Совместимость модификаторов вязкости и гидрофобизаторов при обеспечении адгезии бетона для 3D-печати

Введение. В технологии строительной 3D-печати при больших объемах бетонирования требуется обеспечение технологических перерывов и разделение объекта на захватки, при этом растворная смесь должна успевать обрести несущую способность материала в ходе наращивания высоты вертикальных элементов. Из-за особенности ведения работ с применением этой технологии строительства возникают проблемы образования «холодных» швов, связанные с обеспечением прочности сцепления граничащих слоев при одновременном обеспечении регулирования требуемых реологических и технологических показателей материалов для 3D-печати. Рассмотрены основные направления исследования модификаторов реологических свойств растворной смеси, применяемых на строительном рынке, а также способы повышения межслойной адгезии мелкозернистых бетонов для аддитивного строительного производства (АСП). Активные минеральные добавки используются для регулирования реологических свойств растворной смеси. Органические добавки могут повышать прочность сцепления и адгезию, но требуют совместимости с другими группами добавок. Для этого необходимо изучение влияния органической модифицирующей добавки и гидро-
фобизатора на адгезионную прочность с бетонным основанием.

Материалы и методы. Приготовление растворной смеси и водного раствора органической полифункциональной добавки проводилось по установленному режиму с учетом полного диспергирования модифицирующего компонента в воде при последующем изготовлении и хранении образцов испытаний в соответствии с методикой, регламентированной нормативными документами.

Результаты. Результаты испытания показывают снижение адгезии материала к бетону при добавлении модификатора вязкости при совместном использовании с гидрофобизатором, поскольку при взаимодействии на границе раздела растворной смеси с бетоном не обеспечивается протекание процессов образования физико-химической связи. Также при введении гидрофобного компонента с состав растворной смеси наблюдается пластифицирующее действие с увеличением проникающей способности во внутренние слои бетона, на что указывает изменение преимущественно когезионного характера разрушения образцов на адгезионный с появлением участков с видом отрыва по материалу основания.

Выводы. Обоснована и подтверждена важность обеспечения совместимости органического модификатора и гидрофобизатора для обеспечения адгезионной прочности материала в АСП. Актуальность темы дальнейшей работы заключается в установлении рационального соотношения гидрофобизатора и органической добавки для обеспечения высоких значений адгезионной прочности и проникающей способности растворной смеси.

1. Иноземцев А.С. Современная теория и практика технологии бетонов для 3D-печати в строительстве // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 2. С. 216–245. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.2.216-245. EDN PYHOAX.

2. Malaeb Z., Hachem H., Tourbah A., Maalouf T., El Zarwi N., Hamzeh F. 3D Concrete Printing: Machine and Mix Design // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2015. Vol. 6. Issue 4. Pp. 14–22.

3. Ngo T.D., Kashani A., Imbalzano G., Nguyen K.T.Q., Hui D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges // Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 143. Pp. 172–196. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.02.012. EDN YEXMXZ.

4. Гончарова Ю.Ю., Дроботов А.В., Торубаров И.С., Волохов М.А. Исследование адгезионных свойств поверхностей для 3D-печати // Cifra. Машиностроение. 2024. № 2 (3). DOI: 10.60797/ENGIN.2024.3.3. EDN VQTFWM.

5. Толстой А.Д., Лесовик В.С., Новиков К.Ю. Высокопрочные бетоны на композиционных вяжущих с применением техногенного сырья // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 2 (17). С. 174–180. EDN WHAIQB.

6. Mechtcherine V., Grafe J., Nerella V.N., Spaniol E., Hertel M., Füssel U. 3D-printed steel reinforcement for digital concrete construction — Manufacture, mechanical properties and bond behaviour // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 179. Pp. 125–137. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.202

7. 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/www.scientific.net/msf.1037.26. EDN HWAQRJ.

8. Рахимов Р.З., Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Зиганшина Л.В. Гипсоцементно-пуццолановые бетоны для аддитивного строительного производства // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 4. С. 580–595. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.4.580-595. EDN DZSMZH.

9. Мухаметрахимов Р.Х., Галаутдинов А.Р., Зиганшина Л.В. Совершенствование аддитивного строительного производства повышением адгезии слоев при длительных перерывах в процессе 3D-печати // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2024. № 1 (67). С. 127–134. DOI: 10.48612/NewsKSUAE/67.13. EDN ULXEQB.

10. Славчева Г.С., Артамонова О.В., Бабенко Д.С., Шведова М.А. Исследование влияния модифицирующих добавок на структурообразование и твердение цементных композитов для 3D-печати // Конденсированные среды и межфазные границы. 2023. Т. 25. № 1. С. 112–124. DOI: 10.17308/kcmf.2023.25/10979. EDN XDOJLP.

11. Spychał E., Stępień P. Effect of Cellulose Ether and Starch Ether on Hydration of Cement Processes and Fresh-State Properties of Cement Mortars // Materials. 2022. Vol. 15. Issue 24. P. 8764. DOI: 10.3390ma1524-8764. EDN LNHVQQ.

12. Brachaczek W., Chleboś A., Giergiczny Z. Influence of Polymer Modifiers on Selected Properties and Microstructure of Cement Waterproofing Mortars // Materials. 2021. Vol. 14. Issue 24. DOI: 10.3390/ma14-247558. EDN SEAEXN.

13. Сулейманова Л.А., Малюкова М.В., Слепухин А.С., Крушельницкая Е.А., Толстой А.Д. Влияние модифицирующей добавки с гидрофобизирующим эффектом на повышение эксплуатационных характеристик вибропрессованных изделий // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 9. С. 8–13. DOI: 10.34031/article_5da44154d5e735.90950690. EDN SHYITR.

14. Сураев В.А. Гидрофобизация. Теория и практика // Технологии строительства. 2002. № 1 (17). С. 120–121.

15. Славчева Г.С., Артамонова О.В. Управление реологическим поведением смесей для строительной 3D-печати: экспериментальная оценка возможностей арсенала «нано» // Нанотехнологии в строительстве. 2019. Т. 11. № 3. С. 325–334. DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-3-325-334. EDN NNOLZG.

16. Poluektova V.A., Shapovalov N.A. Concrete chemicalization for digital printing: control of rheology and structure formation // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Vol. 95. Pp. 59–65. DOI: 10.1007/978-3-030-54652-6_9. EDN NGGKBO.

17. Славчева Г.С., Шведова М.А., Бабенко Д.С. Анализ и критериальная оценка реологического поведения смесей для строительной 3D-печати // Строительные материалы. 2018. № 12. С. 34–40. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-766-12-34-40. EDN YROONV.

18. Славчева Г.С., Артамонова О.В., Котова К.С., Шведова М.А., Юров П.Ю. Исследования факторов регулирования прочности адгезионного соединения «цементная матрица – армирующее волокно» в композитах для строительной 3D-печати // Нанотехнологии в строительстве. 2023. Т. 15. № 2. С. 124–133. DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-2-124-133. EDN BMRGWY.

19. Wang Ya., Qiu L.Ch., Chen S.G., Liu Yi. 3D concrete printing in air and under water: a comparative study on the buildability and interlayer adhesion // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 411. P. 134403. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134403. EDN XGYFDI.

20. Строганов В.Ф., Амельченко М.О., Мухамет-рахимов Р.Х., Вдовин Е.А., Табаева Р.К. Повышение уровня адгезии стирол-акриловых покрытий, модифицированных наполнителем — шунгитом при защите строительных материалов // Клеи. Герметики. Технологии. 2021. № 9. С. 29–32. DOI: 10.31044/1813-7008-2021-0-9-29-32. EDN SZNZHL.

21. Tao Y., Yuan Y., Vantyghem G., Van Tittel-boom K. Adhesion Properties of Printable Polymer-Modified Concrete for Rock Tunnel Linings // ACI Materials Journal. 2021. Vol. 118. Issue 6. DOI: 10.14359/51733105

22. Yu M., Li P., Feng Y., Li Q., Sun W., Quan M. et al. Positive effect of polymeric silane-based water repellent agents on the durability of superhydrophobic fabrics // Applied Surface Science. 2018. Vol. 450. Pp. 492–501. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.04.204

23. Bildyukevich A.V., Plisko T.V., Usosky V.V., Ovcharova A.A., Volkov V.V. Hydrophobization of polysulfone hollow fiber membranes // Petroleum Chemistry. 2018. Vol. 58. Issue 4. Pp. 279–288. DOI: 10.1134/s0965544118040035. EDN SFRMPY.

24. Weger D., Baier D., Straßer A., Prottung S., Kränkel T., Bachmann A. et al. Reinforced Particle-Bed Printing by Combination of the Selective Paste Intrusion Method with Wire and Arc Additive Manufacturing — A First Feasibility Study // RILEM Bookseries. 2020. Pp. 978–987. DOI: 10.1007/978-3-030-49916-7_95