Россия
Россия
Россия
Россия
Россия
УДК 691.32 Бетоны. Бетонные и железобетонные изделия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ОКСО 08.06.01 Техника и технологии строительства
ББК 38 Строительство
ТБК 6 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. МАТЕМАТИКА
Рассмотрена актуальная для технологии строительной 3D-печати проблема структурообразования и твердения сме-сей. В качестве объектов исследования использованы системы твердения «цемент – микрокальцит – модифицирующие добавки». Цемент и микрокальцит, как основные компоненты систем твердения, характеризовались сходными размерно-геометрическими характеристиками. В составах смесей соблюдалось постоянство массового соотношения вяжущего и наполнителя, варьировался вид модификатора. В качестве модификаторов использованы комплексные добавки на основе наночастиц Al2O3·SiO2, SiO2, пирофосфата калия. Для исследования фазового состава, микроструктуры гидратных ново-образований применялись методы рентгенофазового анализа. Кинетика твердения цементных композиций оценивалась по результатам испытаний образцов на сжатие в возрасте 1, 3, 7, 14, 28, 60 и 90 суток. Установлено, что эффективным является применение модифицирующих добавок на основе наночастиц Al2O3·SiO2, SiO2, так как они способствуют счет вовлечению микрокальцита в процессы структурообразования твердеющих систем. При этом обеспечивается изменение баланса между гидратными новообразованиями в структуре в сторону увеличения содержания CSH-фаз с величиной С/S=0,5. Наиболее высокими значениями предела прочности при сжатии как на начальном этапе твердения (Rсж = 25 МПа в 1 сутки), так и в длительные сроки обладают цементные системы с микрокальцитом модифицированные добавкой на основе наночастиц Al2O3·SiO2 (Rсж = 58 МПа в 90 суток). Системы с добавками модификаторов на основе SiO2 и пиро-фосфата калия характеризуются невысокой прочностью на начальном этапе твердения (Rсж = 2 - 10 МПа в 1 сутки); сходными ее значениями в длительные сроки (Rсж = 40 – 45 МПа).
аддитивные технологии, смеси для 3D-печати, наполнители, структурообразование, прочность
1. Saruhan V., Keskinateş M. and Felekoğlu B. A comprehensive review on fresh state rheological properties of extrusion mortars designed for 3D printing applications. Construction and Build-ing Materials. – 2022. Vol. 337. 127629.
2. Калашников В.И. Терминология науки о бетоне нового поколения бетонов // Строительные материалы – 2011, №3 – С. 103–106.
3. Tao Y., Lesage K., Van Tittelboom K., Yuan Y. and De Schut-ter G. Effect of limestone powder substitution on fresh and hard-ened properties of 3D printable mortar. In Second RILEM Inter-national Conference on Concrete and Digital Fabrication: Digital Concrete. – 2020. Vol. 2. Pp. 135–143.
4. Paul S.C., Tay Y.W.D., Panda B. et al. Fresh and hardened properties of 3D printable cementitious materials for building and construction. Archives of civil and mechanical engineering. – 2018. Vol. 18. Pp. 311–319.
5. Manikandan K., Wi K., Zhang X. et al. Characterizing cement mixtures for concrete 3D printing. Manufacturing Letters. – 2020. Vol. 24. Pp. 33–37.
6. Lee H., Kim J.HJ., Moon J.H., Kim W.W. and Seo E.A. Evalua-tion of the Mechanical Properties of a 3D-Printed Mortar. Mate-rials. – 2019. Vol. 12 (24). 4104.
7. Rahul A.V., Santhanam M., Meena H. and Ghani Z. 3D printa-ble concrete: Mixture design and test methods. Cement and Con-crete Composites. – 2019. Vol. 97. Pp.13–23.
8. Ma G., Li Z., Wang L., Wang F. and Sanjayan J. Mechanical anisotropy of aligned fiber reinforced composite for extrusion-based 3D printing. Construction and Building Materials. – 2019. Vol. 202. Pp. 770–783.
9. Rahul A.V. and Santhanam M. Evaluating the printability of concretes containing lightweight coarse aggregates. Cement and Concrete Composites. – 2020. Vol. 109. 103570.
10. Manikandan K., Wi K., Zhang X., Wang K., and Qin H. Char-acterizing cement mixtures for concrete 3D printing. Manufac-turing Letters. – 2020. Vol. 24. Pp. 33–37.
11. Kazemian A., Yuan X., Cochran E., and Khoshnevis B. Ce-mentitious materials for construction-scale 3D printing: Labora-tory testing of fresh printing mixture. Construction and Build-ing Materials. – 2017. Vol. 145. Pp. 639–647.
12. Arunothayan R., Nematollahi B., Bong S. H., Ranade R. and Sanjayan J. Hardened properties of 3d printable ultra-high-performance fiber-reinforced concrete for digital construction applications. In Rheology and Processing of Construction Mate-rials: RheoCon2 & SCC9 – 2020. Vol. 2. Pp. 355-362.
13. Zhang Y., Zhang Y., She W., Yang L., Liu G. and Yang Y. Rheological and harden properties of the high-thixotropy 3D printing concrete. Construction and Building Materials. – 2019. Vol. 201. Pp. 278–285.
14. Шейнфельд А.В. Научные основы модифицирования бетонов комплексными органоминеральными добавками на основе техногенных пуццоланов и поверхностно-активных веществ: автореферат дис. доктора технических наук: 05.23.05 – Москва, 2015. – 40 с.
15. Kaprielov S., Sheinfeld A. Influence of silica fume/fly ash/superplasticizer combinations in powder-like complex modifiers on cement paste porosity and concrete properties / В сборнике: American Concrete Institute, ACI Special Publication. 6. Сер. "6th CanMET/ACI Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete". – 2000. – С. 383–400.
16. Славчева Г.С., Артамонова О.В., Бабенко Д.С., Шведова М.А. Исследование влияния модификаторов вязкости на структурообразование и твердение цементных композитов для 3D-печати // Конденсированные среды и межфазные границы – 2023, – Т. 25, №1 – С. 112–124.
17. Slavcheva G.S., Artamonova O.V., Shvedova M.A., Britvina E.A. Effect of Viscosity Modifiers on Structure Formation in Cement Systems for Construction 3D Printing. Inorganic Materials. – 2021. Vol. 57. Pp. 94–100.
18. Славчева Г.С., Солонина В.А., Панченко Ю.Ф., Орлов В.С., Филипенко П.В. Микрозернистые смеси для строительной 3d-печати на основе алевропелита // Известия вузов. Строительство – 2023, № 12 – С.37–51.
19. Шпынова Л.Г. Чих В.И., Саницкий М.А. и др.. Физико-химические основы формирования структуры цементного камня. – Львов: Вища школа. – 1981. 156 с.
20. Кузнецов В.А., Лобачев А.Н., Бакшутов В.С. Гидросиликаты кальция. Синтез монокристаллов и кристаллохимия. – М.: Наука. 1979. – 184 с.