№ 7 (2025)

Проанализированы методы численного моделирования процесса строительной 3D-печати бетоном с точки зрения возможностей численной симуляции устойчивости напечатанных объектов вариативной геометрии. Для моделирования и управления процессом признан эффективным метод вычислительной гидродинамики (метод конечных объемов), реализуемый в CFD-комплексах (ANSYS Fluent, OpenFOAM, COMSOL). Применимость метода и CFD-инструментов для решения проблемы моделирования и управления процессом печати определяется возможностью численной симуляции течения бетонной смеси при экструзии и формировании слоев, прогнозирования геометрического соответствия и устойчивости структур с учетом реологических свойств смеси (вязкости, пределов текучести и тиксотропии) и их изменения во времени. Отличительной особенностью разрабатываемого обобщенного подхода и числовой модели процесса 3D-печати будет использование реологических параметров смеси, требования к номенклатуре и диапазону значений которых определены экспериментально. В рамках реализации данного подхода для трех видов смесей выполнены экспериментальные исследования реологического поведения методом сдвиговой реометрии. В процессе 3D-печати модельных элементов произведена оценка их качества и устойчивости в зависимости от вида и технологических характеристик используемой смеси. В результате обоснована рациональная модель реологического поведения и диапазон значений параметров вязкопластичной смеси, обеспечивающих ее пригодность к экструзии и послойной укладке. К ним отнесены эффективная вязкость и бингамовский предел текучести, определяющие качество экструзии смеси; статическая вязкость и пластическая прочность, статический предел текучести, от которых зависит сохранность формы слоя, устойчивость печатной структуры.

Развитие строительной 3D-печати бетоном требует глубокого изучения факторов, влияющих на межслойную адгезию, поскольку от этого зависит прочность и долговечность конструкций. Отсутствие достаточных данных по влиянию подвижности смеси, типа заполнителей, их соотношения и времени твердения ограничивает возможности оптимизации технологических параметров. Устранение этих пробелов позволит повысить качество 3D-печатных конструкций, расширить область их применения и снизить риск дефектов. Данное исследование актуально для дальнейшего развития аддитивных технологий в строительстве, обеспечивая научную основу для совершенствования методов печати. Цель настоящей работы заключается в исследовании влияния подвижности мелкозернистой бетонной смеси, модуля крупности песка, времени технологического перерыва и продолжительности твердения мелкозернистого бетона на адгезию слоев в аддитивном строительном производстве. По результатам выполненных исследований выявлены ключевые зависимости прочности межслойного сцепления в технологии аддитивного строительного производства от рецептурных и технологических факторов: подвижности смеси, модуля крупности песка и продолжительности твердения при различных продолжительностях технологических перерывов. Оптимальными параметрами, обеспечивающими максимальную прочность сцепления слоев, напечатанных на 3D-принтере, являются марка по подвижности Пк=3 и модуль крупности песка Мк=3. Наблюдаемые эффекты обусловлены в большей степени химическими, диффузионными и адсорбционными механизмами адгезии, в меньшей – механическим сцеплением. Полученные результаты свидетельствуют, что основным направлением повышения межслойной адгезии в аддитивном строительном производстве является оптимизация рецептурного состава смесей, позволяющая управлять кинетикой гидратации и формированием структуры материала.

Процесс снижения энергоемкости и повышения производительности технологий изготовления цемента тесно связан с созданием современных замкнутых аэродинамических комплексов (ЗАК) с рециркуляцией, позволяющих достигать эффективного разделения высокодисперсных материалов. Цель настоящей работы – моделирование процесса разделения цемента в ЗАК, состоящем из сепаратора, концентратора и циклона. Для достижения поставленной цели представлена методика расчета вероятностного попадания частиц готового продукта в крупные фракции на всех этапах работы ЗАК. Установлены основные условия оптимального функционирования и предложены подходы к решению задачи разделения материалов в условиях динамических потоков комплекса. Особое внимание уделено математическим методам, применяемым для оценки фракционного выноса мелких частиц и учета рециркулируемого материала. Проведенные исследования включают как аналитические расчеты, так и визуализацию полученных данных посредством графиков гранулометрического состава выходящего продукта для различных элементов комплекса. Полученные результаты создают основу для моделирования и оптимизации процесса разделения цемента в ЗАК, обеспечивая надежное прогнозирование прохождения материала и возможность дальнейшего совершенствования технологий.

Рассмотрены существующие методы и технологии энергосбережения в гражданском строительстве применительно к условиям Чеченской Республики. Выявлено, что основные ограничения с внедрением энергосберегающих технологий и материалов в строительство связаны с его удорожанием. В этой связи ключевую роль должны сыграть методы поощрения от властных структур, стимуляция застройщиков за счет государственной поддержки, финансовых программ, сниженного налогообложения и других финансовых инструментов. В качестве активной системы энергосбережения в Чеченской Республике предлагается использовать альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия глубинного тепла Земли. Разработки по переводу районов г. Грозного на отопление за счет термальных вод Ханкальского месторождения известны еще с 80-х гг. прошлого века и представляются весьма эффективными, так как не требуют больших затрат для внедрения.

Рассмотрены вопросы, связанные с формированием структуры композиционных теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов. Исследовано влияние применения однокомпонентного и комбинированного органического наполнителя в составе композита методом ИК-спектрального анализа. Приведен механизм π-стэкинг-взаимодействия при образовании клеящей оболочки пенополистирольной гранулы. Рассмотрен процесс образования макроструктуры композита при введении органоминерального связующего. Для изучения влияния наноразмерных добавок на композиты приведены результаты термомеханических исследований по методу измерения деформации одноосного сжатия под влиянием непрерывно действующей нагрузки в условиях нагрева образца с постоянной скоростью. Установлена природа влияния модифицирующих пенополистирольных гранул на обеспечение плотной структуры материала. Введение модифицированных гранул пенополистирола обусловливает упорядочение матрицы композита за счет выстраивания комплексной структурообразующей системы, играющей роль каркаса. На основе древесно-растительных и пенополистирольных наполнителей получены составы теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов плотностью 250–600 кг/м³, теплопроводностью 0,035–0,135 Вт/(м^оС), прочностью при сжатии до 2,8–4,5 МПа, прочностью при изгибе до 1,5–2 МПа.