Аннотация: Проанализированы методы численного моделирования процесса строительной 3D-печати бетоном с точки зрения возможностей численной симуляции устойчивости напечатанных объектов вариативной геометрии. Для моделирования и управления процессом признан эффективным метод вычислительной гидродинамики (метод конечных объемов), реализуемый в CFD-комплексах (ANSYS Fluent, OpenFOAM, COMSOL). Применимость метода и CFD-инструментов для решения проблемы моделирования и управления процессом печати определяется возможностью численной симуляции течения бетонной смеси при экструзии и формировании слоев, прогнозирования геометрического соответствия и устойчивости структур с учетом реологических свойств смеси (вязкости, пределов текучести и тиксотропии) и их изменения во времени. Отличительной особенностью разрабатываемого обобщенного подхода и числовой модели процесса 3D-печати будет использование реологических параметров смеси, требования к номенклатуре и диапазону значений которых определены экспериментально. В рамках реализации данного подхода для трех видов смесей выполнены экспериментальные исследования реологического поведения методом сдвиговой реометрии. В процессе 3D-печати модельных элементов произведена оценка их качества и устойчивости в зависимости от вида и технологических характеристик используемой смеси. В результате обоснована рациональная модель реологического поведения и диапазон значений параметров вязкопластичной смеси, обеспечивающих ее пригодность к экструзии и послойной укладке. К ним отнесены эффективная вязкость и бингамовский предел текучести, определяющие качество экструзии смеси; статическая вязкость и пластическая прочность, статический предел текучести, от которых зависит сохранность формы слоя, устойчивость печатной структуры.

Аннотация: Приведены результаты расчета и испытаний сушильной установки, включающей сушильный и охладительный барабаны, циклоны, вентиляторы, ленточные транспортеры, приемный бункер, горелочное устройство, систему управления. Рассмотрена новая конструкция привода сушильного барабана, условия совместной работы сушильного и охладительного барабанов. Определен пылевынос при сушке мелкого песка для сухих строительных смесей. Предложены решения по дальнейшему совершенствованию работы комплекта оборудования для сушки и подготовки песка.

Аннотация: Развитие строительной 3D-печати бетоном требует глубокого изучения факторов, влияющих на межслойную адгезию, поскольку от этого зависит прочность и долговечность конструкций. Отсутствие достаточных данных по влиянию подвижности смеси, типа заполнителей, их соотношения и времени твердения ограничивает возможности оптимизации технологических параметров. Устранение этих пробелов позволит повысить качество 3D-печатных конструкций, расширить область их применения и снизить риск дефектов. Данное исследование актуально для дальнейшего развития аддитивных технологий в строительстве, обеспечивая научную основу для совершенствования методов печати. Цель настоящей работы заключается в исследовании влияния подвижности мелкозернистой бетонной смеси, модуля крупности песка, времени технологического перерыва и продолжительности твердения мелкозернистого бетона на адгезию слоев в аддитивном строительном производстве. По результатам выполненных исследований выявлены ключевые зависимости прочности межслойного сцепления в технологии аддитивного строительного производства от рецептурных и технологических факторов: подвижности смеси, модуля крупности песка и продолжительности твердения при различных продолжительностях технологических перерывов. Оптимальными параметрами, обеспечивающими максимальную прочность сцепления слоев, напечатанных на 3D-принтере, являются марка по подвижности Пк=3 и модуль крупности песка Мк=3. Наблюдаемые эффекты обусловлены в большей степени химическими, диффузионными и адсорбционными механизмами адгезии, в меньшей - механическим сцеплением. Полученные результаты свидетельствуют, что основным направлением повышения межслойной адгезии в аддитивном строительном производстве является оптимизация рецептурного состава смесей, позволяющая управлять кинетикой гидратации и формированием структуры материала.

Аннотация: В настоящее время существует тенденция разработки альтернативных портландцементу вяжущих, обладающих низкой эмиссией диоксида углерода. Одним из таких вяжущих является каустический доломит, имеющий низкоактивный оксид магния. Повышение активности оксида магния путем механоактивации в аппарате вихревого слоя позволит получить магнезиальный камень с высокой степенью гидратации и улучшенными физико-механическими характеристиками. В работе исследовали порошок каустического доломита и магнезиальный камень на его основе. Рентгенофазовый анализ на дифрактометре Rigaku SmartLab применяли для определения фазового состава и структуры. Продукты гидратации подтверждались результатами дифференциально-термического анализа на STA 6000. Оценку морфологии, плотности и степени уплотнения структуры проводили на сканирующем электронном микроскопе Merlin. Установлено, что в результате механохимической активации каустического доломита формируется плотно упакованная кристаллическая структура магнезиального камня с пониженным значением пористости, уменьшенными размерами кристаллитов и отсутствием усадочных трещин, что является следствием высокой плотности контактов кристаллизующихся фаз, сопровождающихся общим повышением прочности магнезиального камня. Доказано, что активация каустического доломита способствует интенсификации процессов гидратации и формированию пространственно-связанной микроструктуры магнезиального камня в результате образования стабильных гидратных фаз три-, пентаоксигидрохлоридов, снижения пористости камня в 1,69 раза и уменьшения размера кристаллитов оксида магния на 20% - до 20,6 нм.

Аннотация: Рассмотрены вопросы, связанные с формированием структуры композиционных теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов. Исследовано влияние применения однокомпонентного и комбинированного органического наполнителя в составе композита методом ИК-спектрального анализа. Приведен механизм π-стэкинг-взаимодействия при образовании клеящей оболочки пенополистирольной гранулы. Рассмотрен процесс образования макроструктуры композита при введении органоминерального связующего. Для изучения влияния наноразмерных добавок на композиты приведены результаты термомеханических исследований по методу измерения деформации одноосного сжатия под влиянием непрерывно действующей нагрузки в условиях нагрева образца с постоянной скоростью. Установлена природа влияния модифицирующих пенополистирольных гранул на обеспечение плотной структуры материала. Введение модифицированных гранул пенополистирола обусловливает упорядочение матрицы композита за счет выстраивания комплексной структурообразующей системы, играющей роль каркаса. На основе древесно-растительных и пенополистирольных наполнителей получены составы теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов плотностью 250-600 кг/м3, теплопроводностью 0,035-0,135 Вт/(моС), прочностью при сжатии до 2,8-4,5 МПа, прочностью при изгибе до 1,5-2 МПа.

Аннотация: Проектирование мелкозернистых бетонов для строительной 3D-печати направлено в первую очередь на обеспечение проектных требований, предъявляемых к строительным конструкциям и изделиям. Основными проектными требованиями, как правило, являются прочностные и деформационные характеристики, долговечность, а также технологические характеристики мелкозернистых бетонов, обеспечивающие качественное производство работ при изготовлении строительных изделий и конструкций. При производстве работ 3D-печати наиболее используемым материалом являются сухие строительные смеси, для которых при проектировании состава необходимо учитывать все этапы технологического процесса, начиная с этапа их дозирования. В работе рассмотрены основные аспекты влияния печатающих головок на требования к материалам для строительной 3D-печати, их технологическим свойствам, анизотропии свойств строительных материалов и изделий. Проводится обзор и анализ различных видов печатающих головок, рассматриваются физико-механические процессы, происходящие при печати, основные технологические факторы, влияющие на физико-механические свойства строительных материалов и изделий, которые следует учитывать при проектировании составов.