Исследования факторов регулирования прочности адгезионного соединения "цементная матрица -армирующее волокно" в композитах для строительной 3D-печати
Автор: Славчева Галина Станиславовна, Артамонова Ольга Владимировна, Котова Кристина Сергеевна, Шведова Мария Александровна, Юров Павел Юрьевич
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Разработка новых материалов
Статья в выпуске: 2 т.15, 2023 года.
Бесплатный доступ
Введение. В рамках решения задачи создания нового класса материалов для строительных аддитивных технологий - цементных композитов, армированных высокопрочными волокнами, - в работе представлены результаты экспериментальных исследований прочности адгезионного соединения цементных матриц и армирующих волокон, отличающихся химическим составом, диаметром и прочностью на разрыв. Методы и материалы. Исследования реологических характеристик цементных систем проводились методами сдвиговой и сдавливающей реометрии, методика микромеханических испытаний определения прочности адгезионного соединения «цементная матрица - армирующее волокно» основана на тесте pull-up - выдергивании волокна из слоя цементной матрицы, после проведения испытаний на выдергивание для всех исследованных систем произведена оценка микроструктуры поверхности контакта «цементная матрица - армирующее волокно» с использованием сканирующего электронного микроскопа Thermo Scientific™ Phenom™ Desktop SEM, также определен предел прочности при сжатии образцов цементного камня на испытательной машине INSTRON Sates 1500HDS. Результаты и обсуждения. Установлено, что сочетание высоких прочностных характеристик матриц, волокон и адгезионного соединения на границе их контакта позволит обеспечить необходимые прочностные характеристики армированных конструкционных композитов. В системах «цементная матрица - углеволокно» значение адгезионной прочности составляет 9-11 МПа; в системах «цементная матрица - металлокорд» значение адгезионной прочности составляет 3-4 МПа. Заключение. Рациональными вариантами сочетаний компонентов «цементная матрица - армирующее волокно» являются матрицы с модификаторами вязкости, содержащими нано- и микроразмерные частицы SiO2 (комплексная наноразмерная добавка и метакаолин), в качестве армирующих волокон можно рекомендовать использование углеволокна и металлокорда. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цементные композиты, аддитивные технологии, реология дисперсных систем, модифицирование структуры, армирование, адгезионная прочность.
Цементные композиты, аддитивные технологии, реология дисперсных систем, модифицирование структуры, армирование, адгезионная прочность
Короткий адрес: https://sciup.org/142238046
IDR: 142238046 | DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-2-124-133
Список литературы Исследования факторов регулирования прочности адгезионного соединения "цементная матрица -армирующее волокно" в композитах для строительной 3D-печати
- Lu B., Weng Y., Li M., Qian Y. A systematical review of 3D printable cementitious materials. Construction and Building Materials. 2019; 207: 477 – 490. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.144
- Slavcheva G.S., Artamonova O.V. Rheological behavior of 3D printable cement paste: criterial evaluation. Magazine of Civil Engineering. 2018; 84(8): 97 – 108. https://doi.org/10.18720/MCE.84.10
- 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. 325–334. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2019-11-3-325-334
- Paul S.C., Tay Y.W.D., Panda B., Tan M.J. Fresh and hardened properties of 3D printable cementitious materials for building and construction. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2018; 18(1): 311 – 319. https://doi.org/10.1016/j.acme.2017.02.008
- Ngo T.D., Kashani A., Imbalzano G., et al. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering. 2018; 143: 103. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012
- Malaeb Z., Hachem H., Tourbah A., et al. 3D Concrete Printing: Machine and Mix Design. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2015; 6(4): 14 – 22.
- Poluektova V.A., Shapovalov N.A. Concrete chemicalization for digital printing: control of rheology and structure formation. Lecture Notes in Civil Engineering. 2021; 95: 59 – 65. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54652-6_9
- Perrot A., Jacquet Y., Rangeard D., et al. Nailing of Layers: A Promising Way to Reinforce Concrete 3D Printing Structures. Materials. 2020; 13. P. 1518. https://doi.org/10.3390/ma13071518
- Marchment T., Sanjayan J. Penetration Reinforcing Method for 3D Concrete Printing. In Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, Eindhoven. 2020. P. 680 – 690. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_68
- Hass L., Bos F. Bending and Pull-Out Tests on a Novel Screw Type Reinforcement for Extrusion-Based 3D Printed Concrete. In Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, Eindhoven. 2020. P. 632 – 645. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_64
- Mechtcherine V., Grafe J., Nerella V.N., et al. 3D-printed steel reinforcement for digital concrete construction—Manufacture, mechanical properties and bond behaviour. Construction and Building Materials. 2018; 179: 125 – 137. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.202
- Weger D., Baier D., Straßer 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. In Proceedings of the Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, Eindhoven. 2020. P. 978 – 987. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_95
- Katzer J., Szatkiewicz T. Properties of concrete elements with 3-D printed formworks which substitute steel reinforcement. Construction and Building Materials. 2019; 210: 157 – 161. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.204
- Bos F.P., Ahmed Z.Y., Jutinov E.R., Salet T.A.J.M. Experimental exploration of metal cable as reinforcement in 3D printed concrete. Materials. 2017; 10: 1314. https://doi.org/10.3390/ma10111314
- Славчева Г.С., Артамонова О.В. Разработка принципов создания армированных композитов для строительных 3D-аддитивных технологий // Строительные материалы. 2022. 12. 52 – 58. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-809-12-52-58
- Артамонова О.В. Синтез наномодифицирующих добавок для технологии строительных композитов. Воронеж: Воронежский ГАСУ, 2016. 100 с.
- Славчева Г.С., Шведова М.А., Бабенко Д.С. Анализ и критериальная оценка реологического поведения смесей для строительной 3D-печати // Строительные материалы. 2018. 12. 34–40. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-766-12-34-40
- Горбаткина Ю.А., Иванова-Мумжиева В.Г. Адгезионная способность саженаполненных эпоксидов // Клеи. Герметики. Технологии. 2008. 11. 2–5.
- Горбаткина Ю.А. Адгезионная прочность в системах полимер – волокно. Москва: Химия, 1987. 190 с.
