特征和三维结构的特征，而三维结构的特征又取决于辅助模板的底部部分设计以及辅助模板与片材一起被推压至混凝土内的深度。混凝土的特征取决于所选择的混凝土类型、其和易性(workability)(塑性)、将允许其固化的时间等。此外，混凝土中使用的骨料的粒度和粗度、以及混凝土批量大小可能影响所需的最小强度。例如，与混凝土批量大小小于在将片材放置在模板的上部水平的情况下由模板110的内侧限定的浇筑体积的状况相比，如果使用混凝土将模板110填充到其上部水平处(满到将要溢出)，对片材120造成的张力可能更大。当然，如果、甚至在片材120不再拉伸、并且因此不向混凝土140提供空间之后、通过推压辅助模板110来形成表面，则片材120必须具有足够的强度以在拉伸状态下承载由混凝土抵靠片材120而压紧引起的力。应该理解的是，用于织物构架的任何织物都可以用作片材，但由于强度要求不同，例如，不需要片材承载所浇筑的混凝土的重量，所以也可以使用不适合织物构架的织物。

在将片材直接地或间接地紧固到模板和/或紧固到辅助模板的实现方案中，片材必须是可紧固的。

片材的影响三维表面的形状的一个特征是片材的厚度：片材越薄，其越紧密地贴合辅助模板的底部部分的在推压期间与片材接触的部分的形状。

片材材料的水及空气的渗透性影响混凝土结构的完成表面，例如影响气泡(空隙、水泡、气孔)的量并且该表面附近的水灰比。通过适当选择片材材料、混凝土特征、辅助模板的底部部分设计和推压深度，可以获得没有可见空隙的光滑表面。此外，通过片材材料的合适的透水性，表面精加工流体、例如表面缓凝剂或混合有水的有色颜料、例如通过在推压辅助模板之前将它们添加到辅助模板的底部部分中的特定位置、或者通过将它们添加到在推压期间形成到片材上的腔室中，可以渗透(经过)片材到达预期的位置。通过改变这些因素，将获得不同的表面外观。

面对混凝土140的片材表面120的纹理影响混凝土表面的纹理。这又增加了设计不同的混凝土表面纹理的可能性。当然，面对混凝土的片材表面可以如同其为模板中的表面一样而进行处理。例如，可以将包括用以形成带图形的混凝土的具有表面层缓凝剂的区域的特殊箔片放置在面对混凝土的片材表面上，或者放置在上混凝土表面上，之后将片材安装到新拌混凝土。其他示例包括使片材120具有一种或多种颜料燃料和/或镶嵌物和/或表面层缓凝剂。应该理解的是，可以使用任何使表面形成纹理的方法。

可以使用的片材材料的示例包括柔性非粘附型合成机织织物、如重量为65g/m²-70g/m²的聚酰胺(尼龙)和重量为110g/m²的双面涤纶布、以及柔性无纺布、如土工织物。用于片材的织物—织造的或非织造的—可包括合成纤维、天然纤维或它们两者。如果需要，可以用脱模剂对织物进行表面处理以确保织物不粘附到混凝土上。

尽管在图1和图2所示的示例中，片材120是实心的，但是片材可以包括具有相同或不同形状的一个或多个孔(孔隙)。这进一步增强了外观设计可能性。增强外观设计可能性的又一特征是片材材料的“拉伸性”比值；如果该比值为一，则片材材料在每个方向上均等地拉伸，如果该比值小于一或大于一，则片材在不同方向上以不同的程度拉伸。

也可以使用具有相同或不同特征的两个或多个片材，而不是图1和图2中所示的一个片材。两个或多个片材可以一起形成一种共同地覆盖混凝土的整个上表面(未由模板覆盖)的“组合片材”，除非另有说明，本文中术语“片材”也涵盖“组合片材”。两个或多个片材中的一个片材或多个片材可以是“附加片材”、即放置在另一片材上的片材。附加片材可以小于其上放置有该附加片材的片材，并且例如可以将附加片材放置成使得辅助模板的片材接触部分的仅一定比例的部分与附加片材接触。以这种方式获得的具有不同的片材厚度产生了混凝土表面的形状的进一步的变化。

辅助模板130可由具有足以引起混凝土140移位的强度的任何材料制成，因此所需的强度取决于混凝土特性、如其稠度系数或稠度值、也称为和易性。优选地，该材料在辅助模板、或更确切地说、辅助模板的部分、与水接触的情况下不会软化。此外，辅助模板130需要承受其所接触到的推压力。然而，在混凝土的高坍落度混合料的情况下，该推压力可以仅为辅助模板的重力和重量。除此之外，为了避免混凝土表面的非计划着色，材料应该是防串色的。

辅助模板130可以为单件式的，如图3a中的鸟瞰图所示，或者包括两件或多件，如图3b中的鸟瞰图所示。更确切的说，假设辅助模板130的面对片材表面、或至少在辅助模板被推压至其最终位置的情况下的片材接触部分具有图1和图2的示例中所示的形状，三个突起131a、131b和131c通过图3a的示例中的板和图3b的示例中的杆130'彼此连接。

辅助模板130的面对片材表面可包括一个或多个突起131a、131b、131c、如图1和图2所示、和/或一个或多个凹部(图1和图2中未示出)，每个突起/凹部均具有任何外不延伸长度/内部深度和形状且彼此独立。当然，面对片材的表面(辅助模板130的面对片材表面)可以是光滑的。换句话说，对辅助模板130的面对片材表面的形状没有限制。然而，辅助模板的涉及片材接触部分的任何尺寸必须使得可以将辅助模板与片材一起推压至混凝土中。因此，与辅助模板130的形状相关的唯一限制是对其大小的限制：片材接触部分的横切面积应小于由该片材覆盖或可由该片材覆盖的混凝土上表面的横切面积，并且片材接触部分的每个横切尺寸均应小于由该片材覆盖或可由该片材覆盖的混凝土上表面的对应尺寸。换句话说，由图3a和图3b中的矩形111a描绘的、由模板的上部内表面限定的区域必须大于辅助模板130的接触区域，使得存在一个或多个无辅助模板区域350、350'、350”以用于片材向上延伸(拉伸)进而以容纳被移位的混凝土，并且图3b中的突起131a和131c的较长边的长度必须小于框架的较短侧壁的长度。在其他情况下，辅助模板130可以自由地成形，使得当处于最终推压位置时，片材接触部分与片材一起将所需的三维表面或三维图形形成到混凝土表面上。当然，当设计所需的混凝土表面时，必须考虑也适用于常规制造的表面的不同要求，例如加固钢筋与表面的最小距离。

此外，尽管在图3a和图3b中辅助模板的上部部分也小于模板的上部内表面，但情况不一定如此。对上部部分的大小没有限制。例如，上部部分可以定尺寸为使得其与模板具有相同大小、或者其甚至可以更大。

辅助模板130可以用于制造单个混凝土结构，或者其可以重复地使用以用于制造类似的或实际上相同的混凝土结构，这取决于刚性模板110的形状，以及与辅助模板一起使用的片材120的可重用性，并且当然取决于推压深度(在其他因素保持相同的情况下，不同深度会产生另一种结构)。

图4和图6示出了用于制造阶段的可替代功能，图7示出了制造的不同阶段：图4和图6描述了“添加”阶段，图7描述了“移除”阶段。

在图4所示的示例中，假设初步准备、包括对待与混凝土相对的表面的可能的表面处理以及对模板或模板的上部部分的防溅保护、如果需要的话、已经完成。

参照图4，在将新拌混凝土于步骤401中浇筑至用于混凝土结构的模板、并可能使其振动或以其他方式处理之后，在步骤402中将已选定用于混凝土结构的片材铺设(安装、展开)成覆盖混凝土的上表面，并且在步骤403中将片材紧固到模板上。有几种方法可以进行铺设和紧固。例如，片材可以在混凝土的整个上表面以及限制混凝土的未由模板覆盖的上表面区域的整个模板部分上滚动，然后通过保持片材的紧固工具将片材—其端部部分可以悬垂在框架的外表面上—紧固到模板上。紧固工具的示例包括带、带有紧定器的绳索和铆钉。应该理解的是，能够将片材保持在其就位位置的任何紧固工具使得在推压(步骤405)期间不会发生非计划的混凝土流至模板之外。在另一示例中，片材紧固到构架(机架/骨架)上，该构架被定尺寸成配装于混凝土的未被模板覆盖的上表面区域的内侧或模板的外侧，并且通过将构架放置和紧固—如果需要的话单独地进行—到模板，片材被铺设为覆盖混凝土的上表面并紧固到模板上。图5中示出了又一示例，其中，在已浇筑混凝土140并且将片材铺设成覆盖混凝土之后，诸如梁木(balk)或托梁之类的紧固工具550附接到模板的侧壁111，并且片材至少在侧壁111和紧固工具之间延伸。可以使用例如螺钉或螺栓将紧固工具添加到模板上。

然后在步骤404中，将辅助模板放置在片材上的预定位置上，使得待形成的形状将根据最终的混凝土结构的设计而形成。应当理解的是，如果将片材紧固到构架，并且该构架同样是用于辅助模板的支撑构架、并且/或者以其他方式连接到辅助模板，使得构架可与片材和辅助模板一起放置在混凝土浇筑物的上表面上/上方，则步骤404与步骤402和403结合，即将构架、片材和辅助模板全部一体地放置成覆盖混凝土浇筑物的上表面。

当将辅助模板放置(步骤404)在片材上时，将在步骤405中沿推压方向、朝向模板推压辅助模板。在使用图1和图2中所示的示例的情况下，将朝向模板的底部表面推压辅助模板。换句话说，在图1和图2的示例中，辅助模板的推压方向是竖直的，即，在辅助模板触碰片材之前该推压方向与由片材限定的平面的夹角为90度。然而，可以使用任何其他推压方向角，只要在辅助模板与片材一起被推压至混凝土中的情况下引起混凝土的移位。

参照图5，假设辅助模板的上表面的大小和形状使得当辅助模板处于其预期位置时至少部分上表面将与模板的框架搭接，通过根据辅助模板的预期推压深度和尺寸而对紧固工具550进行定尺寸，紧固工具也可以用作用于辅助模板的预定推压位置的引导工具：当辅助模板触碰紧固工具的上部部分时，到达预期位置。

推压可以立即进行、即对新拌混凝土进行，或者稍后对已经充分固化的混凝土进行，例如固化了预定时间的混凝土或以其他方式、如当前用于针对人工表面精加工来确定混凝土何时充分固化的那些方式、确定为已经充分固化的混凝土。此外，可以以分步进行的方式进行推压。例如，在使用图1和图2中所示的辅助模板的情况下，可以向下推压辅助模板，使得由131a和131c表示的突起将随着对应的片材部分进入混凝土而引起混凝土的移位，但在由131b表示的突起将与片材一起进入混凝土之前停止推压；并且在预定时间之后，继续推压，使得辅助模板将与片材一起达到其在混凝土中的预期穿透深度。

推压辅助模具引起混凝土移位：辅助模具的片材接触部分和片材的对应部分将混凝土推开以为其自身留出空间。当然，这在与辅助模板接触的片材部分进入混凝土时拉伸该片材部分或至少对该片材部分产生拉伸力。此外，移位的混凝土拉伸未与辅助模板接触的片材部分或至少对该片材部分产生拉伸力，上述拉伸或拉伸力的方向与推压方向相反。基本上可以说，片材的一部分由辅助模板向下推动，并且片材的一部分通过由移位的混凝土引起的压力而被向上推动并且抵靠混凝土而被推压(拉紧)，从而将弯曲状的形状形成到对应的混凝土表面上。

如果片材由水和空气可渗透的材料制成，在片材抵靠混凝土而拉紧时，例如在图2所示的状况下、其中混凝土140的上表面压靠片材120，上升到混凝土140的上表面的气泡和水被挤压穿过片材120，从而产生如上所述的更紧缩、更光滑、更高质量的混凝土表面。这具有以下优点：可以在不进行任何进一步的表面精加工、或仅通过最少量的表面精加工的情况下使用混凝土结构，从而减少制造所需的时间，并且提高生产率。

图6示出了与图4相同的阶段，但是用于下述解决方案，其中，混凝土的未被模板覆盖的上部部分的仅一部分设计成具有三维结构，例如，其他部分具有常规结构。

参照图6，在将新拌混凝土于步骤601中浇筑至用于混凝土结构的模板、并可能使其振动或以其他方式处理之后，在步骤602中，将选定的片材和辅助模板放置在混凝土浇筑物的上表面上方的预期位置处，使得片材位于辅助模板和混凝土之间。片材可以单独地进行更换，或者与辅助模板一起更换，并且片材可以紧固到辅助模板的待与片材一起进入混凝土中的部分。在已经放置好片材和辅助模板之后，过程就与图4中相同，即在步骤603中沿推压方向、朝向模板推压辅助模板，步骤603对应于图4中的步骤405。

参照图7，在将辅助模板推压至其预期位置中之后，使混凝土固化(步骤701：否)。根据所设计的表面外观，可以在触碰模板装置之前使混凝土完全地或部分地固化。在混凝土充分固化之后(步骤701：是)，在步骤702中移除辅助模板。应当理解的是，可以使用任何移除方法。例如，可以通过将辅助模板提起或逐件地移除来移除辅助模板。例如，在使用图3b中所示的结构时，每个突起均可以以彼此独立的方式而移除。这有助于形成所谓的底切形状。也可以以分步进行的方式进行移除。根据固化阶段，辅助模板的移除可能影响或者可能不影响迫使混凝土压靠片材所用的压力。

在图7所示的示例中，片材并未处于与辅助模板一体地移动的机架中。因此，当移除辅助模板时，在步骤703中检查是否需要在移除辅助模板时移除片材。如果是(步骤703：是)，则在步骤704中将片材与辅助模板同时移除。如果不是(步骤703：否)，则等待直至移除片材的时间到来(步骤703：是)，并且将片材移除。例如，片材可以用作用于仅在混凝土结构被架设之后移除的运输盖片。另一示例包括在混凝土部分地固化时移除辅助模板，以及在混凝土固化、或者至少比移除辅助模板时更加固化时移除片材。

当然，在将片材移除之后，混凝土表面可以进行进一步的精加工、如抛光、喷砂、涂漆等、以进一步影响外观。

尽管在上面的示例中假设向下推压辅助模板，但是应该理解的是，可以通过移动模板、例如通过朝向固定的辅助模板提升模板、而将辅助模板与片材一起推压至混凝土中。

尽管在上面的示例中假设针对一个混凝土结构/一个混凝土上表面使用一个辅助模板，但是应该理解的是，可以使用两个或多个单独的辅助模板，并以相同的方式或通过不同的方式将它们推压至一个未被模板覆盖的混凝土上表面。

从上面可以明显看出，辅助模板、其面对片材表面的设计、推压角度和从由片材限定的平面朝向新拌混凝土的底部表面测量得出的推压深度、推压方法、选定的片材材料、或者更确切地说、选定的片材材料特征、辅助模板的移除时间和移除方法、片材的移除时间、可能的片材处理、和新拌混凝土的特征、以及用于混凝土混合物的材料中每一者均对混凝土表面的外观产生影响，并且因此实际上为设计和制造三维结构提供了无限的可能性。因此，可以设计出具有通用的触觉特征和/或声学特征和/或视觉特征的混凝土结构。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上面描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。