Структура и свойства мелкозернистых бетонов для 3D-печати на основе гипсоцементно-пуццолановых сухих строительных смесей
- Авторы: Рахимов Р.З.1, Мухаметрахимов Р.Х.1, Галаутдинов А.Р.1, Зиганшина Л.В.1
-
Учреждения:
- Казанский государственный архитектурно-строительный университет
- Выпуск: № 7 (2024)
- Страницы: 33-40
- Раздел: К проведению XXIV Международной конференции производителей сухих строительных смесей BALTIMIX-2024 (20–23 августа, г. Пермь)
- URL: https://ter-arkhiv.ru/0585-430X/article/view/635043
- DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-826-7-33-40
- ID: 635043
Цитировать
Аннотация
Технология строительной 3D-печати является одним из приоритетных направлений развития строительной отрасли по всему миру. Несмотря на оптимистичные прогнозы роста технологии аддитивного строительного производства в долгосрочной перспективе, существуют различные риски, способные оказывать влияние на темпы данного развития, которые связаны в первую очередь с необходимостью развития нормативной базы, подготовки квалифицированных кадров, создания и совершенствования оборудования и материалов для строительной 3D-печати. Цель работы в исследовании структуры и свойств мелкозернистых бетонов для аддитивного строительного производства (3D-печати) на основе гипсоцементно-пуццолановых сухих строительных смесей (ССС). Формование образцов при проведении экспериментальных исследований осуществлялось методом послойной экструзии на цеховом строительном 3D-принтере «АМТ S-6044». Обоснована рациональность применения в технологии аддитивного производства бетонов с соотношением ГЦПВ:заполнитель = 1:2 при модуле крупности песка Мк=3. Разработан состав гипсо- цементно-пуццоланового бетона (ГЦПБ), модифицированный полифункциональной комплексной добавкой (КД), позволяющей повысить прочность при сжатии на 35,3%, водостойкость – на 73% (до 0,85) по сравнению с контрольным немодифицированным составом. Установлено, что модифицирование ГЦПБ разработанной полифункциональной комплексной добавкой приводит к снижению объема открытых капиллярных пор на 20,5%, объема открытых некапиллярных пор – на 66,7%, к увеличению объема условно-закрытых пор – на 28,1%, показателя микропористости – с 0,22 до 0,89. Синергетическое взаимодействие химических добавок в составе КД подтверждается результатами выполненных исследований по определению электрокинетического потенциала на поверхности частиц ГЦПВ и кинетики тепловыделения при его гидратации.
Полный текст
Об авторах
Р. З. Рахимов
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: rahimov@kgasu.ru
д-р техн. наук
Россия, КазаньР. Х. Мухаметрахимов
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Email: muhametrahimov@mail.ru
канд. техн. наук
Россия, КазаньА. Р. Галаутдинов
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Email: galautdinov89@mail.ru
канд. техн. наук
Россия, КазаньЛ. В. Зиганшина
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Email: lilya0503199@gmail.com
канд. техн. наук
Россия, КазаньСписок литературы
- Wang L., Ma G., Liu T., Buswell R., Li Z. Interlayer reinforcement of 3D printed concrete by the in-process deposition of U-nails. Cement and Concrete Research. 2021. Vol. 148. 106535. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106535
- Bai G., Wang L., Wang F., Ma G. In-process reinforcing method: dual 3D printing procedure for ultra-high-performance concrete reinforced cementitious composites. Materials Letters. 2021. Vol. 304. 130594. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130594
- Ma G., Buswell R., Leal da Silva, W. R., Wang L., Xu J., Jones S. Z. Technology readiness: A global snapshot of 3D concrete printing and the frontiers for development. Cement and Concrete Research. 2022. Vol. 156. 106774. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106774
- Poluektova V.A. Designing the composition of a cement-based 3d construction printing material. Inorganic Materials: Applied Research. 2020. Vol. 11. No. 5, pp. 1013–1019. https://doi.org/10.1134/S2075113320050263
- Demyanenko O., Sorokina E., Kopanitsa N., Sarkisov Y. Mortars for 3D printing. MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 143. 02013. https://doi.org/10.1051/matecconf/201714302013
- Molodin V.V., Vasenkov E.V., Timin P.L. Work head for 3d printing of insulated walls from one-stage polystyrene concrete. Materials Science Forum. 2020. Vol. 992, pp. 194–199. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.992.194
- Мухаметрахимов Р.Х., Лукманова Л.В. Влияние портландцементов с различным минералогическим составом на основные свойства композитов, сформованных методом послойного экструдирования (3D-печати) // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. № 2 (56). С. 37–50. https://doi.org/10.52409/20731523_2021_2_37
- 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
- Slavcheva G.S. Drying and shrinkage of cement paste for 3D printable concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 481. IV International Conference on Safety Problems of Civil Engineering Critical Infrastructures. 4–5 October 2018, Russian Federation. https://doi.org/10.1088/1757-899X/481/1/012043
- Королев Е.В., Зыонг Т.К., Иноземцев А.С. Способ обеспечения внутреннего ухода за гидратацией цемента в составах для 3D-печати // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 6. С. 834–846. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.6.834-846
- 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
- Мухаметрахимов Р.Х., Рахимов Р.З., Галаутдинов А.Р., Зиганшина Л.В. Модифицированные гипсоцементно-пуццолановые бетоны для 3D-пе- чати // Строительные материалы. 2024. № 1–2. С. 79–89. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-79-89
- Рахимов Р.З., Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Зиганшина Л.В. Гипсоцементно-пуццолановые бетоны для аддитивного строительного производства // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 4. С. 580–595. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.4.580-595
- Халиуллин М.И., Димиева А.И., Файзрахманов И.И. Влияние добавок механоактивированных минеральных наполнителей на свойства композиционных гипсовых вяжущих // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 4 (50). С. 386–393.
- Алтыкис М.Г, Рахимов Р.З. Гипс. Строительные материалы и изделия. Казань: КИСИ, 1994. 107 с.
- Рахимов Р.З., Халиуллин М.И. Состояние и тенденции развития промышленности гипсовых строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 44–46.
- Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. История композиционных минеральных вяжущих веществ. СПб.: Лань, 2023. 268 с.
- Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. История науки и техники. СПб.: Лань, 2022. 528 с.
- Лесовик В.С., Елистраткин М.Ю., Глаголев Е.С., Шаталова С.В., Стариков М.С. Формирование свойств композиций для строительной печати // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. Т. 2. № 10. С. 6–14.
- Смирнов Д.С., Белаева К.Р., Хохряков О.В. Исследование свойств мелкозернистых асфальтобетонов, запроектированных разными методами // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 3 (65). С. 66–76. https://doi.org/10.52409/20731523_2023_3_66
- 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
- Морозова Н.Н., Гуляков Е.Г. Свойства бетона на цеолитсодержащем вяжущем // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 2 (64). С. 27–39. doi: 10.52409/20731523_2023_2_27
- Шорстова Е.С. Базальтофибробетон для 3D-печати на основе композиционного вяжущего: Дис. … канд. техн. наук. Белгород, 2022. 176 с.
- Славчева Г.С., Ибряева А.И. Влияние концентрации и гранулометрии наполнителей на реологические свойства цементных систем // Вестник Тверского государственного технического университета. Сер.: Строительство. Электротехника и химические технологии. 2019. Т. 2. № 2. С. 29–36.
- 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
- Торшин А.О., Боровикова С.О., Корчунов И.В., Потапова Е.Н. Разработка строительной смеси для 3D-печати // Успехи в химии и химической технологии. 2018. Т. 2. № 198. С. 164–166.
- Potapova E., Guseva T., Shchelchkov K., Fischer H.B. Mortar for 3D printing based on gypsum binders. Materials Science Forum. 2021. Iss. 1037 (5), pp. 26–31. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1037.26
- Шаталова С.В., Чернышева Н.В., Елистрат- кин 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
- Патент РФ 2777886. Модифицированная строительная смесь для 3D-печати / Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В. Заявл. 30.12.2021. Опубл. 11.08.2022.
- Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Парийский А.А. Тепловыделение бетона. М.: Стройиздат, 1966. 314 с.
- Каприелов С.С., Батраков В.Г., Шейнфельд А.В. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспективы // Бетон и железобетон. 1999. Т. 6. С. 6–10.
- Абрамова А.Ю. Повышение эффективности смесей сухих строительных клеевых на цементном вяжущем. Дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2023. 195 с.
- Шошин Е.А., Иващенко Ю.Г., Широков А.А., Руфимский П.В. Влияние фазовых переходов на электрокинетический потенциал дисперсной фазы цементной пасты // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2014. Т. 1. № 74. С. 108–111.