Современная теория и практика технологии бетонов для 3D-печати в строительстве

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Выполнен анализ научных трудов, посвященных разработке и исследованию строительных материалов, изделий и конструкций в технологии 3D-печати. Целью является выявление актуальных тенденций развития, текущих преимуществ и недостатков на основе анализа международного теоретического и практического опыта в изготовлении изделий и конструкций, достигаемых свойств материалов, используемых критериев качества и методов их оценки.Материалы и методы. Использован комплекс общенаучных логических методов исследования, основанных на теоретическом анализе технологических решений, представленных в научно-технической литературе и средствах массовой информации, в том числе научных статьях, отчетах и материалах конференций.Результаты. Ключевые вопросы, которые необходимо решать для развития 3D-печати, связаны с удобоукладываемостью смеси, деформацией и прочностью экструдированного слоя. Существует множество примеров составов чернил преимущественно тяжелого бетона для 3D-принтеров различного устройства. Усредненный состав такого бетона содержит по массе 25–45 % вяжущего вещества, 40–65 % заполнителя — кварцевый песок с размером зерна 2–4 мм и воду в количестве не более 15–35 %, а также минеральные добавки, пластификатор и армирующие волокна. Масштабное внедрение технологии требует разработки методик печати конструкций с учетом анизотропии их свойств в зависимости от направления печати.Выводы. Показано, что в технологии 3D-печати сложным вопросом в реализации остается армирование конструкций. Для достижения максимальных механических свойств напечатанных конструкций требуется многокритериальная оптимизация, учитывающая реологические требования к смесям, особенности армирования и прочность сцепления слоев. Сложная оптимизация реологии бетонных смесей, особенно наполненных армирующими волокнами, дополняется факторами времени и меняющихся условий окружающей среды, которые на текущем этапе развития технологии игнорируются или принимаются как незначимые. Применение «умных» материалов в технологии послойного возведения строительных конструкций формирует пути для ее совершенствования.

Об авторах

А. С. Иноземцев

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

Email: InozemcevAS@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7807-688X
SPIN-код: 2444-1204

Список литературы

  1. Научная электронная библиотека eLibrary.ru. URL: https://www.elibrary.ru
  2. Scopus. URL: https://www.scopus.com
  3. Buswell R.A., Leal de Silva W.R., Jones S.Z., Dirrenberger J. 3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112. Pp. 37–49. doi: 10.1016/j.cemconres.2018.05.006
  4. Raphael B., Senthilnathan S., Patel A., Bhat S. A review of concrete 3D printed structural members // Frontiers in Built Environment. 2023. Vol. 8. doi: 10.3389/fbuil.2022.1034020
  5. Paul S.C., Zijl G.P.A.G., Tan M.J., Gibson I. A review of 3D concrete printing systems and materials properties: current status and future research prospects // Rapid Prototyping Journal. 2018. Vol. 24. Issue 4. Pp. 784–798. doi: 10.1108/RPJ-09-2016-0154
  6. Cao X., Yu S., Cui H., Li Z. 3D printing devices and reinforcing techniques for extruded cement-based materials : a review // Buildings. 2022. Vol. 12. Issue 4. P. 453. doi: 10.3390/buildings12040453
  7. Ватин Н.И., Чумадова Л.И., Гончаров И.С., Зыкова В.В., Карпеня А.Н., Ким А.А. и др. 3D-печать в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 1 (52). С. 27–46. doi: 10.18720/CUBS.52.3. EDN YNESHX.
  8. Иноземцев А.С., Королев Е.В., Зыонг Т.К. Анализ существующих технологических решений 3D-печати в строительстве // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 7 (118). С. 863–876. doi: 10.22227/1997-0935.2018.7.863-876
  9. Славчева Г.С. Строительная 3D-печать сегодня: потенциал, проблемы и перспективы практической реализации // Строительные материалы. 2021. № 5. С. 28–36. doi: 10.31659/0585-430X-2021-791-5-28-36. EDN WACJMY.
  10. Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В. Технология и контроль качества строительной 3D-печати // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. № 1 (59). С. 64–79. doi: 10.52409/20731523_2022_1_64. EDN BZJGUO.
  11. Gosselin C., Duballet R., Roux P., Gaudilliere N., Dirrenberger J., Morel P. Large-scale 3D printing of ultra-high performance concrete — A new processing route for architects and builders // Material & Design. 2016. Vol. 100. Pp. 102–109. doi: 10.1016/j.matdes.2016.03.097
  12. Panda B., Paul S.C., Hui L.J., Tay Y.W.D., Tan M.J. Additive manufacturing of geopolymer for sustainable built environment // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 167. Pp. 281–288. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.08.165
  13. Anton A., Reiter L., Wangler T., Frangez V., Flatt R.J., Dillenburger B. A 3D concrete printing prefabrication platform for bespoke columns // Automation in Construction. 2020. Vol. 122. P. 103467. doi: 10.1016/j.autcon.2020.103467
  14. Weng Y., Li M., Ruan S., Wong T.N., Tan M.J., Yeong K.L.O. et al. Comparative economic, environmental and productivity assessment of a concrete bathroom unit fabricated through 3D printing and a precast approach // Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 261. P. 121245. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.121245
  15. Reiter L., Wangler T., Anton A., Flatt R.J. Setting on demand for digital concrete — Principles, measurements, chemistry, validation // Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 132. P. 106047. doi: 10.1016/j.cemconres.2020.106047
  16. Reiter L., Wangler T., Roussel N., Flatt R.J. The role of early age structural build-up in digital fabrication with concrete // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112. Pp. 86–95. doi: 10.1016/j.cemconres.2018.05.011
  17. Ashrafi N., Duarte J.P., Nazarian S., Meisel N.A. Evaluating the relationship between deposition and layer quality in large-scale additive manufacturing of concrete // Virtual and Physical Prototyping. 2018. Vol. 14. Issue 2. Pp. 135–140. doi: 10.1080/17452759.2018.1532800
  18. Vantyghem G., De Corte W., Shakour E., Amir O. 3D printing of a post-tensioned concrete girder designed by topology optimization // Automation in Construction. 2020. Vol. 112. P. 103084. doi: 10.1016/j.autcon.2020.103084
  19. Furet B., Poullain P., Garnier S. 3D printing for construction based on a complex wall of polymer-foam and concrete // Additive Manufacturing. 2019. Vol. 28. Pp. 58–64. doi: 10.1016/j.addma.2019.04.002
  20. Weng Y., Lu B., Li M., Liu Z., Tan M.-J., Qian S. Empirical models to predict rheological properties of fiber reinforced cementitious composites for 3D printing // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 189. Pp. 676–685. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.09.039
  21. Lim J.H., Weng Y., Pham Q.-C. 3D printing of curved concrete surfaces using Adaptable Membrane Formwork // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 232. P. 117075. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117075
  22. Mechtcherine V., Bos F.P., Perrot A., da Silva W.R.L., Nerella V.N., Fataei S. et al. Extrusion-based additive manufacturing with cement-based materials — Production steps, processes, and their underlying physics : a review // Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 132. P. 106037. doi: 10.1016/j.cemconres.2020.106037
  23. Craveiro F., Nazarian S., Bartolo H., Bartolo P.J., Duarte J.P. An automated system for 3D printing functionally graded concrete-based materials // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 33. P. 101146. doi: 10.1016/j.addma.2020.101146
  24. Le T.T., Austin S.A., Lim S., Buswell R.A., Gibb A.G.F., Thorpe T. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete // Materials and Structures. 2012. Vol. 45. Issue 8. Pp. 1221–1232. doi: 10.1617/s11527-012-9828-z
  25. D-Shape — steriolithography 3D printing technology. URL: https://www. www.d-shape.com
  26. Wolfs R.J.M. 3D printing of concrete structures : MSc thesis. Department of Built Environment, Eindhoven University of Technology, 2015. 110 p.
  27. Pierre A., Lanos Ch., Estelle P. Extension of spread-slump formulae for yield stress evaluation // Applied Rheology. 2013. Vol. 23. Issue 6. P. 63849. doi: 10.3933/applrheol-23-63849
  28. Perrot D., Rangeard A.J.M., Pierre A. Structural built-up of cement-based materials used for 3D printing extrusion techniques // Materials and Structures. 2016. Vol. 49. Issue 4. Pp. 1213–1220. doi: 10.1617/s11527-015-0571-0
  29. Anell L.H. Concrete 3D printer : MSc thesis. Civil Engineering, Lund Univercity, Wseden, 2015. 77 p.
  30. Nerella V.N., Mechtcherine V. Studying the printability of fresh concrete for formwork-free concrete onsite 3D printing technology (CONPrint3D) // 3D Concrete Printing Technology. 2019. Pp. 333–347. doi: 10.1016/b978-0-12-815481-6.00016-6
  31. Arunothayan A.R., Nematollahi B., Ranade R., Bong S.H., Sanjayan J. Development of 3D printable ultra-high performance fiber-reinforced concrete for digital construction // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 257. P. 119546. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119546
  32. Ding T., Xiao J., Zou S., Wang Y. Hardened properties of layered 3D printed concrete with recycled sand // Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 113. P. 103724. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103724
  33. Hambach M., Volkmer D. Properties of 3D printed fiber-reinforced portland cement paste // Cement and Concrete Composites. 2017. Vol. 79. Pp. 62–70. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2017.02.001
  34. Grassi G., Spagnolo S.L., Paoletti I. Fabrication and durability testing of a 3D printed facade for desert climates // Additive Manufacturing. 2019. Vol. 28. Pp. 439–444. doi: 10.1016/j.addma.2019.05.023
  35. Strano M., Rane K., Herve G., Tosi A. Determination of process induced dimensional variations of ceramic parts, 3D printed by extrusion of a powder-binder feedstock // Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 34. Pp. 560–565. doi: 10.1016/j.promfg.2019.06.220
  36. Villacis N., Gualavisi M., Narvaez-Munoz C., Carrion L., Loza-Matovelle D., Naranjo F. Additive manufacturing of a theological characterized cement-based composite material // Proceedings of the 2017 European Conference on Electrical Engineering and Computer Science (EECS). Bern, Switzerland, 2017. Pp. 326–331.
  37. Perrot A., Jacquet Y., Rangeard D., Courteille E., Sonebi M. Nailing of layers: a promising way to reinforce concrete 3D printing structures // Materials. 2020. Vol. 13. P. 1518. doi: 10.3390/ma13071518
  38. Asprone D., Auricchio F., Menna C., Mercuri V. 3D printing of reinforced concrete elements: Technology and design approach // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 165. Pp. 218–231. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.01.018
  39. Tho T.P., Thinh N.T. Using a cable-driven parallel robot with applications in 3D concrete printing // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Issue 2. P. 563. doi: 10.3390/app11020563
  40. Moeini M.A., Hosseinpoor M., Yahia A. Effectiveness of the rheometric methods to evaluate the build-up of cementitious mortars used for 3D printing // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 257. P. 119551. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119551
  41. Visser C.R. Mechanical and structural characterisation of extrusion moulded SHCC : MSc thesis. Stellenbosch : Stellenbosch University, 2007. 116 p.
  42. Kwon H., Bukkapatnam S., Khoshnevis B., Saito J.J.R.P.J. Effects of orifice shape in contour crafting of ceramic materials // Rapid Prototyping. 2002. Vol. 8. Issue 3. Pp. 147–160. doi: 10.1108/13552540210430988
  43. Malaeb Z., Hachem H., Tourbah A., Maalouf T., El Zarwi N., Hamzeh F. 3D concrete printing: machine and mix design // International Journal of Civil Engineering. 2015. Vol. 6. Issue 6. Pp. 14–22.
  44. Le T.T., Austin S.A., Lim S., Buswell R.A., Law R., Gibb A.G.F. et al. Hardened properties of high-performance printing concrete // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. Pp. 558–666. doi: 10.1016/j.cemconres.2011.12.003
  45. Lim S., Buswell R.A., Le T.T., Austin S.A., Gibb A.G.F. et al. Development in construction-scale additive manufacturing processes // Automation in Construction. 2012. Vol. 21. Issue 1. Pp. 262–268. doi: 10.1016/j.autcon.2011.06.010
  46. El Cheikh K., Remond S., Khalil N., Aouad G. Numerical and experimental studies of aggregate blocking in mortar extrusion // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 145. Pp. 452–463. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.032
  47. Olivas A., Helsel M.A., Martys N., Ferraris C., George W.L., Ferron R. Rheological measurement of suspensions without slippage: Experiment and model. National Institute of Standards and Technology, 2016. doi: 10.6028/NIST.TN.1946
  48. Soltan D.G., Li V.C. A self-reinforced cementitious composite for building-scale 3D printing // Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 90. Pp. 1–13. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2018.03.017
  49. Vergara L.A., Colorado H.A. Additive manufacturing of Portland cement pastes with additions of kaolin, super plastificant and calcium carbonate // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 248. P. 118669. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118669
  50. Panda B., Singh G.V.P.B., Unluer C., Tan M.-J. Synthesis and characterization of one-part geopolymers for extrusion based 3D concrete printing // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 220. Pp. 610–619. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.02.185
  51. Alchaar A.S., Al-Tamimi A.K. Mechanical properties of 3D printed concrete in hot temperatures // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 266. P. 120991. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120991
  52. Nair S.A.O., Panda S., Santhanam M., Sant G., Neithalath N. A critical examination of the influence of material characteristics and extruder geometry on 3D printing of cementitious binders // Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 112. P. 103671. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103671
  53. He L., Chow W.T., Li H. Effects of interlayer notch and shear stress on interlayer strength of 3D printed cement paste // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 36. P. 101390. doi: 10.1016/j.addma.2020.101390
  54. Bong S.H., Nematollahi B., Nazari A., Xia M., Sanjayan J. Method of optimisation for ambient temperature cured sustainable geopolymers for 3D printing construction applications // Materials. 2019. Vol. 12. P. 902. doi: 10.3390/ma12060902
  55. Li Z., Wang L., Ma G. Mechanical improvement of continuous steel microcable reinforced geopolymer composites for 3D printing subjected to different loading conditions // Composites Part B: Engineering. 2020. Vol. 187. P. 107796. doi: 10.1016/j.compositesb.2020.107796
  56. Lin J.C., Wang J., Wu X., Yang W., Zhao R.X., Bao M. Effect of processing parameters on 3d printing of cement based materials // E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 38. P. 03008. doi: 10.1051/e3sconf/20183803008
  57. Krishnaraja A.R., Guru K.V. 3D printing concrete : a review // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1055. P. 012033. doi: 10.1088/1757-899X/1055/1/012033
  58. Rehman A.U., Kim J.-H. 3D concrete printing: a systematic review of rheology, mix designs, mechanical, microstructural, and durability characteristics // Materials. 2021. Vol. 14. P. 3800. doi: 10.3390/ma14143800
  59. Marchon D., Kawashima S., Bessaies-Bey H., Mantellato S., Ng S. Hydration and rheology control of concrete for digital fabrication: Potential admixtures and cement chemistry // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 112. Pp. 96–110. doi: 10.1016/j.cemconres.2018.05.014
  60. Qian Y., De Schutter G. Enhancing thixotropy of fresh cement pastes with nanoclay in presence of polycarboxylate ether superplasticizer (PCE) // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 111. Pp. 15–22. doi: 10.1016/j.cemconres.2018.06.013
  61. Lee H., Kim J.-H.J., Moon J.-H., Kim W.-W., Seo E.-A. Experimental analysis on rheological properties for control of concrete extrudability // Advances in Concrete Construction. 2020. Vol. 9. Pp. 93–102. doi: 10.12989/acc.2020.9.1.093
  62. Rahul A.V., Santhanam M. Evaluating the printability of concretes containing lightweight coarse aggregates // Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 109. P. 103570. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103570
  63. Mechtcherine V., Nerella V.N., Will F., Nather M., Otto J., Krause M. Large-scale digital concrete construction — CONPrint3D concept for on-site, monolithic 3D printing // Automation in Construction. 2019. Vol. 107. P. 102933. doi: 10.1016/j.autcon.2019.102933
  64. Nerella V.N., Beigh M.A.B., Fataei S., Mechtcherine V. Strain-based approach for measuring structural build-up of cement pastes in the context of digital construction // Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 115. Pp. 530–544. doi: 10.1016/j.cemconres.2018.08.003
  65. Bong S.H., Nematollahi B., Nazari A., Xia M., Sanjayan J.G. Fresh and hardened properties of 3D printable geopolymer cured in ambient temperature // In Proceedings of the RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, Zurich, Switzerland, 2018. Pp. 3–11.
  66. Tay Y.W.D., Qian Y., Tan M.J. Printability region for 3D concrete printing using slump and slump flow test // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 174. P. 106968. doi: 10.1016/j.compositesb.2019.106968
  67. Zhang Y., Zhang Y., Liu G., Yang Y., Wu M., Pang B. Fresh properties of a novel 3D printing concrete ink // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 174. Pp. 263–271. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.115
  68. Kruger J., Zeranka S., van Zijl G. An ab initio approach for thixotropy characterisation of (nanoparticle-infused) 3D printable concrete // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 224. Pp. 372–386. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.07.078
  69. Kazemian A., Yuan X., Cochran E., Khoshnevis B. Cementitious materials for construction-scale 3D printing: Laboratory testing of fresh printing mixture // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 145. Pp. 639–647.
  70. Jiao D., Shi C., Yuan Q., An X., Liu Y., Li H. Effect of constituents on rheological properties of fresh concrete : a review // Cement and Concrete Composites. 2017. Vol. 83. Pp. 146–159. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2017.07.016
  71. Zhang Ch., Nerella V.N., Krishna A., Wang Sh., Zhang Y., Mechtcherine V. et al. Mix design concepts for 3D printable concrete : a review // Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 122. P. 104155. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104155
  72. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Высоко-прочные легкие бетоны : монография. СПб. : Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. 192 с. EDN UCJRAZ.
  73. Inozemtcev A., Korolev E., Duong T.Q. Lightweight concrete for 3D printing with internal curing agent for Portland cement hydration // Magazine of Civil Engineering. 2022. No. 1 (109). P. 10915. doi: 10.34910/MCE.109.15. EDN EPQPUI.
  74. Королев Е.В., Зыонг Т.К., Иноземцев А.С. Способ обеспечения внутреннего ухода за гидра-тацией цемента в составах для 3D-печати // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 6. С. 834–846. doi: 10.22227/1997-0935.2020.6.834-846
  75. Inozemtcev A., Duong T.Q. Technical and economic efficiency of materials using 3D printing in construction on the example of high-strength lightweight fiber-reinforced concrete // E3S Web of Conferences. 2019. P. 02010. doi: 10.1051/e3sconf/20199702010
  76. Weng Y., Li M., Tan M.J., Qian S. Design 3D printing cementitious materials via Fuller Thompson theory and Marson-Percy model // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 163. Pp. 600–610. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.112
  77. Mahaut F., Mokeddem S., Chateau X., Roussel N., Ovarlez G. Effect of coarse particle volume fraction on the yield stress and thixotropy of cementitious materials // Cement and Concrete Research. 2008. Vol. 38. Issue 11. Pp. 1276–1285. doi: 10.1016/j.cemconres.2008.06.001
  78. Toutou Z., Roussel N. Multi scale experimental study of concrete rheology: from water scale to gravel scale // Materials and Structures. 2006. Vol. 39. Issue 2. Pp. 189–199. doi: 10.1617/s11527-005-9047-y
  79. Noor M.A., Uomoto T. Rheology of high flowing mortar and concrete // Materials and Structures. 2004. Vol. 37. Issue 272. Pp. 513–521. doi: 10.1617/13965
  80. Wangler T., Lloret E., Reiter L., Hack N., Gramazio F., Kohler M. et al. Digital concrete: opportunities and challenges // RILEM Technical Letters. 2016. Vol. 1. Pp. 67–75. doi: 10.21809/rilemtechlett.2016.16
  81. Weng Y., Lu B., Li M., Liu Z., Tan M.J., Qian S. Empirical models to predict rheological properties of fiber reinforced cementitious composites for 3D printing // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 189. Pp. 676–685. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.09.039
  82. Chen M., Li L., Zheng Y., Zhao P., Lu L., Cheng X. Rheological and mechanical properties of admixtures modified 3D printing sulphoaluminate cementitious materials // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 189. Pp. 601–611. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.09.037
  83. Roussel N., Ovarlez G., Garrault S., Brumaud C. The origins of thixotropy of fresh cement pastes // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. Issue 1. Pp. 148–157. doi: 10.1016/j.cemconres.2011.09.004
  84. Ma G., Li Y., Wang L., Zhang J., Li Z. Real-time quantification of fresh and hardened mechanical property for 3D printing material by intellectualization with piezoelectric transducers // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 241. P. 117982. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117982
  85. Wang L., Tian Z., Ma G., Zhang M. Interlayer bonding improvement of 3D printed concrete with polymer modified mortar: Experiments and molecular dynamics studies // Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 110. P. 103571. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103571
  86. Suiker A.S.J., Wolfs R.J.M., Lucas S.M., Salet T.A.M. Elastic buckling and plastic collapse during 3D concrete printing // Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 135. P. 106016. doi: 10.1016/j.cemconres.2020.106016
  87. Wolfs R.J.M., Bos F.P., Salet T.A.M. Triaxial compression testing on early age concrete for numerical analysis of 3D concrete printing // Cement and Concrete Composites. 2019. Vol. 104. P. 103344. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2019.103344
  88. Chen Y., Figueiredo S.C., Li Z., Chang Z., Jansen K., Copuroglu O. et al. Improving printability of limestone-calcined clay-based cementitious materials by using viscosity-modifying admixture // Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 132. P. 106040. doi: 10.1016/j.cemconres.2020.106040
  89. Vaitkevicius V., Serelis E., Kersevicius V. Effect of ultra-sonic activation on early hydration process in 3D concrete printing technology // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 169. Pp. 354–363. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.007
  90. Xiao J., Zou S., Yu Y., Wang Y., Ding T., Zhu Y. et al. 3D recycled mortar printing: System development, process design, material properties and on-site printing // Journal of Building Engineering. 2020. Vol. 32. P. 101779. doi: 10.1016/j.jobe.2020.101779
  91. Perrot A., Rangeard D. 3D printing in concrete: techniques for extrusion/casting // 3D Printing of Concrete. 2019. Pp. 41–72.
  92. Баженов Ю.М. Модифицированные высоко-качественные бетоны. М. : Изд-во АСВ, 2006. 368 с. EDN QNMNZZ.
  93. Lu B., Weng Y., Li M., Qian Y., Leong K.F., Tan M.J. et al. A systematical review of 3D printable cementitious materials // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 207. Pp. 477–490. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.02.144
  94. Wangler T. Digital concrete: research and applications // Proceedings of the 10th International Concrete Congress. 2019. Vol. 35. Pp. 2–12.
  95. Al Rashid A., Khan S.A., Al-Ghamdi S.G., Koc M. Additive manufacturing: Technology, applications, markets, and opportunities for the built environment // Automation in Construction. 2020. Vol. 118. P. 103268. doi: 10.1016/j.autcon.2020.103268
  96. Roussel N. A thixotropy model for fresh fluid concretes: Theory, validation and applications // Cement and Concrete Research. 2006. Vol. 36. Pp. 1797–1806. doi: 10.1016/j.cemconres.2006.05.025
  97. Panda B., Unluer C., Tan M.J. Investigation of the rheology and strength of geopolymer mixtures for extrusion-based 3D printing // Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 94. Pp. 307–314. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2018.10.002
  98. Panda B., Tan M.J. Experimental study on mix proportion and fresh properties of fly ash based geopolymer for 3D concrete printing // Ceramics International. 2018. Vol. 44. Pp. 10258–10265. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.03.031
  99. Rahul A.V., Santhanam M., Meena H., Ghani Z. 3D printable concrete: Mixture design and test methods // Cement and Concrete Composites. 2019. Vol. 97. Pp. 13–23. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2018.12.014
  100. Nerella V., Nather M., Iqbal A., Butler M., Mechtcherine V.J.C. Inline quantification of extrudability of cementitious materials for digital construction // Cement and Concrete Composites. 2019. Vol. 95. Pp. 260–270. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2018.09.015
  101. Panda B., Mohamed N., Ahamed N., Paul S.C., Bhagath Singh G., Tan M.J. et al. The effect of material fresh properties and process parameters on buildability and interlayer adhesion of 3D printed concrete // Materials. 2019. Vol. 12. P. 2149. doi: 10.3390/ma12132149
  102. Chen M., Yang L., Zheng Y., Huang Y., Li L., Zhao P. et al. Yield stress and thixotropy control of 3D printed calcium sulfoaluminate cement composites with metakaolin related to structural build-up // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 252. P. 119090. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119090
  103. Le T.T., Austin S.A., Lim S., Buswell R.A., Gibb A.G., Thorpe T.J.M. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete // Materials and Structures. 2012. Vol. 45. Pp. 1221–1232. doi: 10.1617/s11527-012-9828-z
  104. Zhang Y., Zhang Y., She W., Yang L., Liu G., Yang Y. Rheological and harden properties of the high-thixotropy 3D printing concrete // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 201. Pp. 278–285. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.12.061
  105. Keita E., Bessaies-Bey H., Zuo W., Belin P., Roussel N. Weak bond strength between successive layers in extrusion-based additive manufacturing: Measurement and physical origin // Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 123. P. 105787. doi: 10.1016/j.cemconres.2019.105787
  106. Kruger J., Cho S., Zeranka S., Viljoen C., van Zijl G. 3D concrete printer parameter optimisation for high rate digital construction avoiding plastic collapse // Composites Part B: Engineering. 2020. Vol. 183. P. 107660. doi: 10.1016/j.compositesb.2019.107660
  107. Jolin M., Burns D., Bissonnette B., Gagnon F., Bolduc L.S. Understanding the pumability of concrete // Proceedings for the conference Shotcrete for Underground Support (XI). Davos, Switzerland. 2009.
  108. Mechtcherine V., Nerella V.N., Kasten K. Testing pumpability of concrete using Sliding Pipe Rheometer // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 53. Pp. 312–323. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2013.11.037
  109. Tay Y.W.D., Qian Y., Tan M.J. Printability region for 3D concrete printing using slump and slump flow test // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 174. P. 106968. doi: 10.1016/j.compositesb.2019.106968
  110. Thrane L.N., Pade C., Nielsen C.V. Determination of rheology of self-consolidating concrete using the 4C-Rheometer and how to make use of the results // Journal of ASTM International. 2009. Vol. 7. Issue 1. Pp. 1–10. doi: 10.1520/JAI102003
  111. Mohan M.K., Rahul A.V., Van Tittelboom K., De Schutter G. Evaluating the influence of aggregate content on pumpability of 3D printable concrete // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 333–341.
  112. Mohan M.K., Rahul A.V., Van Tittelboom K., De Schutter G. Rheological and pumping behaviour of 3D printable cementitious materials with varying aggregate content // Cement and Concrete Research. 2021. Vol. 139. P. 106258. doi: 10.1016/j.cemconres.2020.106258
  113. Matthaus C., Back D., Weger D., Krankel T., Scheydt J., Gehlen C. Effect of cement type and limestone powder content on extrudability of lightweight concrete // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 312–322.
  114. Zhou C., Chen R., Xu J., Ding L., Luo H., Fan J. et al. In-situ construction method for lunar habitation: Chinese Super Mason // Automation in Construction. 2019. Vol. 104. Pp. 66–79. doi: 10.1016/j.autcon.2019.03.024
  115. Burry J., Sabin J.E., Sheil B., Skavara M. Fabricate 2020. UCL Press: London, UK. 2020. 140 p.
  116. Jeong H., Han S.-J., Choi S.-H., Lee Y.J., Yi S.T., Kim K.S. Rheological property criteria for buildable 3D printing concrete // Materials. 2019. Vol. 12. P. 657. doi: 10.3390/ma12040657
  117. Panda B., Paul S.C., Mohamed N.A.N., Tay Y.W.D., Tan M.J. Measurement of tensile bond strength of 3D printed geopolymer mortar // Measurement. 2018. Vol. 113. Pp. 108–116. doi: 10.1016/j.measurement.2017.08.051
  118. Zareiyan B., Khoshnevis B. Interlayer adhesion and strength of structures in contour crafting — effects of aggregate size, extrusion rate, and layer thickness // Automation in Construction. 2017. Vol. 81. Pp. 112–121. doi: 10.1016/j.autcon.2017.06.013
  119. Katzer J., Szatkiewicz T. Properties of concrete elements with 3D printed formworks which substitute steel reinforcement // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 210. Pp. 157–161. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.03.204
  120. Salazar B., Aghdasi P., Williams I.D., Ostertag C.P., Taylor H.K. Polymer lattice-reinforcement for enhancing ductility of concrete // Materials & Design. 2020. Vol. 196. P. 109184. doi: 10.1016/j.matdes.2020.109184
  121. Sanjayan J.G., Nematollahi B., Xia M., Marchment T. Effect of surface moisture on interlayer strength of 3D printed concrete // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 172. Pp. 468–475. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.232
  122. Van Der Putten J., Deprez M., Cnudde V., De Schutter G., Van Tittelboom K. Microstructural characterization of 3D printed cementitious materials // Materials. 2019. Vol. 12. P. 2993. doi: 10.3390/ma12182993
  123. Van Der Putten J., De Schutter G., Van Tittelboom K. Surface modification as a technique to improve inter-layer bonding strength in 3D printed cementitious materials // RILEM Technical Letters. 2019. Vol. 4. Pp. 33–38.
  124. Ma G., Li Z., Wang L., Wang F., Sanjayan J. Mechanical anisotropy of aligned fiber reinforced composite for extrusion-based 3D printing // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 202. Pp. 770–783. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.008
  125. Ogura H., Nerella V.N., Mechtcherine V. Developing and testing of strain-hardening cement-based composites (SHCC) in the context of 3D printing // Materials. 2018. Vol. 11. P. 1375. doi: 10.3390/ma11081375
  126. Farina I., Fabbrocino F., Carpentieri G., Modano M., Amendola A., Goodall R. et al. On the rein-forcement of cement mortars through 3D printed polymeric and metallic fibers // Composites Part B: Engineering. 2016. Vol. 90. Pp. 76–85. doi: 10.1016/j.compositesb.2015.12.006
  127. Rubio M., Sonebi M., Amziane S. Fresh and rheological properties of 3D printing bio-cement-based materials // Academic Journal of Civil Engineering. 2017. Vol. 35. Pp. 283–290.
  128. Bos F.P., Ahmed Z.Y., Wolfs R.J., Salet T.A. 3D printing concrete with reinforcement // High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. 2018. Pp. 2484–2493.
  129. Bos F.P., Ahmed Z.Y., Jutinov E.R., Salet T.A.M. Experimental exploration of metal cable as reinforcement in 3D printed concrete // Materials. 2017. Vol. 10. P. 1314. doi: 10.3390/ma10111314
  130. Mechtcherine V., Michael A., Liebscher M., Schmeier T. Extrusion-based additive manufacturing with carbon reinforced concrete: concept and feasibility study // Materials. 2020. Vol. 13. P. 2568. doi: 10.3390/ma13112568
  131. Bos F., Dezaire S., Ahmed Z., Hoekstra A., Salet T. Bond of reinforcement cable in 3D printed concrete // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 584–600.
  132. Bester F., van den Heever M., Kruger J., Cho S., van Zijl G. Steel fiber links in 3D printed concrete // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 398–406.
  133. Geneidy O., Kumarji S., Dubor A., Sollazzo A. Simultaneous reinforcement of concrete while 3D printing // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 895–905.
  134. Marchment T., Sanjayan J. Penetration reinforcing method for 3D concrete printing // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 680–690.
  135. Marchment T., Sanjayan J. Mesh reinforcing method for 3D concrete printing // Automation in Construction. 2020. Vol. 109. P. 102992. doi: 10.1016/j.autcon.2019.102992
  136. Wang W., Konstantinidis N., Austin S.A., Buswell R.A., Cavalaro S., Cecinia D. Flexural behaviour of AR-glass textile reinforced 3D printed concrete beams // Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. 2020. Pp. 728–737.
  137. Lin A., Tan Y.K., Wang C.-H., Kua H.W., Taylor H. Utilization of waste materials in a novel mortar–polymer laminar composite to be applied in construction 3D printing // Composite Structures. 2020. Vol. 253. P. 112764. doi: 10.1016/j.compstruct.2020.112764
  138. Mechtcherine V., Grafe J., Nerella V.N., Spaniol E., Hertel M., Fussel U. 3D printed steel reinforcement for digital concrete construction — Manufacture, mechanical properties and bond behavior // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 179. Pp. 125–137. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.202
  139. Regulation and permitting for 3D printed construction — automate construction. URL: https://automate.construction/2020/03/29/regulation-and-permitting-for-3d-printed-construction
  140. ICON — 3D Technology. ICON develops advanced construction technologies that advance humanity by using 3D printing robotics, software and advanced materials. URL: https://www.iconbuild.com
  141. Apis Cor. We print buildings. URL: https://apis-cor.com
  142. COBOD. COBOD is the world leader in 3D construction printing solutions. We are continuously adding wider automation and robotics to construction. URL: https://cobod.com

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».