Исследование пластифицирующих добавок на основе эфиров поликарбоксилатов на свойства бетонов, формуемых методом 3D-печати

https://doi.org/10.58224/2618-7183-2022-5-5-42-58
В работе изучены особенности применения пластифицирующих добавок на основе эфира по-ликарбоксилата в технологии аддитивного строительного производства (3D-печати). Послой-ную экструзию осуществляли на 3D-принтере «АМТ S-6044». Исследованы нормальная густота и сроки схватывания цементного теста, средняя плотность, пластическая прочность и формоусточивость бетонной смеси, пределы прочности бетона на сжатие и при изгибе. Показа-но, что пластифицирующие добавки на основе эфиров поликарбоксилатов в рассмотренных концентрациях являются эффективными модификаторами реотехнологических и физико-механических свойств цементных бетонных смесей, применяемых в технологии 3D-печати. Наибольшее увеличение прочности на сжатие и при изгибе при введении исследуемых поли-карбокисилатных пластификаторов наблюдается на ПЦ ЦЕМ I 42,5Н: введение 0,5% «MasterGlenium 430» приводит к увеличению прочности при сжатии и изгибе на 49,3% и 31,6%; при введении «MasterGlenium 115» – на 21,6% и 35%; при введении «MasterGlenium 591» – на 49,8% и 41,7% соответственно. Интерес для дальнейших исследований представляет разработка комплексных органо-минеральных добавок полифукнкционального действия на основе поликарбоксилатых ПД для бетонов, формуемых методом аддитивного производства (3D-печати).
[1] Klyuev S., Klyuev A., Fediuk R., Ageeva M., Fomina E., Amran M., Murali G. Fresh and mechanical properties of low-cement mortars for 3D printing // Construction and Building Materials. 2022. № 338. P. 127644. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2022.127644. URL: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0950061822013198
[2] Мухаметрахимов Р.Х., Горбунова П.С. Роль дисперсного армирования в формировании технологических свойств и реологических свойств бетонных смесей для строительной 3D-печати // Актуальные проблемы и перспективы развития строительного комплекса. 2019. С. 270 – 274.
[3] Soltan D.G., Li V.C. A self-reinforced cementitious composite for building-scale 3D printing // Cement and Concrete Composites. 2018. № 90 (March). P. 1 – 13. DOI:10.1016/j.cemconcomp.2018.03.017
[4] Pshtiwan S., Shami N., Gavin P. A Study into the Effect of Different Nozzles Shapes and Fibre-Reinforcement in 3D Printed Mortar // Materials. 2019. № 12 (10). P. 12101708. DOI:10.3390/ma12101708
[5] Slavcheva G.S. Drying and shrinkage of cement paste for 3D printable concrete // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. № 481 (1). P. 012043. DOI:10.1088/1757-899X/481/1/012043
[6] Slavcheva G.S., Artamonova O.V. Rheological Behavior and Mix Design for 3D Printable Cement Paste // Scientific.Net. Key Engineering Materials. 2019. № 799. P. 282 – 287. DOI:10.4028/www.scientific.net/KEM.799.282. URL: https://www.scientific.net/KEM.799.282
[7] Kruge P.J. Rheo-mechanics modelling of 3D concrete printing constructability. (December). Stellenbosch University, 2019.
[8] Sanjayan J.G., Nematollahi B., Xia M., Marchment T. Effect of surface moisture on inter-layer strength of 3D printed concrete // Construction and Building Materials. 2018. № 172. P. 468 – 475. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2018.03.232. URL: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.232
[9] Chen Y., Jansen K., Zhang H., Romero Rodriguez C., Gan Y., Çopuroğlu O., Schlangen E. Effect of printing parameters on interlayer bond strength of 3D printed limestone-calcined clay-based cementitious materials: An experimental and numerical study // Construction and Building Materials. 2020. № 262. P. 120094. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2020.120094
[10] Ma G., Salman N.M., Wang L., Wang F. A novel additive mortar leveraging internal curing for enhancing interlayer bonding of cementitious composite for 3D printing // Construction and Building Materials. 2020. № 244. P. 118305. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2020.118305
[11] Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В. Технология и контроль качества строительной 3D-печати // Известия КГАСУ. 2022. № 1 (59). С. 64 – 79. DOI:10.52409/20731523_2022_1_64
[12] Аддитивная технология возведения зданий и сооружений с применением строительного 3D-принтера // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. Т. 4. № 4 (42). С. 350 – 359.
[13] Ватин Н.И., Чумадова Л.И., Гончаров И.С., Зыкова В.В., Карпеня А.Н., Ким А.А., Финашенков E.A. 3D-печать в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 1 (52). С. 27 – 46. DOI:10.18720/CUBS.52.3. URL: www.unistroy.spbstu.ru
[14] Мухаметрахимов Р.Х., Лукманова Л.В. Основные направления оптимизации структуры и свойств мелкозернистых бетонов, формуемых методом послойного экструдирования (3D-печати) / Каз. гос. архит.-строит. ун-т. Казань, Деп. в ВИНИТИ 27.06.2019, №44-В2019, 2019. 63 с.
[15] Mukhametrakhimov R., Ziganshina L., Kadyrov R., Statsenko E. Structure of 3D-Printed Concrete by X-ray Computed Tomography2023. P. 425 – 436.
[16] Mukhametrakhimov R. Ziganshina L. Improvement of Technology and Quality Control of 3DCP2023. P. 83 – 97.
[17] Мухаметрахимов Р.Х., Изотов В.С. Влияние активных минеральных добавок на гидратацию вяжущего и физико-механические свойства фиброцементных плит // Известия КГАСУ. 2011. № 2 (16). С. 213 – 217. URL: https://izvestija.kgasu.ru/files/2_2011/213_217_Muhametrahimov_Izotov.pdf (date of application: 21.10.2018)
[18] Ермилова Е.Ю., Камалова З.А., Рахимов Р.З., Мустафина А.Р. Исследование влияния добавок термоактивированных смесей на свойства композиционного цемента // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 2 (40). С. 220 – 227.
[19] Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Лукманова Л.В. Влияния пластифицирующих добавок на основные свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего на основе низкомарочного и техногенного сырья // Известия КГАСУ. 2016. № 4 (38). С. 382 – 387.
[20] Якупов М.И., Морозов Н.М., Боровских Е.В., Хозин В.Г. Модифицированный мелкозернистый бетон для возведения монолитных покрытий взлетно-посадочныых полос аэродромов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 4 (26). С. 257 – 261.
[21] Богданов Р.Р., Пашаев А.В., Журавлев М.В., Калимуллин А.А. Гиперпластификаторы на основе эфира поликарбоксилата и полиарила и их влияние на физико-технические свойства цементных композиций // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. № 46 (4). с. 265 – 273.
[22] Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Лукманова Л.В. Влияние пластифицирующих добавок на основные свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего на основе низкомарочного и техногенного сырья // Известия КГАСУ. 2016. № 38 (4). С. 382 – 387.
[23] Успанова А.С., Хаджиев М.Р., Исмаилова З.Х., Баснукаев И.Ш. Анализ влияния методов введения органоминеральной добавки в строительные растворы на мелких песках // Строительные материалы и изделия. 2021. № 4 (4). С. 32 – 40.
[24] Изотов В.С., Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р. Комплексная добавка для повышения эффективности гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Строительные материалы. 2016. № 8. С. 70 – 73.
[25] Халиуллин М.И., Гайфуллин А.Р., Рахимов Р.З., Стоянов О.В. Влияние комплексной добавки извести, молотой керамзитовой пыли и суперпластификатора на состав и структуру композиционного гипсового вяжущего // Вестник КТУ. 2013. № 16 (19). С. 66 – 70.
[26] Жуйков С.В. Использование нанотехнологий для проектирования строительных конструкций // Строительные материалы и изделия. 2021. № 4 (6). С. 26 – 47.
[27] Перцев В.Т., Перова Н.С., Леденев А.А., Загоруйко Т.В. Влияние наноструктурирующих компонентов на характеристики цементного камня и свойства высокопрочных и термостойких бетонов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 49 (3). С. 163 – 171.
[28] Хузин А.Ф., Габидуллин М.Г., Бадертдинов И.Р., Рахимов Р.З., Абрамов Ф.П., Юмакулов Р.Э. Низембаев А.Ш., Перепелица Е.М. Комплексные добавки на основе углеродных нанотрубок для высокопрочных бетонов ускоренного твердения //. Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 23 (1). С. 221 – 226.
[29] Толыпин Д.Ф., Толыпина Н.М. Эффективный способ переработки бетонного лома 3d-печати // Строительные материалы и изделия. 2021. № 4 (2). С. 12 – 18.
[30] Морозов Н.М., Степанов С.В., Галеев А.Ф. Применение промышленных отходов в цементных композициях // Интеграция науки, общества, производства и промышленности. 2016. С. 36 – 39.
[31] Морозов Н.М., Степанов С.В., Хозин В.Г. Ускоритель твердения бетона на основе гальванического шлама. Инженерно-строительный журнал. 2012. № 34 (8). С. 67 – 71.
[32] Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее на основе низкомарочного сырья и отходов промышленности // Вестник Технологического университета. 2016. № 19 (24). С. 56 – 59.
[33] Файзрахманов И.И., Халиуллин М.И., Леклу А.Н., Амири О. Использование тонкодисперсных отсевов бетонного лома в цементных композициях для получения строительных растворов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 38 (4). С. 395 – 401.
[34] Федюк Р.С., Лисейцев Ю.Л., Таскин А.В., Тимохин Р.А., Клюев С.В., Сезар К. Повышение ударной вязкости фиброзолобетона // Строительные материалы и изделия. 2020. № 3 (6). с. 5 – 16.
[35] Изотов В.С., Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р. Влияние полипропиленовых волокон на основные свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Вестник Технологического университета. 2015. № 18 (1). С. 135 – 137.
[36] Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Лукманова Л.В. Структура и свойства гипсоцементно-пуццолановой матрицы, армированной целлюлозными волокнами // Известия КГАСУ. 2018. 3 (45). С. 210 – 219. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_36263107_66873147.pdf
[37] Боровских И.В., Хозин В.Г. Изменение длины базальтовых волокон при получении композиционного вяжущего для высокопрочных базальтофибробетонов. Известия КГАСУ. 2009. № 2 (12). С. 233 – 237. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_13036578_64743173.pdf
[38] Galautdinov A., Mukhametrakhimov R. Fiber-Reinforced Building Composites Based on Mineral Binders. 2023. P. 415 – 423.
[39] Klyuev S.V., Khezhev T.A., Pukharenko Y.V., Klyuev A.V. To the Question of Fiber Reinforcement of Concrete. Materials Science Forum. 2019. № 945. P. 25 – 29. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.945.25. URL: https://www.scientific.net/MSF.945.25
[40] Klyuev S.V., Bratanovskiy S.N., Trukhanov S.V., Manukyan H.A. Strengthening of Concrete Structures with Composite Based on Carbon Fiber // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2019. № 16 (7). P. 2810 – 2814. DOI:10.1166/jctn.2019.8132. URL: https://www.ingentaconnect.com/content/10.1166/jctn.2019.8132
[41] Klyuev S.V., Khezhev T.A., Pukharenko Y.V., Klyuev A.V. Fiber Concrete for Industrial and Civil Construction. Materials Science Forum. 2019. № 945. P. 120 – 124. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.945.120. URL: https://www.scientific.net/MSF.945.120
[42] Klyuev S.V., Khezhev T.A., Pukharenko Y.V., Klyuev A.V. Experimental Study of Fiber-Reinforced Concrete Structures. Materials Science Forum. 2019. № 945. P. 115 – 119. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.945.115. URL: https://www.scientific.net/MSF.945.115
[43] Klyuev S.V., Khezhev T.A., Pukharenko Y.V., Klyuev A.V. Fibers and their Properties for Concrete Reinforcement // Materials Science Forum. 2019. № 945. P. 125 – 130. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.945.125. URL: https://www.scientific.net/MSF.945.125
[44] Pimenov S. Heavyweight Concrete Based on Hydromechanochemically Activated Binder. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. DOI:10.1088/1757-899X/890/1/012098
[45] Pimenov S.I. Features of the structure formation of a cement stone after hydro-mechanochemical activation of cement // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2019. № 49 (3). P. 46 – 58.
[46] Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р. Механоактивированное гипсоцементно-пуццолановое вяжущее на основе модифицированного низкомарочного сырья. Известия КГАСУ. 2018. № 1 (43). С. 187 – 195.
[47] Халиуллин М.И., Димиева А.И., Файзрахманов И.И. Влияние добавок механоактивированных минеральных наполнителей на свойства композиционных гипсовых вяжущих. Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 50 (4). с. 386 – 393.
[48] Мухаметрахимов Р.Х., Зиганшина Л.В. Влияние портландцементов с различным минералогическим составом на основные свойства композитов, сформованных методом послойного экструдирования (3D-печати) // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. № 2 (51). С. 37 – 49. DOI:10.52409/20731523_2021_2_37. URL: https://elibrary.ru/doi_resolution.asp?doi=10.52409%2F20731523_2021_2_37
[49] Mukhametrakhimov R.K., Lukmanova L.V. Influence Of Cement-Sand Mortar Mobility On The Quality Of 3D Printed Hardened Composite // Construction of Unique Buildings and Structures. 2021. № 94. P. 9404. DOI:10.4123/CUBS.94.4
[50] Mukhametrakhimov R.K., Lukmanova L.V. Structure and properties of mortar printed on a 3D printer // Magazine of Civil Engineering. 2021. № 102 (2). P. 10206. DOI:10.34910/MCE.102.6
[51] Мухаметрахимов Р.Х. Влияние пластифицирующих добавок на основе поверхностно-активных натриевых солей на свойства бетонов, применяемых в технологии 3D-печати // Полимеры в строительстве: научный интернет журнал. 2022. № 1 (10). С. 47 – 61.
[52] Мухаметрахимов Р.Х. Влияние пластифицирующей добавки на основе лигносульфоната на свойства мелкозернистых бетонов в технологии аддитивного производства // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2022. № 6. С. 23 – 26.
[53] Вовк А.И. Updrade добавок: чем может помочь химия. Технологии бетонов. 2014. № 8. С. 8 – 11. URL: http://tehnobeton.ru/pdf/2014-08/8-11.pdf
[54] Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны 2006. 368 с.
Мухаметрахимов Р.Х. Исследование пластифицирующих добавок на основе эфиров поликарбоксилатов на свойства бетонов, формуемых методом 3D-печатиа // Строительные материалы и изделия. 2022. Том 5. № 5. С. 42 – 58. https://doi.org/10.58224/2618-7183-2022-5-5-42-58