Розроблення та дослідження модифікованих бетонів для технології 3D-друку в будівництві
Автор: Опря Євген Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології будівельних конструкцій, виробів і матеріалів
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Опря Є.М, Кропивницька Т. П. (керівник). Розроблення та дослідження модифікованих бетонів для технології 3D-друку в будівництві. Магістерська кваліфікаційна робота. - Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2023. Розширена анотація. Магістерська робота присвячена розробленню і дослідженню модифікованих бетонів для технології 3D-друку в будівництві шляхом проєктування складу дрібнозернистої бетонної суміші з використанням заповнювача рециклінгу бетону, введення полікарбоксилатних суперпластифікаторів та прискорювачів тверднення. На даний час застосування новітніх технологій в будівництві змінюють уявлення щодо можливостей дизайну та архітектури. Однією з найбільш популярних новітніх технологій у світі є друк будинків з використанням 3D-принтеру. Порівняно з традиційним будівництвом, для друку нового будинку можна використати меншу кількість матеріалів - на 60%, при цьому трудозатрати зменшуються на 80%. Це інноваційний метод будівництва, який може бути дуже вигідним у будівельній галузі з точки зору оптимізації часу будівництва, витрат, гнучкості проектування та зменшення кількості помилок. У той же час, 3D-друк у будівництві має суттєві економічні переваги: потенційно будинки можна буде зводити швидше та дешевше. Тому розроблення і дослідженню модифікованих бетонів для технології 3D-друку в будівництві визначає актуальність роботи. В роботі проведено проєктування складів бетону для технології 3D-друку з використанням природних і рециклінгових заповнювачів. Показано, що заміна природного відсіву щебню на подрібнені відходи будівництва дозволяє знизити витрати на виробництво бетону, а також частково знизити вуглецевий слід за рахунок зменшення енергоємності видобування заповнювача. В роботі також досліджено вплив золи-винесення як альтернативного матеріалу, що дозволяє знизити витрату полікарбоксилату, при збереженні всіх необхідних характеристик міцності та рухливості. Проведено порівняльний економічний розрахунок з використанням BIM технологій будівництва будинків на основі модифікованих бетонів різних складів для технології 3D-друку. Об’єкт дослідження – процеси регулювання технологічних і фізико-механічних властивостей модифікованих бетонів для технології 3D-друку. Предмет дослідження – модифіковані бетони для технології 3D-друку з необхідними технологічними та фізико-механічними властивостями. Мета дослідження – розроблення модифікованих бетонів для технології 3D-друку, оптимізація їх складів та дослідження фізико-механічних властивостей. Результати дослідження: - проведено огляд літературних джерел для розуміння перспектив та необхідності вирішення проблем в технології 3D друку будинків. Визначено основні проблеми та основні завдання для покращення даної технології; - проведено дослідження властивостей заповнювачів для бетону а також запроєктовано та досліджено фізико-механічні властивості дрібнозернистих бетонів для 3D друку; - запроєктовано та визначено методом математичного моделювання можливість часткової заміни гранітного щебеню (фр. 2-4 мм) на матеріал рециклінгу (лабораторні відходи бетону, фр. до 4 мм) зі збереженням необхідних характеристик рухливості (РК=230-240 мм) бетонної суміші та міцності бетону; - встановлено, що введення 10 мас. % золи-винесення Бурштинської ТЕЦ дозволяє знизити витрату полікарбоксилатного скперпластифікатора (при рухливості РК=240 мм) із забезпеченням покращених показників міцності модифікованих еко-бетонів на основі заповнювача рециклінгу бетону; - розглянуто перспективи поєднання BІМ-технологій (ПЗ Мagicplan) для підвищення продуктивності, швидкості роботи та запобігання помилок ще на етапі проєктування. Результати показали, що програма надає всі необхідні дані для розрахунку витрати матеріалів, а також надає можливість отримати запроєктований файл з кресленнями у потрібному форматі для подальшої конвертації у файл безпосередньо для 3D друку; - розглянуто основні витрати на виробництво бетону, порівняно з вартістю за умови використання альтернативного заповнювача (рециклінгу) та відходів з ТЕЦ. Проведено розрахунок основних витрат на запуск та функціонування бізнесу та оцінено приблизний період окупності. Ключові слова – технологія 3D-друку, BIM-технології, бетонна суміші, заповнювач рециклінгу бетону, модифікований бетон, рухливість, міцність. Перелік використаних літературних джерел: 1. Саницький М. А., Кропивницька Т. П., Гев`юк І. М. Швидкотверднучі клінкер-ефективні цементи і бетони: монографія. Львів: Видавництво ТОВ «Простір-М», 2021. 206 с. 2. Смаль М.В., Дзюбинська О.В., Шелкович О. Світовий досвід повторного використання бетону в будівельному виробництві. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві. Луцьк, Вип. 7, 2017. С. 233-238. 3. Чертков О.Ю., Цегельний В.О., Єрмолович Д.С. Особливості використання BIM технології в вітчизняних компаніях в умовах відсутності національних стандартів інформаційного моделювання будівель BIM. БУДІВЕЛЬНЕ ВИРОБНИЦТВО, №67, 2019. 4. Sikora P., Chougan M., Cuevas K., Debscher M., Mechtcherine V., Ghaffar S. Hamidrezac, Liard M., Lootens D., Krivenko P., Sanytsky M., Stephan D. The effects of nano- and micro-sized additives on 3D printable cementitious and alkali-activated composites: a review. Applied Nanoscience (Switzerland), 2022, 12(4), 805–823. 5. Troian V., Gots V., Keita E., Roussel N., Angst U., Flatt R. J. Challenges in Material Recycling for Postwar Reconstruction. RILEM Tech Lett 2022, 7, 139- 149.