Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

Пянковский Д.В.

Криворожский национальный университет, Украина

Анализ свойств бетона для строительной 3D-печати

Технологии 3D-печати обрели популярность совсем недавно, хотя первые методы появились на свет еще в середине 80-х годов прошлого века. Благодаря универсальности принципов этих технологий они уверенно вошли и в строительную отрасль. Это не удивительно, поскольку внедрение данной технологии в строительстве дает ряд преимуществ:

- минимальная численность обслуживающего персонала, как следствие – пониженная травмоопасность при строительстве;

- количество отходов минимально — снижается нагрузка на окружающую среду, повышается экология строительства;

- повышается архитектурная выразительность конструкций, понятие трудоемкости выполнения отдельных элементов становится неактуальным;

- объемная конструкция имеет повышенную монолитность за счет непрерывного нанесения слоя за слоем;

- высокая скорость возведения конструкций [1].

Основной проблемой является необходимость серьезных исследований в области материаловедения. Для разработки состава строительной смеси строительного 3D-принтера и уточнения задачи исследования необходимо определиться с требованиями, которые должны предъявляться такому бетону, как на стадии смеси, так и в затвердевшем состоянии. При этом можно условно выделить типовые требования и требования, обусловленные особенностями технологии (табл. 1) [2].

Таблица 1 – Общие требования к составам бетона для строительной

3D-печати

Стадия бетонирования («печати»)	Общее требования
	Типовые	Обусловленные особенностями технологии
Требования к смеси	1.Связность (сплошность)	1. Формоустойчивость 2. Способность полноценной гидратации в тонком слое 3. Регулируемость сроков схватывания (жизнеспособность)
Требования к затвердевшему бетону	1. Прочностные характеристики в проектномвозрасте 2. Деформационные характеристики (начальный модуль упругости, ползучесть) 3. Морозостойкость	1. Регулируемость кинетики твердения 2. Обеспечение прочности сцепления между соседними слоями 3. Ограничение усадочных деформаций

Обычный цемент на основе бетона не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалам для строительной 3D-печати. Для оптимизации процесса трехмерной печати должны быть учтены два условия. Во-первых, сила сцепления между слоями уменьшается с увеличением временного промежутка между слоями. Во-вторых, материал должен затвердеть достаточно, чтобы выдержать вес впоследствии осажденных слоев без деформации. Потребность в выдерживании ранее напечатанных слоев замедлит возведение здания. Сопоставление этих двух ограничений приводит к парадоксу оптимизации скорости печати. Временной интервал между двумя осажденными слоями должен быть достаточно длинным, чтобы обеспечить необходимую прочность, но также небольшим для обеспечения прочного сцепления между слоями [3].

Способность осажденных слоев нести свой собственный вес прямо пропорционально зависит от предела текучести . При послойном возведении стены первый осажденный слой подвергается максимальной нагрузке. Для того, чтобы обеспечить стабильность стенки во время этого процесса, предел текучести должен быть достаточным, чтобы выдержать эту нагрузку. С другой стороны, смесь должна быть достаточно жидкой для экструзии. Для наращивания структуры необходимо обеспечить достаточную текучесть при экструзии и стабильность после нанесения слоя. Предел текучести материалов на основе цемента возрастает со временем в состоянии покоя [3].

Вывод. На данный момент развитие технологий строительной 3D-печати сильно зависит от развития рынка строительных материалов для. Возможным решением может стать использование жёстких бетонных смесей. Жёсткие бетонные смеси могут держать форму и без видимых деформаций воспринимать нагрузку последующих слоев бетона. Так же использование жёстких смесей улучшает схватывание между слоями бетона. Недостатком является отсутствие оборудования способного укладывать жёсткую бетонную смесь.

Литература:

1. Мустафин Н.Ш., Барышников А.А. Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер // Региональное развитие. 2015 № 8(12) – С. 25-34.

2. Малышева В. Л., Красимирова С. С. Возможности 3D принтера в строительстве // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. № 12-2. – С. 12-23

3. Ватин Н.И. и др. // Строительство уникальных зданий и сооружений. 1 (52). 2017.