×
12.04.2023
223.018.4397

Результат интеллектуальной деятельности: Способ аддитивного производства в строительстве с длительным технологическим перерывом

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для аддитивного производства методом послойной экструзии (3D-печати) строительных изделий, конструкций, зданий и сооружений. Техническим результатом является возможность осуществления более продолжительных технологических перерывов (до 12 ч) без образования холодных швов и снижения адгезии слоев, уложенных непосредственно до и после технологического перерыва, за счет устройства переходного слоя из модифицированной бетонной смеси, обуславливающего высокое качество строительной продукции. Способ аддитивного производства в строительстве с длительным технологическим перерывом, включает приготовление бетонной смеси, включающей портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 1,2-3 и воду, выдавливание ее в виде пластичного филамента через раздаточную головку принтера и укладку в проектное положение. При этом осуществляют приготовление модифицированной бетонной смеси для переходного слоя и ее укладку на филамент из указанной бетонной смеси, осуществляют технологический перерыв в течение 10, 360 или 720 минут с последующим возобновлением укладки после технологического перерыва указанного филамента, при этом модифицированная бетонная смесь для переходного слоя включает портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 1,2-3, суперпластификатор «MasterGlenium ACE 430» на основе эфира поликарбоксилата, тонкомолотый пуццолановый компонент диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м /кг, кремнийорганическое соединение – метилсиликонат калия и воду при определенном содержании компонентов. 2 табл.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для аддитивного производства методом послойной экструзии (3D-печати) строительных изделий, конструкций, зданий и сооружений.

Известен способ возведения бетонной стены, по которому послойно экструдируют через сопло строительного 3D-принтера пластичный раствор искусственного каменного материала с образованием внешнего и внутреннего слоев стены, стену армируют и заполняют полость между внешней и внутренней слоями стены теплоизолирующим материалом [1]. Недостатками данного изобретения являются невозможность организации длительных технологических перерывов вследствие снижения адгезии слоев, уложенных непосредственно до и после технологического перерыва. Кроме того, высокая трудоемкость выполнения процессов армирования приводит к увеличению продолжительности и стоимости работ.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является способ возведения монолитного здания, сооружения методом 3D-печати, включающий приготовление бетонной смеси, выдавливание ее в виде пластичного филамента через раздаточную головку принтера и послойную укладку в проектное положение, с позиционированием в тело филамента гибких армирующих элементов в виде витых или плетеных арматурных канатов из полимерных или минеральных волокон для непрерывного и/или дискретного армирования бетонной смеси [2].

Недостатками данного изобретения являются невозможность организации длительных технологических перерывов, потребность которых вызвана необходимостью набора пластической прочности, обеспечением формоустойчивости напечатанных слоев и требуемых геометрических параметров, вследствие чего снижается адгезия слоев, уложенных непосредственно до и после технологического перерыва, что вызывает образование холодных швов и снижает качество готовой продукции. Кроме того, наличие процессов позиционирования в тело филамента гибких армирующих элементов, обуславливает высокую сложность осуществления изобретения.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокого качества строительной продукции при длительных технологических перерывах строительной 3D-печати, за счет повышения адгезии слоев, исключающего образование холодных швов, при одновременном упрощении аддитивного производства за счет исключения сложных технологических операций, связанных с армированием.

Техническим результатом предлагаемого решения является возможность осуществления более продолжительных технологических перерывов (до 12 ч) без образования холодных швов и снижения адгезии слоев, уложенных непосредственно до и после технологического перерыва, за счет устройства переходного слоя из модифицированной бетонной смеси, обуславливающего высокое качество строительной продукции.

Поставленная задача достигается тем, что способ аддитивного производства в строительстве с длительным технологическим перерывом, включающий приготовление бетонной смеси, включающей портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 1,2-3 и воду, выдавливание ее в виде пластичного филамента через раздаточную головку принтера и укладку в проектное положение, отличается тем, что осуществляют приготовление модифицированной бетонной смеси для переходного слоя и ее укладку на филамент из указанной бетонной смеси, осуществляют технологический перерыв в течение 10, 360 или 720 минут с последующим возобновлением укладки после технологического перерыва указанного филамента, при этом модифицированная бетонная смесь для переходного слоя включает портландцемент, кварцевый песок с модулем крупности 1,2-3, суперпластификатор «MasterGlenium ACE 430» на основе эфира поликарбоксилата, тонкомолотый пуццолановый компонент диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2 /кг, кремнийорганическое соединение – метилсиликонат калия и воду при следующем содержании компонентов, мас.%:

Портландцемент
Указанный песок
Суперпластификатор «MasterGlenium ACE 430»
Указанный тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит
Кремнийорганическое соединение – метилсиликонат калия
Вода
20,0-30,0
44,4-69,8
0,2-1,2
2,0-6,0
0,1-0,8
7,9-17,9

Для изготовления бетонной смеси для 3D-печати использовали следующие материалы:

- портландцемент ЦЕМ I 42,5Н производства ООО «Азия Цемент» (ГОСТ 31108-2016) со следующим минералогическим составом: С3S – 68,1 %, С2S – 9,4 %, С3А – 7,2 %, С4AF – 11 %;

- кварцевый песок Камско-Устьинского месторождения Республики Татарстан с модулем крупности 1,2-3 (ГОСТ 8736-2014). Для приготовления образцов использовали песок с модулем крупности 2,3;

- водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732.

Для изготовления модифицированной бетонной смеси для 3D-печати переходного слоя использовали следующие материалы:

- портландцемент ЦЕМ I 42,5Н производства ООО «Азия Цемент» (ГОСТ 31108-2016) со следующим минералогическим составом: С3S – 68,1 %, С3S – 9,4 %, С3А – 7,2 %, С4AF – 11 %;

- кварцевый песок Камско-Устьинского месторождения Республики Татарстан с модулем крупности 1,2-3 (ГОСТ 8736-2014). Для приготовления образцов использовали песок с модулем крупности 2,3;

- суперпластификатор на основе эфира поликарбоксилата «MasterGlenium ACE 430» производства ООО «BASF Строительные системы», представляющий собой жидкость светло-коричневого цвета плотностью при 20°C 1,06 г/см3, pH – 5,5;

- тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит с гидравлической активностью не менее 1500 мг/г, степенью помола не менее 1400 м2/кг (СТО 23998461-020-2018). Для приготовления образцов использовали диатомит с гидравлической активностью 1553,7 мг/г, степенью помола 1443 м2/кг;

- метилсиликонат калия производства ПАО «Химпром», представляющий собой темно-коричневую жидкость плотностью 1,3-1,4 г/см3;

- водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом:

1. Производят приготовление бетонной смеси для 3D-печати: в работающий смеситель загружают заранее отдозированные сухие компоненты бетонной смеси – портландцемент, песок и производят их перемешивание до получения однородной массы. Затем производят дозирование по массе воды и добавляют ее к сухим компонентам, осуществляя перемешивание до получения однородной массы.

2. Производят подготовку 3D-принтера: внутреннюю поверхность съемного накопительного бункера смачивают водопроводной питьевой водой или разделительной смазкой.

3. Заполняют накопительный бункер строительного 3D-принтера приготовленной бетонной смесью и осуществляют пробное экструдирование до достижения однородности получаемого экструдата.

4. Осуществляют выдавливание бетонной смеси методом послойной экструзии (3D-печати) на строительном 3D-принтере (например, «АМТ» S-6044 компании ООО «СПЕЦАВИА») и ее укладку в проектное положение в соответствии с заранее подготовленной трехмерной цифровой моделью.

5. Производят приготовление модифицированной бетонной смеси для 3D-печати переходного слоя: в работающий смеситель загружают заранее отдозированные сухие компоненты модифицированной бетонной смеси – портландцемент, песок, тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит и производят их перемешивание до получения однородной массы. Затем производят дозирование по массе воды, суперпластификатора «MasterGlenium ACE 430», кремнийорганического соединения – метилсиликоната калия, производят их перемешивание до получения однородного раствора и постепенно добавляют его к тщательно перемешанным сухим компонентам, осуществляя перемешивание смеси до получения однородной массы.

6. Заполняют накопительный бункер строительного 3D-принтера приготовленной модифицированной бетонной смесью и осуществляют пробное экструдирование до достижения однородности получаемого экструдата.

7. Осуществляют выдавливание модифицированной бетонной смеси переходного слоя методом послойной экструзии (3D-печати) на строительном 3D-принтере (например, «АМТ» S-6044 компании ООО «СПЕЦАВИА») и ее укладку в проектное положение в соответствии с заранее подготовленной трехмерной цифровой моделью.

8. Осуществляют технологический перерыв в течение 10, 360 или 720 минут с промывкой накопительного бункера строительного 3D-принтера.

9. После завершения технологического перерыва осуществляют формование бетонной смеси методом послойного экструдирования (3D-печати) на строительном 3D-принтере в соответствии с п.п. 1-4.

Адгезию напечатанных слоев определяли через 28 суток нормального твердения при помощи измерителя адгезии «ПСО-10МГ4С» методом нормального отрыва стальных дисков (пластин) в соответствии с ГОСТ Р 58277-2018 «Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Методы испытаний». Образцы для испытаний представляли собой полосы длиной 100 мм шириной 50 мм, напечатанные в два слоя: 1 – бетонная смесь; 2 – модифицированная бетонная смесь (переходной слой).

Также были проведены испытания образцов по прототипу [1].

Составы модифицированных бетонных смесей (переходного слоя) приведены в таблице 1, показатели адгезии слоев при различных продолжительностях технологических перерывов приведены в таблице 2.


Таблица 1

Компоненты Составы модифицированных бетонных смесей (переходного слоя), мас. %
1 2 3 4 5 6 (прототип)
Портландцемент 20,0 20,0 25,0 30,0 30,0 25,0
Песок 69,63 69,8 56,85 44,4 44,4 61,6
Суперпластификатор – «MasterGlenium ACE 430» 0,05 0,2 0,7 1,2 1,5
Тонкомолотый пуццолановый компонент – диатомит 0,5 2 4 6 8
Кремнийорганическое соединение – метилсиликонат калия 0,02 0,1 0,8 0,5 0,6
Вода 9,8 7,9 12,65 17,9 15,5 13,4

Таблица 2

Продолжительность технологического перерыва, мин Адгезия слоев, МПа
1 2 3 4 5 6 (прототип)
10 0,43 0,53 0,57 0,62 0,53 0,41
360 0,37 0,44 0,49 0,54 0,48 0,34
720 0,26 0,37 0,44 0,47 0,43 0,26

Из приведенных данных следует, что максимальные показатели адгезии напечатанных слоев достигаются при содержании в составе модифицированной бетонной смеси портландцемента – 20,0-30,0 % от общей массы композиции, песка – 44,4-69,8 %, суперпластификатора «MasterGlenium ACE 430» – 0,2-1,2 %, тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита – 2,0-6,0 %,кремнийорганического соединения – метилсиликоната калия – 0,1-0,8 %, воды –7, 9-17,9 %. При введении суперпластификатора «MasterGlenium ACE 430», тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита, кремнийорганического соединения – метилсиликоната калия, в количестве меньше указанных в таблице 1 (состав 1), наблюдается снижение показателей адгезии по сравнению с заявляемыми пределами. При их введении, в количествах больше указанных в таблице 1 (состав 5), показатели адгезии слоев, напечатанных на 3D-принтере, снижаются.

Способ аддитивного производства в строительстве с длительным технологическим перерывом, согласно предлагаемому изобретению, предоставляет возможность осуществления более продолжительных технологических перерывов (до 12 ч) без образования холодных швов и снижения адгезии слоев, уложенных непосредственно до и после технологического перерыва, за счет устройства переходного слоя из модифицированной бетонной смеси, обуславливающего высокое качество строительной продукции.

Применение суперпластификатора «MasterGlenium ACE 430» позволяет сократить количество воды затворения, улучшить пластичность модифицированной бетонной смеси, повысить ее плотность и величину адгезии затвердевшего композита при когезионном разрушении.

Введение тонкомолотового пуццоланового компонента – диатомита со степенью помола не менее 1400 м2/кг, гидравлической активностью не менее 1500 мг/г позволяет улучшить однородность и связность смеси, повысить адгезионную прочность композитов за счет более плотной упаковки частиц, взаимодействия с портландитом и увеличении количества низкоосновных гидросиликатов кальция.

Применение кремнийорганического соединения – метилсиликоната калия позволяет замедлить кинетику структурообразования, снизить потери химически несвязанной воды в процессе технологического перерыва.

Совместное применение суперпластификатора – «MasterGlenium ACE 430», тонкомолотого пуццоланового компонента – диатомита, кремнийорганического соединения – метилсиликоната калия позволяет достичь синергетического эффекта, выражающегося в улучшении пластичности, однородности и связности модифицированной бетонной смеси, повышении ее плотности и прочности, замедлении кинетики структурообразования, снижении потерь химически несвязанной воды в процессе технологического перерыва, что способствует увеличению площади межфазного контакта слоев, напечатанных до и после технологического перерыва с переходным слоем, и приводит к повышению показателя адгезии затвердевших слоев.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет обеспечить высокое качество строительной продукции при длительных технологических перерывах строительной 3D-печати, за счет повышения адгезии слоев, исключающего образование холодных швов, при одновременном упрощении аддитивного производства за счет исключения сложных технологических операций, связанных с армированием.

Источники информации

1. Патент RU 2 725 716, Е04В 2/84, В33Y 30/00, Способ возведения армированной бетонной стены на 3D-принтере, Мухаметрахимов Р.Х., Лукманова Л.В., патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», заявл. 23.12.2019, опубл. 03.07.2020, бюл. №19.

2. Патент RU 2 683 447, E04C 5/07, C04B 7/52, Способ возведения монолитного здания, сооружения методом 3D-печати и устройство для его осуществления, Джантимиров Х.А., Звездов А.И, Джантимиров П.Х., патентообладатель Акционерное общество «Научно-исследовательский центр «Строительство», заявл. 05.12.2017, опубл. 28.03.2019, бюл. №10.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 66.
09.02.2020
№220.018.00f3

Пролетное строение автодорожного моста

Изобретение может быть использовано при изготовлении пролетного строения автодорожного моста. Технический результат - упрощение монтажа балок и снижения трудоемкости изготовления пролетного строения. Пролетное строение автодорожного моста включает главные балки, объединенные с железобетонной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713827
Дата охранного документа: 07.02.2020
04.03.2020
№220.018.0865

Кронштейн для крепления фасадов к междуэтажным перекрытиям

Изобретение относится к области строительства, а именно к кронштейнам для крепления к ним вертикальных направляющих каркасов фасадных систем. Техническим результатом является разработка равнопрочной конструкции кронштейна с наиболее рациональным использованием материала по площади и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715579
Дата охранного документа: 02.03.2020
05.03.2020
№220.018.08bc

Решетчатая конструкция

Изобретение относится к области строительства, а именно к решетчатым конструкциям, например, стальным фермам. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и устойчивости стержней решетки уголкового сечения. В решетчатой конструкции, включающей пояса из замкнутых профилей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715785
Дата охранного документа: 03.03.2020
05.03.2020
№220.018.094a

Узловое соединение стеклопластиковых профилей в решётчатой конструкции

Изобретение относится к области строительства, в частности к узловым соединениям стеклопластиковых профилей в решетчатых конструкциях, например в строительных фермах, покрытиях зданий. Технический результат заключается в повышении прочности узлового соединения. Узел соединения стеклопластиковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715787
Дата охранного документа: 03.03.2020
05.03.2020
№220.018.096a

Преднапряженная сталебетонная балка

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытий и покрытий жилых и общественных зданий. Технический результат заключается в увеличении общей несущей способности сталебетонной балки, увеличении жесткости. снижении материалоемкости....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715776
Дата охранного документа: 03.03.2020
05.03.2020
№220.018.096e

Способ самонапряжения сталебетонной балки

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу самонапряжения сталебетонной балки, используемой в перекрытиях и покрытиях зданий. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности балки. Способ самонапряжения сталебетонной балки включает установку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715788
Дата охранного документа: 03.03.2020
06.03.2020
№220.018.09c7

Дощатоклееная составная балка

Изобретение относится к области малоэтажного строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытий и покрытий жилых и общественных зданий. Технический результат - повышение прочности, несущей способности, снижение материалоемкости. Составная балка включает склеенный пакет досок с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715942
Дата охранного документа: 04.03.2020
13.03.2020
№220.018.0af9

Велотренажер

Изобретение относится к стационарным устройствам для физической нагрузки мышц, для укрепления сердечно-сосудистой системы человека и для диагностики аритмии сердца. Велотренажер имеет электромагнитную систему торможения, в схеме управления электромагнитами отсутствуют механические части....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716312
Дата охранного документа: 11.03.2020
29.04.2020
№220.018.1a54

Способ предварительного напряжения настила шпренгельной плиты покрытия

Изобретение относится к строительству, а именно к способу предварительного напряжения настила шпренгельной плиты покрытия. Технический результат заключается в упрощении преднапряжения профнастила. Способ достигается тем, что сначала профнастил укладывают в перевернутом состоянии на подставки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720173
Дата охранного документа: 27.04.2020
21.05.2020
№220.018.1f52

Ручной ударный инструмент

Изобретение относится к ручному ударному инструменту. Инструмент содержит головку с отверстием, в котором размещен конец рукоятки инструмента. Головка и конец рукоятки скреплены между собой при помощи распорного клинового элемента, вбитого в расщеп рукоятки. Головка и рукоятка жестко соединены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721239
Дата охранного документа: 18.05.2020
Показаны записи 11-20 из 20.
27.12.2019
№219.017.f335

Органоминеральный модификатор для гипсовых смесей и радиозащитных изделий на их основе

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при изготовлении гипсовых смесей и изделий на их основе с радиозащитными свойствами. Технический результат - получение органоминерального модификатора для гипсовых смесей на основе низкомарочного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710245
Дата охранного документа: 25.12.2019
31.12.2020
№219.017.f45e

Органоминеральный модификатор для гипсовых вяжущих и радиозащитных изделий на их основе

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при изготовлении гипсовых вяжущих и изделий на их основе с радиозащитными свойствами. Технический результат - получение органоминерального модификатора для низкомарочных полуводных гипсовых вяжущих и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710647
Дата охранного документа: 30.12.2019
31.12.2020
№219.017.f481

Органоминеральный модификатор для гипсовых композиций и радиозащитных изделий на их основе

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при изготовлении гипсовых композиций и радиозащитных изделий на их основе. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в удлинении сроков схватывания гипсовой смеси,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710643
Дата охранного документа: 30.12.2019
06.07.2020
№220.018.2fa8

Способ зимнего бетонирования

Изобретение относится к области строительной индустрии и может быть использовано в производстве железобетонных и бетонных монолитных конструкций зданий и сооружений при ускоренных темпах их возведения и выполнении работ при отрицательных температурах. Способ зимнего бетонирования заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725715
Дата охранного документа: 03.07.2020
06.07.2020
№220.018.2fec

Способ возведения армированной бетонной стены на 3d-принтере

Изобретение относится к производству строительных изделий и может быть использовано при печати армированных бетонных стен на строительном 3D-принтере. Способ возведения бетонной стены, при котором послойно экструдируют через сопло строительного 3D-принтера пластичный раствор искусственного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725716
Дата охранного документа: 03.07.2020
31.07.2020
№220.018.3a94

Способ изготовления армированного бетонного изделия на 3d-принтере

Изобретение относится к области строительства, а именно к производству строительных изделий, и может быть использовано для изготовления армированных бетонных изделий на строительном 3D-принтере в заводских условиях. Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728080
Дата охранного документа: 28.07.2020
31.07.2020
№220.018.3aaa

Способ возведения армированной бетонной стены методом 3d-печати

Изобретение относится к области строительства, а именно к производству строительных изделий, и может быть использовано для возведения армированной бетонной стены на строительном 3D-принтере в заводских условиях. Технический результат: снижение материалоемкости армированной бетонной стены,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728081
Дата охранного документа: 28.07.2020
21.04.2023
№223.018.5082

Способ 3d-печати бетоном с длительным технологическим перерывом

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для аддитивного производства методом послойной экструзии (3D-печати) строительных изделий, конструкций, зданий и сооружений. Техническим результатом является возможность осуществления более продолжительных технологических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794037
Дата охранного документа: 11.04.2023
10.05.2023
№223.018.5335

Способ 3d-печати модифицированной бетонной смесью

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для аддитивного производства методом послойной экструзии (3D-печати) строительных изделий, конструкций, зданий и сооружений. Технический результат - возможность осуществления более продолжительных технологических перерывов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795274
Дата охранного документа: 02.05.2023
21.05.2023
№223.018.6ae3

Способ 3d-печати бетоном

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для аддитивного производства методом послойной экструзии (3D-печати) строительных изделий, конструкций, зданий и сооружений. Технический результат - возможность осуществления более продолжительных технологических перерывов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795632
Дата охранного документа: 05.05.2023
+ добавить свой РИД