Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ПРЕДЕЛЬНУЮ ВЫСОТУ СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОЙ 3D-ПЕЧАТИ'

ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ПРЕДЕЛЬНУЮ ВЫСОТУ СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОЙ 3D-ПЕЧАТИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
58
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬНАЯ 3Д-ПЕЧАТЬ / ЛАБОРАТОРНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ 3Д-ПРИНТЕР / СТЕНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ / АППРОКСИМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ / ПЛАСТИФИКАТОРЫ / ПОЛИМЕРНЫЕ ДОБАВКИ / ШНЕК

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Кротов О.М., Кузнецов М.В., Птухина И.С.

Введение: Строительная 3Д-печать сегодня позволяет возводить здания и сооружения за несколько дней. Данная возможность появилась после создания крупногабаритных принтеров, рабочая площадка которых позволяет печатать здание целиком, а также специальных смесей, содержащих в себе пластифицирующие и иные добавки. Однако, не все компании имеют возможность печатать беспрерывно стеновые конструкции на всю высоту. Для решения данного вопроса в данной работе рассматривается строительная 3Д-печать стеновой конструкции на лабораторном строительном 3Д-принтере. Актуальность работы заключается в частом разрушении напечатанных конструкций при достижении предельной высоты, что сказывается на всем технологическом процессе возведения здания, а также в отсутствии исследований на данную тематику. Основная цель работы заключается в разработке прогнозной модели печати стеновой конструкции в зависимости от высоты и количества добавок. Задачами исследования являются проведение испытаний по строительной 3Д-печати стеновых конструкций с разным количеством добавок, построение аппроксимационной модели на основе полученных данных, а также оценка полученной модели для использования на практике. Материалы и методы: в работе используются разработанные смеси для строительной 3Д-печати, лабораторный строительный 3Д-принтер, проводятся испытания смеси на 3Д-принтере, а также строится аппроксимационная модель по результатам исследования. Результаты: получены упрощенные зависимости количества используемых добавок от предельной высоты. Результаты исследования могут быть использованы при строительной 3Д-печати зданий и сооружений, поскольку полученные коэффициенты определения стремятся к 1. Выводы: полученные результаты исследования позволяют сократить перерасход материалов при строительной 3Д-печати. Также, результаты могут быть использованы для создания стеновых конструкций с минимальными вертикальными отклонениями.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE EFFECT OF PLASTICIZING ADDITIVES ON THE LIMIT HEIGHT OF STRUCTURES IN CONSTRUCTION 3D PRINTING

Introduction: Construction 3D printing today allows you to erect buildings and structures in a few days. This opportunity appeared after the creation of large-sized printers, the working platform of which allows you to print the entire building, as well as special mixtures containing plasticizing and other additives. However, not all companies have the ability to continuously print wall structures at full height. To solve this issue, this paper considers the construction 3D printing of a wall structure on a laboratory construction 3D printer. The relevance of the work lies in the frequent destruction of printed structures when reaching the maximum height, which affects the entire technological process of building construction, as well as in the absence of research on this topic. The main purpose of the work is to develop a predictive model of printing of a wall structure depending on the height and the amount of additives. The objectives of the study are to conduct tests on construction 3D printing of wall structures with different amounts of additives, to build an approximation model based on the data obtained, as well as to evaluate the resulting model for use in practice. Materials and methods: the developed mixtures for construction 3D printing, a laboratory construction 3D printer are used in the work, the mixture is tested on a 3D printer, and an approximation model is built based on the results of the study. Results: simplified dependences of the amount of additives used on the maximum height were obtained. The results of the study can be used in construction 3D printing of buildings and structures, since the obtained determination coefficients tend to 1. Conclusions: the results of the study can reduce the overspending of materials in construction 3D printing. Also, the results can be used to create wall structures with minimal vertical deviations.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ПРЕДЕЛЬНУЮ ВЫСОТУ СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОЙ 3D-ПЕЧАТИ»

Влияние пластифицирующих добавок на предельную высоту сооружений при строительной ЭР-печати

Кротов Олег Михайлович

студент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, krotovom@mail.ru

Кузнецов Максим Владимирович

студент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), kuzkuz677@gmail.ru

Птухина Ирина Станиславовна

кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, irena_ptah@mail.ru

Введение: Строительная ЗД-печать сегодня позволяет возводить здания и сооружения за несколько дней. Данная возможность появилась после создания крупногабаритных принтеров, рабочая площадка которых позволяет печатать здание целиком, а также специальных смесей, содержащих в себе пластифицирующие и иные добавки. Однако, не все компании имеют возможность печатать беспрерывно стеновые конструкции на всю высоту. Для решения данного вопроса в данной работе рассматривается строительная 3Д-печать стеновой конструкции на лабораторном строительном ЗД-принтере. Актуальность работы заключается в частом разрушении напечатанных конструкций при достижении предельной высоты, что сказывается на всем технологическом процессе возведения здания, а также в отсутствии исследований на данную тематику. Основная цель работы заключается в разработке прогнозной модели печати стеновой конструкции в зависимости от высоты и количества добавок. Задачами исследования являются проведение испытаний по строительной ЗД-печати стеновых конструкций с разным количеством добавок, построение ап-проксимационной модели на основе полученных данных, а также оценка полученной модели для использования на практике. Материалы и методы: в работе используются разработанные смеси для строительной ЗД-печати, лабораторный строительный ЗД-принтер, проводятся испытания смеси на ЗД-принтере, а также строится ап-проксимационная модель по результатам исследования. Результаты: получены упрощенные зависимости количества используемых добавок от предельной высоты. Результаты исследования могут быть использованы при строительной ЗД-печати зданий и сооружений, поскольку полученные коэффициенты определения стремятся к 1. Выводы: полученные результаты исследования позволяют сократить перерасход материалов при строительной ЗД-печати. Также, результаты могут быть использованы для создания стеновых конструкций с минимальными вертикальными отклонениями.

Ключевые слова: строительная ЗД-печать, лабораторный строительный ЗД-принтер, стеновые конструкции, аппроксимационная модель, пластификаторы, полимерные добавки, шнек.

Введение

Каждый год строительная индустрия получает запросы из реального мира о создании более комфортных и доступных домов. В связи с этим возникает вопрос о качестве строительных материалов, инновационных методах в строительстве, действующих стандартах. Конечно, традиционное строительство прилагает усилия для достижения таких требований, но, тем не менее, эти процессы осуществляются в том же темпе и нуждаются в модификациях [1-З].

Монолитные работы в строительстве занимают первое место среди существующих методов монтажа каркаса здания благодаря тому, что железобетон обладает высокой прочностью на сжатие и растяжение по сравнению с деревом и кирпичом. Именно поэтому он широко используется при строительстве жилых многоквартирных домов [4-8]. Однако процесс строительства всегда занимает слишком много времени и также может быть остановлен из-за нехватки финансирования. Эта проблема существует в каждой стране, и ее необходимо решать.

Прогресс строительных технологий следует за развитием автоматизации. Главным изобретением за последнее десятилетие является строительный принтер, который открыл путь к технологии нового строительства - 3D-печати бетоном ^СР). Теперь для организации печати здания требуется меньше людей. Один человек в команде всегда сидит рядом с оператором компьютера, другой следит за движениями экструдера -печатающей головки строительного принтера, выдавливающей смесь из сопла, согласно заданной в программе траектории.

Строительные материалы для аддитивной печати разнообразны. Для получения правильной консистенции добавок в материале некоторые авторы рассматривают метод "реактивного спекания и последующего отжига" По сравнению с обычным портландцементом, порошок для 3DCP состоит из окси-хлоридного цемента магния и армированного волокнами цементного полимера, что повышает прочность на сжатие и растяжение строительных элементов, таких как стены, полы и т.д. Наиболее популярным в настоящее время является геополимерный цемент, состоящий из шлака и золы-уноса, что делает его экологически чистым. Кроме того, геополимерный цемент выделяет на 80 процентов меньше углекислого газа, чем портландцемент. Это делает геополимерный цемент более предпочтительным в строительной печати [9-1З]. Другими важными свойствами материалов для строительной печати являются пригодность для печати, быстрая схватываемость, точность. Точность с точки зрения 3DCP означает правильную послойную печать, отсутствие неправильных траекторий, которые могли бы снизить прочность конструкции. Иногда для повышения общей прочности конструкции используются специальные поверхностные высокопрочные слои.

Помимо широкого разнообразия материалов для строительной печати, технологические аспекты этого процесса также различны. Сегодня существует несколько специальных строительных принтеров-манипуляторов, стационарных портальных принтеров и мобильных принтеров.

Манипуляторы оснащены роботизированной рукой, которая помогает создавать сильно изогнутые формы благодаря 6

X X

о

го А с.

X

го т

о

2 О

м

Сл>

fO

сч

0 cs

in

01

о ш m

X

<

m О X X

степеням свободы [14-17]. Он может быть установлен на подъемной платформе, предназначенной для достижения определенной высоты. Главным преимуществом манипулятора является его универсальность: с помощью манипулятора можно печатать как гладкие и изогнутые в плане стен стены, так и сложные объекты в трехмерном пространстве (вазы, мебель и т.д.). С другой стороны, недостатком данного типа принтера является его ограничения в области печати, а именно радиус поворота рабочей части манипулятора. Таким образом, печать конструкций в данном случае будет подразумевать постоянную перестановку принтера с одной рабочей точки на другую, а именно увеличение времени строительства, трудозатрат и рабочей силы, что не является экономически целесообразным решением в строительном секторе.

Портальный стационарный строительный принтер широко используется благодаря своей простоте. Обычный принтер такого типа имеет четыре опоры, установленные на земле, и экс-трузионную головку, которая создает криволинейные формы, движущиеся в декартовых координатах [18-20]. Для многопролетных и крупногабаритных конструкций количество опор определяется исходя из их размера.

Материалы и методы

В данной работе для проведения испытаний по строительной 3Д-печати используются лабораторный строительный 3Д-принтер, а также разработанные смеси с различным количеством добавок.

Строительная 3Д-печать позволяет возводить здания и сооружения любой высоты, но с определенными временными и высотными интервалами. Так, при стандартной однокомпонет-ной 3Д-печати рекомендуется производить технологические перерывы между печатью 500-1000 мм высоты стен. Это делается для корректного набора прочности конструкции. Для исследования данного вопроса был составлен ряд экспериментов по печати блока здания разными составами для достижения максимально возможной высоты.

Были проведены 177 испытаний смеси для строительной 3Д-печати на примере возведения конструкции стены шириной 150 мм и длиной 600 мм с максимальной рабочей высотой 505 мм (высотой, которую позволяет напечатать принтер). Составы смеси различаются количеством суперпластификатора и полимерной добавки.

поэтому для наглядности испытаний были напечатаны конструкции стен с количеством слоев до падения.

Суперпласт-] ;

Полимерная добавка *

Максимальная высота

Ширина слоя - 20 мм, высота 10 мм

Сулерпляс] Полимерная добавка , Максимальное отклонение, мм Ширина слоя - 20 мм, высота 10 мм

5,00 5 5,00 6,24

5,00 4,8 5,00 6,41

5,00 4,6 5,00 6,58

5,00 4,4 5,50 6,75

5,00 4,2 5,50 6,93

5,00 4 6,00 7,10

5,00 3,8 6,00 7,27

5,00 3,6 6,50 7,45

5,00 3,4 6,50 7,62

Рисунок 2. Максимальное отклонение

Рисунок 3. Напечатанный блок стены

Рисунок 1. Максимальная высота

При определенной высоте печати нарушается устойчивость конструкции, вследствие чего происходит падение слоев . Данное разрушение происходит при печати последнего слоя,

Рисунок 4. Разрушенный блок стены

Построение прогнозной модели осуществляется с применением многофункциональной линейной аппроксимации с применением метода наименьших квадратов и метода Крамера. Для анализа данных, полученных экспериментальным путем, была использована функция ЛИНЕЙН программного комплекса Excel, которая рассчитывает статистику для ряда с применением метода наименьших квадратов, вычисляя пря-

мую линию, которая наилучшим образом аппроксимирует имеющиеся данные. Функция возвращает массив, который описывает полученную прямую.

Описание исходных данных и неизвестных переменных представлено в таблице 1, описание расчетных характеристик приведено в таблице.

Таблица 1

Исходные данные и неизвестные переменные формируемой опти-

мизац ионной модели

№ п.п. Наименование элемента исходных данных / неизвестной переменной Ед. изм. Обозначение

1 Исходные данные

1.1 Количество рассматриваемых добавок ед. п

1.2 Количество испытаний ед. т

2 Индексы

2.1 Вид добавки - ] = 1,2,-, п

2.2 Индекс испытания - г = 1,2,..., т

2.3 Индекс строки в матрицах для формирования аппроксимационной зависимости 1 = 0,1,..., п

2.4 Индекс столбца в матрицах для формирования аппроксимационной зависимости к = 0,1,..., п

2.5 Индекс параметра аппроксимационной зависимости - ]} = 0,1,..., п

3 Набор исходных данных для каждого к . ,г = 1,2,...,т . объекта ( ' ' ' )

3.1 Максимальное отклонение '-того испытания мм. Уг

3.2 Максимальная высота г -того испытания мм. И. 1

4 Исходный набор данных для каждого . к ,' = 1,2,..., т. -того объекта ( ) в контексте каждого отдельного параметра У (] = 1,2,..., п)

4.1 Количество У -той добавки г -того испытания гр. X

Расчетные характеристики

Значение элемента главной матрицы - т, если 1 = 0, к = 0;

на пересечении строки 1 ( 1 = 0,1,...,п . _ к , ' ' ' ) и столбца ( к = 0,1,..., п Ьк = Ё X, если 1 > 1, к = 0; г=1 Ё Xгk, если 1= 0, к > 0; г=1 Ё X'ц ■ xtk, если 1 > 1, к > 1; г=1

Значение элемента частичной матрицы, относящейся к параметру У ( 1' = 0,1,..., п ) ( ) аппроксимаци-онной зависимости на пересечении 1 ,1 = 0,1,...,п . строки ( ) и к к к = 0,1,...,п. столбца "-(''') Ь/1 = Ё Уг, если 1 = 0, к = у'; г=1 Ё У. ■ X.1, если 1 > 1, к = ]' ; г=1 Ь,к, в ином случае

Значение элемента частичной мат- у" рицы, относящейся к параметру (у " = 0,1,...,п ) ( ) аппроксимаци-онной зависимости на пересечении 1 ,1 = 0,1,...,п . строки ( ) и б к ,к = 0,1,..., п) столбца "-(''') ьц = Ё И > если 1 = 0, к = у"; Ё И ■ Xа, если 1 > 1, к = у"; Ь!к, в ином случае

Главная матрица для расчетов коэффициентов пропорциональности * - в = {ьл }

Частная матрица для расчета аппроксимационной зависимости у ( у = 0,1,...,п ) ** и

Частная матрица для расчета ап-/'' проксимационной зависимости ( уп = 0,1,...,п , Вг = К}

Значение параметра у ( Г = 0,1,...,п ) ) аппроксимаци- онной зависимости = В /~в

Г ' Значение параметра ( у" = 0,1,..., п ) ) аппроксимаци- онной зависимости Ьг = вг |в|

Прогнозное максимальное отклонение г - испытания п Уг = аГ=0 +Ё у=1

Коэффициент определения для отклонений Ё ЯУ. = 1- - ЁЁ г=1 : (?■-Уг)2 т \ ЁЁ у ^ т 2

Коэффициент определения для высоты Ё Я = 1—" ЁЁ г=1 :((- И)2 1 Г т \ Ё И и-— т К у 2

Прогнозная максимальная высота г - испытания = Ьг + Ё ЬЛ 1=1

Основная матрица имеет следующий вид:

т Ё X 1 Ё X 2

Ь00 Ь01 Ь02 Ь,0 Ь„ Ь,2

Ьп0 Ьп1 Ьп2

Ё XI Ё 2 X 1 ■

Ё Х.1 Ё X 2 ■ *,1 Ё X

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ё X" Ё х.1 ■х Ё X 2 ■

Ё х- Ё хп ■ X 1 Ё хп ■ X2 ■■■ Ё

Рассчитанная характеристика для максимального отклоне

В = {Ь1к}

ния составлена на базе

к = ]' б дексом ■> на столбец:

т

Ё у

1=1

т

Ё У ■x

.=1 т

Ё У ■x

=1

т

Ё у ■x

с заменой столбца с ин-

В случае максимальной высоты прогнозная характери

ка для составлена на базе индексом к = у" на столбец:

в = {Ьк I

стика для составлена на базе 1 ' с заменой столбца с

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

ю

Сл)

=1

J

<

DO О

Z h

1=1

m

Z hi =1

m

Z h • H 2

=1

m

Z h- h.

Процесс реализации оптимизационной модели, определяемой выражениями из таблицы 3, в программе «Microsoft Excel», включает в себя следующие основные этапы:

Создание файла и последующая подготовка рабочего листа, в том числе:

- разметка таблиц;

- заполнение ячеек исходных данных (заполняются текстовыми и числовыми значениями);

- формирование ячеек переменных (не заполняются);

- формирование ячеек для расчетных характеристик (заполняются формулами).

Таблица 2

Адреса ячеек Примечание / формула MS Excel Элемент матем. описания

G7:L177 ячейки со значениями исходных данных

M7:M17 7 =СУММПРО- ИЗВ(С7:Н7;С$184:Н$184)+$_$184 — n У = aj=o +Z aj' j=1

M188 =1-СУМ- MKBPA3H(M7:M183;L7:L183)/^Cn.r(L7:L1 83)*4CTPOK(L7:L183)) Z R2 1 ■= Z ■=1 1 & - y i ( m Л Z y m V J 2

M7:L177 =СУММПРО- ИЗВ(0176:Н176;С$184:Н$184)+$_$184 ii ■M= Jh

M188 =1-СУМ- MКВРАЗН(M7:M183;L7:L183)/(ДИCП.Г(L7:L1 83)*ЧСТРОК(_7:_183)) >2. II - _ =1 & - h)2 ( m Л | Z h h m V j 2

G184 =ИНДЕКС(ЛИ- НЕЙН($_$7:$_$183;$С$7:$Н$183;;);2) a Параметр 1

L184 =ИНДЕКС(ЛИ- НЕЙН($_$7:$_$183;$С$7:$Н$183;;);3) a0 Параметр

Результаты исследования

По результатам расчетов, проведенных в программном комплексе Excel, были получены следующие данные:

Таблица 3

Рассчитанные значения

Максимальная высота

a0 a1 a2 К

1203,75358 -204,35 -24,89 0,888

Максимальное отклонение

bo b1 h R2

0,08 2,10 -0,86 0,899

Как видно по таблице 3 коэффициенты определения имеют значения близкие к 1, что говорит о применимости данной модели при прогнозировании поведения конструкции при большей высоте. По полученным прогнозным значениям отклонений и высот были построены 2 графика. Из данных графиков видно ступенчатое поведение параметров отклонения и высоты при уменьшении количества добавок.

■Факт Прогноз

Рисунок 5. Аппроксимация максимальной высоты

С уменьшением полимерной добавки уменьшается и связность печатаемых слоев, что с одной стороны позволяет уменьшить вертикальные отклонения, с другой стороны - появляются промежутки между слоями, габариты слоев уменьшаются, что приводит к падению конструкции. Также, при одинаковом количестве воды (в данной работе В/Ц = 0,6) количестве пластификатора имеет свое предельное значение - 0,3 % от массы цемента. При данном значении бетонный раствор еще может выдавливаться из сопла строительного 3Д-прин-тера и создавать устойчивые слои.

Аппрокснмация максимального отклонения

/И/И?

Факт Прогноз

Рисунок 6. Аппроксимация максимального отклонения

Заключение и обсуждение

Проведенные экспериментальные и компьютерные исследования подтвердили применимость прогнозных моделей максимальных высот и отклонений. 177 испытаний строительной 3Д-печати стеновых конструкций позволили определить поведение выдавливаемой из сопла строительного 3Д-принтера с различным количеством добавок.

Установлено, что суперпластификатор имеет предельное значение 0,03 % от массы цемента, меньше которого слои становятся несвязными и строительная 3Д-печать оказывается невозможной. Также, из полученных графиков видно, что с уменьшением добавок конструкции стремятся к своему оптимальному положению. Так, при значении пластификатора 0,36 % и меньше конструкции имеют свою максимальную высоту,

=1

позволяемую габаритами строительного 3Д-принтера, а именно 505 мм.

Полученные результаты исследования могут быть полезны компаниям, занимающимся как разработкой смесей для строительной 3Д-печати, также и для компаний, занимающихся непосредственно возведением зданий и сооружений аддитивным способом. Результаты исследований также показывают, что основными добавками, влияющими на поведение печатаемых конструкций являются пластификаторы и полимерные добавки при неизменяемых значениях воды, цемента и песка.

Литература

1. Беляева С.В., Кротов О.М., Гокканен А.И., Обмачкин В.А. Применение 3d-принтера в строительной отрасли // Неделя Науки - 2019. С. 83-85.

2. Мустафин Н.Ш., Барышников А.А. Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер // Региональное развитие. 2015. №8. С.13-15.

3. Ватин Н.И., Чумадова Л.И., Гончаров И.С., Зыкова В.В., Карпеня А.Н., Ким А.А., Финашенков Е.А. 3д печать в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. №1. С. 27-46.

4. Абрамян С.Г., Илиев А.Б., Липатова С.И. Современные строительные аддитивные технологии. Часть 2 // Инженерный вестник Дона. 2018. №1. С. 1-11.

5. Финашенков E.A. 3D-печать в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. №52. С.27-46.

6. Shatornaya A.M. ,Chislova M.M., Drozdetskaya M.A.,. Ptuhina I.S. Efficiency of 3D printers in Civil Engineering // Construction of unique buildings and structures. 2017. Vol. 60. P.22-30.

7. Xu, J.: Volume-forming 3D concrete printing using a variable-size square nozzle // Automation Construction.2019. Vol. 104. P. 95-106.

8. Wei, Y., Tay, D., Qian, Y., Tan, M.J.: Printability region for 3D concrete printing using slump and slump flow test // Compos. Part B. 2019.174. P. 104-118.

9. Papachristoforou, M., Mitsopoulos, V., Stefanidou, M. Mechanics of Materials Evaluation of workability parameters in 3D printing concrete // Procedia Struct. Integr. 2018. Vol. 10. P. 155162.

10. Kruger, J., Zeranka, S., Zijl, G. Van. Automation in Construction 3D concrete printing: A lower bound analytical model for buildability performance quantification // Automation Construction. 2019. Vol. 106. P. 112-143.

11. Hosseini, E., Zakertabrizi, M., Korayem, A.H., Xu, G.AC SC. Cem. Concr. // Compos. 2019. Vol. 2. P. 102-108.

12. Duballet, R., Baverel, O., Dirrenberger, J. Automation in Construction Classification of building systems for concrete 3D printing // Automation Construction. 2019. Vol. 83. P. 247-258.

13. Schutter, G. De, Lesage, K., Mechtcherine, V., Naidu, V., Habert, G., Agusti-juan, I. Cement and Concrete Research Vision of 3D printing with concrete — Technical , economic and environmental potentials. Cem. // Concr. Res. 2018. Vol. 42. P.21-43.

14. Asprone, D., Auricchio, F., Menna, C., Mercuri, V. 3D printing of reinforced concrete elements: Technology and design approach. // Constr. Build. Mater. 2018. Vol. 165. P. 218-231.

15. Slavcheva, G.S., Artamonova, O. V. Rheological behavior of 3D printable cement paste : criterial evaluation // Constr. Build. Mater. 2018. Vol. 8. P.97-108.

16. 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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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. 120134.

23. 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.

24. 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.

The effect of plasticizing additives on the limit height of structures in

construction 3D printing Krotov O.M., Kuznetsov M.V., Ptukhina I.S.

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University JEL classification: L61, L74, R53

Introduction: Construction 3D printing today allows you to erect buildings and structures in a few days. This opportunity appeared after the creation of large-sized printers, the working platform of which allows you to print the entire building, as well as special mixtures containing plasticizing and other additives. However, not all companies have the ability to continuously print wall structures at full height. To solve this issue, this paper considers the construction 3D printing of a wall structure on a laboratory construction 3D printer. The relevance of the work lies in the frequent destruction of printed structures when reaching the maximum height, which affects the entire technological process of building construction, as well as in the absence of research on this topic. The main purpose of the work is to develop a predictive model of printing of a wall structure depending on the height and the amount of additives. The objectives of the study are to conduct tests on construction 3D printing of wall structures with different amounts of additives, to build an approximation model based on the data obtained, as well as to evaluate the resulting model for use in practice. Materials and methods: the developed mixtures for construction 3D printing, a laboratory construction 3D printer are used in the work, the mixture is tested on a 3D printer, and an approximation model is built based on the results of the study. Results: simplified dependences of the amount of additives used on the maximum height were obtained. The results of the study can be used in construction 3D printing of buildings and structures, since the obtained determination coefficients tend to 1. Conclusions: the results of the study can reduce the overspending of materials in construction 3D printing. Also, the results can be used to create wall structures with minimal vertical deviations. Keywords: construction 3D printing, laboratory construction 3D printer, wall structures,

approximation model, plasticizers, polymer additives, auger. References

1. Belyaeva S.V., Krotov O.M., Gokkanen A.I., Obmachkin V.A. Application of 3d

printer in the construction industry // Science Week - 2019. pp. 83-85.

2. Mustafin N.S., Baryshnikov A.A. The latest technologies in construction. 3D printer

// Regional development. 2015. No.8. pp.13-15.

3. Vatin N.I., Chumadova L.I., Goncharov I.S., Zykova V.V., Karpenya A.N., Kim A.A.,

Finashenkov E.A. 3d printing in construction // Construction of unique buildings and structures. 2017. No. 1. pp. 27-46.

4. Abramyan S.G., Iliev A.B., Lipatova S.I. Modern additive construction technologies.

Part 2 // Engineering Bulletin of the Don. 2018. No. 1. pp. 1-11.

5. Finashenkov E.A. 3D printing in construction // Construction of unique buildings and

structures. 2017. No.52. pp.27-46.

X X О го А С.

X

го m

о

2 О

м

CJ

6. Shatornaya A.M. ,Chislova M.M., Drozdetskaya M.A.,. Ptuhina I.S. Efficiency of 3D

printers in Civil Engineering // Construction of unique buildings and structures.

2017. Vol. 60. P.22-30.

7. Xu, J.: Volume-forming 3D concrete printing using a variable-size square nozzle // Automation Construction.2019. Vol. 104. P. 95-106.

8. Wei, Y., Tay, D., Qian, Y., Tan, M.J.: Printability region for 3D concrete printing using slump and slump flow test // Compos. Part B. 2019.174. P. 104-118.

9. Papachristoforou, M., Mitsopoulos, V., Stefanidou, M. Mechanics of Materials Evaluation of workability parameters in 3D printing concrete // Procedia Struct. Integr. 2018. Vol. 10. P. 155-162.

10. Kruger, J., Zeranka, S., Zijl, G. Van. Automation in Construction 3D concrete printing: A lower bound analytical model for buildability performance quantification // Automation Construction. 2019. Vol. 106. P. 112-143.

11. Hosseini, E., Zakertabrizi, M., Korayem, A.H., Xu, G.AC SC. Cem. Concr. // Compos. 2019. Vol. 2. P. 102-108.

12. Duballet, R., Baverel, O., Dirrenberger, J. Automation in Construction Classification of building systems for concrete 3D printing // Automation Construction. 2019. Vol. 83. P. 247-258.

13. Schutter, G. De, Lesage, K., Mechtcherine, V., Naidu, V., Habert, G., Agusti-juan, I. Cement and Concrete Research Vision of 3D printing with concrete — Technical , economic and environmental potentials. Cem. // Concr. Res. 2018. Vol. 42. P.21-43.

14. Asprone, D., Auricchio, F., Menna, C., Mercuri, V. 3D printing of reinforced concrete elements: Technology and design approach. // Constr. Build. Mater.

2018. Vol. 165. P. 218-231.

15. Slavcheva, G.S., Artamonova, O. V. Rheological behavior of 3D printable cement paste: criterial evaluation // Constr. Build. Mater. 2018. Vol. 8. P.97-108.

16. 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.

17. Rybakov, V.A., Kozinetc, K.G., Vatin, N.I., Velichkin, V.Z., Korsun, V.l.: Lightweight steel concrete structures technology with foam fiber-cement sheets // Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 6. P. 103-111.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. Mechtcherine, V., Naidu, V., Will, F., Näther, 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.

23. 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.

24. 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.

fO CS

o

CS

in

O m m

X

<

m o x

X

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.