На современном этапе в строительстве перспективными являются аддитивные технологии. Они создают возможности возведения пространственных объектов последовательным нанесением слоев строительной смеси с помощью 3D-принтеров. 3D-печать позволяет минимизировать продолжительность технологического процесса изготовления конструкций и возведения сооружений, расход материалов и рабочей силы, обеспечить создание сложных объемных форм. Чаще всего с этой целью используют мелкозернистые бетонные смеси, обладающие необходимой формуемостью, прочностью, жесткостью, морозостойкостью, повышенными адгезионными и когезионными свойствами и скоростью затвердевания [1, 2].
Анализ последних исследований и публикаций.
В настоящее время выполнен ряд разработок, в которых рекомендованы смеси с учетом особенностей 3D-принтеров и сооружений, возводимых с их применением (табл. 1) [2].
Для осуществления процесса трехмерной печати строительная смесь должна набрать достаточную начальную структурную прочность, чтобы выдержать следующий слой, который укладывается не деформируясь [2]. Обеспечение необходимой начальной прочности бетонов для 3D-печати обусловливает перспективность использования для них гипсосодержащих и в частности гипсоцементношлаковых смесей.
Снижение теплопроводности бетонов возможно за счет введения легких заполнителей (вспученный перлитовый или вермикулитовый песок, гранулированный пенополистирол, керамзит, вермикулит, зольные микросферы и т.п.). Однако введение добавок-поризаторов, как правило, является более целесообразным путем облегчения конструкций как по экономическим, так и по технологическим соображениям, учитывая повышенную стоимость легких заполнителей и сложность обеспечения однородности смесей при перемешивании [3]. Также теплоизоляция сооружения может обеспечиваться печатью трехслойной конструкции стен с введением в пустоты сыпучего теплоизоляционного материала [4, 5].
Важным компонентом в смесях для 3D-бетонирования является фибра. Она вводится в сухие или готовые к применению смеси, выполняя роль микроармирующего компонента, модифицируя структуру строительных конгломератов на микро- и макроуровне. При этом увеличивается прочность на изгиб, растяжение при раскалывании, повышается термическая устойчивость, сокращаются сроки возведения сооружений, снижаются затраты материалов, увеличивается трещиностойкость [6]. Использование фибры позволяет в определенных случаях получать без применения стержневой арматуры достаточно высокие значения прочности на растяжение при раскалывании, характеризующие сцепление слоев в многослойной конструкции, обеспечить высокую структурную прочность свежесформованных слоев конструкции при необходимой подвижности смеси [7].