The influence of active mineral additives on properties of concrete for 3DCP
Authors: Мухаметрахимов Р.Х. 
Published: May 2024

В настоящей статье описана разработка цементных мелкозернистых бетонов для 3D-печати, модифицированных активными минеральными добавками (АМД), выполненная с целью оптимизировать реотехнологические свойства сырьевых смесей и физико-технические характеристики затвердевших композитов. В ходе исследования применялись материалы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 59097—2020, а также стандартные методы испытаний. Образцы формовали на портальном строительном 3D-принтере АМТ S-6044. Установлено, что исследуемые АМД позволяют снизить предельное напряжение сдвига смесей на 9—48 % по сравнению с контрольным составом. Средняя плотность бетонных смесей незначительно увеличивается при введении АМД в количестве до 10 %, при дальнейшем росте их содержания снижение средней плотности может достигать 13 %. Установлено, что наилучшие показатели по критерию повышения формоустойчивости (на 16—81 %) достигаются при модифицировании смеси диатомитом, микрокремнеземом, каолином и метакаолином в количестве 10 %, биокремнеземом и волластонитом — в количестве 10—20 % массы портландцемента (ПЦ). При этом предельное напряжение сдвига смесей может снижаться на 43 %, что не препятствует укладке новых слоев бетона на нижележащие слои методом послойной экструзии с сохране-нием устойчивости печатаемого объекта. Определено, что в ряду исследуемых АМД метакаолин обладает наиболее высокой эффективностью по критерию повышения пределов прочности затвердевших композитов. При его содержании, равном 10 % массы ПЦ, предел прочности при сжатии увеличивается на 19 %, при изгибе — на 35 %
The purpose of the study is to develop cement fine-grained concrete modified with active mineral additives for 3D concrete printing (3DCP) with optimal rheotechnological properties of raw mixtures and physical and technical characteristics of hardened composites. In the research materials were used that met the requirements of GOST 59097-2020, as well as standard test methods. The molding of the samples was carried out on a portal construction 3D printer AMT S-6044. It has been established hat the studied active mineral additives help to reduce the ultimate shear stress of mixtures by 9-48 % compared to the control composition. The average density of concrete mixtures increases slightly with the introduction of active mineral additives in amounts up to 10 %; a further increase in their content reduces the average density by up to 13 %. It has been established that the best performance in terms of increasing dimensional stability (by 16-81 %) is achieved by modifying with diatomite, microsilica, kaolin and metakaolin in an amount of 10 %, and with biosilica and wollastonite in an amount of 10-20 % by weight of Portland cement. In this case, there is a decrease in the values of the maximum shear stress of the mixtures by up to 43 %, which is sufficient for the underlying layers to absorb loads from the layers newly laid on them using the layer-by-layer extrusion method. It was determined that metakaolin has the highest efficiency among the studied active mineral additives in terms of increasing the tensile strength of hardened composites. If the content of metakaolin is in an amount of 10 % by weight of Portland cement, the compressive strength increases by 19 %, and by 35 % in bending