DOI: https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.280420.64.622

Визначення фізико-механічних характеристик бетонів для 3D-друку будівельних конструкцій

M. V. Savytskyi, A. Y. Konoplianyk, A. A. Myslytska, A. V. Liasota

Анотація


Постановка проблеми. Наразі все більшої популярності набувають методи виготовлення будівельних конструкцій та виробів за допомогою 3D-принтера. В технології 3D-друку один з основних факторів, який впливає на якість кінцевої продукції, − це склад бетонної суміші, яка застосовується. При цьому для кожного з виду виробів важливо розробити окремий склад суміші, яка володіє певними фізико-механічними властивостями. Аналіз сучасного стану розроблення і дослідження бетонів для 3D-друку конструкцій показав, що вибір матеріалів для друку залежить від функціонального призначення створюваного об’єкта та сфери його застосування. При цьому відмінна особливість бетонів, які застосовуються в практиці сучасного будівництва, полягає в тому, що кожен розробник 3D-принтера представляє свою суміш, не розкриваючи її складу. Аналіз публікацій. Основний матеріал у 3D-будівництві, − це бетон − штучний кам’яний будівельний матеріал, отримуваний в результаті формування і затвердіння раціонально підібраної і ущільненої суміші. Така суміш складається з в’яжучої речовини − цементу, великих і дрібних заповнювачів, води, а в деяких випадках і різноманітних модифікувальних добавок. Це каолінова глина, мікрокремнезем, повітряне вапно, летючий попіл, суперпластифікатори, прискорювачі твердіння та набору міцності суміші. У світовій практиці для 3D-друку конструкцій для армування бетону в склад суміші вводять різноманітну фібру, скловолокно та інші наповнювачі, які дозволяють значно підвищити міцність бетону. Нині в Дніпропетровській області в с. Братське у виробничому приміщенні налагоджено випуск дрібноштучних бетонних виробів за допомогою 3D-друку. Кафедра залізобетонних та кам’яних конструкцій ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» налагодила співробітництво з цим виробництвом, яке стосується удосконалення технології виготовлення і нанесення сумішей, а також розроблення оптимальних складів бетонів. Першим кроком такого співробітництва стало розроблення складів сумішей з різними в'яжучими і прискорювачами твердіння, які суттєво впливають на скорочення термінів тужавлення.Мета роботи − визначення фізико-механічних характеристик бетонів, з яких виготовляються  конструкції на виробничому підприємстві в с. Братське; порівняння характеристик бетонів, виготовлених за допомогою 3D-друку шляхом витискування суміші через сопло, і виготовлених в формах шляхом ручного ущільнення суміші. Висновки. Встановлено, що в практиці сучасного будівництва економічно та технологічно реалізувати переваги технології 3D-друку для виготовлення окремих конструктивних елементів будівель і споруд. В результаті випробувань складів бетонів для 3D-друку конструкцій з’ясовано, що найближча марка бетону за міцністю базових зразків-кубів, які були виготовлені у формах, складає М300, азразків-кубів, відібраних із конструкцій, − М250. Установлено масштабні коефіцієнти для зразків-кубів з розмірами ребра 100, 70 і 50 мм, які були визначені відносно міцності стандартних зразків з розміром ребра 150 мм.


Ключові слова


3D-друк; технологія суміші; бетон; міцність; об'ємна вага

Повний текст:

PDF

Посилання


Bazovye osnovy 3D pechaty. «Smart-Prynt» − vse o 3D prynterakh y 3D pechaty v Ukrayne y v myre [ Basic basics of 3D printing. "Smart Print" − all about 3D printers and 3D printing in Ukraine and in the world]. 2016. (in Russian).

Wang Yo., Wu H.C., Li V.C. Concrete reinforcement with recycled fibers. Journal of Materials in Civil Engineering. 2000, no. 4–12, pp. 314–319. (in Ukrainian).

DSTU B V.2.7. – 214:2009. Betony. Metody vyznachennya mitsnosti za kontrolʹnymy zrazkamy [DSTUB C.2.7. - 214: 2009. Concretes. Methods for determining the strength of control samples].Kyiv : Minregion of Civil Engineering of Ukraine, 2010, 43 p.(in Ukrainian).

DSTU B V.2.7-170:2008.Betony. Metody vyznachennya serednʹoyi hustyny, volohosti, vodopohlynannya, porystosti i vodonepronyknennya [DSTU B V.2.7-170:2008.Concrete Methods for determination of average density, humidity, water absorption, porosity and water resistance]. Kyiv :Derzhbud of Ukraine, 2008, 45 p. (in Ukrainian).

Khoshnevis B. Automated construction by Contour-grafting − related robotics and information technologies. Journal of Automation in Construction. 2004, vol. 13, no. 1, pp. 5−19. (in Ukrainian).

Leushyn S. Yu. 3D druk betonom v Ukrayini, praktychni dosyahnennya ta perspektyvy rozvytku. [3D concrete printing in Ukraine, practical achievements and prospects.] Innovatsiyni tekhnolohiyi zhyttyevoho tsyklu obʺyektiv zhytlovo-tsyvilʹnoho, promyslovoho i transportnoho pryznachennya : mater. XVII mizhnar. nauk.-prakt. konf. [Innovative technologies of life cycle of objects of housing, civil, industrial and transport purpose : mater. of the XVII Intern. Scient.-Pract. Conf.]. Odessa, 9–13 September, 2019. Dnipro : SHEI PSACEA, 2019, p. 20. (in Ukrainian).

Lysych M.N., Shabanov M.L. and Vorontsov R.V. Materialy, dostupni v ramkakh riznykh tekhnolohiy 3D-druku [Materials available within the framework of various 3D printing technologies] Suchasni naukomistki tekhnolohiyi [Modern high technology].2015, no. 5, pp. 20−25. (in Russian).

Sustainable housing andhuman settlement. Materials for 3D construction printing : мonograph. Editors : Savytskyi M., Konoplianik O., Unchik S., Dukat S., Savytskyi A.; under the general editorship Savytskyi M. Dnipro − Bratislava : SHEE “Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture” − Slovak University of Technology in Bratislava, 2018, 263 p. (ISBN 978-966-323-182-2). (in Russian).

Torshyn A.O. and Potapova Ye.N. Perspektyvy vykorystannya 3D-pryntera v budivnytstvi [Prospects for the use of a 3D printer in construction]. Uspikhy v khimiyi ta khimichniy tekhnolohiyi [Advances in chemistry and chemical technology]. Vol. XXX, no. 7, Moscow, 2016, pp. 118−120. (in Russian).

Shipelev I. L. Mozhlyvosti ta perevahy metodu budivelʹnoyi 3d druku [Possibilities and advantages of the construction 3d printing method]. Novye idei novogo veka : mater. mezhd. nauch. konf. [New ideas of the new century : Mater. Int. Scient. Conf.]. Khabarovsk : FAD TOGU, 2018, pp. 479−482. (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Bazovye osnovy 3D pechaty. «Smart-Prynt» − vse o 3D prynterakh y 3D pechaty v Ukrayne y v myre [ Basic basics of 3D printing. "Smart Print" − all about 3D printers and 3D printing in Ukraine and in the world]. 2016. (in Russian).


    Wang Yo., Wu H.C., Li V.C. Concrete reinforcement with recycled fibers. Journal of Materials in Civil Engineering. 2000, no. 4–12, pp. 314–319. (in Ukrainian).

     

    DSTU B V.2.7. – 214:2009. Betony. Metody vyznachennya  mitsnosti za kontrolʹnymy zrazkamy [DSTU
    B C.2.7. - 214: 2009. Concretes. Methods for determining the strength of control samples].Kyiv : Minregion of Civil Engineering of Ukraine, 2010, 43 p.(in Ukrainian).


    DSTU B V.2.7-170:2008.Betony. Metody vyznachennya serednʹoyi hustyny, volohosti, vodopohlynannya, porystosti i vodonepronyknennya [DSTU B V.2.7-170:2008.Concrete Methods for determination of average density, humidity, water absorption, porosity and water resistance]. Kyiv :Derzhbud of Ukraine, 2008, 45 p. (in Ukrainian).

     

    Khoshnevis B. Automated construction by Contour-grafting − related robotics and information technologies. Journal of Automation in Construction. 2004, vol. 13, no. 1, pp. 5−19. (in Ukrainian). 

    Leushyn S. Yu. 3D druk betonom v Ukrayini, praktychni dosyahnennya ta perspektyvy rozvytku. [3D concrete printing in Ukraine, practical achievements and prospects.] Innovatsiyni tekhnolohiyi zhyttyevoho tsyklu obʺyektiv zhytlovo-tsyvilʹnoho, promyslovoho i transportnoho pryznachennya : mater. XVII mizhnar. nauk.-prakt. konf. [Innovative technologies of life cycle of objects of housing, civil, industrial and transport purpose : mater. of the XVII Intern. Scient.-Pract. Conf.]. Odessa, 9–13 September, 2019. Dnipro : SHEI PSACEA, 2019, p. 20.
    (in Ukrainian).


    Lysych M.N., Shabanov M.L. and Vorontsov R.V. Materialy, dostupni v ramkakh riznykh tekhnolohiy
    3D-druku [Materials available within the framework of various 3D printing technologies] Suchasni naukomistki tekhnolohiyi [Modern high technology].2015, no. 5, pp. 20−25. (in Russian).


    Sustainable housing andhuman settlement. Materials for 3D construction printing : мonograph. Editors : Savytskyi M., Konoplianik O., Unchik S., Dukat S., Savytskyi A.; under the general editorship Savytskyi M. Dnipro − Bratislava : SHEE “Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture” − Slovak University of Technology in Bratislava, 2018, 263 p. (ISBN 978-966-323-182-2). (in Russian).


    Torshyn A.O. and Potapova Ye.N. Perspektyvy vykorystannya 3D-pryntera v budivnytstvi [Prospects for the use of a 3D printer in construction]. Uspikhy v khimiyi ta khimichniy tekhnolohiyi [Advances in chemistry and chemical technology]. Vol. XXX, no. 7, Moscow, 2016, pp. 118−120. (in Russian).



    Shipelev I. L. Mozhlyvosti ta perevahy metodu budivelʹnoyi 3d druku [Possibilities and advantages of the construction 3d printing method]. Novye idei novogo veka : mater. mezhd. nauch. konf. [New ideas of the new century : Mater. Int. Scient. Conf.]. Khabarovsk : FAD TOGU, 2018, pp. 479−482. (in Russian).