CC BY
53
УДК 691.32/.34:004.94
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.280420.64.622
ВИЗНАЧЕННЯ Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОН1В ДЛЯ 3Б-ДРУКУ БУД1ВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦ1Й
САВИЦЬКИИ М. В.1, докт. техн. наук, проф., КОНОПЛЯНИК О. Ю.2, канд. техн. наук, доц.,
3*
МИСЛИЦЬКА А. О.3 , асист., астр., ЛЯСОТА О. В.4
1 Кафедра зал1зобетонних та кам'яних конструкцш, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академшя будiвництва та арх1тектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Днiпро, Украша, тел. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: sav15@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-4515-2457
2 Кафедра зал1зобетонних та кам'яних конструкцш, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академiя будiвництва та арх1тектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дншро, Украша, тел. + 38 (067) 762-24-55, e-mail: konoplianik.alexander@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-4664-8809
3 Кафедра залiзобетонних та кам'яних конструкцш, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академiя будiвництва та арх1тектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дншро, Украша, тел. +38 (050) 663-99-99, e-mail: Myslytska.anastasiia@pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0001-9609-7270
4 Кафедра залiзобетонних та кам'яних конструкцш, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академiя будiвництва та арх1тектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дншро, Украша, тел. +38 (096) 483-03-73, e-mail: liasota.alexandro@ pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0002-4269-2434
Анотащя. Постановка проблеми. Нараз1 все бшьшо! популярной набувають методи виготовлення буд1вельних конструкцш та вироб1в за допомогою SD-принтера. В технологи SD-друку один з основних факгор1в, який впливае на яюсть кшцево! продукци, - це склад бетонно! сум1ш1, яка застосовуегься. При цьому для кожного з виду вироб1в важливо розробити окремий склад сумш^ яка волод1е певними ф1зико-мехашчними властивостями. AHaMi3 сучасного стану розроблення i дослщження бетошв для SD-друку конструкцш показав, що вибiр матерiалiв для друку залежить вщ функцiонального призначення створюваного об'екта та сфери його застосування. При цьому вщмшна особливють бетонiв, якi застосовуються в практицi сучасного будiвництва, полягае в тому, що кожен розробник SD-принтера представляе свою сумiш, не розкриваючи 11 складу. Аналiз публжацш. Основний матерiал у 3D-будiвництвi, - це бетон - штучний кам'яний будiвельний матерiал, отримуваний в результат формування i затвердiння рацiонально пдабрано! i ущшьнено! сумiшi. Така сумш складаеться з в'яжучо! речовини - цементу, великих i дрiбних заповнювачiв, води, а в деяких випадках i рiзноманiтних модифiкувальних добавок. Це каолшова глина, мiкрокремнезем, повiтряне вапно, летючий попiл, суперпластифiкатори, прискорювачi твердшня та набору мiцностi сумiшi. У свгтовш практицi для SD-друку конструкцш для армування бетону в склад сумiшi вводять рiзноманiтну фiбру, скловолокно та iншi наповнювачi, якi дозволяють значно пiдвищити мiцнiсть бетону. Ниш в Дншропетровськш областi в с. Братське у виробничому примiщеннi налагоджено випуск дрiбноштучних бетонних виробiв за допомогою SD-друку. Кафедра залiзобетонних та кам'яних конструкцш ДВНЗ «Придншровська державна академiя будiвництва та архiтектури» налагодила спiвробiтництво з цим виробництвом, яке стосуеться удосконалення технологи виготовлення i нанесення сумiшей, а також розроблення оптимальних складiв бетонiв. Першим кроком такого сшвробгтництва стало розроблення складiв сумiшей з рiзними в'яжучими i прискорювачами твердiння, як суттево впливають на скорочення термiнiв тужавлення. Мета роботи -визначення фiзико-механiчних характеристик бетошв, з яких виготовляються конструкци на виробничому пiдприемствi в с. Братське; порiвняння характеристик бетонiв, виготовлених за допомогою SD-друку шляхом витискування сумiшi через сопло, i виготовлених в формах шляхом ручного ущшьнення сумш1 Висновки. Встановлено, що в практищ сучасного будiвництва економiчно та технолопчно реалiзувати переваги технологи SD-друку для виготовлення окремих конструктивних елеменлв будiвель i споруд. В результат випробувань складiв бетонiв для SD-друку конструкцiй з'ясовано, що найближча марка бетону за мщшстю базових зразюв-кубiв, якi були виготовлеш у формах, складае М300, а зразкiв-кубiв, вiдiбраних iз конструкцiй, - М250. Установлено масштабн коефiцiенти для зразкiв-кубiв з розмiрами ребра 100, 70 i 50 мм, як були визначеш вiдносно мiцностi стандартних зразюв з розмiром ребра 150 мм.
Ключовi слова: 3D-dp}K; технолог1я сум1ш1; бетон; мщтсть; об'емна вага
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНОВ ДЛЯ 3Б-ПЕЧАТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
САВИЦКИЙ Н. В.1, докт. техн. наук, проф., КОНОПЛЯНИК А. Ю. , канд.
техн. наук, доц.,
_ __о*
МЫСЛИЦКАЯ А. А.3 , асс., аспир., ЛЯСОТА А. В.4
1 Кафедра железобетонных и каменных конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: sav15@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-4515-2457
2 Кафедра железобетонных и каменных конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел.+ 38 (067) 76-22-455, e-mail: konoplianik.alexander@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-4664-8809
3 Кафедра железобетонных и каменных конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел. +38 (050) 663-99-99, e-mail: Myslytska.anastasiia@pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0001-9609-7270
4 Кафедра железобетонных и каменных конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел.+38 (096) 483-03-73, e-mail: liasota.alexandro@ pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0002-4269-2434
Аннотация. Постановка проблемы. В настоящее время все большую популярность приобретают методы изготовления строительных конструкций и изделий с помощью SD-принтера. В технологии SD-печати одним из основных факторов, который влияет на качество конечной продукции, является состав бетонной смеси. При этом для каждого вида изделий важно разработать отдельный состав смеси, которая обладает определенными физико-механическими свойствами. Анализ современного состояния разработки и исследования бетонов для SD-печати конструкций показал, что выбор материалов для печати зависит от функционального назначения создаваемого объекта и сферы его применения. При этом отличительной особенностью бетонов, применяемых в практике современного строительства, является то, что каждый разработчик SD-принтера представляет свою смесь, не раскрывая ее состава. Анализ публикаций. Основным материалом, применяемым в SD-строительстве, является бетон - искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формирования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси. Такая смесь состоит из вяжущего вещества-цемента, крупных и мелких заполнителей, воды, а в некоторых случаях и различных модифицирующих добавок. Это каолиновая глина, микрокремнезем, воздушная известь, летучий пепел, суперпластификаторы, ускорители твердения и набора прочности смеси. В мировой практике для SD-печати конструкций для армирования бетона в состав смеси вводят разнообразную фибру, стекловолокно и другие наполнители, которые позволяют значительно повысить прочность бетона. В настоящее время в Днипропетровской области в с. Братское находится производственное помещение, в котором налажен выпуск мелкоштучных бетонных изделий с помощью SD-печати. Кафедра железобетонных и каменных конструкций ГВУЗ «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры» наладила сотрудничество с указанным производством, которое касается усовершенствования технологии изготовления и нанесения смесей, а также разработки оптимальных составов бетонов. Первым шагом такого сотрудничества является разработка составов смесей с различными вяжущими и ускорителями твердения, которые существенно влияют на сокращение сроков схватывания смесей. Цель работы - определение физико-механических характеристик бетонов, из которых изготавливаются конструкции на производственном предприятии в с. Братское, сравнение характеристик бетонов, изготовленных с помощью SD-печати путем выдавливания смеси через сопло и изготовленых в форме путем ручного уплотнения смеси. Выводы. Установлено, что в практике современного строительства экономично и технологично реализовать преимущества технологии SD-печати для изготовления отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений. В результате испытаний составов бетонов для SD-печати конструкций установлено, что ближайшая марка бетона по прочности базовых образцов-кубов, которые были изготовлены в формах, составляет М300, а образцов-кубов, отобранных из конструкций, - М250. Установлены масштабные коэффициенты для образцов-кубов с размерами ребра 100, 70 и 50 мм, которые были определены по отношению к прочности стандартных образцов с размером ребра 150 мм.
Ключевые слова: 3D-печать; технология смеси; бетон; прочность; объемный вес
DETERMINATION OF PHYSICO-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF CONCRETE FOR 3D PRINTING BUILDING DESIGNS
SAVYTSKYI M.V.1, Dr. Sc. (Tech.), Prof., KONOPLIANYK A.Y. 2, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof.,
O sfc
MYSLYTSKA A.A.3 , Assist., Postgrad. Stud. LIASOTA A.V.4
1 Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: sav15@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-4515-2457
2 Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (067) 762-24-55, e-mail: konoplianik.alexander@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-4664-8809
3 Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (050) 663-99-99, e-mail: Myslytska.anastasiia@pgasa.dp.ua,ORCID ID: 0000-0001-9609-7270
4 Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, State Higher Education Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-a, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (096) 483-03-73, e-mail: liasota.alexandro@ pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0002-4269-2434
Abstract. Problem statement. Currently, methods of manufacturing building structures and products using a 3D printer are becoming increasingly popular. In 3D printing technology one of the main factors that affects the quality of the final product is the composition of the concrete mix used. Moreover, for each type of product, it is important to develop a separate composition of the mixture, which has certain physical and mechanical properties. Analysis of the current state of development and research of concrete for 3D printing of structures showed that the choice of materials for printing depends on the functional purpose of the created object and its scope. At the same time, a distinctive feature of concrete used in the practice of modern construction is that each developer of a 3D printer presents its mixture without revealing its composition. Analysis of publications. The main material used in 3D-construction is concrete-an artificial stone building material obtained as a result of the formation and solidification of a rationally selected and compacted mixture. Such a mixture consists of a binder-cement, large and small aggregates, water, and in some cases with the addition of various modifying additives. One of the main directions of modification of concrete mix is the use of special additives, which significantly affect the characteristics of concrete. Examples of such additives are kaolin clay, silica fume, air lime, fly ash, superplasticizers, hardening accelerators, and mixture strength set. In world practice, for 3D printing of structures for concrete reinforcement, a variety of fibers, fiberglass and other fillers are introduced into the mixture, which can significantly increase the strength of concrete. Currently, in Dnipropetrovsk region in Bratskoe village there is a production room, where the production of small piece concrete products with the help of 3D printing has been established. Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, State Higher Education Institution "Pridniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture" established cooperation with this production facility, engaged in the improvement of manufacturing technology and the application of mixtures, as well as the development of optimal concrete compositions. The first step of such cooperation is the development of mixtures with various binders and hardening accelerators, which significantly affect the reduction of the setting time of mixtures. Purpose of the work was to identify physico-mechanical characteristics of concrete,which is used to manufacture the structures at the production plant in Bratskoe. At the same time the goal was also to compare the characteristics of concrete made using 3D printing by extruding the mixture through a nozzle and molded by manually sealing the mixture. Conclusions. It is found out that in modern construction it is quite efficient and technologically simple to implement the advantages of 3D printing technology for the manufacture of individual structural elements of buildings and structures. As a result of tests of concrete compositions for 3D printing of structures, it was found that the closest concrete grade in terms of strength of basic samples-cubes that were made in molds is M300, and samples-cubes that were selected from structures is M250. Scale factors were established for the samples-cubes with ribs of 100, 70, and 50 mm, which were determined with respect to the strength of standard specimens with a 150-mm rib size.
Keywords: 3D printing; mix technology; concrete; strength; volumetric weight
Постановка проблеми. Hapa3i час все бшьшо1 популярност набувають методи виготовлення будiвельних конструкцш та виробiв за допомогою 3D-принтера. Така технолопя полягае в тому, що споруда або окремi ïï конструктивш елементи можуть бути побудоваш методом пошарового нанесення бетонноï сумiшi за допомогою
спещальних комп'ютерних програм [1]. Застосування 3D-друку дозволяе вийти на новий рiвень створення об'еклв складноï конф^урацп з необхщних матерiалiв. За допомогою будiвельних 3D-принтерiв можна створювати високомщш конструкцп в найкоротшi термши, при цьому звести
витрати пращ i вiдходи виробництва до мiнiмуму [5].
У технологи 3D-друку один з основних факторiв, який впливае на якють кшцево! продукци, — це склад бетонно! сумшь При цьому для кожного виду виробiв важливо розробити окремий склад сумiшi, яка володiе певними фiзико-механiчними властивостями.
Анал1з публжацш. Вибiр матерiалiв для друку залежить вщ функцiонального призначення створюваного об'екта та сфери його застосування. Основний матерiал, що застосовують у 3D-будiвництвi, — це бетон-штучний кам'яний будiвельний матерiал, що отримуеться в результат формування i затвердiння ращонально пвдбрано! й ущшьнено! сумiшi. Така сумш складаеться з в'яжучо! речовини-цементу, великих i дрiбних заповнювачiв, води, а в деяких випадках i з додаванням рiзноманiтних модифiкувальних добавок [7].
Один з основних напрямив модифкаци бетонно! сумiшi — це застосування спещальних добавок, якi суттево впливають на характеристики бетону. Це каолшова глина, мiкрокремнезем, повiтряне вапно, летючий попiл, суперпластифiкатори, прискорювачi твердшня та набору мiцностi сумiшi [10].
У св^овш практицi 3D-друку конструкцш для армування бетону в склад сумiшi вводять рiзноманiтну фiбру, скловолокно та iншi наповнювачi [2], ям дозволяють значно пiдвищити мiцнiсть бетону.
Сьогодш в наукових публiкацiях вiдсутня шформащя про особливостi складiв сумiшей для 3D-друку, тому що жоден розробник не розкривае !! рецептури [9].
Ниш в Дншропетровськш обласл в с. Братське у виробничому примщенш, налагоджено випуск дрiбноштучних бетонних виробiв за допомогою 3D-друку [6]. Кафедра з^зобетонних i кам'яних конструкцiй (ЗБЖК) ДВНЗ «Придншров-ська державна академiя будiвництва та арх^ектури» налагодила сшвробггництво iз зазначеним виробництвом, яке стосуеться удосконалення технологi! виготовлення i
нанесення сумiшей, а також розроблення оптимальних складiв бетонiв. Першим кроком такого сшвроб^ництва стало розроблення складiв сумiшей i3 рiзними в'яжучими i прискорювачами твердiння, якi суттево впливають на скорочення термов тужавлення сумшей [8].
Мета роботи — визначення фiзико-механiчних характеристик бетонiв, з яких виготовляються конструкци на
виробничому пщприемств в с. Братське, а також порiвняльний аналiз характеристик бетошв, ям були виготовленi за допомогою 3D-друку шляхом витискування сумiшi через сопло i бетошв, виготовлених у формах шляхом ручного ущшьнення сумш1
Виклад матер1алу. На виробничому пщприемств в с. Братське для виготовлення виробiв за допомогою 3D-принтера застосовувалась бетонна сумш, яка складалась iз таких компонентiв: щебiнь фракцiï 1,25...7 мм, пiсок рiчковий з модулем крупност Мкр = 0,98, цемент марки М500, вода, пластифкатор В 10 (Бетомкс), прискорювач тужавлення Redament та фiбра полiпропiленова BauGut.
Сумш готували в бетонозмiшувачi БСМ-500 з об'емом барабана 500 л. Потужнють двигуна бетонозмшувача складала 2,2 кВт, а частота обертання -18 об./хв. Спочатку у воду додавали послщовно пластифкатор, прискорювач твердшня i фiбру i перемшували протягом 1 хв. Рщину заливали в бетонозмшувач, запускали двигун i додавали необхщну кiлькiсть пiску. Отриману сумiш перемшували протягом 2 хв. Потiм додавали необхщну кшьисть щебеню i сумш перемiшували протягом 2...3 хв до отримання однорiдноï маси.
Технологiя укладання сумiшi включала в себе таи етапи (рис. 1):
1. Завантаження виготовленоï сумiшi в емнiсть бетоноукладача об'емом 20 л з перемшуванням цiеï сумiшi шнеком.
2. Розмщення каретки, яка зв'язана з емнютю бетоноукладача на рухомiй поперечнiй балщ, що перемiщуеться по двох повздовжшх нерухомих балках.
3. Перемщення каретки, поеднано1 з емнютю бетоноукладача, в необхщному напрямку. Перемiщення виконуеться за допомогою комп'ютерно1 програми мовою G-коду.
4. Витискування сумiшi через сопло дiаметром 40 мм, з отриманням шару сумiшi шириною 55...60 мм.
Дослщження характеристик бетонiв, виготовлених за допомогою 3D-принтера i у формах ручним ущшьненням сумiшей, виконували на зразках розмiрами 150 х 150 х 150 мм, 100 х 100 х 100 мм, 70 х 70 х 70 мм i 50 х 50 х 50 мм. Для визначення характеристик бетошв, виготовлених за допомогою 3D-друку, зразки-куби вирiзали з готових виробiв.
В умовах дослщно! лаборатори кафедри ЗБiКК дослiджували мiцнiсть i об'емну вагу бетонiв. Мiцнiсть бетону на стиск (МПа) визначали на зразках-кубах згщно нормативним документом [3]. Зразки-куби з розмiрами 150 х 150 х 150 мм, 100 х 100 х х 100 мм та 70 х 70 х 70 мм доводили до руйнування на прес П-125 (рис. 2). Зразки-куби розмiрами 50 х 50 х 50 мм доводили до руйнування на прес УММ-20. Швидкiсть пiдвищення навантаження складала 4 кН за секунду.
Межу мщносл на стиск визначали шляхом вщношення руйшвного
навантаження до площi поперечного перерiзу зразка.
Рис. 1. Виготовлення секцш забору за допомогою 3D-принтера
Об'емну вагу зразив в кг/м3 визначали зразка визначали шляхом його розмггки та
згщно з нормативним документом [4] вимiрювання розмiрiв у характерних
шляхом 1х контрольного зважування та перерiзах. вiдношення ще! ваги до об'ему зразка. Об'ем
Рис. 2. Визначення мiцностi на стиск бетонних зразюв розмiром 100 х 100 х 100 мм на преЫ П-125
Результати визначення мщносл бетошв, виготовлених у формах i ввдбраних iз конструкцш, наведеш у виглядi дiаграм на рисунках 3, 4 вщповщно.
Як видно з рисунка 3, показники межi мiцностi за стиску зразкiв-кубiв бетону, якi були виготовлеш у формах, незначно вiдрiзняються вщ зразкiв бетонних кубiв iз
35 -,
п 32.27
розмiрами ребра з 150 до 70 мм. При цьому показники мщносл за стиску становлять 31,09...32,27 МПа. У разi зменшення розмiру ребра до 50 мм мщнють зразкiв суттево вiдрiзняеться i становить 27,37 МПа, що складае 15,2 % вщносно мщносл базового зразка з розмiром ребра 150 мм.
32.16
150
100
70 50
Розмпр ребра, мм
Мщнють зразюв, вирахована за 4 зразками, Мпа Мщнють зразюв, вирахована за 6 зразками, Мпа
Рис. 3. Мiцнiсть на стиск бетошв для 3D-друку, виготовлених у формах
Рис. 4. Мщшстъ на стиск бетошв для 3Б-друку, в1д1браних ¡з конструкцш
Середня сгоеынэ вагв вирэгсвэнэ зэ 4 эрэзкэми кг'мЗ Середня об емна взпэ шф&ювана зэ 6 эразкэмм кг/мЗ
Рис. 5. Об'емна вага бетошв для 3Б друку, виготовлених в формах
50 мм збшьшуеться
Як видно з рисунка 4, показники меж1 мщносл за стиску зразюв-куб1в бетону, вдабраних 1з конструкцш, з розм1ром ребра 150 мм, значно менш1, шж аналопчш показники мщноси у бетонних зразюв 1з розм1ром ребра 100 1 50 мм. Межа мщноси на стиск зразюв 1з розм1ром ребра 100 1
вщносно м1цност1 базових зразюв 1з розм1ром ребра 150 мм 1 становить 33,67 та 35,72 МПа, вщповщно. Таке збшьшення мщноси зразюв узгоджуеться з даними нормативного документа [3], коли для зведення мщноси
зразкiв до мщносп стандартного зразка вводяться знижувальнi коефщенти.
Якщо розмiр ребра зразкiв-кубiв 70 мм, мщнють зразкiв на стиск значно зменшуеться i становить 18,91 МПа. Таке суттеве зменшення мщносп бетонних зразкiв пов'язане або з порушенням технологи укладання сумiшей, або з порушенням складу бетону.
Таким чином, визначення показниив мщносп бетонiв на стиск вщносно мiцностi стандартних зразкiв iз розмiром ребра 150 мм дае пщстави вважати, що найближча марка бетону за мщнютю дорiвнюе М300 для бетошв, якi були виготовленi у формах, i М250 для бетошв, ввдбраних iз конструкцiй.
Результати визначення об'емно! ваги бетонiв, виготовлених у формах i вiдiбраних iз конструкцш, наведенi у виглядi дiаграм (рис. 5, 6, вщповщно).
Як видно з рисунка 5, об'емна вага бетошв, виготовлених у формах, що визначена на зразках-кубах iз розмiрами ребра 150, 100 i 70 мм, становить вщповщно 2 065, 2 055 1 2 050 кг/м3. Однак за зменшення розмiру ребра зразив до 50 мм
со 2500 -, 2
"ъ! &
га х 2 о ю О
знижуеться показник об'емно! ваги до 2 005 кг/м3.
Об'емна вага бетошв, ввдбраних iз конструкцш, що визначена на зразках-кубах iз розмiрами ребра 150, 100 i 50 мм, становить вщповщно 2 070, 2 010 i 2 035 кг/м3. А за розмiрiв зразив 70 х 70 х 70 мм показник об'емно! ваги бетону суттево знижуеться до 1 975 кг/м3. У результат дослщження мщносп й об'емно! ваги бетошв, ям були виготовлеш у формах i ввдбраш з конструкцiй, встановленi дшсш масштабнi коефiцiенти цих показникiв вщносно результапв стандартних зразкiв розмiром
150 х 150 х 150 мм. Показники масштабних коефщенпв наведенi в таблищ.
Як свiдчать данi (табл.), показники масштабних коефщенпв для бетошв, виготовлених у формах, пщвищуються вщносно типового коефщента зразкiв iз розмiром ребра 150 мм. Таке пщвищення нетипове i суперечить показникам нормативного документа [3], в якому у разi зменшення розмiру ребра застосовуються знижувальнi коефiцiенти.
Розмiр ребра, мм
■ Середня об'емна вага, вирахована за 4 зразками, кг/м3
■ Середня об'емна вага, вирахована за 6 зразками, кг/м3
Рис. 6. Об'емна вага бетошв для 3D-друку, вiдiбраних 13 конструкцш
Таблиця
Масштабш косчфмиснти за мiцнiстю i об'емною вагою
Вид бетону Показники Куби розмiрами ребра, мм
150 100 70 50
Виготовлений у формах Масштабний коефщент за мщнютю 1.0 1.04 (1.065) 1.003 (1.02) 1.18 (1.19)
Масштабний коефщент за об'емною вагою 1.0 1.005 (1.007) 1.007 (1.007) 1.03 1.03)
Вдабраний з конструкцш Масштабний коефщент зао мщнютю 1.00 0.78 (0.78) 1.38 (1.40) 0.73 (0.76 )
Масштабний коефщент за об'емною вагою 1.00 1.03 (1.023) 1.05 (1.045) 1.02 (1.02)
Примтка: без дужок наведено показники коефщенив, ям були вирахованi за 4 зразками, а в дужках - за 6 зразками
У бетонах, ям були ввдбраш з конструкцш з розмiром ребра 100 i 50 мм, знижувальнi коефщенти цiлком логiчнi, а з розмiром ребра 70 мм - нетипов1
Висновки. Встановлено, що в практищ сучасного будiвництва економiчно та технолопчно реалiзувати переваги технологи 3D-друку для виготовлення окремих конструктивних елеменив будiвель i споруд. У результатi випробувань складiв бетонiв для 3D-друку конструкцш встановлено, що найближча марка бетону за мщнютю базових зразкiв-кубiв, якi були виготовлеш у формах, складае М300, а зразкiв-кубiв, вiдiбраних iз конструкцш, — М250. Установлено масштабш коефщенти для зразкiв-кубiв iз розмiрами ребра 100, 70 i
50 мм, визначеш вiдносно мiцностi стандартних зразмв iз розмiром ребра 150 мм.
Перспективи подальшого дослщжен-
ня. Оскшьки бiльшiсть виробiв i конструкцiй, виготовлених на 3D-принтерi, застосовують в умовах зовшшнього вiдкритого простору, в подальшому необхiдно дослiдити такi важливi фiзико-механiчнi характеристики бетонiв як деформатившсть, водостiйкiсть та моро-зостiйкiсть. При цьому також бажано визначити масштабш коефщенти фiзико-механiчних характеристик бетону для 3D- друку в сшввщношенш до бетошв, ям виготовляються методом ручного ущiльнення.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Базовые основы 3D печати. «Смарт-Принт» - все о 3D принтерах и 3D печати в Украине и в мире. 2016. URL : www.xn-3-htbdlzkhdq6g.com.ua/blog (Перев1рено : 12.02.2020).
2. Wang Yo., Wu H.C., Li V.C. Concrete reinforcement with recycled fibers. Journal of Materials in Civil Engineering. 2000. № 4-12. C. 314-319.
3. ДСТУ Б В.2.7.-214:2009. Бетони. Методи визначення мщносп за контрольними зразками. Кшв : Мшрегюнбуд Украши, 2010. 43с.
4. ДСТУ Б В.2.7-170:2008. Бетони. Методи визначення середньо! мщносп, вологосп, водопоглинання, пористостi та водонепроникнення. Кшв : Держбуд Украши, 2008. 45 с.
5. Khoshnevis B. Automated construction by Contour-grafting - related robotics and information technologies. Journal of Automation in Construction. 2004. Vol. 13. № 1. Pp. 5-19.
6. Леушин С. Ю. 3D друк бетоном в Украш, практичш досягнення та перспективи розвитку. 1нновацтт технологи життевого циклу об'eктiв житлово-цившьного, промислового i транспортного призначення : матер. XVII мiжнар. наук.-практ. конф. (Одеса, 9-13 вересня 2019 р.). Дншро : ДВНЗ ПДАБА, 2019. С. 20.
7. Лысыч М. Н., Шабанов М. Л., Воронцов Р. В. Материалы, доступные в рамках различных технологий 3D-печати. Современные наукоемкие технологии. 2015. № 5. С. 20-25.
8. Sustainable housing andhuman settlement. Materials for 3D construction printing : Monograph. Editors : Savytskyi M., Konoplianik O., Unchik S., Dukat S., Savytskyi A.; under the general editorship Savytskyi M. Dnipro -Bratislava : SHEE "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture" - Slovak University of Technology in Bratislava, 2018. 263 p. (ISBN 978-966-323-182-2).
9. Торшин А. О., Потапова Е. Н. Перспективы использования 3D-принтера в строительстве. Успехи в химии и химической технологии. Том ХХХ. № 7. Москва, 2016. С. 118-120.
10. Шипелев И. Л. Возможности и преимущества метода строительной 3d печати. Новые идеи нового века : матер. межд. науч. конф. Том 3. Хабаровск : ФАД ТОГУ, 2018. С. 479-482.
REFERENCES
1. Bazovye osnovy 3D pechaty. «Smart-Prynt» — vse o 3D prynterakh y 3D pechaty v Ukrayne y v myre [ Basic basics of 3D printing. "Smart Print" — all about 3D printers and 3D printing in Ukraine and in the world]. 2016. (in Russian).
2. Wang Yo., Wu H.C., Li VC. Concrete reinforcement with recycled fibers. Journal of Materials in Civil Engineering. 2000, no. 4-12, pp. 314-319. (in Ukrainian).
3. DSTU B V.2.7. — 214:2009. Betony. Metody vyznachennya mitsnosti za kontrol'nymy zrazkamy [DSTU B C.2.7. - 214: 2009. Concretes. Methods for determining the strength of control samples]. Kyiv : Minregion of Civil Engineering of Ukraine, 2010, 43 p. (in Ukrainian).
4. DSTU B V.2.7-170:2008. Betony. Metody vyznachennya seredn'oyi hustyny, volohosti, vodopohlynannya, porystosti i vodonepronyknennya [DSTU B V.2.7-170:2008. Concrete Methods for determination of average density, humidity, water absorption, porosity and water resistance]. Kyiv : Derzhbud of Ukraine, 2008, 45 p. (in Ukrainian).
5. Khoshnevis B. Automated construction by Contour-grafting - related robotics and information technologies. Journal of Automation in Construction. 2004, vol. 13, no. 1, pp. 5-19. (in Ukrainian).
6. Leushyn S. Yu. 3D druk betonom v Ukrayini, praktychni dosyahnennya ta perspektyvy rozvytku. [3D concrete printing in Ukraine, practical achievements and prospects.] Innovatsiyni tekhnolohiyi zhyttyevoho tsyklu ob"yektiv zhytlovo-tsyvil'noho, promyslovoho i transportnoho pryznachennya : mater. XVII mizhnar. nauk.-prakt. konf. [Innovative technologies of life cycle of objects of housing, civil, industrial and transport purpose : mater. of the XVII Intern. Scient.-Pract. Conf.]. Odessa, 9-13 September, 2019. Dnipro : SHEI PSACEA, 2019, p. 20. (in Ukrainian).
7. Lysych M.N., Shabanov M.L. and Vorontsov R.V. Materialy, dostupni v ramkakh riznykh tekhnolohiy 3D-druku [Materials available within the framework of various 3D printing technologies] Suchasni naukomistki tekhnolohiyi [Modern high technology]. 2015, no. 5, pp. 20-25. (in Russian).
8. Sustainable housing andhuman settlement. Materials for 3D construction printing : мonograph. Editors : Savytskyi M., Konoplianik O., Unchik S., Dukat S., Savytskyi A.; under the general editorship Savytskyi M. Dnipro -Bratislava : SHEE "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture" - Slovak University of Technology in Bratislava, 2018, 263 p. (ISBN 978-966-323-182-2). (in Russian).
9. Torshyn A.O. and Potapova Ye.N. Perspektyvy vykorystannya 3D-pryntera v budivnytstvi [Prospects for the use of a 3D printer in construction]. Uspikhy v khimiyi ta khimichniy tekhnolohiyi [Advances in chemistry and chemical technology]. Vol. XXX, no. 7, Moscow, 2016, pp. 118-120. (in Russian).
10. Shipelev I. L. Mozhlyvosti ta perevahy metodu budivel'noyi 3d druku [Possibilities and advantages of the construction 3d printing method]. Novye idei novogo veka : mater. mezhd. nauch. konf. [New ideas of the new century : Mater. Int. Scient. Conf.]. Khabarovsk : FAD TOGU, 2018, pp. 479-482. (in Russian).
Надшшла до редакцп: 05.03.2020 р.
