Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве – Наука

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве – Наука 3d печать
3d печать домов 2022

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве

Использование аддитивных технологий, то есть 3D-печати, стало одним из самых горячих трендов последнего времени. в строительстве .

Выход из полноэкранного режима

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве – Наука

Увеличить до полноэкранного режима.

Фото: Andreas Gebert/ Reuters.

Как печатают дом

Они печатаются из обычных строительных материалов, таких как пескобетон, геополимерный бетон, гипс и сложные органо-неорганические строительные смеси. Быстро твердеющая бетонная смесь с различными добавками подается через сопло с помощью экструдера. Процесс похож на выдавливание зубной пасты из тюбика. Вертикальная структура формируется слой за слоем. Когда каждый последующий слой накладывается на предыдущий, нижний слой сжимается, увеличивая свою способность выдерживать больший вес. Чтобы увеличить прочность конструкции, ее укрепляют как по горизонтали, так и по вертикали.

Обычно при строительстве Принтер печатает «корку» внешней стены, так называемую несъемную опалубку (другой термин — «технология контурной печати с быстротвердеющим бетоном»). Это означает, что вместо всего объема несущей стены печатаются внешние и внутренние секции толщиной 3-5 см, а образовавшиеся пустоты заполняются шпатлевкой. Внутренние перегородки могут быть напечатаны в один слой.

Какие бывают принтеры

Разработаны и представлены на мировом рынке три типа принтеров.

Портальные принтеры представляют собой раму, по которой перемещается печатный узел (экструдер). Эти принтеры печатают объекты в системе движения, поэтому для крупных строительных проектов требуются принтеры большего размера.

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве – Наука

Роботы-операторы используют «роботизированную руку» для перемещения экструдера, что позволяет размещать принтер как снаружи, так и внутри печатаемого объекта. Принтер отличается небольшими размерами, малым весом и мобильностью.

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве – Наука

Подвесная система (принтеры Delta) обеспечивает 3D-перемещение печатающей головки с помощью специального кабеля во внешней раме. Благодаря этому можно печатать более высокие объекты, но в очень ограниченной области.

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве – Наука

Каждый тип принтера имеет свои преимущества и недостатки, соотношение которых определяет его конкурентоспособность.

В нашей стране на данный момент проведены экспериментальные испытания. в строительстве Одноэтажные здания (5-7) и малые архитектурные формы (до 100 единиц надгробий, бульварных скамеек, декоративных беседок и т.д.) По состоянию на декабрь 2022 года в России на разных стадиях реализации находятся шесть проектов 3D-печати. Жилищный сектор. строительстве Самые передовые средства массовой информации, заявил в СМИ заместитель министра строительства Александр Ломакин, заместитель министра Российской Федерации. Он заявил, что деревня Айша в Зеленодольском районе Татарстана первой в России начала строительство целого жилого комплекса с использованием 3D-печати.

Парадоксально, но ни одного принтера, ввезенного в Россию, выявлено не было. Все машины производятся внутри страны: в 2015-2022 годах три компании выпустили небольшую серию строительных принтеров: ООО «АПИСКОР», ООО «Спецавиа» и ООО «АМТ» — разработки Arkon Construction, Boom 3D Printer, Park 3D, SmartBuild и др. Появились специализированные технологические компании, такие как ООО «3Д-Строй» (Казань), ООО «3Д Стройдизайн» (Воронеж) и ООО «Хабаровск 3д» (Хабаровск) ООО » Фирма «Вефт» (г. Королев) производит смесь малой формы Printing, ООО «3Д Арт» (г. Москва).

Проблемы 3D-печати

Имеется заказ на проблем 3D-печати в строительстве — Правовые, нормативные, архитектурные, функциональные и страховые. В расчет принимаются наиболее сложные из них. физико-химические .

Во-первых, во многом неизвестны требования к восстановительным свойствам цементной пасты, подаваемой в форсунку. Несмотря на изменения температуры и влажности, она должна оставаться очень постоянной в течение многих часов работы. Это важно для некоторых регионов с континентальным климатом, где температура на строительных площадках может достигать 40°C. Запатентовано около 100 составов композиционных цементных смесей, в том числе в Московском, Казанском, Воронежском, Белгородском и Калининградском производственных и строительных университетах.

Одним из эффективных способов управления реологическими свойствами растворов для технологии добавок является введение сверхпроводников с поверхностной активностью на границе раздела твердых и жидких тел. Переход от липкой системы рассеяния к свободной системе рассеяния под действием пластических агентов необходим для притока энергии к рабочей насадке и последующего экструдирования. В связи с этим цементные растворы («жидкие — твердые системы») должны обладать специфическими характеристиками твердеющей структуры. Это означает, что после снятия технической нагрузки структура должна восстанавливаться в течение короткого промежутка времени. Повышенная пластическая прочность.

Во-вторых, важным параметром является адгезия между слоями раствора: особенностью 3D-печати является отсутствие как высвобождения арматуры в укладываемых слоях, так и уплотнения под воздействием вибрации. Поэтому обеспечение адгезии формируемых слоев бетонной смеси является актуальной (и во многом нерешенной) проблемой. Некоторые исследователи предлагают делать техническую паузу для затвердевания перед нанесением нового пропеллента и даже изготовлением армирующего слоя, например, металлической сетки или гелевого полимерного препарата.

При печати на высокой скорости новый слой давит на слой ниже, который еще не затвердел, вызывая деформацию «растекания» и создавая пятнистую стенку на дне. Интенсивное воздействие воды или среда с большими суточными перепадами температур обычно приводят к появлению трещин в напечатанном материале.

При использовании технологии 3D-печати камня также существует риск образования «холодных» швов между слоями, в зависимости от временного интервала процесса печати.

Методы кондиционирования не изучались. строительства В открытых средах, таких как тенты и экраны на рабочем месте, нагревательные и охлаждающие пушки, а также использование увлажнителей и осушителей воздуха, чтобы хотя бы частично смягчить воздействие внешних факторов.

Наконец, существует мало исследований, посвященных физико-химический Механизм поступления воздуха в процессе экструзии. Это влияет на пористость, которая, в свою очередь, сказывается на прочности получаемого материала. При выходе из экструдера при сдвиге сопла происходит разгерметизация материала, и цементная паста «вздыхает», втягивая окружающий воздух в поверхностный слой. Отсутствие вибрационного уплотнения неизбежно приводит к образованию чрезмерной пористости в приповерхностном слое бетона во время твердения, что приводит к механическому ослаблению.

В результате ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведенных в период с 2015 по 2022 годы, был разработан частично модификатор ПАВ на основе олигомерного оксифенолдогидрида, обладающий высокой адсорбционной способностью (поливинилацетат) и эффектом адсорбционного модифицирования частиц полимера (поливинилацетат) и минералов, минералы Исследовано. Проанализированы ректальные, электрофановые и другие свойства растворимых диарамов на полимерной основе на предмет формирования структур от момента зарождения структуры цементного геля до кристаллической структуры твердой конденсационной кристаллизации. В целом, многокомпонентные смеси (цемент, песок, полимеры, модификаторы, волокна и т.д.) более эффективны за счет синергетического эффекта. Были предприняты первые попытки математического моделирования для расчета разумных дозировок, что позволило применять полупромышленные составы, защищенные патентами, в 3D-печати мелкозернистого бетона и полимеров. Были сформулированы необходимые доработки и критерии технических свойств. Конечное статическое напряжение сдвига, 0ст = 30-40 ПА; конечное динамическое напряжение сдвига, 0ДИН = 5-8 ПА; пластическая прочность ПМ = 1. 2-1. 5 кПа; адгезия между слоями до 2 МПа; регулируемое время схватывания от 10 до 60 минут; ударная прочность около 1 кДж/м2 (1 сутки); низкое влагопоглощение 6-9 %, сопротивление горю около 20 МПа, измерение эластичности 20 — 50 GPA.

Заключение

Внедрение технологии протезирования обещает сэкономить время и деньги строительства Внедрение технологии протезирования обещает сократить сроки и стоимость строительства, снизить прочность металла в монолитных конструкциях и создать возможности для оптимизации поднимающихся площадей зданий за счет гибкости в выборе объемно-планировочных решений. Новая позиция передовых материалов формируется на основе высокомодифицированной строительной смеси влагоудержания.

Однако, как отмечает Елена Шолтова в своей статье «Базальтоволокнистый бетон для 3D-печати на основе композитных связующих», несмотря на широкое применение технологий протезирования, их развитие все еще находится на стадии настройки. в строительстве Находясь в зачаточном состоянии, трехмерная печать определяет жесткие требования к синтезу смеси, основанные на вязком нормализованном отверждении, обеспечивающем высокую адгезию между слоями и стабильность формы конечного продукта. Сегодня оборудование для технологии трехмерного добавления в строительстве Они значительно опережают используемые смеси. Для того чтобы применять автоматизированные строительства Технология 3D-печати требует разработки многокомпонентных смесей на основе современных подходов к управлению свойствами бетона за счет точного подбора натурального и искусственного минерального сырья и органических добавок».

С ней согласна Светлана Шаталова, которая говорит: «3D-печать на стройплощадках пока не получила широкого распространения». строительства По словам Шаталовой, основная проблема структурной печати — необходимость фиксации конструкции и получения достаточной опоры. Еще одно важное требование — способность к полимеризации. Неблагоприятные условия на стройплощадке, особенно в случае быстрого обезвоживания.

Доктор Владимир Тесленко. наук

В России три научные школы 3D-печати в строительстве

  • Научный журнал «Коммерсантъ» № 28 от 21. 12. 2022, с. 26.
Оцените статью