Modified Gypsum-Cement-Pozzolan Concrete for 3DCP

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

3D concrete printing (3DCP) is an innovative and promising method for constructing buildings and structures. Compositions of fine-grained concrete based on Portland cement are widely used as raw material mixtures in this technology. An alternative to the use of cement binder is the use of gypsum-cement-pozzolan binder, which can significantly reduce the cost of the finished product and, accordingly, increase its competitiveness. The raw material mixtures based on gypsum-cement-pozzolan binder presented on the construction market do not fully meet the requirements of 3DCP. Achieving optimal performance of gypsum-cement-pozzolan mixtures in 3DCP is possible by regulating the content of fine aggregate in the composition of fine-grained concrete, as well as the use of multicomponent modifying additives. The purpose of this work is to develop modified gypsum-cement-pozzolan concretes for 3DCP based on optimization of aggregate content and multifunctional additive, providing optimal rheotechnological properties of raw mixtures and technological characteristics of finished products. The formation of samples during experimental studies was carried out using the layer-by-layer extrusion method on a workshop construction 3D printer “AMT S-6044”. Modified gypsum-cement-pozzolan concretes have been developed for 3DCP with increased ultimate shear stress of the mixture (87.6 Pa), dimensional stability (23 cm), average composite density (1920 g/m3), flexural strength (8.4 MPa) and compression (30.6 MPa) and water resistance (0.85). The possibility of targeted regulation of the structure and properties of gypsum-cement-pozzolan mixtures and concrete due to the synergistic effect of the components of the developed multifunctional complex additive, including an aqueous solution of a polycarboxylate ether, a copolymer based on carboxylic acid esters, and a homogeneous mixture of oligoethoxysiloxanes, has been proven. The results obtained are consistent with the results of the differential thermal analysis of modified gypsum-cement-pozzolanic stone.

Full Text

Технология строительной 3D-печати методом послойной экструзии является инновационным и перспективным способом возведения зданий, сооружений и их отдельных элементов, она позволяет сократить сроки производства работ, себестоимость и материалоемкость строительства, а также долю ручного труда [1–7]. В качестве сырьевых смесей в данной технологии широкое применение нашли составы мелкозернистых бетонов (МЗБ) преимущественно на основе портландцемента (ПЦ) [8–12], отличающиеся относительно высокими эксплуатационными свойствами и долговечностью. Альтернативой применению цементного вяжущего в технологии строительной 3D-печати является использование вяжущих на основе гипса, в том числе гипсоцементно-пуццоланового (ГЦПВ), которое позволяет в значительной степени снизить стоимость готовой продукции и соответственно повысить ее конкурентоспособность [13–16].

Гипс является одним из первых искусственных вяжущих веществ, полученных в истории человечества [17]. Развитие физико-химических методов исследований ознаменовало начало научных изысканий в области гипсовых вяжущих, что привело в XIX–XX вв. к полномасштабному расширению производства и применения гипса и материалов на его основе. Аналогичная тенденция наблюдается и в XXI в. В настоящее время мировая добыча гипса приближается к отметке 150 млн т, однако доля России составляет не более 6%. При этом более половины мировых разведанных запасов гипса расположены на территории России. Кроме того, производство гипсовых вяжущих отличается сравнительно невысокими энергозатратами, низкими удельными капиталовложениями и металлоемкостью оборудования предприятий [18]. Сырьевые возможности и уровень научных достижений [19] позволяют нашей стране занять ведущее место в мире по производству и применению их в строительстве, что обусловливает актуальность научных исследований, направленных на расширение области применения вяжущих на основе гипса, в том числе в технологии аддитивного строительного производства (АСП).

Актуальность предлагаемого решения подтверждается в том числе практической реализацией технологии АСП при строительстве в 2019 г. здания операторской на территории Уфимской гипсовой компании (рис. 1).

 

Рис. 1. Операторская, расположенная на территории завода Уфимской гипсовой компании, возведенная с применением метода аддитивного строительного производства (URL: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/ufimskaya-gipsovaya-kompaniya-realizuet-proekt-po-3d-pecati-dvuxetaznogo-doma)

Fig.1. A control room located on the territory of the Ufa Gypsum Company plant, built using 3DCP (URL: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/ufimskaya-gipsovaya-kompaniya-realizuet-proekt-po-3d-pecati-dvuxetaznogo-doma)

 

Представленные в настоящее время на строительном рынке сырьевые смеси на основе ГЦПВ не в полной мере отвечают требованиям технологии АСП [20, 21]. Использование неадаптированных составов с неоптимальными реотехнологическими свойствами приводит к ухудшению формоустойчивости сырьевых смесей, а также снижению физико-механических свойств готовых изделий [22–25].

Значительную роль в формировании структуры и свойств бетонов, в том числе гипсоцементно-пуццолановых (ГЦПБ), играет заполнитель [26]. Одним из способов устранения отмеченных выше недостатков смесей на основе ГЦПВ в технологии АСП является регулирование содержания мелкого заполнителя в составе ГЦПБ. Так, в рамках исследований [27] разработаны составы эффективных базальтофибробетонов на основе композиционного вяжущего с добавлением строительного гипса при соотношении вяжущее:заполнитель (В/З)=1:2. В работе [28] изучены составы ГЦПБ для 3D-печати, в которых в качестве заполнителя применялся песок с модулем крупности Мк=2,63. Наилучшие результаты достигнуты при В/З=1:1–1:2. В работе [29] предложены составы МЗБ на основе гипсоцементных вяжущих с комплексом химических добавок для 3D-печати стеновых конструкций. Наилучшие показатели по критерию формоустойчивости достигнуты при В/З=1:3–1:4. При этом наблюдается закономерное снижение прочностных показателей и водостойкости готовых изделий по сравнению с составом с В/З =1:2.

Другим доступным и относительно простым способом достижения оптимальных показателей гипсоцементно-пуццолановых смесей (ГЦПС) в АСП является применение многокомпонентных модифицирующих добавок.

Анализ имеющихся литературных данных и опыта практического применения комплексных добавок (КД) в технологии производства материалов и изделий традиционными способами формования [30–32], в том числе на основе гипсовых вяжущих и ГЦПВ [33, 34], свидетельствует об их полифункциональности. В работе [35] изучено влияние многокомпонентных полифункциональных добавок на реологические свойства, процессы формирования структуры и свойств цементных композиций в технологии 3D-печати. Показана эффективность модифицирования МЗБ пластифицирующей добавкой (ПД) совместно с метакаолином, а также гидрофобизирующими добавками (ГД) совместно с суперпластификаторами (СП). В работе [36] разработаны составы эффективных МЗБ классов В30–В40 для 3D-печати на основе ПЦ с повышенными показателями прочности и формо- устойчивости. Данные результаты достигаются путем модифицирования композитов КД на основе активных минеральных добавок (АМД), кремнийорганических и пластифицирующих добавок.

В ранее выполненных авторами исследованиях [37–39] показана эффективность применения гиперпластификатора (ГП) на поликарбоксилатной основе «Glenium Ace 430» для ГЦПВ на основе гипса марки Г6, позволяющего повысить пределы прочности гипсоцементно-пуццоланового камня (ГЦПК) при сжатии на величину до 82,7%, при изгибе – до 70,5%, коэффициент размягчения – до 18%. Выявлено, что СП «Бест-ТБ», обладающий эффектом замедления кинетики начального структуро- образования ГЦПК, позволяет удлинить начало и конец схватывания смеси на 251 и 271 мин соответственно. Установлено положительное влияние ГД «Этилсиликат-40» на водостойкость ГЦПК, что выражается в повышении его коэффициента размягчения на величину 75–87%. На основе вышеуказанных химических добавок разработана полифункциональная КД, позволяющая существенно повысить физико-технические характеристики ГЦПК. Однако применение данной КД придает ГЦПС самоуплотняющуюся способность, что оказывает негативное влияние на формоустойчивость напечатанных слоев. Кроме того, время жизнеспособности смеси составляет не более 20 мин [39], этого недостаточно для бетонов в технологии АСП.

Цель исследования заключается в разработке модифицированных ГЦПБ для 3D-печати на основе оптимизации содержания заполнителя и полифункциональной КД, обеспечивающих оптимальные реотехнологические свойства сырьевых смесей и технологические характеристики готовых изделий.

Объектом исследований являются ГЦПБ в технологии АСП, модифицированные полифункциональной КД.

Предмет исследований – физико-технические свойства ГЦПБ (средняя плотность, пределы прочности при изгибе и сжатии, водостойкость) и реотехнологические свойства ГЦПС (предельное напряжение сдвига, формоустойчивость) в технологии АСП.

Материалы и методы

Исследования выполнялись в лаборатории аддитивных технологий строительного производства Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

При выполнении исследования применялись следующие материалы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 59097–2020:

  1. Цементное вяжущее: ЦЕМ I 42,5Н, ОАО «Сухо- ложскцемент» по ГОСТ 31108–2020.
  2. Гипсовое вяжущее: гипс марки Г6БII, нормальнотвердеющий, средней степени помола, ООО «Арак- чинский гипс» по ГОСТ 125–2018.
  3. Заполнитель: речной кварцевый песок с модулем крупности Мк=3 по ГОСТ 8736–2014.
  4. АМД: метакаолин месторождения Журавли- ный Лог. Минералогический состав: аморфизованный каолинит (90–93%); кристаллическая фаза – реликтовая слюда (2,5–3%); кварц (4–5%).
  5. Пластифицирующие добавки:

– СП на основе эфиров карбоновых кислот с добавлением фосфатного компонента «БЕСТ-ТБ» (ООО «Инновационные Технологии»), жидкость темно-коричневого цвета, плотность (при 20оС) 1,24 г/см3, средняя массовая доля сухого вещест- ва 25%;

– ГП на основе поликарбоксилатных эфиров «MasterGlenium 430» (ООО «BASF Строительные системы»), жидкость светло-коричневого цвета без содержания хлоридов, плотность (при 20оC) 1,06 г/см3, pH – 3,5.

  1. Гидрофобизирующая добавка: гомогенная смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» (ПАО «Химпром»), бесцветная жидкость, плотность 1,04–1,07 г/см3 при 20оC, pH=9,5.
  2. Водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732–2011.

Формование образцов из ГЦПС методом послойной экструзии осуществлялось на цеховом строительном 3D-принтере АМТ S-6044 (ООО «СПЕЦАВИА»), организованному по портальной системе (рис. 2) посредством ее трехмерной печати по разработанной трехмерной цифровой модели (G-code).

 

Рис. 2. Строительный 3D-принтер АМТ S-6044, расположенный в лаборатории аддитивных технологий строительного производства КГАСУ

Fig. 2. Construction 3D printer AMT S-6044 in the laboratory of additive construction technologies of KSUAE

 

Формоустойчивость ГЦПБ определяли по суммарной высоте слоев, печатаемых на 3D-принтере без технологического перерыва. Печать слоев производилась до достижения системой критического состояния – потери устойчивости образца в целом, характеризующейся его опрокидыванием, или потери устойчивости образца на локальном участке, характери- зующейся смещением напечатанных слоев. Количе- ство образцов в серии испытаний составляло три.

Предельное напряжение сдвига смеси определялось на границе ее гравитационной растекаемости при помощи вискозиметра – полого цилиндра из полипропилена высотой 200 мм, внутренним диа- метром 105 мм.

Среднюю плотность бетонов определяли по ГОСТ 12730.1–2020.

Пределы прочности при изгибе и сжатии ГЦПБ определяли на образцах-балочках размерами 4040160 мм и половинках образцов-призм, полученных после испытания на изгиб, по ГОСТ 5802–86 с использованием испытательных машин ИП-100, ИП-1000-0, МИИ-100.

Водостойкость ГЦПБ оценивали по коэффициенту размягчения, который равен отношению предела прочности материала при сжатии в водонасыщенном состоянии к пределу прочности сухого материала.

Для оптимизации состава ГЦПБ и полифункциональной КД применяли метод математического планирования эксперимента, позволяющий описать искомые зависимости в виде полинома второй степени.

Комплексный термический анализ выполняли на приборах NETZSCH STA 449 F3 Jupiter с разрешением ТГ–0,1 µg, ДСК<1 мкВт и TGA/DSC1 Starsystem производства MettlerToledo со скоростью нагрева 30оC/мин. Держатель проб – платиновые тигли с крышкой, эталон – прокаленный оксид алюминия. Комплексный термический анализ применялся для определения температуры превращения и взаимодействия веществ, сопровождающихся термическими эффектами.

Результаты и обсуждение

Оптимизация состава ГЦПБ и КД производилась с применением метода математического планирования эксперимента. В качестве вяжущего принято ГЦПВ, содержащее (%): гипс – 76%, ПЦ – 20%; АМД метакаолин – 4% [37, 40]. В качестве исходных независимых переменных определены содержание «Glenium Ace 430» (ГП) (0,35-1,15); «Этилсиликат-40» (ГД) (0,05–0,15) в % от массы ГЦПВ, а также соотношение заполнителя (песка) и ГЦПВ в составе ГЦПБ (З/В) (1,5/1–2,5/1). Содержание СП «Бест-ТБ» принято равным 0,9% от массы ГЦПВ для обеспе- чения требуемых сроков схватывания смеси. Уров- ни варьирования независимых переменных приве- дены в табл. 1.

 

Таблица 1

Table 1

Уровни варьирования независимых переменных

Levels of variation of independent variables

Факторы

X1

X2

X3

Наименование факторов

Содержание ГП, в % от массы вяжущего

Содержание ГД, в % от массы вяжущего

Соотношение З/В

Уровни варьирования

-1

0,35

0,05

1,5

0

0,75

0,1

2

+1

1,15

0,15

2,5

 

В качестве отклика выбраны предел прочности при сжатии ГЦПБ (Rсж), коэффициент размягчения (Кр) и формоустойчивость (Ф).

На рис. 3–5 приведена графическая интерпретация результатов обработки математических моделей.

 

Рис. 3. Влияние вида и содержания модифицирующих добавок, соотношения заполнителя и ГЦПВ на пределы прочности при сжатии ГЦПБ: a – X1 – const=0,75% от массы вяжущего; b – X2 – const=0,1% от массы вяжущего; c – X3 – const=2% от массы вяжущего

Fig. 3. Influence of the type and content of modifying additives, the ratio of filler (sand) and GCPB on the compressive strength of GCPC: a – X1 – const=0.75% by weight of the binder; b – X2 – const=0.1% by weight of the binder; c – X3 – const=2% by weight of the binder

 

Рис. 4. Влияние вида и содержания модифицирующих добавок, соотношения заполнителя и ГЦПВ на коэффициент размягчения ГЦПБ: a – X1 – const=0,75% от массы вяжущего; b – X2 – const=0,1% от массы вяжущего; c – X3 – const=2% от массы вяжущего

Fig. 4. Influence of the type and content of modifying additives, the ratio of filler (sand) and GCPB on the softening coefficient of GCPC: a – X1 – const=0.75% by weight of the binder; b – X2 – const=0.1% by weight of the binder; c – X3 – const=2% by weight of the binder

 

Рис. 5. Влияние вида и содержания модифицирующих добавок, соотношения заполнителя и ГЦПВ на формоустойчивость слоев: a – X1 – const=0,75% от массы вяжущего; b – X2 – const=0,1% от массы вяжущего; c – X3 – const=2% от массы вяжущего

Fig. 5. Influence of the type and content of modifying additives, the ratio of filler (sand) and GCPB on the form stability of layers: a – X1 – const=0.75% by weight of the binder; b – X2 – const=0.1% by weight of the binder; c – X3 – const=2% by weight of the binder

 

При содержании ГП в количестве 0,6–1%, ГД – 0,075–0,125% от массы вяжущего, а также соотношении З/В – 1,33–2 выявлены наибольшие показатели пределов прочности при сжатии и водостойкости ГЦПБ, сформованного методом 3D-печати (рис. 3, 4). Дальнейшее увеличение расхода химических добавок и соотношения З/В приводит к значительному снижению прочности и водостойкости ГЦПБ, что обусловлено блокирующим действием молекул добавок при адсорбции на частицы ГЦПВ, дефектностью структуры бетона при его экструзии вследствие повышенного расхода ГП и эффектом разбавления вяжущего.

Повышение дозировки ГП в исследуемых интервалах приводит к росту показателей формоустойчивости смеси, а затем к их снижению, что обусловлено избыточным пластифицирующим эффектом добавки, в результате чего смесь приобретает способность самоуплотнения [39] (рис. 5). Концентрация ГД в составе ГЦПБ не оказывает существенного влияния на формоустойчивость смеси. Наибольшие показатели формоустойчивости достигаются при соотношении З/В – 1,67–3, что обусловлено снижением концентрации ГП в объеме смеси, оказывающим позитивное влияние на величину предельного напряжения сдвига.

На основе математического планирования эксперимента (рис. 3–5) оптимизирован состав ГЦПБ, модифицированного полифункциональной КД, на основе вариации содержания ГП (0,6–1%), ГД (0,075–0,125%) от массы ГЦПВ, соотношения заполнителя (песка) и ГЦПВ – З/В (2). Синергетическое взаимодействие компонентов разработанной полифункциональной КД объясняется тем, что при их совместном введении в состав смеси возникающий на поверхности частиц вяжущего дзета-потенциал, создаваемый молекулами СП «Бест-ТБ», дополняется стерическим эффектом от действия боковых цепей ГП «Glenium Ace 430» и взаимным отталкиванием частиц вяжущего между собой и от молекул воды, обеспечиваемым гидрофобными группами полисилоксанов ГД «Этилсиликат-40», в результате чего увеличивается диспергация частиц вяжущего, чем обусловливается значительное снижение его водо- потребности при одновременном удлинении сроков схватывания смеси, а также возрастание показателей прочности и водостойкости готовых изделий.

На следующем этапе изучено влияние разра- ботанной полифункциональной КД, содержа- щей ГП «Glenium Ace 430», СП «Бест-ТБ» и ГД «Этилсиликат-40» в количестве 0,8; 0,9; 0,1% от массы вяжущего соответственно, на показатели предельного напряжения сдвига смеси, среднюю плотность и предел прочности при изгибе ГЦПБ, сформованного методом строительной 3D-печати. Ре- зультаты исследований приведены в табл. 2.

 

Таблица 2

Table 2

Влияние полифункциональной КД на реологические и физико-механические свойства ГЦПБ, сформованного методом строительной 3D-печати

The influence of multifunctional CA on rheological, physical and mechanical properties of GCPC in 3DCP

Состав

Предельное напряжение сдвига смеси, Па

Средняя плотность композита, кг/м3

Предел прочности при изгибе, МПа

Базовый (без добавок)

58,5

1880

5,5

Модифицированный КД

87,6

1920

8,4

 

Как видно из табл. 2, модифицирование ГЦПБ разработанной КД приводит к повышению предельного напряжения сдвига смеси на 50%, что оказывает положительное влияние на формоустойчивость слоев. Предел прочности при изгибе модифицированного ГЦПБ возрастает на 53%, средняя плотность – на 2,1%.

Далее были изучены особенности структурообразования ГЦПБ, модифицированного разработанной КД, сформованного способом 3D-печати методом дифференциально-термического анализа (ДТА). Для проведения исследований изготовлено два состава ГЦПК:

– состав № 1 – контрольный состав (без химических добавок);

– состав № 2 – состав, модифицированный разработанной полифункциональной КД.

Результаты исследований представлены на рис. 6.

 

Рис. 6. Дериватограммы: a – исходного состава ГЦПК (состав № 1); b – состава, модифицированного полифункциональной КД, содержащей ГП «Glenium Ace 430», СП «Бест-ТБ» и ГД «Этилсиликат-40»; состава ГЦПК (состав № 2)

Fig. 6. Derivatograms: a – initial composition of HCPC (composition No. 1); b – composition modified with multifunctional CD containing GP “Glenium Ace 430”, SP “Best-TB” and GP “Ethyl silicate-40”; composition GCPC (composition No. 2)

 

Анализ дериватограмм (рис. 6) показывает наличие трех эндотермических эффектов, характеризующих дегидратацию ГЦПК.

Первый экстремум при t=94,8–275,7оC описывает удаление химически связанной воды (2H2O) из молекул гипса, моносульфата и гидросульфоалюмината кальция. Увеличение площади данного эндоэффекта состава № 2 свидетельствует об увеличении содержания гидроалюминатов и гид- росульфоалюминатов кальция, что связано с действием полифункциональной КД, обеспечивающей высокую степень гидратации вяжущего.

Отсутствие эндоэффекта при t=420–480оC, характеризующего удаление химически связанной воды из гидроксида кальция, обусловлено практически полным отсутствием данного соединения в исследуемых системах, оно связано с его взаимодействием с оксидом кремния, содержащимся в метаколине.

Эндотермические эффекты при t=661,1–836,9оC характеризуют удаление химически связанной воды из гидросиликатов кальция. Уменьшение площади эндоэффекта состава № 2 (88,43 Дж/г) по сравнению с составом № 1 (171,3 Дж/г) связано с образованием низкоосновных гидросиликатов с меньшим коли- чеством химически связанной воды и обусловлено отсутствием свободного гидроксида кальция в твердеющей системе. Этим обусловлено возрастание физико-технических показателей модифицированных ГЦПК, что подтверждает эффективность разработанной полифункциональной КД для исследуемого состава ГЦПВ.

Выводы

  1. Разработаны модифицированные ГЦПБ для 3D-печати со следующими характеристиками: предельное напряжение сдвига смеси – 87,6 Па; формоустойчивость – 23 см; средняя плотность композита – 1920 г/м3; предел прочности при изгибе – 8,4 МПа; предел прочности при сжатии – 30,6 МПа; водостойкость – 0,85.
  2. С применением метода математического планирования эксперимента доказана возможность направленного регулирования структуры и свойств ГЦП бетонных смесей и бетонов за счет синергетического воздействия компонентов разработанной полифункциональной КД, включающей водный раствор поликарбоксилатного эфира «Glenium Ace 430» (0,6–1%), сополимер на основе эфиров карбоновых кислот с добавлением фосфатного компонента «Бест-ТБ» (0,9%), гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» (0,075–0,125%). Так, предел прочности при сжатии возрастает на величину до 38,5%, формоустойчивость – до 43,7%, водостойкость – на 73% по сравнению с базовым составом, что позволяет отнести разработанные ГЦПБ, формуемые методом 3D-печати, к водостойким.
  3. По результатам ДТА исследуемых ГЦПК установлено увеличение площади эндоэффектов при t=94,8–275,7оC (512,3 Дж/г) модифицированного состава, свидетельствующее об увеличении содержания в нем гидроалюминатов и гидросульфоалюминатов кальция и о высокой степени гидратации вяжущего. Выявлено снижение площади эндоэффекта модифицированного состава при t=661,1–836,9оC, что связано с уменьшением количества высокоосновных гид- росиликатов кальция и образованием низкоосновных гидросиликатов с меньшим количеством химически связанной воды. Полученные результаты обусловливают возрастание физико-технических показателей модифицированных ГЦПК и подтверждают эффективность разработанной полифункциональной КД для исследуемого состава ГЦПВ.
×

About the authors

R. Kh. Mukhametrakhimov

Kazan State University of Architecture and Engineering

Author for correspondence.
Email: muhametrahimov@mail.ru

Candidate of Sciences

Russian Federation, Kazan

R. Z. Rakhimov

Kazan State University of Architecture and Engineering

Email: rahimov@kgasu.ru

Doctor of Sciences

Russian Federation, Kazan

A. R. Galautdinov

Kazan State University of Architecture and Engineering

Email: galautdinov89@mail.ru

Candidate of Sciences 

Russian Federation, Kazan

L. V. Ziganshina

Kazan State University of Architecture and Engineering

Email: lilya0503199@gmail.com

Candidate of Sciences (Engineering)

Russian Federation, Kazan

References

  1. Adamtsevich A.O., Pustovgar A.P. Additive manufacturing in construction: the research of the anisotropy concrete strength effect. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 9, pp. 18–24. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-806-9-18-24
  2. Adamtsevich A.O., Pustovgar A.P., Adamtsevich L.A. Additive construction production: features of the technology application. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel’stvo. 2023. No. 7, pp. 70–78. (In Russian). doi: 10.33622/0869-7019.2023.07.70-78
  3. Akulova I.I., Slavcheva G.S., Makarova T.V. Technical and economic estimate of efficiency of using 3D printing in housing construction. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2019. No. 12, pp. 52–56. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-12-52-56
  4. Pustovgar A.P., Adamtsevich L.A., Adamtsevich A.O. International research experience in the field of additive construction manufacturing. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2023. No. 11, pp. 4–10. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2023-11-4-10
  5. Maltseva E.V., Dmitriev A.V. The concept of development of additive technologies in individual housing construction. Zhilishchnoe Stroitel’stvo [Housing Construction]. 2023. No. 11, pp. 12–17. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2023-11-12-17
  6. Rehman A.U., Birru B.M., Kim J.-H. Set-on-demand 3D Concrete Printing (3DCP) construction and potential outcome of shotcrete accelerators on its hardened properties. Case Studies in Construction Materials. 2023. Vol. 18, pp. e01955. doi: 10.1016/j.cscm.2023.e01955
  7. Li S., Nguyen-Xuan H., Tran P. Digital design and parametric study of 3D concrete printing on non-planar surfaces. Automation in Construction. 2023. Vol. 145, pp. 104624. doi: 10.1016/J.AUTCON.2022.104624
  8. Slavcheva G.S., Britvina E.A., Shvedova M.A., Yurov P.Y. Effect of filler and aggregates dosage and particle size range on the 3d-printable mixture extrudability. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 1–2, pp. 21–29. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-21-29
  9. Slavcheva G.S., Artamonova O.V. The rheological behavior of disperse systems for 3d printing in construction: the problem of control and possibility of «nano» tools application. Nanotekhnologii v stroitel’stve: scientific online journal. 2018. Vol. 10. No. 3, pp. 107–122. (In Russian). doi: 10.15828/2075-8545-2018-10-3-107-122
  10. Mukhametrakhimov R.Kh., Ziganshina L.V. Influence of Portland cements with different mineralogical composition on basic properties of 3D-printed composites. Izvestiya of the Kazan State University of Architecture and Civil Engineering. 2021. No. 2 (56), pp. 37–49. (In Russian). doi: 10.52409/20731523_2021_2_37
  11. Bozzano F., Esposito C., Mazzanti P., Innocca F., Romeo S. Urban engineered slope collapsed in Rome on February 14th, 2018: Results from remote sensing monitoring. Journal of Geosciences. 2020. Vol. 10. No. 9. doi: 10.3390/geosciences10090331
  12. Patent RF 2794037. Sposob 3D-pechati betonom s dlitel’nym tekhnologicheskim pereryvom [A method for 3D printing concrete with a long technological break]. Mukhametrakhimov R.Kh., Ziganshina L.V. Declared 01.11.2022. Published 11.04.2023. (In Russian)
  13. Kuznetsov D.V., Klyuev S.V., Ryazanov A.N., Sinitsin D.A., Pudovkin A.N., Kobeleva E.V., Nedoseko I.V. Dry mixes on gypsum and mixed bases in the construction of low-rise residential buildings using 3D printing technology. Construction Materials and Products. 2023. Vol. 6. No. 6. doi: 10.58224/2618-7183-2023-6-6-5
  14. Ryazanov A.N., Shigapov R.I., Sinitsin D.A., Kinzyabulatova D.F., Nedoseko I.V. The use of gypsum compositions in the technologies of construction 3D printing of low-rise residential buildings. Problems and prospects. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 8, pp. 39–44. (In Russian). doi: 10.31659/0585-430X-2021-794-8-39-44
  15. Xue W., Twenda C., Shahria Alam M., Xu L., Wan Z. Experimental study on seepage characteristics and stress sensitivity of desulfurization gypsum based concrete under triaxial stress. Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 24, pp. 6425–6437. doi: 10.1016/J.JMRT.2023.04.241
  16. Fu J., Haeri H., Sarfarazi V., Asgari K., Marji M. F. The shear behaviors of concrete-gypsum specimens containing double edge cracks under four-point loading conditions. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2022. Vol. 119, pp. 103361. doi: 10.1016/j.tafmec.2022.103361
  17. Rakhimov R.Z., Rakhimova N.R. Istoriya kompozitsionnykh mineral’nykh vyazhushchikh veshchestv [History of composite mineral binders]. Saint-Peterburg: Lan’. 2023. 268 p.
  18. Rakhimov R.Z., Khaliullin M.I. State and development trends of the gypsum building materials industry. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 44–46. (In Russian).
  19. Rakhimov R.Z., Rakhimova N.R. Istoriya nauki i tekhniki. 3-e izdanie, pererabotannoe i dopolnennoe. [History of science and technology. 3rd edition, revised and expanded]. Saint-Peterburg: Lan’. 2022. 528 p.
  20. Chernysheva N., Shatalova S., Lesovik V., Kozlov P. Deformation characteristics of dense and foamed mortars based on cement and gypsum-to-cement binders for 3D printing. Construction and Building Materials. 2023. Vol. 409. 133986. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133986
  21. Huang J., Duan B., Cai P., Manuka M., Hu H., Hong Z., Cao R., Jian S., Ma B. On-demand setting of extrusion-based 3D printing gypsum using a heat-induced accelerator. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 304. 124624. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124624
  22. Chen Y., Li Z., Figueiredo S. C., Çopuroğlu O., Veer F., Schlangen E. Limestone and calcined clay-based sustainable cementitious materials for 3d concrete printing: a fundamental study of extrudability and early-age strength development. Applied Sciences. 2019. Vol. 9. No. 9, pp. 1809. doi: 10.3390/app9091809
  23. Weng Y., Li M., Zhang D., Tan M. J., Qian S. Investigation of interlayer adhesion of 3D printable cementitious material from the aspect of printing process. Cement and Concrete Research. 2021. Vol. 143. 106386. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106386
  24. Baduge S.K., Navaratnam S., Abu-Zidan Y., McCormack T., Nguyen K., Mendis P., Zhang G., Aye L. Improving performance of additive manufactured (3D printed) concrete: a review on material mix design, processing, interlayer bonding, and reinforcing methods. Structures. 2021. Vol. 29, pp. 1597–1609. doi: 10.3390/app9091809
  25. Breseghello L., Naboni R. Toolpath-based design for 3D concrete printing of carbon-efficient architectural structures. Additive Manufacturing. 2022. Vol. 56, pp. 102872. doi: 10.1016/j.addma.2022.102872
  26. Lesovik V.S., Elistratkin M.Yu., Glagolev E.S., Shatalova S.V., Starikov M.S. Formation of properties of compositions for construction printing. Vestnik of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. 2017. No. 10, pp. 6–14. (In Russian). doi: 10.12737/article_59cd0c57ede8c1.83340178
  27. Shorstova E.S., Klyuev S.V., Klyuev A.V. Fiber-reinforced concrete for 3D printing. Vestnik of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. 2019. No. 3, pp. 22–27. (In Russian). doi: 10.34031/article_5ca1f6300a4956.62644399
  28. Potapova E., Guseva T., Shchelchkov K., Fischer H.-B. Mortar for 3D printing based on gypsum binders. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1037, pp. 26–31. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.1037.26' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.1037.26
  29. Shatalova S.V., Chernysheva N.V., Lesovik V.S., Elistratkin M.Yu., Sheremet A.A. Development of a comprehensive solution for 3D printing of wall structures. Vestnik of the Belgorod State Technological University named after. V.G. Shukhov. 2022. No. 10, pp. 8–19. (In Russian). doi: 10.34031/2071-7318-2022-7-10-8-19
  30. Dvorkin L.I. The influence of polyfunctional modifier additives on properties of cement-ash fine-grained concrete. Magazine of Civil Engineering. 2020. Vol. 93. No. 1, pp. 121–133. doi: 10.18720/MCE.93.10
  31. Demyanenko O.V., Kulikova A.A., Kopanitsa N.O. Assessment of the influence of a complex multifunctional additive on the performance characteristics of cement stone and concrete. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering. 2020. Vol. 22. No. 5, pp. 139–152. (In Russian). doi: 10.31675/1607-1859-2020-22-5-139-152
  32. Vdovin E.A., Bulanov P.E., Stroganov V.F. Improving the characteristics of road soil-cement with organosilicon compounds. Izvestiya of the Kazan State University of Architecture and Civil Engineering. 2023. Vol. 66. No. 4, pp. 301–309. (In Russian). doi: 10.52409/20731523_2023_4_301
  33. Batova М.D., Zhukova N.S., Gordina А.F., Yakov- lev G.I., Shaibadullina A.V., Elrefai А.E.М.М., Orban Z. Gypsum materials modified with complex additive based on nanosilica. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 4, pp. 64–71. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-801-4-64-71
  34. Novichenkova T.B., Petropavlovskaya V.B., Belov D.V. Increasing the water resistance of gypsum materials through the use of a complex additive of lime and metakaolin. Self-developing environment of a technical university: scientific research and experimental development. Materials of the IV All-Russian Scientific and Practical Conference. Tver. 20 February 2020, pp. 113–121. (In Russian).
  35. Shvedova M.A., Artamonova O.V. Features of the formation of cement composite materials during micro- and nanomodification with multicomponent additives. Khimiya, fizika i mekhanika materialov. 2021. No. 4 (31), pp. 4–29. (In Russian).
  36. Ziganshina L.V. Fine-grained concrete in additive manufacturing technology (3DCP). Cand. Diss. (Engineering). Kazan. 2022. 282 p. (In Russian)
  37. Izotov V.S., Mukhametrakhimov R.Kh., Galautdi- nov A.R. Complex additive to increase the efficiency of gypsum-cement-pozzolanic binder Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 8, pp. 70–73. (In Russian).
  38. Galautdinov A.R., Mukhametrakhimov R.Kh. Increasing the water resistance of gypsum-cement-pozzolanic binder based on low-quality gypsum. Izvestiya of the Kazan State University of Architecture and Civil Engineering. 2016. No. 4 (38), pp. 333–343. (In Russian).
  39. Patent RF 2552274. Sposob prigotovleniya gipso- tsementno-putstsolanovoi kompozitsii [Method for preparing gypsum cement-pozzolanic composition]. Izotov V.S., Mukhametrakhimov R.Kh., Galautdi- nov A.R. Declared 14.04.2014. Published 10.06.2015. (In Russian).
  40. Mukhametrakhimov R.Kh., Galautdinov A.R. Multi- functional chemical modifier for gypsum cement compositions. Stroitel’stvo unikal’nykh zdanii i sooruzhenii. 2018. No. 11 (74), pp. 17–25. (In Russian). doi: 10.18720/CUBS.74.2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1. A control room located on the territory of the Ufa Gypsum Company plant, built using 3DCP (URL: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/ufimskaya-gipsovaya-kompaniya-realizuet-proekt-po-3d-pecati-dvuxetaznogo-doma)

Download (118KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Construction 3D printer AMT S-6044 in the laboratory of additive construction technologies of KSUAE

Download (125KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Influence of the type and content of modifying additives, the ratio of filler (sand) and GCPB on the compressive strength of GCPC: a – X1 – const=0.75% by weight of the binder; b – X2 – const=0.1% by weight of the binder; c – X3 – const=2% by weight of the binder

Download (217KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Influence of the type and content of modifying additives, the ratio of filler (sand) and GCPB on the softening coefficient of GCPC: a – X1 – const=0.75% by weight of the binder; b – X2 – const=0.1% by weight of the binder; c – X3 – const=2% by weight of the binder

Download (219KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Influence of the type and content of modifying additives, the ratio of filler (sand) and GCPB on the form stability of layers: a – X1 – const=0.75% by weight of the binder; b – X2 – const=0.1% by weight of the binder; c – X3 – const=2% by weight of the binder

Download (216KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Derivatograms: a – initial composition of HCPC (composition No. 1); b – composition modified with multifunctional CD containing GP “Glenium Ace 430”, SP “Best-TB” and GP “Ethyl silicate-40”; composition GCPC (composition No. 2)

Download (332KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"