Влияние технологических свойств цементной смеси на качество слоистых 3D-печатных элементов
DOI:
https://doi.org/10.24866/2227-6858/2025-1/139-154Ключевые слова:
3D-печать, метод контроля пластичности, пластичность смеси, прочность 3D- печатного композитаАннотация
В связи с актуальностью проблемы управления качеством процесса 3D-печати целью работы являлось обоснование рационального диапазона технологических характеристик смеси для обеспечения устойчивости печатной конструкции и прочностных характеристик слоистого композита. Для проведения экспериментальных исследований использовалась микрозернистая смесь для 3D-печати запатентованного состава. Для оценки технологических характеристик в работе применили комплексный критерий оценки технологичности смеси для 3D-печати по показателю пластической прочности, определяемый с использованием специально разработанного конического пластометра. По результатам апробации прибора установлена его пригодность для оперативного контроля качества смеси во всём технологически возможном диапазоне условий печати. В процессе исследований на лабораторном 3D-принтере производилась печать модельного элемента, оценивалось его качество и устойчивость. После твердения элемент распиливался на образцы нормированных размеров для испытаний на прочность при сжатии и изгибе вдоль и поперёк направления укладки печатных слоёв. Установлено, что для обеспечения качества и устойчивости печатной конструкции рациональный диапазон значений пластической прочности составляет 0,8–2,8 кПа. По критерию прочности слоистого 3D-печатного композита – 0,8–1,8 кПа. При увеличении значений пластичности выше 1,8 кПа зафиксировано падение прочности сцепления слоёв и прочности композита, что приводит к снижению прочности слоистого композита при изгибе и сжатии.
Библиографические ссылки
1. Wangler T., Lloret E., Reiter L., Hack N., Gramazio F., et al. Digital concrete: opportunities and challenges // RILEM Technical Letters. 2016. Vol. 1. P. 67–75. DOI: https://doi.org/10.21809/rilemtechlett.2016.16
2. Perrot A. Impression 3D du béton: État de l’art et challenges de la révolution de la construction digitale. France: ISTE Group, 2019. 160 p. (In Fr.).
3. Roussel N., Richard B., Nicolas D., Ivanova I., Kolawole J.T., et al. Assessing the fresh properties of printable cementbased materials: high potential tests for quality control // Cement and Concrete Research. 2022. Vol. 158. № 106836. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106836
4. Rehman A.U., Kim I.-G., Kim J.-H. Towards full automation in 3D concrete printing construction: development of an automated and inline sensor-printer integrated instrument for in situ assessment of structural build-up and quality of concrete // Developments in the Built Environment. 2024. Vol. 17. № 100344. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dibe.2024.100344
5. Roussel N. Steady and transient flow behaviour of fresh cement pastes // Cement and Conc-rete Research. 2005. Vol. 35(9). P. 1656–1664. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.08.001
6. Mohammad A M., Masoud H., Ammar Y. Use of the chemical and mineral admixtures to tailor the rheology and the green strength of 3D printing cementitious mixtures // Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication (DC – 2020), Eindhoven, The Netherlands, 6–9 July 2020. Switzerland: RILEM Bookseries, 2020. P. 73–82. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_8
7. Perrot A., Rangeard D., Pierre A. Structural built-up of cement-based materials used for 3D-printing extrusion techniques // Materials and Structures. 2016. № 49. P. 1213–1220. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-015-0571-0
8. Placzek, G., Schwerdtner P. Concrete additive manufacturing in construction: integration based on component-related fabrication strategies // Buildings. 2023. Vol. 13(7). № 1769. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13071769
9. Sibel K., Ozan E.A., Tayfun Y., Gizem B.G., Sedat E., et al. Design of energy-efficient white portland cement mortars for digital ffabrication // Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication (DC – 2020), Eindhoven, The Netherlands, 6–9 July 2020. Switzerland: RILEM Bookseries, 2020. P. 64–72. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_7
10. Shahmirzadi M.R., Gholampour A., Kashani A., Ngo T.D. Shrinkage behavior of cementitious 3D printing materials: effect of temperature and relative humidity // Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 124. № 104238. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104238
11. Özalp F., Yilmaz H.D. Fresh and hardened properties of 3D high-strength printing concrete and its recent applications // Iranian Journal of Science and Technology. 2020. Vol. 44.
P. 319–330. DOI: https://doi.org/10.1007/s40996-020-00370-4
12. Panda B., Paul S.C., Hui L.J., Tay Y.W.D., Tan M.J. Additive manufacturing of geopolymer for sustainable built environment // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 167. P. 281–288. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.08.165
13. Panda B., Noor Mohamed N.A., Paul S.C., Bhagath Singh G., Tan M.J., Šavija B. The effect of material fresh properties and process parameters on buildability and interlayer adhesion of 3D printed concrete // Materials. 2019. Vol. 12(13). № 2149. DOI: https://doi.org/10.3390/ma12132149
14. Wolfs R., Bos F., Salet T. Hardened properties of 3D printed concrete: The influence of process parameters on interlayer adhesion // Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 119. P. 132–140. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.02.017
15. Hou Z.Y., Zhang Y., Zhang C., Chen Y.D., Chen C., Zhang Y.M., Zhang Y.S. Experimental methods for the mechanical properties of 3D printed concrete // Journal of Concrete and Cement Products. 2020. Vol. 10. DOI: https://doi.org/10.54097/hset.v10i.1227
16. Патент № 2729283 C1 Российская Федерация, МПК C04B 28/04. Двухфазная смесь на основе цемента для композитов в технологии строительной 3D-печати: № 2019133428: заявл. 21.10.2019: опубл. 05.08.2020 / Славчева Г.С., Артамонова О.В., Бритвина Е.А. [и др.]; заявитель Феде-ральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет».
17. Юров П.Ю. Обоснование показателя и способа контроля технологичности смеси как критерия регулирования процесса 3D-печати // Международная конференция по физике материалов, строительным конструкциям и технологиям в строительстве, промышленной и производст-венной инженерии: сборник трудов V международной научно-технической конференции, ВлГУ, 23–25 апреля 2024 г. Владимир: АРКАИМ, 2024. С. 264–272.
18. Ma G., Li Z., Wang L., Wang F., Sanjayan J. Mechanical anisotropy of aligned fiber reinforced composite for extrusion-based 3D printing // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 202. P. 770–783. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.008
19. Nerella V.N., Hempel S., Mechtcherine V. Effects of layer-interface properties on mechanical performance of concrete elements produced by extrusion-based 3D-printing // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 205. P. 586–601. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.235
20. Bong S.H., Xia M., Nematollahi B., Shi C. Ambient temperature cured ‘just-add-water’ geopolymer for 3D concrete printing applications // Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 121. № 104060. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104060
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Вестник Инженерной школы ДВФУ
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
