Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве

Использование технологии протезирования, то есть 3D-печати, в последнее время стало одной из самых горячих тенденций в строительстве .

Выход из полноэкранного режима

Полноэкранное расширение.

Фото: Андреас Геберт / Reuters

Как печатают дом

Печать осуществляется обычными строительными материалами: аммос-сиром, геополимерным бетоном, гипсом, а также сложными органическими открытыми строительными смесями. Быстро твердеющая бетонная смесь с различными добавками загоняется в сопло с помощью экструдера. Эта процедура похожа на вращение зубной пасты из тюбика. Вертикальная конструкция формируется послойно — каждый слой накладывается на предыдущий, тем самым сжимая нижний слой и повышая его способность выдерживать больший вес. Для повышения прочности конструкции она армируется и может быть как горизонтальной, так и вертикальной.

Обычно при строительстве Принтер печатает «корку» внешней стены. Это означает, что весь объем несущей стены не печатается, но ее внешняя и внутренняя секции имеют толщину 3-5 см, а образовавшиеся пустоты заполняются наполнителем. Внутренняя разделительная стенка может печататься послойно.

Какие бывают принтеры

Разработаны и доступны на мировом рынке три типа принтеров.

Портальные системы представляют собой рамы с подвижным экструдером. Такие принтеры печатают объекты внутри движущейся системы, что делает их более крупными принтерами для больших строительных проектов.

Роботизированная рука» перемещается снаружи, что позволяет размещать принтер как снаружи, так и внутри печатаемого объекта. Особенностью принтера является его небольшой размер, что повышает мобильность принтера.

Система тросовой подвески (принтера) перемещает печатающую головку в трех измерениях с помощью специальных тросов во внешней раме. Это определяет возможность печати высоких объектов, но при очень ограниченном пространстве.

Все типы принтеров имеют преимущества и недостатки, соотношение которых определяет их конкурентоспособность.

Пока в нашей стране проведены пилотные испытания. в строительстве С декабря 2022 года в России на разных стадиях реализации будут находиться шесть 3D-печатных проектов жилья, в одноэтажных домах (5-7 корпусов) и малых архитектурных формах (до 100 надгробий, аллейных скамеек, декоративных беседок и т.д.). Россия. строительстве О самых передовых СМИ рассказал заместитель министра строительства О самых передовых средствах массовой информации рассказал заместитель министра Российской Федерации Александр Ломакин. Он сообщил, что в селе Айша Зеленодольского района Татарстана первыми в России начали строить целые дома с помощью 3D-печати.

Парадоксально, но не было выявлено ни одного принтера, ввезенного в Россию. Все машины производятся внутри страны: с 2015 по 2022 год строительные принтеры в небольшом количестве выпускали три компании: «Апискор», «Спецавиа» и «АМТ», разработки вели «Аркон Констракшн», «Бум 3D-принтер», «Парк 3D», SmartBuild и другие. Появились специализированные технологические компании: ООО «3Д-Строй» (Казань), ООО «3Д Стройдизайн» (Воронеж), ООО «Хабаровск 3Д» (Хабаровск); ООО «Фирма Вефт» (Королев), смесь для печати малых форм и ООО «3Д Арт» (Москва) оказывает услуги по запуску 3D производства.

Проблемы 3D-печати

Существует заказ на проблем 3D-печати в строительстве — юридические, нормативные, архитектурные, функциональные и страховые. Самые сложные из них — безопасность, безопасность, безопасность, безопасность, безопасность, безопасность, безопасность. физико-химические .

Во-первых, требования к свойствам обновления цементного раствора, подаваемого в форсунку, в основном неизвестны. Они должны быть более или менее постоянными в течение многих рабочих часов, несмотря на изменения температуры и влажности. Это особенно актуально в континентальном климате, где температура на строительной площадке может достигать 40°C. Около 100 сложных смесей цемента запатентовано, в том числе в Московском, Казанском, Воронежском, Белгородском и Калининградском институтах строительства и стройиндустрии.

Одним из эффективных методов управления обновляющими свойствами растворов аддитивных технологий является введение супернатуралистов, обладающих поверхностной активностью в твердой интерпретации. Переход от липкой триггерной системы к свободно-тренирующейся под действием пластификатора необходим для перекачки рабочего раствора от источника питания к рабочему соплу и следующей экструзии. В связи с этим цементные растворы («жидкие системы») должны обладать определенными свойствами затвердевшей структуры — тиксотропией, т.е. структура должна восстанавливаться за короткое время после снятия технической нагрузки. Повышенная пластическая прочность.

Во-вторых, важным параметром является сцепление между слоями раствора: характерной особенностью 3D-печати является отсутствие как выпуска арматуры, так и вибрационного сжатия отливки. Поэтому обеспечение сцепления слоев отформованной бетонной смеси является актуальной (и во многом нерешенной) проблемой. Некоторые исследователи предлагают делать техническую паузу для затвердевания перед нанесением свежеобжигаемого бетона и даже армированных промежуточных слоев, таких как металлические маты или полимерные гелевые составы.

Во время высокоскоростной печати новый слой прижимается к еще не затвердевшему нижнему слою, что приводит к «растекающейся» деформации и складыванию стен. Интенсивное воздействие воды и значительные суточные колебания температуры приводят к растрескиванию напечатанного материала.

При использовании технологии 3D-печатной конструкции стен также существует риск появления «холодных» швов между слоями из-за временных промежутков в процессе печати.

Технология кондиционирования воздуха не изучалась. строительства Открытые среды, такие как тенты и экраны, тепловые и охлаждающие пистолеты, увлажнители и осушители воздуха на рабочем месте, по крайней мере, частично смягчают воздействие внешних факторов.

Наконец, мало что известно о физико-химический Наконец, механизм уноса воздуха в процессе экструзии влияет на пористость, которая, в свою очередь, влияет на сопротивление получаемого материала. При выходе экструзии из сопла давление расширяется в «вздох» материала и цемента, увлекая окружающий воздух в поверхностный слой. Из-за отсутствия вибрационного уплотнения в приповерхностной зоне бетона во время твердения образуется чрезмерная пористость, что приводит только к механическому ослаблению.

В результате выполнения ряда научно-исследовательских работ в период с 2015 по 2022 годы были частично изучены поверхностно-активные модификаторы на основе олигомеров оксифенолальдегида с высокой адсорбционной способностью на полимерных (поливинилацетат) и минеральных (мел, кварц, глинозем, цемент) частицах. Установлена закономерность влияния адсорбционной модификации на реологические, электроповерхностные и другие свойства полимерно-минеральных дисперсий. Проведен анализ формирования структуры от момента зарождения затвердевшей цементной структуры до конденсированной кристаллической структуры твердого тела. В целом, многокомпонентные смеси (цемент, песок, полимеры, модификаторы, волокна и т.д.) эффективны с точки зрения синергетического эффекта. Были предприняты первые попытки математического моделирования для расчета разумных диапазонов доз, позволяющие применить полупромышленные испытания запатентованных композиций в 3D-печатных мелкозернистых полимерцементных фибробетонах. Были определены необходимые критерии реологических и технических свойств: 0din = 5-8 Па, пластическая прочность Pm = 1,2-1,5 кПа, прочность межламинарного сцепления до 2 МПа, регулируемое время отверждения 10-60 мин, ударная прочность около 1 кДж/м2 (1 день), низкое водопоглощение 6-9%, прочность на сжатие около 20 МПа, модуль упругости 20-50 ГПа.

Заключение

Внедрение аддитивной технологии обещает экономию времени и средств строительства Внедрение аддитивной технологии обещает экономию времени и затрат, снижение расхода металла в монолитных конструкциях и гибкость в выборе решений расположения, что создает возможность оптимизации пространства построенного здания. Новые позиции в производстве перспективных материалов формируются на основе высокомодифицированных гидратационно-отверждаемых структурных смесей.

Однако, как отмечает Елена Шорстова в своей работе «Базальтоволокнистый бетон для 3D-печати на основе композитных связующих», несмотря на широкое применение технологий протезирования, их развитие в строительстве все еще находятся на ранних стадиях: 3D-печать предъявляет жесткие требования к смесям, основанные на вязкости, стандартизированном времени отверждения, высокой адгезии между слоями и обеспечении стабильности формы конечного продукта. Оборудование для аддитивных 3D-технологий сегодня в строительстве Сегодня оборудование для аддитивных 3D-технологий намного совершеннее, чем используемые смеси. Внедрение полноценных систем автоматизации. строительства Технология трехмерной печати требует разработки многокомпонентных смесей на основе новейших подходов к регулированию свойств бетона путем точного подбора натурального и искусственного сырья и органических добавок.

С ней согласна Светлана Шаталова. строительства Кроме того, традиционные технологии из разных отраслей пока не могут быть заменены. По словам г-жи Шаталовой, основной проблемой строительной печати является необходимость быстрого изменения структуры и приобретения достаточной несущей способности. Важным требованием также является возможность отверждения в неблагоприятных условиях стройплощадки, особенно в условиях быстрого обезвоживания.

Владимир Тесленко, кандидат химических наук. наук