Смеси для строительной 3D-печати

1. Основная проблема при разработке смесей, предназначенных для 3D-печати — ​обеспечение их технологических свойств: заданной удобо­укладываемости (вязкости), сохраняемости и при этом регулируемого темпа набора прочности. Бетонная смесь должна обладать тиксотропными свойствами и адгезией, которые впоследствии обеспечивают объединение слоев и прочность сцепления между ними в затвердевшем бетоне; структурная прочность смеси и ранняя прочность бетона должны обеспечить устойчивость строящейся стены в условиях безопалубочного формования с учетом скорости возведения конструкции. При этом ускоренное твердение бетона не должно приводить к трещинообразованию. В усло­виях России добав­ляются требования по морозостойкости бетона.

На сегодняшний день все эти вопросы решаются путем тщательного подбора заполнителей и применения широкого спектра минеральных и химических добавок, содержание которых может доходить до 20 % массы смеси. Правильно подобранный состав бетонной смеси и применяемая технология должны быть ориен­тированы на уменьшение непроизводственных потерь смеси.

2. В настоящее время в России отсутствуют нормативные документы, определяющие специальные требования к смесям для 3D-технологии. Применяют мелкозернистые бетонные смеси с различными химическими добавками. Их разработку ведут научные и учебные организации, а также производители сухих смесей.

3. На зарубежном рынке имеются запатентованные специаль­но разработанные смеси для 3D-принтеров, например, CyBe MORTAR (Нидерланды). В то же время производители 3D-принтеров отмечают, что оборудование может работать практически с любой специально подобранной смесью.

1. Нормативных требований к составам строительных смесей для 3D-печати сегодня нет.

В общем случае состав такой смеси зависит от множества факторов:

• параметров применяемого оборудования и технических особенностей управления им (например, особенностей и размеров формующего инструмента — ​сопла экструдера, регулирования высоты подъема вала, скорости его вращения, скорости передвижения экструдера);

• климатической зоны строительства;

• характеристик несущих и ограждающих конструкций;

• особенностей строительных материалов региона строительства и др.

Отметим, что требования к свойствам строительных смесей для 3D-печати существенно отличаются от требований, установленных для бетонных смесей с опалубочным формованием. Основная проб­лема формования бетонов методом безопалубочной послойной экструзии (3D-печати) заключается в возможном деформировании нижележащих слоев под воздействием слоев, уложенных выше. Это может приводить к отклонениям геомет­рической конфигурации возводимых конструкций от заданной и снижению надежности последних. Поэтому особое внимание при подборе составов бетонных смесей для 3D-печати уделяется их вязко-упругим свойствам, от которых зависят важнейшие показатели качества «печатаемых» изделий и конструкций: геомет­рические параметры, прочность, долговечность и др. Подбирая состав, нужно добиться консистенции, при которой раствор (бетон) будет достаточно пластичным и при этом достаточно вязким, чтобы обеспечить сохранение формы слоя при печати, его однородность и неразрывность. Возведенная конструкция при этом должна обладать всеми необходимыми конструкционными качествами. Для регулирования свойств бетонных смесей для 3D- печати применяют различные добавки, такие как пластификаторы, ускорители твердения, а также дисперсное армирование и др.

2. Каждая компания, занимающаяся производством строительных 3D-принтеров и (или) строительной 3D-печатью, подбирает собственную рецептуру состава смесей. Кроме того, в данном направлении активно ведут исследования коллективы таких вузов, как Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова, Московский государственный строительный университет, Балтийский федеральный университет и др.

3. В настоящее время технология строительной 3D-печати находится на начальном этапе развития. В России пока мало компаний, которые занимаются возведением зданий с применением строительных 3D-принтеров, поэтому опыт подбора составов строительных смесей для 3D-печати в основном является лабораторным и не апробирован в условиях строи­тельной площадки.