сборник докладов. 1МССФ-2020 том 2. Кафедра строительства и городского хозяйства v международный студенческий строительный форум 2020 Белгород, 26 ноября 2020 г Том 2 Сборник докладов Белгород 2020
 Скачать 4.55 Mb.
|
|
Рябчевский И.С., аспирант Аноприенко Д.С., студент Научный руководитель др техн. наук, проф. Сулейманова Л.А. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия НАНОБЕТОН В СТРОИТЕЛЬСТВЕ На сегодняшний день ученые, используя новые методы исследования и разработки, создают наноматериалы, которые в дальнейшем используются в бетоне для значительного увеличения прочности и долговечности материала. Применение нанотехнологий позволяет создавать продукт со сложной структурой и с уникальными прочностными или температурными свойствами. Одним из самых широко распространенных материалов в строительстве, созданным на основе нанотехнологий, является нанобетон. Нанобетон – это строительный материал, который содержит в своем составе вяжущее вещество, заполнитель, воду, а также наноинициаторы, которые изменяют структуру бетона на молекулярном уровне, и размер которых не превышает 100 нм. Данные добавки позволяют улучшить физико-механические характеристики бетона, повысив его прочность, морозоустойчивость и снизив вероятность трещинообразования. Изначально бетон ультравысоких технологий использовался с включением в него паров кремнезема, что обеспечивало прочность и долговечность, однако из-за высокой стоимости микрокремнезема ученые разработали альтернативный наноматериал, который имитирует действие паров кремнезема – нанокремнезем. С момента открытия данного наноматериала было разработано множество наночастиц для использования в бетоне нанооксид алюминия, оксид титана, углеродная трубка, поликарбоксилаты, наноглина. Благодаря данным добавкам структура нанобетона становится кристаллизованной и придает армированности материалу. Прочность нанобетона в 1,5 раза выше, чем обычного бетона. Структура данного материала устойчива к изменениям температуры в пределах от -150…-180 С до 800 С. Наноструктурированные бетоны уменьшают потребность вводе вяжущей составляющей, что враз уменьшает массу бетонной конструкции и снижает вероятность трещинообразования [1-3]. Бетон с добавлением нанокремнезема имеет ряд положительных свойств сокращение сроков набора прочности, улучшение 244 удобоукладываемости бетона, малая потребность в добавлении пластификаторов, регулирование заданной прочности за счет контроля дозировки компонентов. Если функция кремнезема – это изменение прочностных свойств бетона, то оксид алюминия контролирует время схватывания цемента, что позволяет уменьшить флокуляцию и сегрегацию. Кроме того, из-за размера нанооксид алюминия также уменьшает пустоты в гидратном геле, действуя в качестве нанонаполнителя [4]. Углеродная нанотрубка УНТ) является аллотропной модификацией углерода с цилиндрической наноструктурой. Цилиндрические молекулы углерода благодаря своей исключительной теплопроводности, механическими электрическим свойствам находят различное применение в качестве добавок к конструкционным материалам. Преимущество использования УНТ в нанобетоне заключается в их гибкости благодаря своей структуре (рис) [5]. Рис. Структура углеродной нанотрубки Однако углеродные нанотрубки на данный момент непопулярны из-за чрезвычайно высокой цены, что связано с отсутствием источников УНТ и ограниченного опыта по использованию данного наноматериала. Поликарбоксилат – наноматериал, который используется в бетоне в качестве модифицирующей добавки. Благодаря способности удалять пузырьки воздуха, добавление поликарбоксилата позволяет создать компактную структуру бетона, одновременно повышшая его плотность. Данный вид нанобетона используется в гидротехнических сооружениях и считается наиболее экологически чистым, чем кремнезем и другие добавки. Следует добавить, что при добавлении 2,5 % поликарбоксилатов отвеса цемента быстро увеличивается прочность 1 сут – 40…80 МПа, через 28 сут может быть достигнута прочность 70…100 МПа [6]. 245 Титановый белил или оксид титана является наноматериалом, который улучшает сопротивление истиранию бетона, влияет на способность к самоочищению, повышает прочность, однако частицы оксида титана могут вызывать воспалительные процессы в организме человека. Именно поэтому следует быть осторожным сданным видом наноматериала. Наноглина – наиболее доступный наноматериал, который состоит из монтмориллонитовых минералов. Характеристики данного минерала, такие как стабильность, высокая способность к гидратации и набуханию, высокая химическая активность способствуют повышению прочности на сжатие и растяжение бетона с наноглиной в качестве добавки, также улучшились и температурные показатели. Условно нанобетон подразделяется на легкую, среднюю и высокую прочности, что подходит для применения его в возведении разных строительных объектов. Нанобетону присуще свойства сцепления с металлическим армированным каркасом на молекулярном уровне. В индивидуальном строительстве используют легкие нанобетоны. Средней прочности материал находит свое применение при сооружении мостовых конструкций, покрытий дороги аэродромов. Нанобетоны с высокопрочными характеристиками – это перспективный материал для строительства шахт лифтов, несущих конструкций в сооружениях промышленного и гражданского назначения [7]. Нанобетон становится широко применяемым материалом в строительстве. Конструкции из этого вида бетона позволяют улучшить теплотехнический свойства зданий и сооружений, успешно решить проблему обеспечения эксплуатационной надежности многоэтажного строительства, а также строительства в сейсмических регионах Российской Федерации за счет повышения прочности и долговечности бетон. Применение нанодобавок и специальных технологий дает возможность создавать инновационные строительные наноматериалы с заданными характеристиками. Библиографический список 1. Shah S.P., Hou P., Konsta-Gdoutos M.S. Nano-modificationof cementitious material: toward a stronger and durableconcrete // Journal of Sustainable Cement-Based Materials.2015. Vol. 2. Iss. 5. р. 67-78. 2. Сулейманова Л.А., Лесовик В.С., Глаголев Е.С. Высокая реакционная активность наноразмерной фазы кремнезема композиционного вяжущего // В сборнике современные строительные материалы, технологии и констРУКЦИИ. Материалы Международной 246 научно-практической конференции, посвященной 95-летию ФГБОУ ВПО «ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова». Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова. 2015. С. 87-93. 3. Лукутцова Н.П., Постникова О.А., Пыкин А.А., Ласман И.А., Солодухина МЮ, Бондаренко Е.А., Сулейманова Л.А. Эффективность применения нанодисперсного диоксида титана в фотокатализе // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова . 2015. № 3. С. 54-57. 4. Коренькова С.Ф., Сидоренко Ю.В. Карбонатно-кремнеземистое техногенное сырье в материалах общестроительного назначения // Успехи современного естествознания. 2014. № 3. С. 172-176. 5. Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Корженко АН, Бурьянов А.Ф., Пудов И.А., Лушникова А.А. Модификация цементных бетонов многослойными углеродными нанотрубками // Строительные материалы. 2011. № 2. С. 47-51. 6. Стадник О.В., Печерина О.А. Преимущества наноструктурированного бетона в строительстве // В сборнике Международный студенческий строительный форум. Сборник докладов в 2 томах. Белгород, 2017. С. 368-371. 7. Хозин В.Г., Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К. Общая концентрационная закономерность эффектов наномодифицирования строительных материалов // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 25- 28. Рябчевский И.С., аспирант Анисько АР, студент Научный руководитель др техн. наук, профессор Сулейманова Л.А. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ На сегодняшний день существует ряд тепло- и звукоизоляционных материалов, обладающих при этом низкими прочностными характеристиками. Повышение физико-механических свойств данных материалов является одной из перспективных задач в строительном материаловедении. Наиболее универсальным 247 материалом является ячеистый бетон. Но несмотря на высокий спрос на данный пористый материал, вопрос о разработке и производстве сухих строительных смесей для ячеистого бетона позволит обеспечить быстрое и качественное строительство за счет минимизации отклонений от требуемых характеристик конструкций, произведенных непосредственно на строительной площадке [1…3]. Существует множество составов для производства сухих ячеисто-бетонных смесей. В основном, они включают в себя вяжущее, минеральный наполнитель, парообразователь ив некоторых случаях, суперпластификатор или фибру в различном процентном соотношении. Одним из таких является состав для морозостойкости ячеистых бетонов [4]. Сухая парообразующая смесь представляет собой массу из тонкоизмельченных частиц и обеспечивает формирование легкого ячеистого бетона с пористой структурой типа пемзы. Использование данной порообразующей смеси позволяет получить экологически безвредный бетон, способный не разрушаться при воздействии атмосферных осадков, который может быть использован в качестве тепло-звукоизоляции полови крыш зданий, теплоизоляций трубопроводов, в том числе и как конструкционный материал для возведения стен и междуэтажных перекрытий зданий, в теплых складах и т. д. Заслуживает внимания сухая смесь для производства композиционного ячеистого бетона, обладающего улучшенными физико-механическими характеристиками, более длительным сроком хранения, возможностью использования непосредственно на строительной площадке и равномерным распределением пор одинакового размера. Достигается это наличием в составе суперпластификатора, полипропиленовой фибры, модифицирующей цеолитовой добавки и комплексного парообразователя, состоящего из сухих газо- и пенообразователя [5]. Также большинство поверхностно-активных веществ, используемых в качестве модифицирующих добавок сухих строительных смесей, оказывают существенное влияние как на процессы гидратации вяжущего вещества, таки на процессы структурообразования материала. Использование в качестве поробразующей добавки веществ белковой природы окажет определенное влияние на свойства ячеисто-бетонных смесей за счет адсорбции продуктов частичного гидролиза белков растительной 248 породы из водной среды как на негидратированной поверхности цементных частиц и тем самым повлияет на процессы гидратации, таки на поверхности гидратации, влияя на процессы структурообразования [6]. Рентабельность поверхностно-активных веществ ПАВ, применяемых для изготовления сухих ячеисто-бетонных смесей, складывается из совокупности характеристик, основными из которых являются пенообразующие свойства раствора. Остальные характеристики ПАВ обусловлены наличием модифицирующих добавок, соотношением компонентов раствора и т. д. Таким образом, использование современных сухих ячеисто- бетонных смесей с правильно подобранными составами позволит при соблюдении соотношения компонентов сократить влияние рецептурных факторов в технологическом цикле, а также повысить эксплуатационные и физико-механические характеристики изделий. Также данные смеси могут использоваться при производстве стеновых панелей и блоков гражданских и промышленных зданий, в монолитном строительстве, а также при восстановлении и реконструкции зданий и сооружений. Техническим результатом является создание такой смеси, которая обеспечивает повышение морозостойкости и влагостойкости бетона, значительное улучшение экологических параметров ячеистого бетона, уменьшение стоимости за счет сокращения номенклатуры используемых материалов. Библиографический список 1. Сулейманова Л.А., Прасолова Е.О., Пырву А.В. Пеногазобетон на основе сухих строительных смесей для энергоэффективного строительства // В сборнике Белгородская область прошлое настоящее будущее. Материалы областной научно-практической конференции в х частях. 2011. С. 365-368. 2. Сулейманова Л.А. Неавтоклавный пеногазобетон на основе сухих строительных смесей // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 4. С. 73-80. 3. Сулейманова Л.А., Погорелова И.А., Строкова В.В. Сухие строительные смеси для неавтоклавных ячеистых бетонов: монография / Л. А. Сулейманова, И. А. Погорелова, В. В. Строкова. Белгород, 2009. 249 4. Патент РФ № 2003137377/03, 26.12.2003. Смесь для производства ячеистого бетона // Патент России № 2253637. 2003. Бюл. № 16. / Хоминский В.М., Емелина А.В. 5. Патент РФ № 2297993, 10.07.2015. Смесь для производства ячеистого бетона // Патент России № 2552730. 2015. Бюл. № 16. / Ястремский Е.Н., Емельянов И.А. 6. Черкасов В.Л., Бузулов В.И., Емельянов АИ, Киселев Е.В. Исследование влияния состава сухих смесей на свойства ячеистых бетонов // Сухие строительные смеси 2011. №2. С. 40-42. Силин ИВ, студент Научный руководитель канд. техн. наук, доцент. Сапожников П.В. Белгородский государственный технологический университет БГТУ им. В.Г. Шухова АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Требования современных построек - прочный фундамент и перекрытия, низкая себестоимость. В таких условиях появляются новые технологии, которые постоянно совершенствуются. В будущем за счет применения новых технологий строительство домов станет проще. Ниже вы найдете информацию об использовании и применении технологий в строительной отрасли. В настоящее время проблема с внедрением этой технологии заключается в использовании смешанного выбора технологий и обучении сотрудников использованию новейших технологий. Решением этой проблемы занимается архитектурно-инженерная кафедра инженерно- строительного факультета Сибирского федерального университета. Аддитивный - те. полученный путем сложения. Аддитивный способ позволяет, постепенно добавляя материалы, наращивать необходимую форму для производства чего-либо. Термин печать - это разговорное название аддитивных технологий (появился в 1995 году. Сущность печати строительных конструкций заключается в послойном отвердении строительной смеси по модели, подготовленной методом компьютерного моделирования (рис. 250 Рис. Портальный принтер S‑6044 Long Модель в формате STL или SLC делится на несколько слоев с помощью программы подготовки рабочего файла, а затем отправляется на принтер для печати. Печатающая головка принтера перемещается в направлениях X и Y и печатает вид модели в разрезе с использованием архитектурной смеси (например, смеси бетона, гипса или каолина. В конце преобразования печатающая головка увеличивает толщину нового слоя в направлении Z и печатает новый слой до тех пор, пока продукт не будет готов. Печатающая головка содержит бункер (подшипники гнездо в форме человека, а также отвертку (может использоваться для других типов, включая вращение) для формирования необходимого слоя бетона. Вовремя копирования вы можете быстро изменить форму извлеченного слоя, чтобы изменить скорость копирования с более высоким качеством. В механическом оборудовании или отдельных рабочих станциях начальная часть смешивается с выбранной частью до тех пор, пока не будет получено клиническое оборудование. Полученная смесь затем вводится в двухголовую трехмерную модель. Введите вес от 10 до 100 кг. Окончательный раствор можно наносить непосредственно на распылительную головку. Рабочую смесь можно наносить непосредственно на копировальную головку, что необходимо для быстрого соединения, или копировать путем быстрого шитья. Вы можете улучшить качество продукта, добавив стекло в бетонную смесь, усилив между слоями вовремя печати и улучшив осаждение продукта за счет заполнения грунтовками. Бетон. Строчная 251 арматура - хороший выбор для укрепления гнутых гвоздей и может снизить затраты на строительство. После завершения копирования извлеките копировальную головку из копии и очистите ее с помощью очистителя высокого давления. Небольшие детали, размещенные на поверхности пола, можно сушить на воздухе или нагревать и хранить при более высоких температурах. Его смешивают с глиной и смесью глины и каолина, и говорят, что продукт можно будет запустить позже. При установке непосредственно на пол здания или фундамент стены убедитесь, что бетон готов и достиг необходимой прочности. С помощью трехмерного изображения можно создавать конструкции и сложные формы, а также другие бетонные и бетонные материалы. В тоже время скорость перехода от плана к плану также значительно снижается (с 8 до 12). Никакой конструкции не требуется, а это означает, что необходимо тщательно планировать работы для каждого конкретного здания, что позволяет сэкономить средства и время. В зависимости от конструкции строительные принтеры можно разделить наследующие типы 1. Портальные – в которых печатающая головка перемещается по направляющим в пределах рабочей зоны, ограниченной по площади (X, Y координаты) опорами и по высоте (Z) – расстоянием до головки при ее максимальном подъеме рис. Рис Портальный принтер 2. Портальный принтер с так называемым Delta Head Drive. Эта идея широко использовалась в пластиковых принтерах с технологией FDM. Пример принтеры компании WASP (Италия) – рис. 252 Рис. 3. Образец структуры из биополимера, который печатается с головкой SPITFIRE на принтере дельта типа 3. Гибридные конструкции - комбинация портального принтера и робота (компания Contour crafting corporation (CCC), рис) - управление печатающей головкой (с использованием полярных координат) и перемещением по высоте происходит за счет использования телескопического устройства. Рис. 4. Роботизированный комплекс, оснащенный печатной головкой и манипулятором для укладки элементов дома Platt Boyd, основатель технологического проекта отделения Mesh Mold Metal (MMM), предложил использовать комплекс роботов для создания сетчатой структуры [5]. Комплекс представляет собой робот KUKA, платформа которого может перемещаться по рельсу длиной 10 ми нанесена на стену из АБС-пластика на стенде компании. После начала экспериментов с роботом с рабочей площадью 1,3 × 1,3 × 1,0 м компания теперь использует робота KR90 и может обрабатывать конструкции размером 8,25 × 19,1 × 2,1 метра, построенные в объеме 324 кубических метра. Platt проработал в строительной компании в Алабаме 15 лети интересовался более естественными методами строительства. Он 253 начал использовать его в и архитектурных проектах под названием Прекрасное и удивительное собрание (рис. 5). Пример жилого района показывает удовлетворение. Дом разделен на две зоны, дневную и ночную, с двумя большими окнами по боками освещением посередине. Рис. 5. Фото из коллекции Beautiful and Amazing Collection В 2013. Он узнал, что для выращивания объектов необходимо не только использовать послойную технологию, но и как в природе, требуется симбиоз различных решений и методов строительства. В том же году, когда он не смог найти единого решения для использования роботов для печати на стене, он впервые обнаружил это на выставке. Кроме того, он считает, что даже если добавить только пену (около 30%), сетчатая структура панели будет более прочной, чем традиционные деревянные панели, а когда бетон наносится на внешнюю поверхность панели, ее прочность аналогична прочности прочной бетонной стены. Такой же размер (рис. 6). К тому же панель очень легкая. Например, пластиковая стена массой 0,7 кг может выдержать нагрузку 700 кг, а пластиковая стена массой 1,1 кг с пеной вдвое превышает высоту последней 1400 кг. Рис. 6. Устройство сетчатой структуры стены 254 Каковы технологические перспективы компании Branch Technology? Трехмерное изображение рассматривается как основа для создания матричных строительных лесов для всех сложных стен и форм. Кроме того, можно использовать традиционные строительные материалы для внутренней отделки спрей-спрей и укрытие с сухой поверхностью на внешней поверхности применяется бетон и далее любые отделочные материалы (кирпич, штукатурка и т. д. Чтобы реализации этой идеи, планируется изготовить большие специальные секции стен в соответствии с требованиями международных покупателей, а затем отправить их покупателям. Для компиляции этих компонентов в виде готового продукта на платформе использовались традиционные технологии и ресурсы. Platt ясно видит возможность использования роботов в строительстве Пока высокотехнологичные технологии не могут выжить в космосе. Сертификация и использование технологий для строительства - долгий процесс. Тем временем компания разработала решение для конкурса в области дизайна жилого помещения, которое изготавливается методом сотового монтажа. Библиографический список 1. «Contour Crafting Corporation» Знакомство с технологией контурной обработки печать Электронный ресурс www.contourcrafting.com 2. «Contour Crafting Corporation» Контурная обработка [Элетронный ресурс www.bkhoshnevis.com 3. M. Molitch-hou, Branch technology is 3D printing the future of construction one wall at a time. https://3dprintingindustry.com/news/branch-technology-is 4. N. Hack, W. V. Lauer, F. Gramazio, and M. Kohler. Mesh Mould: Differentiation for Enhanced Performance. Rethinking Comprehensive Design: Speculative Counterculture, Proceedings of the 19 th International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA 2014)/Kyoto 14–16 May 2014, pp. 139–148, 2014. |