СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 7
1. СОСТОЯНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОЙ ЭКСТРУЗИИ ................................................................. 21
1.1. Развитие аддитивных технологий. Опыт формования строительных
изделий из бетона ............................................................................................... 21
1.2. Состояние научных и технологических основ управления структурой и
свойствами бетонов ............................................................................................ 40
1.3. Влияние вяжущих, заполнителей, химических и минеральных добавок,
способов армирования, технологических факторов на свойства бетонов,
формуемых методом аддитивного производства (3D-печати) ......................... 52
1.4. Существующий опыт оптимизации параметров 3D-печати
моделированием напряженно-деформированного состояния напечатанных
слоев ……………………………………………………………………………….72
1.5. Выводы по главе ....................................................................................... 80
2. ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ
АДДИТИВНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА БЕТОНОМ .................. 85
2.1. Реологические свойства и формуемость бетонных смесей .................... 86
2.2. Теоретические основы экструзии материалов ........................................ 91
2.3. Теории прочности бетонов ..................................................................... 101
2.4. Теории адгезии материалов.................................................................... 106
2.5. Предпосылки теоретических основ формования методом послойной
экструзии ........................................................................................................... 111
2.6. Выводы по главе ..................................................................................... 118
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .. 120
3.1. Характеристика исходных материалов.................................................. 120
3.2. Характеристика применяемой установки аддитивного производства
(3D-принтера) .................................................................................................... 131
3.3. Создание образцов методом строительной 3D-печати ......................... 132
3.4. Методы экспериментальных исследований .......................................... 134
3
3.4.1. Изучение реологических и технологических свойств вяжущих .... 134
3.4.2. Изучение физико-механических свойств ......................................... 136
3.4.3. Определение гидравлической активности минеральных добавок . 137
3.4.4. Комплексный термический анализ ................................................... 138
3.4.5. Рентгенофазовый анализ .................................................................... 138
3.4.6. Электронно-микроскопический и микрозондовый анализы .......... 139
3.4.7. Определение дзета-потенциала ......................................................... 140
3.4.8. Статистическая обработка экспериментальных данных.
Использование метода математического планирования эксперимента .......... 140
4. РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ
УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ
ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ, ФОРМУЕМЫХ МЕТОДОМ АДДИТИВНОГО
ПРОИЗВОДСТВА (3D-ПЕЧАТИ) ............................................................................. 141
4.1. Влияние видов портландцементов, заполнителей и их соотношения на
основные свойства композитов, сформованных методом аддитивного
производства (3D-печати) ................................................................................ 141
4.2. Экспериментально-теоретические основы выбора минеральных добавок
в цементных бетонах, формуемых методом аддитивного производства ....... 151
4.3. Экспериментально-теоретические основы выбора пластифицирующих
добавок в цементных бетонах, формуемых методом аддитивного
производства ..................................................................................................... 161
4.4. Экспериментально-теоретические основы выбора гидрофобизирующих
добавок в цементных бетонах, формуемых методом аддитивного
производства ..................................................................................................... 166
4.5. Регулирование реотехнологических свойств цементных бетонных
смесей и физико-технических свойств бетонов в технологии аддитивного
производства полифункциональными комплексными добавками ................. 171
4.6. Структура базовых составов мелкозернистых бетонов, формуемых
методом аддитивного производства ................................................................ 185
4.7. Выводы по главе ..................................................................................... 204
4
5. РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ
УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ ГИПСОЦЕМЕНТНО-
ПУЦЦОЛАНОВЫХ БЕТОНОВ, ФОРМУЕМЫХ МЕТОДОМ АДДИТИВНОГО
ПРОИЗВОДСТВА (3D-ПЕЧАТИ) ............................................................................. 209
5.1. Теоретические и экспериментальные основы выбора гипсоцементного
отношения и содержания активных минеральных добавок в составе
гипсоцементно-пуццоланового вяжущего....................................................... 209
5.2. Теоретические и экспериментальные основы выбора параметров и
содержания мелкого заполнителя в составе гипсоцементно-пуццоланового
бетона, сформованного методом аддитивного производства (3D-печати) .... 218
5.3. Регулирование реотехнологических свойств гипсоцементно-
пуццолановых бетонных смесей и физико-технических свойств бетонов в
технологии аддитивного производства полифункциональными комплексными
добавками .......................................................................................................... 224
5.4. Структура гипсоцементно-пуццолановых бетонов, сформованных
методом аддитивного производства ................................................................ 235
5.4.1. Исследование процессов гидратации гипсоцементно-пуццоланового
вяжущего калориметрическим методом ............................................................ 236
5.4.2. Электронно-микроскопический и микрозондовый анализы
гипсоцементно-пуццоланового камня ................................................................ 237
5.4.3. Рентгенофазовый анализ гипсоцементно-пуццоланового камня .. 245
5.4.4. Дифференциально-термический анализ гипсоцементно-
пуццоланового камня ........................................................................................... 247
5.4.5. Особенности формирования поровой структуры
модифицированных гипсоцементно-пуццолановых камня и бетона .............. 250
5.5. Изучение пластической прочности и сцепления слоев гипсоцементно-
пуццоланового бетона ...................................................................................... 253
5.6. Выводы по главе ..................................................................................... 257
6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
АДДИТИВНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПОВЫШЕНИЕМ
5
АДГЕЗИИ СЛОЕВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕРЫВАХ В ПРОЦЕССЕ 3D-
ПЕЧАТИ …………………………………………………………………………...261
6.1. Проблемы аддитивного строительного производства при длительных
технологических перерывах ............................................................................. 261
6.2. Влияние подвижности смесей, модуля крупности песка, времени
технологического перерыва и продолжительности твердения на адгезию
слоев в аддитивном строительном производстве ........................................... 264
6.3. Разработка полифункциональных комплексных добавок для
переходного слоя с повышенным адгезионным взаимодействием при
необходимости осуществления продолжительных технологических
перерывов в процессе 3D-печати ..................................................................... 270
6.4. Технологическое решение по увеличению продолжительности
перерывов в процессе 3D-печати с обеспечением высокой адгезии
переходного и базового слоев .......................................................................... 286
6.5. Совершенствование технологии аддитивного строительного
производства регулированием продолжительности перерывов в процессе 3D-
печати ................................................................................................................ 290
6.6. Технико-экономическая эффективность изделий на основе
разработанного технологического решения .................................................... 298
6.7. Выводы по главе ..................................................................................... 303
7. ОПТИМИЗАЦИЯ АДДИТИВНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ НАПЕЧАТАННЫХ СЛОЕВ ............................................................. 306
7.1. Определение критериев оптимизации, их связь с реотехнологическими
свойствами и напряженно-деформированным состоянием смеси ................. 306
7.2. Особенности напряженно-деформированного состояния вязкоупругих
сред, используемых в качестве сырьевых смесей для 3D-печати .................. 311
7.3. Исходные данные объекта исследований при прогнозировании его
поведения в процессе 3D-печати ..................................................................... 313
7.4. Напряженно-деформированное состояние напечатанных слоев ......... 314
6
7.5. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного
состояния напечатанных слоев ........................................................................ 319
7.6. Практические рекомендации по оптимизации технологических
параметров строительной 3D-печати ............................................................... 326
7.7. Выводы по главе ..................................................................................... 328
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 330
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .............................. 334
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................... 337
Приложение 1 – Патенты на изобретения и полезные модели .............................. 389
Приложение 2 – Технологическая карта ................................................................... 400
Приложение 3 – Технологическая карта ................................................................... 419
Приложение 4 – Технологический регламент .......................................................... 442
Приложение 5 – Акт о внедрении .............................................................................. 446
Приложение 6 – Акт о внедрении .............................................................................. 447
Приложение 7 – Акт о внедрении .............................................................................. 449
Приложение 8 – Акт о внедрении .............................................................................. 450
Приложение 9 – Акт о внедрении .............................................................................. 451
Приложение 10 – Стандарт организации .................................................................. 452
Приложение 11 – Приказ Минстроя России об утверждении изменения №6
