Совершенствование аддитивных технологий малоэтажного жилищного строительства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Применение аддитивных технологий в строительстве позволяет существенно сократить скорость возведения объекта, трудозатраты, отходы, снизить риски производственного травматизма и др. Несмотря на ряд имеющихся преимуществ данных технологий, их внедрение в строительство сопряжено с различными проблемами, одна из которых – необходимость обеспечения требуемой прочности сцепления напечатанных слоев. Имеется ряд исследований, посвященных решению данной проблемы и созданию эффективных материалов для аддитивного строительного производства преимущественно на основе цементного вяжущего; в значительно меньшей степени данные исследования имеются в области смесей на основе гипсовых и смешанных (гипсоцементно-пуццолановых) вяжущих. Цель настоящей работы заключается в разработке научно обоснованного технологического решения по совершенствованию аддитивных технологий малоэтажного жилищного строительства с использованием гипсоцементно-пуццолановых смесей (ГЦПС) за счет регулирования рецептурно-технологических факторов, обеспечивающих повышенную прочность сцепления напечатанных слоев. По результатам выполненных исследований разработано технологическое решение по совершенствованию технологии аддитивного строительного производства ГЦПС за счет регулирования кинетики набора пластической прочности смеси при ее модифицировании полифункциональной комплексной добавкой (КД), позволяющей обеспечить требуемую для 3D-печати жизнеспособность смеси в интервале 0–50 мин, существенно снизить дефектность экструдата в процессе 3D-печати, повысить прочность сцепления напечатанных слоев. Установлено, что прочность сцепления напечатанных без технологического перерыва из ГЦП бетонной смеси слоев, модифицированных полифункциональной КД, на 65% выше по сравнению с базовым составом; при осуществлении технологического перерыва продолжительностью 6 ч – на 25%, что подтверждает ее эффективность в технологии аддитивного строительного производства.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. З. Рахимов

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: rahimov@kgasu.ru

д-р техн. наук

Россия, 420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1

Р. Х. Мухаметрахимов

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Email: muhametrahimov@mail.ru

канд. техн. наук

Россия, 420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1

Л. В. Зиганшина

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Email: lilya0503199@gmail.com

канд. техн. наук

Россия, 420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1

Список литературы

  1. Mukhametrakhimov R., Lukmanova L. Structure and properties of mortar printed on a 3D printer. Magazine of Civil Engineering. 2021. Vol. 102. No. 2. https:// doi.org/10.34910/MCE.102.6
  2. Buswell R.A., Leal de Silva W.R., Jones S.Z., Dirrenberger J. 3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research. Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112, pp. 37–49. https:// doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.05.006
  3. Wolfs R.J.M., Bos F.P., Salet T.A.M. Hardened properties of 3D printed concrete: The influence of process parameters on interlayer adhesion. Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 119, pp. 132–40. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.02.017
  4. Рахимов Р.З., Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Зиганшина Л.В. Структура и свойства мелкозернистых бетонов для 3D-печати на основе гипсоцементно-пуццолановых сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2024. № 7. С. 33–40. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-826-7-33-40
  5. Kristombu Baduge S., Navaratnam S., Abu-Zidan Y., McCormack T., Nguyen K., Mendis P, Zhang G., Aye L. Improving performance of additive manufactured (3D printed) concrete: A review on material mix design, processing, interlayer bonding, and reinforcing methods. Structures. 2021. Vol. 29, pp. 1597–609. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.12.061
  6. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. История науки и техники. СПб.: Лань, 2022. 528 с.
  7. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. История композиционных минеральных вяжущих веществ. СПб.: Лань, 2023. 268 с.
  8. Пименов С.И., Мирзоев, М.А. О целях формирования 3D, 4D, 5D моделей в технологии информационного моделирования // Строительные конструкции, здания и сооружения. 2023. № 1 (2). С. 42–50.
  9. Адамцевич А.О., Пустовгар А.П., Адамцевич Л.А., Крамеров Д.В., Воробьев П.Ю. Исследование особенностей работы бетонных конструкций, изготовленных с применением технологии аддитивного строительного производства // Строительные материалы. 2023. № 12. С. 38–46. https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2023-820-12-38-46
  10. Пустовгар А.П., Адамцевич Л.А., Адамцевич А.О. Международный опыт исследований в области аддитивного строительного производства // Жилищное строительство. 2023. № 11. С. 4–10. https://doi.org/10.31659/0044-4472-2023-11-4-10
  11. Славчева Г.С. Строительная 3D-печать сегодня: потенциал, проблемы и перспективы практической реализации // Строительные материалы. 2021. № 5. С. 28–36. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-791-5-28-36
  12. Kuznetsov D.V., Klyuev S.V., Ryazanov A.N., Sinitsin D.A., Pudovkin A.N., Kobeleva E.V., Nedoseko I.V. Dry mixes on gypsum and mixed bases in the construction of low-rise residential buildings using 3D printing technology. Construction Materials and Products. 2023. № 6 (6). https://doi.org/10.58224/2618-7183-2023-6-6-5
  13. Зиннуров Т.А., Красноперов З.А., Мусонго М. Оценка возможности применения аддитивных технологий при строительстве мостов // Автомобильные дороги и транспортная инфраструктура. 2024. № 1 (5). С. 16–24.
  14. Slavcheva G.S., Artamonova O.V. Rheological behavior and mix design for 3D printable cement paste. Key Engineering Materials. 2019. Vol. 799, pp. 282–287. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.799.282
  15. Roussel N. Rheological requirements for printable concretes. Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112, pp. 76–85. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.04.005
  16. Бритвина Е.А., Славчева Г.С. Показатели технологичности цементных смесей для строительной 3D-печати: моделирование и экспериментальные исследования // Вестник Инженерной школы ДВФУ. 2021. Т. 49. № 4. С. 56–65. https:// doi.org/10.24866/2227-6858/2021-4/56-65
  17. Zhang Y., Zhang Y., She W., Yang L., Liu G., Yang Y. Rheological and harden properties of the high-thixotropy 3D printing concrete. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 201, pp. 278–85. https:// doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.061
  18. Ahi O., Ertunç Ö. Bundur Z.B., Bebek Ö. Automated flow rate control of extrusion for 3D concrete printing incorporating rheological parameters. Automation in Construction. 2024. Vol. 160, pp. 105319. https:// doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105319
  19. Lu B., Li M., Wong T.N., Qian S. Effect of printing parameters on material distribution in spray-based 3D concrete printing (S-3DCP). Automation in Construction. 2021. Vol. 124, pp. 103570. https:// doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103570
  20. Muhammad Salman N., Ma G., Ijaz N., Wang L. Importance and potential of cellulosic materials and derivatives in extrusion-based 3D concrete printing (3DCP): Prospects and challenges. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 291, pp. 123281. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123281
  21. Liu J., Li S., Gunasekara C., Fox K., Tran P. 3D-printed concrete with recycled glass: Effect of glass gradation on flexural strength and microstructure. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 314, pp. 125561. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125561
  22. Патент РФ 2775131. Бетонная смесь на основе цемента для строительной 3D-печати / Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В. Заявл. 30.12.2021. Опубл. 28.06.2022.
  23. Kruger J., du Plessis A., van Zijl G. An investigation into the porosity of extrusion-based 3D printed concrete. Additive Manufacturing. 2021. Vol. 37, 101740. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101740
  24. Мухаметрахимов Р.Х. Исследование пластифицирующих добавок на основе эфиров поликарбоксилатов на свойства бетонов, формуемых методом 3D-печати // Строительные материалы и изделия. 2022. № 5 (5). С. 42–58. https:// doi.org/10.58224/2618-7183-2022-5-5-42-58
  25. Шаталова С.В., Чернышева Н.В., Елистраткин М.Ю., Дребезгова М.Ю., Масалитина С.В. Реологические свойства гипсоцементных вяжущих и формовочных смесей на их основе для 3D-аддитивных технологий строительства // Строительные материалы. 2022. № 8. С. 23–30. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-805-8-23-30
  26. Мухаметрахимов Р.Х., Рахимов Р.З., Галаутдинов А.Р., Зиганшина Л.В. Модифицированные гипсоцементно-пуццолановые бетоны для 3D-печати // Строительные материалы. 2024. № 1–2. С. 79–89. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-79-89
  27. Шигапов Р.И., Шигалин Г.Ю., Клюев А.В., Булатов Б.Г., Метлицкая Д.В., Недосеко И.В. Оценка долговечности композиций из сухих смесей на гипсовой и гипсоцементной основе для 3D-печати // Строительные материалы. 2024. № 7. С. 26–32. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-826-7-26-32
  28. Молодин В.В., Ануфриева А.Е., Навоян А.Х. Форсированный разогрев смеси, как фактор увеличения сцепления бетонов, подвергшихся коррозии // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2020. № 2 (734). С. 56–71. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2020-734-2-56-71
  29. Беляков А.Ю., Хохряков О.В., Хозин В.Г. Функционализированный минеральный наполнитель – эффективный модификатор цементных бетонов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 3 (65). С. 45–56. https:// doi.org/10.52409/20731523_2023_3_45
  30. Морозова Н.Н., Гуляков Е.Г. Свойства бетона на цеолитсодержащем вяжущем // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 2 (64). С. 27–39. https://doi.org/10.52409/20731523_2023_2_27
  31. Смирнов Д.С., Мавлиев Л.Ф., Хузиахметова К.Р., Мотыйгуллин И.Р. Влияние минеральной добавки на основе молотого доменного шлака на свойства бетонов и бетонных смесей // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. № 4 (62). С. 61–69. https://doi.org/10.52409/20731523_2022_4_61
  32. Marchment T., Sanjayan J. Mesh reinforcing method for 3D Concrete Printing. Automation in Construction. 2020. Vol. 109, pp. 102992. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2019.102992
  33. Verian K.P., Ashcroft J., Carli M.D., Bright R.P., Maandi E., Avakian A., Baaklini E. Improving the bonding adhesion of the cold joints of normal and lightweight 3D printing mortars. Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Vol. 28, pp. 527–536.
  34. Muthukrishnan S., Ramakrishnan S., Sanjayan J. Effect of microwave heating on interlayer bonding and buildability of geopolymer 3D concrete printing. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 265. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120786
  35. Патент РФ 2817919. Способ аддитивного производства в строительстве с регулируемой продолжительностью технологического перерыва / Зиганшина Л.В., Мухаметрахимов Р.Х. Заявл. 09.11.2023. Опубл. 23.04.2024.
  36. Патент РФ 2820798. Гипсоцементно-пуццолановая сырьевая смесь для аддитивного строительного производства / Мухаметрахимов Р.Х. Заявл. 29.12.2023. Опубл. 10.06.2024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Возведение жилого дома в пос. Ясно Поле (Тульская обл.) с использованием строительного 3D-принтера

Скачать (268KB)
3. Рис. 2. Жилой дом в пос. Ясно Поле (Тульская обл.), напечатанный на строительном 3D-принтере

Скачать (331KB)
4. Рис. 3. Жилой дом в пос. Квадрум, Республика Татарстан, напечатанный на строительном 3D-принтере

Скачать (427KB)
5. Рис. 4. Определение прочности сцепления напечатанных слоев из ГЦПБ

Скачать (204KB)
6. Рис. 5. Кинетика набора пластической прочности ГЦП бетонных смесей

Скачать (13KB)
7. Рис. 6. Прочность сцепления слоев исследуемых составов ГЦПБ без осуществления технологического перерыва

Скачать (12KB)
8. Рис. 7. Показатели поровой структуры исследуемых составов ГЦП камня

Скачать (19KB)
9. Рис. 8. Электронно-микроскопические снимки ГЦП камня (состав № 3)

Скачать (25KB)

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2024