23Оценка эффективности применения 3d-печати для стеновых конструкций
Кротов Олег Михайлович
студент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, office@spbstu.ru, krotovom@mail.ru
Птухина Ирина Станиславовна
кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, office@spbstu.ru, irena_ptah@mail.ru
Введение: строительная ЗД-печать сегодня рассматривается в качестве аналога традиционного строительства для возведения зданий и сооружений. Несмотря на это, в основном строительные ЗД-принтера используются для возведения стеновых конструкции вследствие возможностей техники. Для оценки эффективности применения данной технологии для стеновых конструкций в данной работе сравниваются несколько типов материалов, применяемых для возведения стен. Основной целью данной статьи является определение самой эффективной технологии возведения стен при сравнении стоимости, прочности, сроков возведения и теплопроводности. Полученные результаты исследования могут быть использованы на практике при выборе технологии возведения стеновых конструкций.
Материалы и методы: для оценки эффективности технологии возведения стеновых конструкций в данной работе применяются лабораторные испытания печатаемых материалов по определению прочности и теплопроводности, расчёт стоимости работ, а также проведение многокритериального анализа на основе полученных расчетов.
Результаты: по результатам проведенных исследований и многокритериального анализа получено, что возведение стеновых конструкций с помощью крупногабаритного принтера беспрерывным способом является наиболее эффективным способом. Данная технология в два раза дешевле, а также в три раза быстрее кирпичной кладки. Основными барьерами внедрения данной технологии являются недостаток применяемых смесей на рынке стройматериалов, недостаточная квалификация специалистов, а также неразвитая нормативная база для строительной ЗД-пе-чати.
Выводы: Полученные результаты могут использоваться при выборе технологии возведения стеновых конструкций. При непрерывной строительной ЗД-печати необходимо правильно выбирать материалы, поскольку неправильно спроектированная смесь может привести к разрушению всей стеновой конструкции и, как вследствие, к перерасходу материалов. Ключевые слова: строительная ЗД-печать, напечатанные блоки, непрерывная печать, слои, многокритериальный анализ, прочность на сжатие, сопротивление теплопроводности.
Введение
На протяжении многих лет в строительной отрасли основными технологиями возведения стен являлись кладка, деревянные каркасы, монолит [1]. Каждый из данных способов обладает своим преимуществом в плане цены, сроков, качества. Основными строительными материалами при монолитных работах являются портландцемент в качестве основного связующего и стальная арматура [2]. Стальная арматура обеспечивает прочность железобетона на растяжение, что делает его прочным и долговечным. Бетон, используемый без армирования, обеспечивает только прочность на сжатие, что не подходит для многоэтажного строительства. Однако цемент предохраняет арматуру от коррозии [3].
Когда мы говорим о многоэтажном железобетонном строительстве, мы всегда имеем в виду использование опалубки. Опалубка - это вспомогательная конструкция, изготовленная чаще всего из дерева, которую заливают бетоном и придают ей определенную форму [4]. Перед заливкой бетона армирующая сетка должна быть установлена в соответствии со строительными нормами и правилами. После заливки и вибрирования бетон набирает прочность в течение 28 дней. После этого детали опалубки демонтируются и затем могут быть использованы для других строительных элементов [5].
Перед выполнением работ в традиционном строительстве рабочая бригада собирает и устанавливает опалубку. Что касается вышележащих этажей, то опалубка для перекрытий от пола до пола поддерживается специальными временными опорами [6]. Опалубка используется для придания бетонной смеси определенной формы с проектными размерами. Арматурная сетка конструкции устанавливается в опалубку на определенной высоте (защитный слой) от нижней грани.
Этот метод широко применяется в мире. Это кажется простым, но в целом его нельзя считать идеальным: монолитные работы разделены на захваты, что означает промежутки при заливке бетона, иногда в процессе строительства могут быть перерывы в несколько лет между следующей заливкой [7]. Также монолитные работы подразумевают использование большого количества трудовых ресурсов в виде рабочих, которые занимаются следующими работами: опалубкой, армированием, бетонированием, демонтажем. Количество работников в команде может достигать десятков человек. Технология строительной печати в этом плане позволяет использовать меньше трудовых ресурсов за счет автоматизации процесса строительства.
О *
О X
о
3 *
8)
с т ■и о
5
т о а г
о т
09 8)
(О
сч
0 сч
ю
01
Начиная с 2008 года появилась новая технология возведения зданий и сооружений - строительная ЗД-печать [8]. Данная технология стала широко применяться во всем мире, а за счет своей цены и скорости стала заработком для многих строительных компаний [9]. Аддитивное производство дало толчок развитию технологий в строительной отрасли. Теперь вы можете построить дом за 24 часа с помощью строительного принтера, но качество может быть разным, и это одна из проблем новой инновационной индустрии [10]. Технологию строительной печати можно описать следующим образом: строительный принтер закрепляется на земле (стационарный принтер - с 4 опорами, манипулятор, мобильный - 1-2 опоры) [11]. После этого выполняется специальная работа по выравниванию плоскости принтера, и, наконец, принтер можно использовать [12].
Главным преимуществом строительной печати является отсутствие опалубки [13]. Это достигается за счет того, что консистенция набивного цемента не позволяет смеси растекаться, а быстро набирает прочность в нужном месте по точной траектории [14]. Эта смесь может содержать волокнистые волокна, которые служат армированием. Чем выше конструкция, тем больше волокон необходимо добавить [15]. По сравнению с портландцементом смесь для печати быстрее набирает прочность [16].
В данной работе определяется наиболее эффективный способ взведения объектов индивидуального жилого строительства на примере одноэтажного блокированного дома общей площадью 100 м2. Поскольку сегодня в российской и зарубежной практиках строительная ЗД-печать применяется для возведения стен [17], то эффективность производства будет исследоваться именно в отношении внутренних и наружных стеновых конструкций.
В данной работе эффективность определяется с помощью нескольких факторов:
1. Стоимость работ;
2. Сроки строительства;
3. Теплотехнические показатели;
4. Прочность образцов на сжатие;
По результатам определения значений факторов будет проведен многокритериальный анализ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В данной работе в качестве сравнения рассматриваются следующие материалы и технологии:
1. Кирпичная кладка;
2. Газосиликатная кладка;
3. Кладка напечатанных на строительном 3Д-принтере блоков;
4. Непрерывная строительная 3Д-печать.
В качестве примера сооружения был выбран блокированный одноэтажный частный дом площадью 70 м2. Общий вид здания указан на рисунке 1. Дом имеет три изолированные зоны: кухня-гостиная, совмещенный санузел и спальня. Внутренние и внешние стены состоят из одинаковых материалов.
Рис. 1. Общий вид дома.
Поскольку технология строительной ЗД-печати сегодня в основном используется для возведения стеновых конструкций, для корректного сравнения стоимостных характеристик будут выбраны именно эти элементы здания.
В качестве газоблока был выбран газобетон D600 200*250*625 В качестве кирпича был выбран кирпич рядовой поризованный 1NF Никольского кирпичного завода.
Характеристики материалов указаны в таблице:
Таблица 1
Газобетон 0600 Кирпич рядовой поризованный 1ЫР
Размер, мм 200*250*625 250*120*65
Марка М45 М150
Класс прочности ВЗ,5 (4,5 МПа ) В12,5 (16,05 МПа)
Теплопроводность, Вт/мС 0,14 0,2
Цена за штуку, руб 106 16
Непрерывная строительная 3Д-печать
Строительная 3Д-печать включает в себя применение 2 основных составляющих: комплекс строительной 3Д-печати и печатаемые материалы. От конструкции и способа перемещения печатающей головки зависят размер рабочей площади, максимальная высота сооружения, а также скорость печати.
Для печати малоэтажных зданий широкое применение получили стационарные строительные ЗД-принтеры, а также мобильные строительные ЗД-принтеры. Данные типы принтеров обладают высокой точностью печати плоских чертежей, что позволяет возводить стены с повышенной скоростью.
Кладка напечатанных на строительном 3Д-принтере блоков
Сборно-монолитная технология на основе 3D-пе-чати подразумевает под собой использование отдельно напечатанных блоков здания. Данные блоки соединяются ручным способом с установкой арматуры в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Примеры блоков с описанием представлены на рисунке 4.
Рис.2. Блоки для печати
Для печати на строительном принтере на сегодняшний момент не существует определённого программного комплекса, который позволял бы обойтись без сторонних программ, поэтому в сфере строительной печати используется ряд специализированных программ [18]. Печать бетоном схожа по технологии с печатью пластиком за исключением отсутствия нагревающего элемента в экструдере, который позволяет размягчать нить печатаемого пластика на время для создания проектируемой формы.
В случае с бетоном для качественной печати необходим правильно спроектированный шнек печатающей головки, который отвечает за скорость и вид печатаемого слоя. Под видом понимается правильно обработанная шнеком смесь в экструдере и выдавленная через сопло определенной формы [19].
В строительной печати часто используются программы, схожие с 3Д печатью пластика. Поскольку процессы подготовки моделей практически одинаковы, в аддитивном строительстве могут использоваться универсальные программы [20].
На рисунке 5 представлена модель здания, подготовленная в программе Simplify3D. Объект печати находится внутри прозрачного куба - рабочей площадки принтера.
Под рабочей площадкой принтера подразумевается ограниченная в теле программы зона печати, заходя за которую принтер перестает получать сигналы, тем самым печать прекращается. В самом начале при настройке программы необходимо сразу настраивать правильную рабочую площадку, соответствующую габаритам рабочей площадки принтера.
Также важно корректно задавать начало координат, поскольку движение головки принтера напрямую зависит от направления осей в программе.
В рамках данной работы была разработана смесь для строительной 3Д-печати. Данная смесь была испытана на прочность на сжатие и изгиб, а также был определен коэффициент теплопроводности материала.
Согласно ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» были подготовлены балочки из спроектированной смеси. Было выбрано 9 образцов, которые испыты-вались на 7 и 28 сутки. Балочки испытывались как на прочность, так и на сжатие.
" (
Рис. 4. Испытание балочек на 7 сутки.
Результаты испытаний приведены в таблице:
Таблица 2
№ Прочность на Прочность Прочность Прочность
изгиб, МПа на сжатие, на изгиб, на сжатие,
МПа МПа МПа
7 суток 28 суток
1. 5,1 20,3 7,4 35,2
2. 5,5 20,6 7,9 35,8
3. 5,9 21,3 8,3 36,1
4. 5,6 20,9 7,8 35,5
5. 5,7 21,1 8,1 35,9
6. 5,8 21,2 8,0 36,1
7. 5,0 20,0 7,2 35,0
8. 5,2 20,4 7,4 35,4
9. 5,2 20,5 7,4 35,4
Рис.3. Образец модели здания
Средняя прочность образцов составляет:
Я
'срсж 7
Я
'сризг 7
Я
'срсж 28
2 Ясж
-= 20,7 МПа
9
9
^я
изг
-= 5,4 МПа
9
9
2 Ясж
= -= 35,6 МПа
О *
О X
о 3
5 *
и
с т ■и о
5 Т
Ф
а т
о
Т
а
и
^ 1 R'из.
R
'сризг 28
= 7,7 МПа
(О
сч
0 сч
in
01
Таким образом, испытанные балочки, состоящие из смеси для строительной ЗД-печати на 28 сутки имеют среднюю прочность на сжатие 35,6 Мпа, что соответствует классу В25 (марка по прочности М350).
Теплотехнические характеристики материалов
2Для определения коэффициента теплопроводности разработанной смеси для строительной ЗД-печати были проведены испытания согласно ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме».
Для проведения испытаний были подготовлены образцы с размерами 30x250x250 мм каждый. Данные образцы выдерживались 28 суток в тепловой камере с заданной влажностью.
Подготовленные образцы испытывались с использованием лабораторной установки ПИТ-2.1.
Расчет стоимости
При расчете стоимости возведения стен рассматривались кирпичная и газосиликатная кладки, напечатанные блоки, а также непрерывная 3Д-пе-чать. Поскольку при строительной 3Д-печати поверхность стены не является ровной из-за формы слоев, то для более точной оценки стоимости возведения стен был принят коэффициент 1,2 для штукатурных работ. В данной работе рассматривается высота стен 3 мм. Для кирпичной кладки принято ширина стены в 3 кирпича.
Таблица 3
Рис. 5. ПИТ-2.1.
Коэффициент теплопроводности рассчитывается по следующей формуле:
Л = Р * И / ( * дТ)
Для выбранного материала коэффициент теплопроводности составляет:
Л = 0,2 Вт / (м2*К)
Для данной стеновой конструкции сопротивление теплопередаче рассчитывается по следующей формуле:
я=±
Л
При ширине стены 300 мм сопротивление теплопередаче составляет:
Я = 03 = 1,5 С0 ■ м2/Вт 0,2
Для стены из кирпича в 2 ряда сопротивление теплопередаче будет составлять:
Якир = 1,2 С0 ■ м2/Вт
Для стены из газобетона сопротивление теплопередаче будет составлять:
= 1,4С0 ■ м2/Вт
Наименование Ед. из-мер Колич Увелич-Коэфф Полное кол-во Стоимость 1 ед Всего руб
Кирпичная клад ка
Кирпич рядовой поризованный 1NF м3 24 1,03 24,72 8153 201 542,16 Р
Клей для кирпичной кладки шт 4 1,05 4,2 450 1 890,00 Р
Арматура для кирпичной кладки кг 10 1,05 10,5 400 4 200,00 Р
Стоимость работ по возведению м3 9,5 1,03 9,8 3000 29 400,00 Р
Штукатурка Волма, толщина слоя 15 мм кг 2040 1,05 2142 12 25 704,00 Р
Стоимость работ по оштукатуриванию м2 102 1,05 107,1 800 85 680,00 Р
Всего 348 416,16 Р
Газоблочная кла дка
Блоки из газобетона D600 200*250*625 м3 22 1,03 22,66 6790 153 861,40 Р
Клей кладки шт 5 1,05 5,25 450 2 362,50 Р
Арматура для кирпичной кладки кг 10 1,05 10,5 400 4 200,00 Р
Стоимость работ по возведению м3 22 1,03 22,66 3000 67 980,00 Р
Штукатурка Волма, толщина слоя 15 мм кг 2040 1,05 2142 12 25 704,00 Р
Стоимость работ по оштукатуриванию м2 102 1,05 107,1 800 85 680,00 Р
Всего 339 787,90 Р
Напечатанные блоки
Блоки напечатанные шириной 300 мм м3 10 1,03 10,3 5000 51 500,00 Р
Клей для кирпичной кладки шт 5 1,05 5,25 450 2 362,50 Р
Арматура для кирпичной кладки кг 10 1,05 10,5 400 4 200,00 Р
Стоимость работ по возведению м3 10 1,03 10,3 1500 15 450,00 Р
Штукатурка Волма, толщина слоя 15 мм кг 2500 1,05 2625 12 31 500,00 Р
Стоимость работ по оштукатуриванию м2 102 1,05 107,1 800 85 680,00 Р
Всего 190 692,50 Р
Напечатанные стены
Напечатанные стены м3 10 1,03 10,3 4000 41 200,00 Р
Арматура для кирпичной кладки кг 10 1,05 10,5 400 4 200,00 Р
Стоимость работ по возведению м3 10 1,03 10,3 1500 15 450,00 Р
Штукатурка Волма, толщина слоя 15 мм кг 2500 1,05 2625 12 31 500,00 Р
Стоимость работ по оштукатуриванию м2 102 1,05 107,1 800 85 680,00 Р
Всего 178 030,00 Р
Согласно таблице, наименьшей стоимостью обладает технология печати стен - 178 030 рублей. На втором месте по стоимости - возведение напечатанных блоков - 190 692,5 рублей. Непрерывная строительная 3Д-печать выполняется с помощью строительного 3Д-принтера, который может выполнять работу круглосуточно.
Результаты исследования
Для расчета многокритериального анализа необходимо определиться с границами каждого критерия:
1. Для теплопроводности границами будут яв-
ляться 1 - 2 C0
■м-
/ Вт;
Стоимость Сопротивление Сроки Проч-
строитель- теплопроводно- строи- ность ма-
ства, тыс. сти, тельства, териа-
руб. C0 • мЧВт дн. лов, МПа
Худший 350 1 50 0
Кирпичная 348,416 1,2 48 16,05
кладка
Газоблоч- 339,787 1,4 44 4,5
ная кладка
Напечатан- 190,692 1,5 19,5 35.6
ные блоки
Напечатан- 178,03 1,5 15,85 35,6
ные стены
Лучший 150 2 15 40
что для всех рассматриваемых критериев технология беспрерывной печати показывает наименьшие затраты и наилучшие эксплуатационные характеристики. Несмотря на отсутствие изоляционных материалов в рассмотренных расчетах, напечатанные стены имеют хорошее сопротивление теплопроводности, что позволяет уменьшить используемые теплоизоляционные материалы.
Таблица 5
2. Для прочности границами будут являться 0-40 МПа;
3. Для сроков строительства 15-35 дней;
4. Для стоимости возведения -150-350 тыс.руб. Для кладки принято 0,5 м3 норма в день. То есть
48 дней для кирпича и 44 дня для газоблока соответственно. Данная норма принята из общей практики работ по кладке.
Таблица 4
Стои- Сопротив- Сроки Проч- 2
мость ление теп- строи- ность
строи- лопроводно- тельства матери-
тельства сти алов
Кирпичная 0,99 0,80 0,94 0,60 3,33
кладка
Газоблоч- 0,95 0,60 0,83 0,89 3,27
ная кладка
Напеча- 0,20 0,50 0,13 0,11 0,94
танные
блоки
Напеча- 0,14 0,50 0,02 0,11 0,77
танные
стены
Для проведения многокритериального анализа зададимся коэффициентами следующего типа:
x. - x .
Oil mm 1
< а. = —--< 1
1 x - x .
max mm
Рассчитываемые критерии должны быть однонаправленными. В данной работе рассмотрим минимизацию всех критериев, то есть рассчитанные коэффициенты должны стремиться к минимуму
2 ^ min В нашем случае одинаковое направление имеют попарно стоимость строительства и сроки строительства, а также сопротивление теплопроводности и прочность материалов. Для критериев сопротивление теплопроводности и прочность материалов зададимся безразмерными коэффициентами ß = 1 — ß и р = 1 — р соответственно. В нашем случае таблица с рассчитанными коэффициентами будет иметь следующий вид (табл. 5).
Исходя из данных, полученных многокритериальным анализом наименьшей суммой коэффициентов, обладают напечатанные стены
2 min =0,77 . Данный параметр указывает на то,
Заключение и обсуждение
Строительная ЗД-печать сегодня является альтернативной традиционному строительству в случае возведения частных зданий. Крупногабаритные принтеры позволяют печатать беспрерывно здания до 5 этажей, а малогабаритные принтеры служат в качестве станка для производства блоков для возведения зданий. Автоматизация строительства позволяет уменьшить трудозатраты, а также в разы сократить сроки строительства. Несмотря на преимущества строительной ЗД-печати, возведение многоэтажных домов остается возможным пока с помощью традиционного строительства.
В данной работе были рассмотрены практики применения строительной ЗД-печати как в России, так и в других странах. Было отмечено, что мобильность установок становится сегодня достаточно актуальным и удобным способом строительства. Во второй главе данный работы были подготовлены технологическая карта на строительную ЗД-печать частного здания, календарные планы на непрерывную печать и печать блоков, а также рассмотрена прогнозная модель, созданная для определения применимости полученных экспериментальных данных при печати блоков для использования в практике печати более высоких элементов.
В данной работе был проведен многокритериальный анализ по определению наиболее эффективной технологии возведения стеновых конструкций одноэтажного здания, поскольку сегодня в практике строительной ЗД-печати создаются только эти конструкции. Был сделан вывод, что непрерывная строительная ЗД-печать имеет ряд преимуществ по сравнению с газоблочным, кирпичным, а также блочным строительством. Данная технология применима в случае использования крупногабаритного принтера.
Литература
1. Malaeb, Z., Alsakka, F., Hamzeh, F. 3D Concrete Printing : Machine Design, Mix Proportioning , and Mix
О *
О X
о
s
s *
8)
с т ■и о s т о а г
о т
09 8)
анализ.
(О
сч о сч
in
Comparison Between Different Machine Setups. Elsevier Inc. 2019. P. Vol. 10. P. 1-34.
2. Rybakov, V.A., Kozinetc, K.G., Vatin, N.I., Velichkin, V.Z., Korsun, V.I.: Lightweight steel concrete structures technology with foam fiber-cement sheets // Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 6. P. 103111.
3. Klyuev, S. V, Klyuev, A. V, Vatin, N.I. Fiber concrete for the construction industry // Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 8. P. 41-47.
4. Zhang, Y., Zhang, Y., She, W., Yang, L., Liu, G., Yang, Y. Rheological and harden properties of the high-thixotropy 3D printing concrete // Constr. Build. Mater. 2019. Vol. 10. P. 278-285.
5. Xia, M., Nematollahi, B., Sanjayan, J. Automation in Construction Printability , accuracy and strength of geopolymer made using powder-based 3D printing for construction applications // Autom. Constr. 2017. Vol. 101. P. 179-189.
6. Wu, P., Wang, J., Wang, X. Automation in Construction A critical review of the use of 3-D printing in the construction industry material Finished // Autom. Constr. 2016. Vol. 68. P. 21-31.
7. Mechtcherine, V., Naidu, V., Will, F., Nather, M., Otto, J., Krause, M.: Automation in Construction Large-scale digital concrete construction - CONPrint3D concept for on-site , monolithic 3D-printing // Autom. Constr. 2018. Vol. 107. P. 120-134.
8. Lowke, D., Dini, E., Perrot, A., Weger, D., Gehlen, C., Dillenburger, B. Cement and Concrete Research Particle-bed 3D printing in concrete construction -Possibilities and challenges // Cem. Concr. Res. 2019. Vol. 2. P. 1-15.
9. Pereira, L., Assemany, F., Júnior, O.R., Silva, E., Potiens, P.A. Evaluation of 3D printing fi laments for construction of a pediatric phantom for dosimetry in CBCT // Radiat. Phys. Chem. Vol. 5. P. 1-4.
10. Polozov, I., Sufiiarov, V., Shamshurin, A. Synthesis of titanium orthorhombic alloy using binder jetting additive manufacturing // Mater. Lett. 2019. Vol. 243. P.88-91.
11. Sychova, A.M. The improving of the concrete quality in a monolithic clip // Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 4. P. 3-14.
12. Zuo, Z., Gong, J., Huang, Y., Zhan, Y., Gong, M., Zhang, L. Experimental research on transition from scale 3D printing to full-size printing in construction // Constr. Build. Mater. 2017. Vol. 208. P. 350-360.
13. Sanjayan, J.G., Nematollahi, B. 3D Concrete Printing for Construction Applications // Elsevier Inc. 2019. Vol. 4. P. 12-45.
14. Hager, I., Golonka, A., Putanowicz, R. 3D printing of buildings and building components as the future of sustainable construction. Procedia Eng. 2016. Vol. 151. P.292-299.
15. Sakin, M., Kiroglu, Y.C. 3D Printing of Buildings : Construction of the Sustainable Houses of the Future by BIM // Energy Procedia. 2017. Vol. 134. P. 702-711.
16. Buchanan, C., Gardner, L. Metal 3D printing in construction: A review of methods , research , applications , opportunities and challenges // Eng. Struct. 2019. Vol. 139. P.332-348.
17. Marchment, T., Sanjayan, J., Xia, M. Method of
Enhancing Interlayer Bond Strength in PT NU SC // Mater. Des. 2017. Vol. 24. P.124-129.
18. Furet, B., Poullain, P., Garnier, S. Concrete printed structures // Addit. Manuf. 2019. Vol. P.30-34.
19. Беляева С.В., Кротов О.М., Гокканен А.И., Об-мачкин В.А. Применение 3d-принтера в строительной отрасли // Неделя Науки - 2019. С. 83-85.
20. Мустафин Н.Ш., Барышников А.А. Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер // Региональное развитие. 2015. №8. С.13-15.
Evaluation of the effectiveness of 3D printing for wall structures Krotov O.M., Ptukhina I.S.
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
Introduction: building 3D printing is today considered as an analogue of traditional construction for the construction of buildings and structures. Despite this, mainly construction 3D printers are used for the construction of wall structures due to the capabilities of technology. To evaluate the effectiveness of this technology for wall structures, this paper compares several types of materials used for wall construction. The main purpose of this article is to determine the most effective technology for building walls when comparing cost, strength, construction time and thermal conductivity. The results of the study can be used in practice when choosing a technology for erecting wall structures. Materials and methods: to assess the effectiveness of the technology of erecting wall structures, this work uses laboratory tests of printed materials to determine the strength and thermal conductivity, the calculation of the cost of work, as well as a multi-criteria analysis based on the calculations obtained.
Results: according to the results of the research and multi-criteria analysis, it was found that the construction of wall structures using a large-sized printer in a continuous way is the most effective way. This technology is two times cheaper and three times faster than brickwork. The main barriers to the implementation of this technology are the lack of mixtures used in the building materials market, insufficient qualifications of specialists, as well as an undeveloped regulatory framework for construction 3D printing. Conclusions: The results obtained can be used when choosing a technology for erecting wall structures. With continuous building 3D printing, it is necessary to choose the right materials, since an improperly designed mixture can lead to the destruction of the entire wall structure and, as a result, to waste of materials. Keywords: building 3D printing, printed blocks, continuous printing, layers, multicriteria analysis, compressive strength, thermal conductivity resistance. References
1. Malaeb, Z., Alsakka, F., Hamzeh, F. 3D Concrete Printing: Machine Design,
Mix Proportioning , and Mix Comparison Between Different Machine Setups. Elsevier Inc. 2019. P. Vol. 10. P. 1-34.
2. Rybakov, V.A., Kozinetc, K.G., Vatin, N.I., Velichkin, V.Z., Korsun, V.I.:
Lightweight steel concrete structures technology with foam fiber-cement sheets // Magazine of Civil Engineering. 2018 Vol. 6. P. 103-111.
3. Klyuev, S. V, Klyuev, A. V, Vatin, N. I. Fiber concrete for the construction
industry // Magazine of Civil Engineering. 2018 Vol. 8. P. 41-47.
4. Zhang, Y., Zhang, Y., She, W., Yang, L., Liu, G., Yang, Y. Rheological and
harden properties of the high-thixotropy 3D printing concrete, Constr. Build. mater. 2019 Vol. 10. P. 278-285.
5. Xia, M., Nematollahi, B., Sanjayan, J. Automation in Construction Printability
, accuracy and strength of geopolymer made using powder-based 3D printing for construction applications // Autom. Constr. 2017 Vol. 101. P. 179-189.
6. Wu, P., Wang, J., Wang, X. Automation in Construction A critical review of
the use of 3-D printing in the construction industry material Finished // Autom. Constr. 2016. Vol. 68. P. 21-31.
7. Mechtcherine, V., Naidu, V., Will, F., Nather, M., Otto, J., Krause, M.:
Automation in Construction Large-scale digital concrete construction -CONPrint3D concept for on-site , monolithic 3D printing // Autom. Constr. 2018 Vol. 107. P. 120-134.
8. Lowke, D., Dini, E., Perrot, A., Weger, D., Gehlen, C., Dillenburger, B.
Cement and Concrete Research Particle-bed 3D printing in concrete construction - Possibilities and challenges // Cem . Concr. Res. 2019 Vol. 2. P. 1-15.
9. Pereira, L., Assemany, F., Júnior, O.R., Silva, E., Potiens, P.A. Evaluation of
3D printing fi laments for construction of a pediatric phantom for dosimetry in CBCT // Radiat. Phys. Chem. Vol. 5. P. 1-4.
10. Polozov, I., Sufiiarov, V., Shamshurin, A. Synthesis of titanium orthorhombic
alloy using binder jetting additive manufacturing, Mater. Lett. 2019 Vol. 243. P. 88-91.
11. Sychova, A.M. The improving of the concrete quality in a monolithic clip // Magazine of Civil Engineering. 2018 Vol. 4. P. 3-14.
12. Zuo, Z., Gong, J., Huang, Y., Zhan, Y., Gong, M., Zhang, L. Experimental
research on transition from scale 3D printing to full-size printing in construction, Constr. Build. mater. 2017 Vol. 208. P. 350-360.
13. Sanjayan, J.G., Nematollahi, B. 3D Concrete Printing for Construction Applications // Elsevier Inc. 2019 Vol. 4. P. 12-45.
14. Hager, I., Golonka, A., Putanowicz, R. 3D printing of buildings and building components as the future of sustainable construction. Procedia Eng. 2016. Vol. 151. P.292-299.
15. Sakin, M., Kiroglu, Y.C. 3D Printing of Buildings: Construction of the Sustainable Houses of the Future by BIM // Energy Procedia. 2017 Vol. 134. P. 702-711.
16. Buchanan, C., Gardner, L. Metal 3D printing in construction: A review of methods , research , applications , opportunities and challenges // Eng. Struct. 2019 Vol. 139. P.332-348.
17. Marchment, T., Sanjayan, J., Xia, M. Method of Enhancing Interlayer Bond Strength in PT NU SC // Mater. Des. 2017 Vol. 24. P.124-129.
18. Furet, B., Poullain, P., Garnier, S. Concrete printed structures, Addit. Manuf.
2019 Vol. P.30-34.
19. Belyaeva S.V., Krotov O.M., Gokkanen A.I., Obmachkin V.A. The use of a 3d printer in the construction industry // Week of Science - 2019. P. 83-85.
20. Mustafin N.Sh., Baryshnikov A.A. The latest technologies in construction. 3D printer // Regional development. 2015. No. 8. pp.13-15.
Q *
O X 0
3
s *
8)
O T
■u o s
T
<D
a r
o
T
a
8)
