护面块体的制作系统的制作方法

1.本实用新型属于防波堤工程领域，涉及防波堤与护岸工程结构断面人工块体，尤其涉及护面块体的制作系统。


背景技术：

2.防波堤与护岸工程保护沿海城镇、农田、盐场和岸滩，防止风暴潮的泛滥淹没，抵御波浪、水流的侵袭与淘刷的各种形式水工建筑结构工程，包括防波堤、护岸和保滩工程。防波堤与护岸断面型式及其尺寸的确定与当地水深、动力因素、地基特性、材料来源和施工条件等有关，防波堤与护岸可分为斜坡式和陡直立式两种主要型式，斜坡式是海岸和近海工程中常见的经典防护结构形式，发展历史悠久，可追溯到人类文明起源初期。
3.由于防波堤处于海域，风浪条件复杂，施工难度大，技术复杂，虽然学术界、工程界对其认识不断深化，但在防波堤建设过程中仍然面临很多复杂的问题，防波堤破坏事故时有发生。如近年日本岩手县釜石港、青岛造船厂、大连福佳大化、山东岚山港等防波堤、护岸工程的破坏等，而每一次破坏均造成极大的损失，给所掩护的水域、船舶、陆上设施及建筑物造成不同程度的伤害和经济损失。如何让防波堤与护岸工程破坏概率减小，以及破坏发生后，使防护工程破坏所造成的经济损失减少到最小。因此需要对防波堤、护岸工程开展事前预警，以及事后评估，由于波浪与海岸工程中的结构物相互作用的过程，是流体、固体和气体共同参与的能量传递过程，至今人们仍然无法对这一过程进行准确的描述，目前仍以波浪物理模型试验、数值模拟计算或现场观测试验手段，对方案的可行性和合理性进行验证，以上三种方法也是对海上结构物相互作用的常用的研究方法，对比数值模拟计算和现场观测，物理模型试验研究更经济、直观，且便于实现。
4.防护的人工护面块体是防波堤与护岸工程中常用的形式，主要用来衰减波浪并保护防波堤等结构主体的安全，现场人工护面块体材料可以是天然块石或人工浇筑的混凝土块体，而对于物理模型试验开展，需要考虑现场和模型间相似关系即几何尺寸相似、重力相似，同时需要也考虑制作方法可行性、经济性，以及强度和耐久性。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的问题是在于提供护面块体的制作系统，满足试验过程中的流量精度和工作效率，缩短模型试验周期，确保模型试验质量。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.制作护面块体的系统，包括试验工房，所述试验工房内设有块体制作区、办公区、原料储存区、制作工具存放区和测试处理区，所述办公区包括计算机间和3d打印间，计算机间用来设计护面块体的三维图，3d打印间用来打印护面块体，打印出来的护面块体作为块体阳模；所述原料储存区，用来存放制作护面块体的原材料，所述制作工作存放区，用来存放对应的工具，所述测试处理区，用来测试和进行防护块体的局部打磨细修及防锈处理。
8.进一步的，所述原料储存区和制作工具存放区均设置为多个独立的区域，用来存
放不同的物品，所述试验工房内设有保证室内恒温的温度调节装置，所述块体制作区包括多个制作工作平台。
9.进一步的，所述原料储存区包括原子灰区、第一固化剂区和第二固化剂区，用来存档对应的物品。
10.进一步的，所述制作工具存放区包括毛刷区、植物油区和油漆区，用来存放对应的物品。
11.进一步的，护面块体包括从上到下依次设置且连接的上块、中块和下块，所述上块的断面为倒置的梯形，所述下块的断面为梯形，所述上块和下块上下对应且对称设置，所述中块垂直于所述上块的侧面设置，所述中块相对所述上块的竖直中心面对称设置；
12.所述中块的断面为中间有直线段的菱形；
13.所述上块两端的侧面棱边设有倒角；所述中块两端的侧面棱边设有倒角；所述下块两端的侧面棱边设有倒角。
14.进一步的，采用3d打印而成，使用的打印材料为尼龙、pla、abs或tpu。
15.进一步的，3d打印机采用立体式喷嘴打印机。
16.与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下。
17.1、护面块体在制作的过程，通过绘制模型块体三维立体，然后由3d打印模型块体阳模、原子灰+固化剂制作阴模，再经填料、脱模、对标、完善等系列的工作，所完成的试验块体，可满足上述试验上相似性、制作可行性、省材料、经济性和使用耐久性的要求，体现出经济、耐久和重复使用，减小试验成本、加快试验进度，避免资源的浪费；
18.2、护面块体，成功在试验水槽和港池模型试验中得到应用，很好的完成研究项目中的试验目的，试验完成后，块体又可在后续其它工程项目稳定性试验中再次循环使用，满足节能环保要求，同时实用新型所配制新型材料的原材料市场容易购买，且价格便宜，块体的制作方法构思巧妙、易操作，这不仅提高了工作效率，也对工程稳定性试验模拟技术产生了实质性的提升，可在其它水工及河工模型类似试验中推广应用。
附图说明
19.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.附图1是本实用新型护面块体制作方法和使用工作流程图；
21.附图2是护面块体的制作系统的平面布置图；
22.附图3是护面块体的结构图；
23.附图4是护面块体阴模制作完成图；
24.附图5是护面块体使用和管理位置分布立面图。
25.附图标记：
26.1、试验工房；2、温度调节装置；3、办公区；31、计算机间；32、3d打印间；4、原料储存区；41、原子灰区；42、第一固化剂区；43、第二固化剂区；5、制作工具存放区；51、毛刷区；52、植物油区；53、油漆区；6、块体制作区；61、制作工作平台；7、测试处理区；71、样品测试间；72修复间；8、试验水槽；9、试验断面；10、块体清洗区；11、块体存放架；100、上块；200、中块；
300、下块；400、倒角。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
31.如图1～图5所示，本实用新型为护面块体包括，包括护面块体，包括从上到下依次设置且连接的上块100、中块200和下块300，上块100的断面为倒置的梯形，下块300 的断面为梯形，上块100和下块300上下对应且对称设置，中块200垂直于上块100的侧面设置，中块200相对上块100的竖直中心面对称设置；
32.中块200的断面为中间有直线段的菱形；
33.上块100两端的侧面棱边设有倒角400；中块200两端的侧面棱边设有倒角400；上块100两端的侧面棱边设有倒角400，设置倒角400。
34.优选地，采用3d打印而成，使用的打印材料为尼龙、pla、abs或tpu，其中3d打印机选择市场上常见的立体式喷嘴打印机，价格大多为1000～2000元之间，该类型3d 打印机很好的满足块体模具精度的要求，采用3d打印块体阳模。
35.制作护面块体的系统，包括试验工房，试验工房内设有块体制作区、办公区、原料储存区、制作工具存放区和测试处理区，办公区包括计算机间和3d打印间，计算机间用来设计护面块体的三维图，3d打印间用来打印护面块体，打印出来的护面块体作为块体阳模；原料储存区，用来存放制作护面块体的原材料，制作工作存放区，用来存放对应的工具，测试处理区，用来测试和进行防护块体的局部打磨细修及防锈处理。
36.优选地，原料储存区和制作工具存放区均设置为多个独立的区域，用来存放不同的物品，试验工房内设有保证室内恒温的温度调节装置，块体制作区包括多个制作工作平台。
37.进行模型块体制作部分时，整个工作流程为：块体制作前准备场地试验工房1，以及试验工房中的温度调节装置2和仪器的配置；然后根据工程设计图纸在办公区3的计算机
间31，按照试验场地(水槽、港池)大小和测量设备能力，确定相似试验比尺，再根据相似关系计算模型试验块体尺寸、重量；得到模型尺寸，通过autocad软件绘制试验块体三维立体图。再将块体三维立体图通过传送至3d打印机间32打出块体阳模，此时按照试验所需块体的数量，统计计算块体所用原材料量和相应的制作工具，并存放在原料存储区4货架，存放原子灰区41、第一固化剂区42、第二固化剂43，以及制作工具存放区5货架，毛刷区51存放毛刷等、植物油区52用来存放植物油，油漆区53用来存放油漆，按照所打印的块体阳模和原材料原子灰在块体制作区6的制作工作平台61开展块体阴模的制作，再利用制作出的块体阴模，以及参考表3结果按照不同条件选择原子灰与铁粉不同配制方案，配制材料搅拌成拌合料制作成块体样品，再利用量筒和电子秤在测试处理区内7的样品测试间71测量每个样品是否合格，合格后再次回到块体制作间的 4个工作平台开始正式块体生产，块体制作完成后在修复间72进行局部打磨细修缺陷等，并做喷色防锈处理工作，最后对整个试验工房进行卫生打扫，以及制作工具和剩余原材料的存储堆放工作。
38.进行块体使用部分时，首先在试验水槽8内摆放稳定性试验断面9，按照试验目的和试验内容，将采用不同颜色护面块体，按条状方式随机或者规则安放在试验断面上，随后向试验水槽内注入水至试验水位，开始稳定性模型试验，在波浪、水流等水动力作用下，观测块体是否运动而产生位移，评估是否发生失稳。试验结束后，将块体运至水槽后方块体清洗区10对试验块体进行表面污泥的清洗，然后晾干后，再对表面存在油漆破碎的块体，开展补色工作，完成后将块体安放在块体存储架11，并在框架上安装标识牌，标识该块体的名称和重量，便于下次新项目同类护面块体稳定性试验重复使用。当再次开展后续其它稳定性项目时，与上述相同，首先在试验工房办公区，根据所提供的工程设计图纸，判定工程采用的护面块体是否为同类型块体，若不是，则进行新块体制作。若确定为同类块体后，则通过上述表1和表2计算方法，通过调整试验比尺，从而使已有块体几何尺寸和重量满足新项目稳定性试验要求，实现块体循环应用，开展相应的防波堤或护岸断面块体稳定性试验工作。
39.制作护面块体的方法，包括以下步骤。
40.(1)块体制作前准备：包括制作的场地和环境，为了保证块体制作环境、进度和每道工序的合理布局，制作场地一般为长
×
宽
×
高＝15.0m
×
10m
×
3.0m试验工房，工房中设置4个通风窗和1个温度调节装置，保障室内良好的通风条件，以及不同季节制作块体时，室内均能保持温度在20℃～30℃范围内，整个护面块体制作规划平面布置见附图2。
41.(2)确定相似试验几何比尺：按照试验模拟规程确定几何重量和尺寸相似的试验比尺，各物理量之间的比尺关系，以及举例试验比尺为25时，各物理量之间的换算结果，具体见表1。
42.表1模型各物理量比尺
[0043][0044]
(3)计算试验体重量、尺寸：按照表1中试验比尺，将原型护面块体计算转化成模型值，举例一种8000kg护面块体，块体尺寸、密度和重量计算结果，见表2。
[0045]
表2原体块体尺寸、重量计算至模型结果
[0046][0047][0048]
(4)绘制人工块体三维立体图：由表2计算方法，得到的块体模型值，再利用工程上常用的三维绘图软件autocad进行块体三维立体图绘制，绘制完举例块体三维立体图，见附图3。
[0049]
(5)3d打印块体阳模：将绘制完的三维立体图，通过3d打印机打出块体阳模，其中3d打印机选择市场上常见的立体式喷嘴打印机，使用的打印材料为尼龙、pla、abs、 tpu，价格大多为1000～2000元之间，该类型3d打印机很好的满足块体模具精度的要求。
[0050]
(6)购买制作原材料、工具：市场上购买的原材料主要为不饱和聚酯树脂腻子 (poly
‑
putty base，以下简称原子灰)和铁粉，原子灰由主体灰(基灰)和固化剂两部分组成，固化剂的成分一般是引发剂和增塑剂，起到引发聚合，增强性能的作用。市场上的原子灰分有夏季型及冬季型，因此制作块体时，可根据季节气温的不同使用不同类型的原子灰，铁粉，颜色为黑色，按粒度分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级。粒度为150～500μm范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉，粒度在44～150μm为中等粉，10～44μm的为细粉，0.5～10μm的为极细粉，小于0.5μm的为超细粉，试验块体制作材料，则选择粒度在44～150μ
m为中等粉。制作工具主要为刮刀、腻子刀、毛刷和植物油等。
[0051]
(7)制作块体阴模，利用上述购买的原子灰，将主灰和固化剂的按100：1.5～3(重量计，下同)调配均匀(色泽一致)，冬天气温愈低固化剂用量愈多，但一般不应大于 100：3，将搅拌好的拌和料准备装入1个立方体方盒中，为了防止阴模制作过程中发生变形，因此方盒边框需要有一定强度，可采用铁、木材和有机塑料板，一般采用2cm塑料板，便于制作方便。方盒的外形尺寸由所制块体的阳模大小来确定，即保证在块体阴模整体轮廓模完成后，其外边壁仍需要5cm富裕宽度，制作完方盒后，步骤s6中完成的原料均匀倒入方盒中，静等3～5min至原料达到一定强度，期间将备用的块体阳模，利用毛刷将其表面均匀涂抹植物油，等待到达时间后，将块体阳模一半均匀、缓慢压入方盒原料中，并且压入阳模的过程中，保证块体中心尽量与方盒中心在一条直线上，压入后再次等待15min直到原料凝胶固结，且达到足够强度，这样就完成一半阴模制作工序，采用上述同样方法压入剩余另一半部分阳模，最终脱模完成整个阴模制作，此时需校核阴模外形尺寸，直到合格。制作完成的阴模见附图4。
[0052]
(8)配制原材料，并试制块体样品：利用原子灰和中粗铁粉进行配比，为保证每次配比的准确性，每种原料均采用电子秤进行称重，每次配合搅拌完，利用(7)步制作完成的阴模试制10个样品。
[0053]
(9)对每个样品逐个利用2000ml量筒和5kg量程电子秤分别测量其体积v和重量m，最后计算出密度来确定其配比的方案合理性，考虑制作过程中的损失，因此采用以下方案后，仍需对样品进行抽检，从而保证块体的准确性。
[0054]
经过试验大量组次试验试配必选，得到不同条件下，实验室模型试验护面块体制作的3种典型配比方案，具体见表3。
[0055]
表3不同情况原料配比方案(重量)
[0056][0057]
(10)对比块体的实际与标准密度ρ，要求10个样品的误差均小于3％，从而判定块体是否合格，若不合格则重复第(8)、第(9)项工作，合格，则进行下一项工作。
[0058]
(11)密度ρ合格后，正式制作试验块体，同时当制作的块体每达到100个后，则需再次重复第(9)步工作，对制完的块体进行抽检，确定块体尺寸、重量和密度是否合格，从而进一步保证块体的精度。
[0059]
(12)块体局部打磨细修，防锈处理；块体完成后，对每个块体转角进行局部打磨，尤其块体表面存在泡孔、麻面等，利用拌合物进行细微修补。另外由于块体采用的铁粉材料，暴露在空气和水中容易生锈，这不仅影响块体美观，同时因生锈，而使块体重量可能减小，影响试验精度和块体的重复利用，同时也为了在试验过程中，便于观察块体运动失稳状
态，因此采用喷涂不同颜色油漆进行最后处理。一般即将整个块体分成三类，分别为红、黄、蓝三种颜色。
[0060]
(13)制作完成，清理卫生。首先对于剩余原材料处置，原子灰由于属于危险化学品，必须储放于阴凉处，远离热源、避免阳光、避免积压、碰撞等，需放入指定区；铁粉，同样防止氧化，需要防止密封塑料袋中；使用工具、块体阴阳模具等放入工具架中，具体布置见附图2，其它卫生则采用常规方法处理。
[0061]
护面块体在试验中应用，包括以下步骤。
[0062]
5、t1、试验前，护面块体在工程防波堤试验断面上的安放。首先，在试验水槽或者港池中，按照试验目的，将护面块体随机或者规则安放试验断面上，安放时采用着不同颜色的护面块体摆放成一定的条状，便于区分和试验过程中块体运动失稳情况，摆放完成后试验断面见附图；
[0063]
t2、试验中，观测护面块体是否发生失稳；在波浪、水流等水动力作用下，观测块体是否运动而产生位移，判定其稳定状态；
[0064]
t3、试验后，护面块体管理。将块体运至指定地点，对试验块体进行表面污泥的清洗和补色，完成后将块体安放在指定的存储架中，并在框架标识牌，标识该块体的名称和重量，便于下次试验重复使用；
[0065]
t4、块体重复应用，由于防波堤与护岸工程的护面块体，常用往往只有5～6种，采用同类块体的重复性较高，因此对于在后续其它新项目块体稳定性，首先根据新工程防波堤或护岸设计图纸，判定其采用的护面块体是否为同类型块体，若不是，则再次进行上述新护面块体制作工序；
[0066]
t5、若确定为同类块体后，则通过上述表1和表2计算方法，调整试验比尺，从而使已有块体几何尺寸和重量满足新项目的试验要求，实现了已有块体的重复应用；
[0067]
t6、再次开始第t1～t3步防波堤或护工程护面稳定性试验工作。
[0068]
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。