<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2071-7318</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">28121</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.34031/article_5ca1f6300a4956.62644399</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Строительство и архитектура</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Construction and architecture</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Строительство и архитектура</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">IBER CONCRETE FOR 3D-PRINTING</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>ФИБРОБЕТОН ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Шорстова</surname>
       <given-names>Е. С.</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Shorstova</surname>
       <given-names>Elena Stepanovna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Клюев</surname>
       <given-names>С. В.</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Klyuev</surname>
       <given-names>Sergey Vasil'evich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Клюев</surname>
       <given-names>А. В.</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Klyuev</surname>
       <given-names>Aleksandr Vasil'evich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова</institution>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov</institution>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова</institution>
     <country>RU</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov</institution>
     <country>RU</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <volume>4</volume>
   <issue>3</issue>
   <fpage>22</fpage>
   <lpage>27</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://naukaru.ru/en/nauka/article/28121/view">https://naukaru.ru/en/nauka/article/28121/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>В статье рассмотрены вопросы возможности применения 3-D печати в строительной индустрии. Проведен анализ работ, выполненных по этому направлению в мире. Также представлены основные преимущества такого способа возведения конструкций и зданий в целом. Были проведены экспериментальные исследования с применением компонентов смеси: «Себряковцемент» марки ЦЕМ I 42,5H, тонкомолотый кварцитопесчаник с удельной поверхностью 700 м2/кг с использованием гипса. В качестве мелкого заполнителя использовался песок. Для придания смеси пластичности применялись такие добавки как пластификатор ПФМ-НЛК и Murapor Kombi 756. В качестве армирующей была использована базальтовая фибра. Были разработаны составы бетонной смеси дисперсно армированной базальтовой фиброй. В работе удалось разработать состав фибробетонной смеси, который можно использовать для 3D-печати. Были определены его прочностные характеристики, позволяющие сделать вывод о том, что данный состав соответствует всем требованиям, предъявляемым для такой технологии.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The article deals with the possibility of using 3D-printing in the construction industry. The analysis of the work performed in this area in the world. It also presents the main advantages of this method of construction of structures and buildings in general. Experimental studies were carried out using the components of the mixture: CEM I 42.5H Sebryakovcement, fine ground quartzitic sandstone with a specific surface of 700 m2/ kg using gypsum. Sand was used as fine aggregate. To make the mixture plasticity, such additives as plasticizer PFM-NLK and Murapor Kombi 756 were used. Basalt fiber was used as a reinforcing agent. Were developed compositions of the concrete mixture dispersed reinforced with basalt fiber. The work was able to develop the composition of fiber-reinforced concrete mixture, which can be used for 3D- printing. Its strength characteristics were determined, allowing to conclude that this composition meets all the requirements for this technology.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>аддитивные технологии</kwd>
    <kwd>строительство</kwd>
    <kwd>3D-печать</kwd>
    <kwd>строительные технологии</kwd>
    <kwd>конструкции</kwd>
    <kwd>здания</kwd>
    <kwd>структурная оптимизация</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>additive technology</kwd>
    <kwd>construction</kwd>
    <kwd>3D-printing</kwd>
    <kwd>construction technology</kwd>
    <kwd>structures</kwd>
    <kwd>buildings</kwd>
    <kwd>structural optimization</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>Введение. В настоящее время бетон является одним из наиболее важных строительных материалов современности. Ежегодно по всему миру, предположительно, производится 8 миллиардов м3 бетона. Это означает, что примерно1 м3 бетона производится на одного человека в год. Историю бетона как строительного материала относят к римскому периоду. Существует много способов получения высококкачественных бетонных составов для строительной индустрии [9–14].Идея печати бетона была впервые продемонстрирована Хошневисом в конце 90-х годов. С тех пор этот метод был скопирован различными научными организациями по всему миру, и значительный рост разработанных составов бетонной смеси наблюдается после 2012 года. В университете Эйндховена проведены исследования 3D-бетонной печати с использованием технологии контурной обработки (рис. 1).       Рис. 1. Крупномасштабный бетонный принтер в Технологическом университете Эйндховена и некоторые печатные элементы  3D-печать, потенциально, способна решать следующие проблемы:возможна новая степень архитектурной свободы в дизайне, поскольку принтер может легко создавать более сложные формы, без установки опалубки;роботизированный комплекс берет на себя тяжелую работу, и вибрация бетона больше не требуется;производительность может быть увеличена из-за отсутствия опалубки, и роботы могут работать непрерывно [1–3].Трехмерная печать бетона определенно демонстрирует высокий потенциал, который может быть классифицирован на иерархические уровни. Самый высокий уровень – возводить на месте целые здания. В настоящее время это направление только начинает развиваться, поскольку качество разработанных составов бетонных смесей для 3D-печати еще не может конкурировать с традиционными бетонными структурами. Кроме того, безопасность изделий и конструкций, полученных этим способом также остается не безопасной, поскольку эти составы не достаточно изучены по прочностным и деформативным характеристикам, тем самым вопрос долговечности возводимых зданий и сооружений пока остается под вопросом. Печать зданий и сооружений на основе бетонных составов в настоящее время в США, Канаде, Японии, Германии, Китае и во многих других странах мира находит широкое применение. Для повышения эксплуатационных характеристик смеси мы предлагаем армирование фиброй [4–8]. Методология. В ходе проведения экспериментальных исследований по выявлению оптимальных составов для печати изделий из фибробетона на 3D-принтере были использованы различные соотношения компонентов смеси [15, 16].В качестве вяжущего применялся товарный портландцемент АО «Себряковцемент» марки ЦЕМ I 42,5H и тонкомолотый кварцитопесчаник с удельной поверхностью 700 м2/кг, гипс. В качестве мелкого заполнителя использовался песок. Для придания смеси пластичности применялись такие добавки как пластификатор ПФМ-НЛК и Murapor Kombi 756.Основные характеристики портландцемента АО «Себряковцемент» марки ЦЕМ I 42,5H (табл. 1). Таблица 1Физико-механические характеристики портландцемент АО «Себряковцемент»Наименование вяжущегоУдельнаяповерхность,м2/кгНГ, %Началосхватывания, час.Конецсхватывания, час.Активностьприизгибе, МПаприсжатии,МПаЦЕМ I 42,5Н32025,22,303,307,849,3 Также в составы были введена базальтовая фибра длинной 12–18 мм, которая обеспечивала необходимые физико-механические характеристики смеси (рис. 2).           Рис. 2. Базальтовая фибра  Основная часть. Экспериментальные исследования были связаны с изучением фибробетонной смеси при их выдавливании под давлением в 100 кгс.В результате были проведено исследование следующих составов. Состав 1.КомпонентРасход на 1м3Цемент560 кгКварцитопесчаник190 кгПесок1250 кгСуперпластификатор ПФМ-НЛК16,8 кгВода170 кгБазальтовая фибра16,8 кг Данный состав обладал средней пластичностью, при этом под давлением в 100 кгс происходило выделение воды, а сама смесь уплотнялась в цилиндре, что говорит о малом количестве воды. Состав 2.КомпонентРасход на 1м3Цемент560 кгКварцитопесчаник190 кгГипс16,8 кгПесок1250 кгСуперпластификатор ПФМ-НЛК16,8 кгВода200 кгБазальтовая фибра16,8 кг При добавлении гипса в объеме 3 % от массы вяжущего и увеличении объема воды в состав №1 фибробетонная смесь стала более пластичной и наблюдается сокращение сроков схватывания. Состав под давлением 100 кгс обладал хорошей удобоукладываемостью, но при этом слабо структурировался (высокая растекаемость).  Состав 3.КомпонентРасход на 1м3Цемент560 кгКварцитопесчаник190 кгMurapor Kombi 7563,92 кгПесок1250 кгВода200 кгБазальтовая фибра16,8 кг  После замены суперпластификатора ПФМ-НЛК на добавку Murapor Kombi 756, состав стал более пластичным, но добиться нужной степени структурируемости не удалось. Он также растекался при укладке. Состав 4.КомпонентРасход на 1м3Цемент560 кгКварцитопесчаник190 кгMurapor Kombi 7569,52 кгПесок1250 кгВода180 кгБазальтовая фибра16,8 кг  Для увеличения пластичности и степени структурирования было увеличено количество добавки Murapor Kombi 756, что привело к снижению воды. В результате пластичность смеси оказалась недостаточной, под давлением происходило выделение воды и уплотнение в цилиндре осушенной смеси. Состав 5.КомпонентРасход на 1м3Цемент560 кгКварцитопесчаник190 кгMurapor Kombi 75611,2 кгПесок1250 кгВода210 кгБазальтовая фибра16,8 кг  Данная смесь показала высокие результаты удобоукладываемости, обладала высокой пластичностью. Под давлением 100 кгс хорошо структурировалась даже при укладке в несколько слоев сразу, не растекалась. Состав 6.КомпонентРасход на 1м3Цемент560 кгКварцитопесчаник190 кгГипс28 кгMurapor Kombi 75611,2 кгПесок1250 кгВода225 кгБазальтовая фибра16,8 кг  Данный состав был создан путем добавления в состав 5 гипса в объеме 5 % от массы цемента для ускорения сроков схватывания, что играет важную роль в 3D-печати. Это позволит укладывать друг на друга несколько слоев в короткий промежуток времени. Добавление гипса повлекло за собой увеличение водопотребности смеси, в результате чего был увеличен объем воды. Данная смесь обладала свойствами состава 5, при этом затвердевание произошло в течение 1 часа. Были определены прочностные характеристики разработанных составов 5 и 6 (табл. 2). Таблица 2Прочностные характеристики составов Предел прочности при сжатии, МПаПредел прочности на растяжение приизгибе, МПаСостав 544,18,43Состав 646,58,51  Выводы. Очевидно, что нужен нулевой осадок бетона. Тем не менее, бетон все еще должен быть достаточно жидким, чтобы выдавливаться из смесителя в сопло принтера. Исследования этого очевидного противоречия были выполнены, и хорошо работающие материалы исследованы. В работе удалось разработать состав фибробетонной смеси, который можно использовать для 3D-печати. Были определены его прочностные характеристики, позволяющие сделать вывод о том, что данный состав соответствует всем требованиям, предъявляемым для такой технологии возведения зданий и сооружений. </p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">ASTM Standard, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, vol. 10.04.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">ASTM Standard, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, vol. 10.04.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Additive Manufacturing Study Shows Cuts in Material Consumption and Reduced CO2 Emissions, Powder Metall Rev., (2013) http://www.ipmd.net/articles/002490.html.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Additive Manufacturing Study Shows Cuts in Material Consumption and Reduced CO2 Emissions, Powder Metall Rev., (2013) http://www.ipmd.net/articles/002490.html.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Holmstrom J., Partanen J., Tuomi H., Walter M. Rapid Manufacturing in the Spare Parts Supply Chain: Alternative Approaches to Capacity Deployment. Journal of Manufacturing Technology Management, 2010, 21, pp. 687-697</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Holmstrom J., Partanen J., Tuomi H., Walter M. Rapid Manufacturing in the Spare Parts Supply Chain: Alternative Approaches to Capacity Deployment. Journal of Manufacturing Technology Management, 2010, 21, pp. 687-697.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Bourell D.L., Beaman J.L., Leu M.C., Rosen D.W. A Brief History of Additive Manufacturing and the 2009 Roadmap for Additive Manufacturing: Looking Back and Looking Ahead, U.S. Turkey Workshop on Rapid Technologies, (2009).</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Bourell D.L., Beaman J.L., Leu M.C., Rosen D.W.A Brief History of Additive Manufacturing and the 2009 Roadmap for Additive Manufacturing: Looking Back and Looking Ahead, U.S. Turkey Workshop on Rapid Technologies, (2009).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Additive Manufacturing: Opportunities and Constraints, A report of Roundtable Hosted by the Royal Academy of Engineering, (2013), http://www.raeng.org.uk/publications/reports/additive-manufacturing.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Additive Manufacturing: Opportunities and Constraints, A report of Roundtable Hosted by the Royal Academy of Engineering, (2013), http://www.raeng.org.uk/publications/reports/additive-manufacturing.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Hype Cycle for Emerging Technologies, (2012) http://www.gartner.com/newsroom/id/2124315.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Hype Cycle for Emerging Technologies, (2012) http://www.gartner.com/newsroom/id/2124315.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Hopkinson N., Hague R., Dickens P., Rapid Manufacturing: an Industrial Revolution for the Digital Age, Chichester England: John Willey, (2006).</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Hopkinson N., Hague R., Dickens P. Rapid Manufacturing: an Industrial Revolution for the Digital Age, Chichester England: John Willey, (2006).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Денисова Ю.В. Аддитивные технологии в строительстве // Строительные материалы и изделия. 2018. Том 1. №3. С. 33-42.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Denisova Yu.V. Additive technologies in construction. Construction materials and products, 2018, vol. 1, no. 3, pp. 33-42.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Гавшина О.В., Яшкина С.Ю., Яшкин А.Н., Дороганов В.А., Морева И.Ю. Исследование влияния дисперсных добавок на сроки схватывания и микроструктуру высокоглиноземистого цемента // Строительные материалы и изделия. 2018. Том 1. №4. С. 30-37.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Gavshina O.V., Yashkina S.Yu., Yashkin, A.N., Doroganov V.A., Moreva I.Yu. Study of the effect of dispersed additives on the setting time and the microstructure of high-alumina cement. Construction materials and products, 2018, vol. 1, no. 4, pp. 30-37.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кожухова Н.И., Строкова В.В., Кожухова М.И., Жерновский И.В. Структурообразование в щелочеактивированных алюмосиликатных вяжущих системах с использованием природного сырья различной кристалличности // Строительные материалы и изделия. 2018. Том 1. №4. С. 38-43.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kozhukhova N.I., Strokova V.V., Kozhukhova M.I., Zhernovskiy I.V. Structure formation in alkaline-activated aluminosilicate binding systems using natural raw materials of different crystallinity. Construction materials and products. 2018, vol. 1, no. 4, pp. 38-43.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Елистраткин М.Ю., Минакова А.В., Джамиль А.Н., Куковицкий В.В., Эльян Исса Жамал Исса Композиционные вяжущие для отделочных составов // Строительные материалы и изделия. 2018. Том 1. №2. С. 37-44.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Listedin M.Yu., Minakova V.A., Jamil A.N., Kukovitskii V.V. Alan Issa Issa Zhamal Composite binders for finishing compositions. Building materials and products, 2018, vol. 1, no. 2, pp. 37-44.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Жариков И.С., Лакетич А., Лакетич Н. Влияние качества бетонных работ на прочность бетона монолитных конструкций // Строительные материалы и изделия. 2018. Том 1. №1. С. 51-58.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Zharikov I.S., Laketic A., Luketich N. The influence of the quality of concrete works on the strength of concrete of monolithic structures. Building materials and products, 2018, vol. 1, no. 1, pp. 51-58.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Барабанщиков Ю.Г., Архарова А.А., Терновский М.В. Бетон с пониженной усадкой и ползучестью // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. №7 (22). С. 152-165.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Drummers Yu.G., Arkharova A.A., Ternovsky M.V. Concrete with reduced shrinkage and creep. Construction of unique buildings and structures, 2014, no. 7 (22), pp. 152-165.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Изд-во АСВ, 2003. 500 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Bazhenov Y.M. Technology of concrete. M.: publishing house of DIA, 2003, 500 pp.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B15">
    <label>15.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Клюев С.В., Шорстова Е.С. Стеклофибробетон: секрет популярности на рынке производства // В сборнике: Наука и инновации в строительстве (к 45-летию кафедры строительства и городского хозяйства): сборник докладов Международной научно-практической конференции. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2017. С. 216-223.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Klyuyev S.V., Sherstova E.S. GRC: the secret of popularity on the market for the production of. In the book: Science and innovation in construction (the 45th anniversary of the Department of construction and urban development): a collection of papers of International scientific-practical conference. Belgorod state technological University. V. G. Shukhov, 2017, pp. 216-223.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B16">
    <label>16.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Клюев С.В., Клюев А.В., Кузик Е.С. Аддитивные технологии в строительной индустрии // В сборнике: интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства. Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Валерия Станиславовича Лесовика. 2016. С. 54-58.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Klyuev S.V., Klyuev A.V., Kuzik E.S. Additive technologies in the construction industry. In the collection: intelligent building composites for green construction. International scientific and practical conference dedicated to the 70th anniversary of honored scientist of the Russian Federation, corresponding member of RAASN, doctor of technical Sciences, Professor Valery Stanislavovich Lesovik, 2016, pp. 54-58.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
