Badania wstępne możliwości zastosowania regranulatu polipropylenowego w mieszankach cementowych przeznaczonych do druku 3D

• Autorzy: Skibicki Szymon , Żygadło Alicja , Głowacka Monika , Górnostaj Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.8405

Warianty tytułu

EN

Preliminary research on the possibility of using polypropylene regranulate in 3D printed cement composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono badania nad zastosowaniem kruszywa recyklingowego w postaci regranulatu polipropylenowego (PP) w druku 3D kompozytów cementowych. Skupiono się na ocenie wpływu zastąpienia kruszywa naturalnego regranulatem PP na właściwości mechaniczne i reologiczne kompozytu na spoiwie cementowych. Przeprowadzono badania wytrzymałości na zginanie i ściskanie dla próbek pielęgnowanych w warunkach normowych oraz poddanym oddziaływaniu temperatury 300°C. W badaniach przetestowano różne poziomy zastąpienia kruszywa naturalnego regranulatem polipropylenowym PP (10%, 30%, 50%) w mieszance betonowej. Stwierdzono, że zastąpienie kruszywa naturalnego regranulatem PP powoduje obniżenie wytrzymałości na ściskanie i zginanie próbek przechowywanych w warunkach normowych do 66,36%, a próbek poddanych oddziaływaniu temperatury 300°C aż do 80,11%. Ponadto przeprowadzono badania niszczące kratownic wykonanych w technologii druku 3D przy wykorzystaniu mieszanki z 10% zastąpieniem kruszywa naturalnego przez regranulat PP oraz mieszanki referencyjnej. Wykazano, że w wydrukowanej konstrukcji kratownicy, gdzie o kryterium zniszczenia zdecydowała wytrzymałość na rozciągania, redukcja wytrzymałości związana z zastosowaniem regranulatu PP nie była statystycznie istotna w porównaniu do mieszanki referencyjnej.

EN

The paper discusses research on the use of recycled aggregate in the form of polypropylene (PP) regranulate in 3D printing of cement composites. The focus was on analyzing the impact of replacing natural aggregate with PP regranulate on the mechanical and rheological properties of the cement-based composite. Tests were conducted to assess the flexural and compressive strength of samples cured under standard conditions and exposed to a temperature of 300°C. The study tested various levels of natural aggregate replacement with PP regranulate (10%, 30%, 50%) in the cement mixture. It was found that replacing natural aggregate with PP regranulate resulted in a reduction in compressive and flexural strength by up to 66.36% for samples stored under standard conditions, and by up to 80.11% for samples exposed to 300°C. Additionally, destructive testing was performed on trusses made using 3D printing technology for a mix with 10% replacement of natural aggregate by PP regranulate and a reference mix. The tests showed that in the printed truss structure, where tensile strength was the failure criterion, the reduction in strength due to the use of PP regranulate was not statistically significant compared to the reference mix.

Słowa kluczowe

PL

druk 3D; beton; zaprawa; kruszywo recyklingowe; beton drukowany; kruszywo sztuczne; regranulat; polipropylen

EN

3D printing; cement composite; concrete; mortar; recycled aggregate; artificial aggregate; regranulate; polipropylene

• Wydawca: BUILDER CORP Sp. z o.o.
• Czasopismo: Builder
• Rocznik: 2024
• Tom: R.28, nr 12
• Strony: 36--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Skibicki Szymon

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

• https://orcid.org/0000-0002-2918-7759

autor

Żygadło Alicja

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

• https://orcid.org/0009-0001-9198-3094

autor

Głowacka Monika

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

• https://orcid.org/0009-0009-9073-5724

autor

Górnostaj Dariusz

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

• https://orcid.org/0009-0009-0673-3030

Bibliografia

• [1] Ibrahim I., Eltarabishi F., Abdalla H, Abdallah M. 3D Printing in Sustainable Buildings: Systematic Review and Applications in the United Arab Emirates. „Buildings” 2022; 12(10):1703. https://doi.org/10.3390/buildings12101703.
• [2] Puzatova A., Shakor P., Laghi V., Dmitrieva M. Large-Scale 3D Printing for Construction Application by Means of Robotic Arm and Gantry 3D Printer: A Review. „Buildings” 2022; 12(11):2023. https://doi.org/10.3390/buildings12112023.
• [3] Wu P., Wang J., Wang X. A critical review of the use of 3-D printing in the construction industry. „Automation in Construction” 2016; 68:21-31. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2016.04.005.
• [4] Skibicki S., Kaszyńska M., Federowicz K., Techman M., Zieliński A., Olczyk N. et al. Druk 3D kompozytów betonowych metodą przyrostową – doświadczenia zespołu szczecińskiego. „Inżynieria i Budownictwo” 2021; 77(7):328-33.
• [5] Hager I., Golonka A., Putanowicz R. 3D Printing of Buildings and Building Components as the Future of Sustainable Construction? „Procedia Engineering” 2016; 151:292-9. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.357.
• [6] Buswell R.A., Leal de Silva W.R., Jones S.Z., Dirrenberger J. 3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research. „Cement and Concrete Research” 2018; 112:37-49. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.05.006.
• [7] Skibicki S., Federowicz K., Hoffmann M., Chougan M., Sibera D., Cendrowski K. et al. Potential of Reusing 3D Printed Concrete (3DPC) Fine Recycled Aggregates as a Strategy towards Decreasing Cement Content in 3DPC. „Materials” 2024; 17(11):2580. https://doi.org/10.3390/ma17112580.
• [8] Kaszyńska M., Skibicki S., Hoffmann M. 3D Concrete Printing for Sustainable Construction. „Energies” 2020; 13(23):6351. https://doi.org/10.3390/en13236351.
• [9] Skibicki S., Pułtorak M., Kaszyńska M., Hoffmann M., Ekiert E., Sibera D. The effect of using recycled PET aggregates on mechanical and durability properties of 3D printed mortar. „Construction and Building Materials” 2022; 335(2):127443. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127443.
• [10] EN 1015-3:2000. Methods of test for mortar for masonry – part 3: determination of consistence of fresh mortar (by flow table).
• [11] Cho S., Kruger J., Bester F., van den Heever M., van Rooyen A., van Zijl G. A Compendious Rheo-Mechanical Test for Printability Assessment of 3D Printable Concrete. In: Bos F.P., Lucas S.S., Wolfs R.J.M., Salet T.A.M., editors. Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication. Cham: Springer International Publishing; 2020, s. 196-205.
• [12] Casagrande L., Esposito L., Menna C., Asprone D., Auricchio F. Effect of testing procedures on buildability properties of 3D-printable concrete. Construction and Building Materials 2020; 245:118286. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118286.
• [13] Skibicki S., Żygadło A., Górnostaj D., Łabecka M., Orzelski K. Projektowanie i analiza mieszanki betonowej zawierającej kruszywo po obróbce strumieniowo-ściernej (garnet) w technologii druku 3D. „Builder” 2023; 314(9):16-9. https://doi.org/10.5604/01.3001.0053.7760.
• [14] Khayat K., Zhu J., Grunewald S. Empirical Test Methods to Evaluate Rheological Properties of Concrete and Mortar. In: Sonebi M, Feys D, editors. Measuring Rheological Properties of Cement-based Materials. Cham: Springer Nature Switzerland; 2024.
• [15] Cuevas K., Chougan M., Martin F., Ghaffar S.H., Stephan D., Sikora P. 3D printable lightweight cementitious composites with incorporated waste glass aggregates and expanded microspheres – Rheological, thermal and mechanical properties. „Journal of Building Engineering” 2021; 44:102718. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102718.
• [16] EN 1015-11:2020. Methods of test for mortar for masonry – Part 11: Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar.
• [17] Skibicki S., Szewczyk P., Majewska J., Sibera D., Ekiert E., Chung S.-Y. et al. The effect of interlayer adhesion on stress distribution in 3D printed beam elements. „Journal of Building Engineering” 2024; 87(2):109093. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.109093.

Uwagi

Artykuł umieszczony w części "Builder Science"