Projektowanie i analiza mieszanki betonowej zawierającej kruszywo po obróbce strumieniowo-ściernej (garnet) w technologii druku 3D

• Autorzy: Skibicki Szymon , Żygadło Alicja , Górnostaj Dariusz , Łabecka Magdalena , Orzelski Kamil

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.7760

Warianty tytułu

EN

Design and analysis of 3D concrete mix with recycled aggregate

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rozwój technologii druku 3D pozwala na zastosowanie go w wielu obszarach budownictwa, w tym w zakresie małej architektury. Celem pracy było zaprojektowanie i wykonanie w technologii druku 3D obiektu małej architektury - siedziska, z zastosowaniem mieszanki betonowej, w której kruszywo naturalne zostało zastąpione odpadem garnetu pochodzącym z obróbki strumieniowo-ściernej. Dotychczasowe prace w zakresie wykorzystania tego kruszywa pokazują, że istnieje możliwość jego utylizacji w druku 3D kompozytów cementowych. W celu realizacji zadania wykonano podstawowe badania materiałowe dla mieszanek o zawartości kruszywa z recyklingu do 50%. Kolejnym krokiem było wykonanie modelu siedziska i ustalenia potrzebnych wymiarów przekrojów dla prawidłowego funkcjonowania elementu. Finalnie wykonano siedzisko w technologii druku 3D. Projekt mieszanki został opracowany z myślą o wykorzystaniu odpadów, jednocześnie uwzględniając wymagania związane z drukiem betonowym w technologii 3D. Wykonanie elementu małej architektury z betonu drukowanego z kruszywem po obróbce strumieniowo-ściernej potwierdziło możliwość stosowania tej technologii. Badania stanowią wstęp do dalszych analiz uwzględniających optymalizację produktu oraz analizę jego trwałości.

EN

The development of 3D printing technology allows it to be used in many areas of construction. The work is aimed to design and manufacture a small architectural object using 3D printing technology, in the form of a seat. It is going to be made of a concrete mixture with aggregate waste after blasting and abrasive treatment (spent garnet). Previous work on this aggregate shows that it is possible to use it in the 3D printing of cement composites. Basic material tests were carried out for mixtures with recycled aggregate content of up to 50% to carry out the task. The next step was to make a model of the seat and determine the necessary cross-sectional dimensions for the correct functioning of the element. Finally, the seat was made using 3D printing technology. The mix design has been developed with waste in mind while taking into account the requirements of 3D concrete printing. The construction of an element of small architecture made of printed concrete with aggregate after blasting and abrasive treatment confirmed the possibility of using this technology. The research is a prelude to further analysis, including product optimization and durability analysis.

Słowa kluczowe

PL

druk 3D; beton; zaprawa; kruszywo recyklingowe; beton drukowany

EN

3D print; concrete; mortar; recycled aggregate; 3D concrete printing

• Wydawca: BUILDER CORP Sp. z o.o.
• Czasopismo: Builder
• Rocznik: 2023
• Tom: R.27, nr 9
• Strony: 16--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Skibicki Szymon

• ZUT, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

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

autor

Żygadło Alicja

• ZUT, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

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

autor

Górnostaj Dariusz

• ZUT, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

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

autor

Łabecka Magdalena

• ZUT, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

• https://orcid.org/0009-0002-6132-8475

autor

Orzelski Kamil

• ZUT, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Szczecin

• https://orcid.org/0009-0007-2807-2988

Bibliografia

• [1] 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.
• [2] 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.
• [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] 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.
• [5] 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.
• [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] Kaszyńska M., Skibicki S., Hoffmann M., 3D Concrete Printing for Sustainable Construction, „Energies” 2020;13(23):6351. https://doi.org/10.3390/en13236351.
• [8] Roussel N., Rheological requirements for printable concretes, „Cement and Concrete Research” 2018;112:76-85. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.04.005.
• [9] Wangler T., Lloret E., Reiter L., Hack N., Gramazio F., Kohler M. et al., Digital Concrete: Opportunities and Challenges, „RILEM Letters” 2016;1:67-75.
• [10] Wangler T., Roussel N., Bos F.P., Salet T.A.M., Flatt R.J., Digital Concrete: A Review, „Cement and Concrete Research” 2019;123:105780. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105780.
• [11] Mohan M.K., Rahul A.V., Schutter G. de, van Tittelboom K., Early age hydration, rheology and pumping characteristics of CSA cement-based 3D printable concrete, „Construction and Building Materials” 2021;275(2):122136. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.122136.
• [12] Pacheco J., Santos K., Sikora P., Skibicki S., Techman M., Federowicz K. et al., Recycled Aggregates and 3D printing technology: production requirements, printability and way forward (Recycl3D project report D.1.1.) (1.0). Zenodo 2023. https://doi.org/10.5281/zenodo.7866197.
• [13] Safiuddin M., Alengaram U.J., Rahman M.M., Salam M.A., Jumaat M.Z., Use of recycled concrete aggregate in concrete: a review, „Journal of Civil Engineering and Management” 2013;19(6):796-810. https://doi.org/10.3846/13923730.2013.799093.
• [14] Lu B., Weng Y., Li M., Qian Y., Leong K.F., Tan M.J. et al., A systematical review of 3D printable cementitious materials, „Construction and Building Materials” 2019;207:477-90. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.144.
• [15] Skibicki S., Jakubowska P., Kaszyńska M., Sibera D., Cendrowski K., Hoffmann M., Early-Age Mechanical Properties of 3D-Printed Mortar with Spent Garnet, „Materials (Basel)” 2021;15(1). https://doi.org/10.3390/ma15010100.
• [16] Muttashar H.L., Ariffin M.A.M., Hussein M.N., Hussin M.W., Ishaq S.B., Self-compacting geopolymer concrete with spend garnet as sand replacement, „Journal of Building Engineering” 2018;15(4):85-94. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2017.10.007.
• [17] Kaszyńska M., Hoffmann M., Skibicki S., Zieliński A., Techman M., Olczyk N. et al., Evaluation of suitability for 3D printing of high performance concretes. MATEC Web Conf. 2018;163:1002. https://doi.org/10.1051/matecconf/201816301002.
• [18] EN 1015-3:2000. Methods of test for mortar for masonry - part 3: determination of consistence of fresh mortar (by flow table).
• [19] 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.
• [20] 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, p. 196-205.
• [21] EN 1015-11:2020. Methods of test for mortar for masonry - Part 11: Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar.
• [22] Skibicki S., Kaszyńska M., Wahib N., Techman M., Federowicz K., Zieliński A. et al., Properties of Composite Modified with Limestone Powder for 3D Concrete Printing, 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, p. 125-134.
• [23] 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.
• [24] Le T.T., Austin S.A., Lim S., Buswell R.A., Law R., Gibb A.G.F. et al., Hardened properties of high-performance printing concrete, „Cement and Concrete Research” 2012;42(3):558-66. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.12.003.
• [25] Ding T., Xiao J., Zou S., Wang Y., Hardened properties of layered 3D printed concrete with recycled sand, „Cement and Concrete Composites” 2020;113(3):103724. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2020.103724.
• [26] Skibicki S., Ocena jakości ściany wykonanej w technologii druku 3D za pomocą systemu analizy obrazu, „Inżynieria i Budownictwo” 2022;3-4:124-7.

Uwagi

Artykuł umieszczony w części "Builder Science"

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).