sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2021-18-4-428-439sibadi-1308Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАCONSTRUCTION AND ARCHITECTUREКомпозиционные вяжущие для 3D аддитивных технологийСomposite binders for 3d additive technologieshttps://orcid.org/0000-0001-9840-4414ЗагороднюкЛ. Х.ZagorodnukL. Kh.

Загороднюк Лилия Хасановна – д-р техн. наук,проф., проф. кафедры строительного материаловедения изделийи конструкций

308012, г. Белгород, ул. Костюкова

д. 46, +7(980)524-47-12

Lilia Kh. Zagorodnuk – Dr. of Sci., Professor, Professor of the Building Materials Science for Products and Structures Department

308012, Belgorod, 46, Kostyukova Str

7(980)524-47-12

lhz47@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3303-224XЕлистраткинМ. Ю.ElistratkinM. Yu.

Елистраткин Михаил Юрьевич – канд. техн. наук, доц., доц. кафедры строительного материаловедения изделий и конструкций

308012, г. Белгород, ул. Костюкова

д. 46, +7(980)524-47-12

Mikhail Yu. Elistratkin - Cand. of Sci.,Associate Professor, Associate Professor of the Building Materials Science for Products and Structures Department

308012, Belgorod, 46, Kostyukova Str

7(980)524-47-12

mr.elistratkin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7435-5005ПодгорныйД. С.PodgornyiD. S.

Подгорный Даниил Сергеевич – студент кафедры строительного материаловедения изделий и конструкций

308012, г. Белгород, ул. Костюкова

д. 46, +7(980)524-47-12

Daniil S. Podgornyi, Student of the Building Materials Science for Products and Structures Department

308012, Belgorod, 46, Kostyukova Str

7(980)524-47-12

dan_podgor@mail.ruАл МамуриСаад Кхалил ШадидAl MamuriSaad Khalil Shadid

Ал Мамури Саад Кхалил Шадид – аспирант кафедры строительного материаловедения изделий и конструкций

308012, г. Белгород, ул. Костюкова

д. 46, +7(980)524-47-12

Al Mamuri Saad Khalil Shadid, Postgraduate Student of the Building Materials Science for Products and Structures Department

308012, Belgorod, 46, Kostyukova Str

7(980)524-47-12

saad.shadeed.ss71@gmail.comФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова»РоссияV. G. Shukhov Belgorod State Technological UniversityRussian Federation202117092021184428439Copyright © Загороднюк Л.Х., Елистраткин М.Ю., Подгорный Д.С., Ал Мамури С., 20212021Загороднюк Л.Х., Елистраткин М.Ю., Подгорный Д.С., Ал Мамури С.Zagorodnuk L.K., Elistratkin M.Y., Podgornyi D.S., Al Mamuri S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1308

Введение. В последние годы наблюдается активное развитие 3D аддитивных технологий. Данная тенденция не могла не затронуть строительную отрасль. Однако печать с использованием пластмасс и прочих органических соединений значительно отличается по своим технологическим особенностям от печати строительных составов. Бетоны и растворы, применяемые при послойной печати, должны обладать рядом технологических свойств, таких как достаточная вязкость для выдавливания экструдером, низкая подвижность для сохранения геометрии после укладки, высокая скорость схватывания и прочность после затвердевания. В настоящее время существует ряд составов, удовлетворяющих данным требованиям, однако они, как правило, не отличаются высокой прочностью и требуют наличия широкой сырьевой базы, которая может быть недоступна в условиях полевой печати. Как следствие, необходимо расширять спектр строительных составов для 3D-печати, подходящих под вышеназванные критерии, а также удовлетворяющих экономическим показателям.Материалы и методы. Проведены исследования с применением физико-механических испытаний, рентгенофазового анализа и электронной микроскопии по влиянию тонкомолотых минеральных добавок на микроструктуру и процессы твердения композиционных вяжущих с различными дозировками функциональных добавок.Результаты. Представлены результаты исследований по получению композиционных вяжущих для 3D аддитивных технологий с использованием портландцемента и техногенных отходов – отходов мокрой магнитной сепарации старооскольского электрометаллургического комбината, модифицированных добавками-ускорителями (Технониколь Master) и пластификаторами (Полипласт ПК-R), с применением математического планирования и построением математических моделей для композиционных вяжущих, обладающих различными сроками твердения.Заключение. Доказана эффективность использования полученного композиционного вяжущего, применение которого обеспечивает повышение реологических свойств, а также даёт возможность экономить дорогостоящий портландцемент.

Introduction. In recent years, there has been an active development of 3D additive technologies. This trend could not but affect the construction industry. However, printing using plastics and other organic compounds differs significantly in its technological features from printing with building compounds. Concrete and mortars used in layer-by-layer printing must have a number of technological properties, such as sufficient viscosity for extrusion by an extruder, low mobility to maintain geometry after laying, high setting speed and strength after hardening. Currently, there are a number of compositions that meet these requirements, however, they, as a rule, are not distinguished by high strength and require a wide raw material base, which may not be available in field printing conditions. As a result, it is necessary to expand the range of building materials for 3D printing, suitable for the above criteria, as well as satisfying economic indicators.Materials and methods. Research has been carried out using physical and mechanical tests, X-ray phase analysis and electron microscopy on the effect of finely ground mineral additives on the microstructure and hardening processes of composite binders with various dosages of functional additives.Results. The results of studies on the production of composite binders for 3D additive technologies using Portland cement and man-made waste - waste of wet magnetic separation of the Stary Oskol electrometallurgical plant, modified with additives accelerators (Technonikol Master) and plasticizers (Polyplast PK-R) using mathematical planning and construction of mathematical models for composite binders with different hardening times are pesented.Conclusion. The efficiency of using the obtained composite binder has been proven, the use of which provides an increase in rheological properties, and also makes it possible to save expensive portland cement.

композиционные вяжущиесухие строительные смеси3D аддитивные технологиистроительная 3D-печатьреологияактивные добавкиcomposite bindersdry building mixtures3D additive technologies3D construction printingrheologyactive additivesReferencesСапелин А.Н., Елистраткин М.Ю. Лёгкие бетоны нового поколения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 4. С. 79–83.Sapelin A.N., Elistratkin M.YU. Lyogkie betony novogo pokoleniya [Lightweight concretes of the new generation]// Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. SHuhova. 2014. 4: 79-83. (In Russian)Zagorodnyuk L., Sumskoy D., Lesovik V.,Fediuk R. Modified heat-insulating binder using jet-grinded waste of expanded perlite sand // Construction and Building Materials 260 (2020) 120440Zagorodnyuk L., Sumskoy D., Lesovik V.,Fediuk R. Modified heat-insulating binder using jet-grinded waste of expanded perlite sand // Construction and Building Materials 260 (2020) 120440Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Куприна А.А., Елистраткин М.Ю., Володченко А.Н. Эффективные кладочные растворы для автоклавных стеновых материалов // Строительные материалы. 2016. № 12. С. 22–25.Lesovik V.S., Zagorodnyuk L.H., Kuprina A.A., Elistratkin M.YU., Volodchenko A.N. effektivnye kladochnye rastvory dlya avtoklavnyh stenovyh materialov [Effective masonry solutions for autoclave wall materials] // Stroitel’nye materialy. 2016. 12: 22-25. (In Russian)Zagorodnyuk L.K., Sumskoy D.A. Study of the hydration processes of modified binders by infrared spectroscopy // Materials Science Forum. 2019. Т. 974. С. 49-54.Zagorodnyuk L.K., Sumskoy D.A. Study of the hydration processes of modified binders by infrared spectroscopy // Materials Science Forum. 2019. T. 974. S. 49-54.EgorSecrieru, Shirin Fataei, Christof Schröfl, Viktor Mechtcherine. Study on concrete pumpability combining different laboratory tools and linkage to rheology // Construction and Building Materials. Volume 144, 30 July 2017, Pages 451-461EgorSecrieru, Shirin Fataei, Christof Schröfl, Viktor Mechtcherine. Study on concrete pumpability combining different laboratory tools and linkage to rheology // Construction and Building Materials. Volume 144, 30 July 2017, Pages 451-461Рахимбаев Ш.М., Шахова Л.Д., Твердохлебов Д.В. Реологические свойства пеноцементных систем с добавкой анионного пенообразователя // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2003. № 4. 6 с.Rahimbaev SH.M., SHahova L.D., Tverdohlebov D.V. Reologicheskie svojstva penocementnyh sistem s dobavkoj anionnogo penoobrazovatelya [Rheological properties of foam cement systems with the addition of anionic foaming agent] // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. SHuhova. 2003. 4: 6.Лесовик В.С., Елистраткин М.Ю., Глаголев Е.С., Шаталова С.В., Стариков М.С. Формирование свойств композиций для строительной печати // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. 10. С. 6–14Lesovik V.S., Elistratkin M.YU., Glagolev E.S., SHatalova S.V., Starikov M.S. Formirovanie svojstv kompozicij dlya stroitel’noj pechati [Formation of properties of compositions for construction printing]// Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. SHuhova. 2017. 10: 6-14 (In Russian)Чернышева Н.В., Агеева М.С., Эльян Исса Жамал Исса, Дребезгова М.Ю. Влияние минеральных добавок различного генезиса на микроструктуру гипсоцементного камня // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 4. С. 12–18.CHernysheva N.V., Ageeva M.S., El’yan Issa ZHamal Issa, Drebezgova M.YU. Vliyanie mineral’nyh dobavok razlichnogo genezisa na mikrostrukturu gipsocementnogo kamnya [The effect of mineral additives of various genesis on the microstructure of gypsum cement stone ] // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. SHuhova. 2013. 4: 12-18. (In Russian)Лесовик В.С. Строительные материалы. Настоящее и будущее // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 1 (100). С. 9–16.Lesovik V.S. Stroitel’nye materialy. Nastoyashchee i budushchee [Construction materials. Present and future] // Vestnik MGSU. 2017. 12. 1(100): 9-16. (In Russian)Nadiv R., Peled A., Mechtcherine V., Hempel S., Nicke D., Schroefl C. (2018) Improved Bonding of Carbon Fiber Reinforced Cement Composites by Mineral Particle Coating. In: Mechtcherine V., Slowik V., Kabele P. (eds) Strain-Hardening Cement-Based Composites. SHCC 2017. RILEM Bookseries, vol 15. Springer, DordrechtNadiv R., Peled A., Mechtcherine V., Hempel S., Nicke D., Schroefl C. (2018) Improved Bonding of Carbon Fiber Reinforced Cement Composites by Mineral Particle Coating. In: Mechtcherine V., Slowik V., Kabele P. (eds) Strain-Hardening Cement-Based Composites. SHCC 2017. RILEM Bookseries, vol 15. Springer, DordrechtBiranchi Panda, Suvash Chandra Paul, Ming Jen Tan Anisotropic mechanical performance of 3D printed fiber reinforced sustainable construction material // Materials Letters. Volume 209, 15 December 2017, Pages 146-149Biranchi Panda, Suvash Chandra Paul, Ming Jen Tan Anisotropic mechanical performance of 3D printed fiber reinforced sustainable construction material // Materials Letters. Volume 209, 15 December 2017, Pages 146-149Christ S. et al. Fiber reinforcement during 3D printing //Materials Letters. – 2015. – Т. 139. – С. 165-168.Christ S. et al. Fiber reinforcement during 3D printing //Materials Letters. – 2015. – T. 139. – S. 165-168.Лесовик В.С., Попов Д.Ю., Глаголев Е.С. Текстиль-бетон – эффективный армированный композит будущего // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 81–84.Lesovik V.S., Popov D.YU., Glagolev E.S. Tekstil’-beton - effektivnyj armirovannyj kompozit budushchego [Textile-concrete is an effective reinforced composite of the future ] // Stroitel’nye materialy. 2017. 3: 81-84. (In Russian)Баженов Ю.М. Пути развития строительного материаловедения: новые бетоны // Технологии бетонов. 2012. № 3–4 (68–69). С. 39–42.Bazhenov YU.M. Puti razvitiya stroitel’nogo materialovedeniya: novye betony [Ways of development of construction materials science: new concretes] // Tekhnologii betonov. 2012. 3-4 (68-69): 39-42. (In Russian)Yi Wei Daniel Tay, Biranchi Panda, Suvash Chandra Paul, Nisar Ahamed Noor Mohamed, Ming Jen Tan&Kah Fai Leong. 3D printing trends in building and construction industry: a review // Virtual and Physical Prototyping. Volume 12, 2017 - Issue 3. Pages 261-276Yi Wei Daniel Tay, Biranchi Panda, Suvash Chandra Paul, Nisar Ahamed Noor Mohamed, Ming Jen Tan&Kah Fai Leong. 3D printing trends in building and construction industry: a review // Virtual and Physical Prototyping. Volume 12, 2017 - Issue 3. Pages 261-276Nerella V. N. et al. Studying printability of fresh concrete for formwork free Concrete on-site 3D Printing technology (CONPrint3D) // RheologischeMessungen an Baustoffen 2016: Tagungsbandzum 25. Workshop und Kolloquium, 2. und 3. März an der OTH Regensburg. – tredition, 2016.Nerella V. N. et al. Studying printability of fresh concrete for formwork free Concrete on-site 3D Printing technology (CONPrint3D) // RheologischeMessungen an Baustoffen 2016: Tagungsbandzum 25. Workshop und Kolloquium, 2. und 3. März an der OTH Regensburg. – tredition, 2016.Савицкий Н.В., Шатов С.В., Ожищенко О.А. 3D-печать строительных объектов // Вестник Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. 2016. № 3 (216). С. 18–26.Savickij N.V., SHatov S.V., Ozhishchenko O.A. 3D-pechat’ stroitel’nyh ob”ektov [3D-printing of construction objects] // Vestnik Pridneprovskoj gosudarstvennoj akademii stroitel’stva i arhitektury, 2016, 3 (216): 18-26Compton B. G., Lewis J. A. 3D printing of lightweight cellular composites //Advanced materials. – 2014. – Т. 26. – №. 34. – С. 5930-5935.Compton B. G., Lewis J. A. 3D printing of lightweight cellular composites //Advanced materials. – 2014. – T. 26. – №. 34. – S. 5930-5935.Лесовик В.С., Елистраткин М.Ю., Глаголев Е.С., Абсиметов М.В., Шаталова С.В., Лесниченко Е.Н. Адаптация технологии неавтоклавного газобетона к строительной 3D-печати // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 8. С. 6–11.Lesovik V.S., Elistratkin M.YU., Glagolev E.S., Absimetov M.V., SHatalova S.V., Lesnichenko E.N. Adaptaciya tekhnologii neavtoklavnogo gazobetona k stroitel’noj 3d pechati [Adaptation of non-autoclaved aerated concrete technology to construction 3D printing] // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. SHuhova. 2017. 8: 6-11 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.