СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМИРОВАННОГО БЕТОННОГО ИЗДЕЛИЯ НА 3D-ПРИНТЕРЕ
METHOD OF MAKING REINFORCED CONCRETE ARTICLE ON 3D PRINTER

Изобретение относится к области строительства, а именно к производству строительных изделий, и может быть использовано для изготовления армированных бетонных изделий на строительном 3D-принтере в заводских условиях.
Известен способ получения изделия из отверждаемого материала, в котором на первом этапе по меньшей мере один слой (2, 3) материала печатается методом 3D-печати, на втором этапе в слой (слои) (2, 3) вводятся несколько аналогичных армирующих элементов (4), первые два этапа циклически повторяются до тех пор, пока не будет получено изделие (1), при этом за исключением двух самых нижних и самых верхних слоев, каждый усиливающий элемент (4) пропускают по меньшей мере на три слоя (2, 3), а армирующие элементы (4) расположены в прядях (5), которые проходят через все слои (2, 3) и имеют в каждом слое (2, 3), по меньшей мере, три армирующих элемента (4), причем боковое расстояние (А) этих усиливающих элементов друг от друга внутри пряди (5) составляет максимум пять диаметров (D) армирующего элемента (4) [1].
Недостаток известного способа состоит в сложной технологии армирования изделия, требующего установки прядей (5), состоящих по меньшей мере из трех армирующих элементов (4), сложности обеспечения проектного положения прядей (5) в формуемом изделии и обеспечении минимального бокового расстояния (А) между армирующими элементами (4), отсутствии жесткого соединения армирующих элементов (4) между собой, невысокой трещиностойкости получаемых изделий из бетона и большом количестве операций по армированию.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ возведения бетонной стены, по которому послойно экструдируют через сопло строительного 3D-принтера пластичный раствор искусственного каменного материала с образованием внешнего и внутреннего слоев стены, стену армируют и заполняют полость между внешней и внутренней слоями стены теплоизолирующим материалом, после экструзии по меньшей мере одного слоя пластичного раствора искусственного каменного материала, образующего внешний и внутренний слои стены, эти слои стены до отвержения экструдированного слоя соединяют гибким непрерывным армирующим тросом и закрепляют гибкий армирующий трос в этих слоях стены поочередным утапливанием его в по меньшей мере одном свежеэкструдированном слое раствора искусственного каменного материала, а образовавшуюся полость между внешней и внутренней сторонами заполняют теплоизолирующим материалом, затем процесс циклически повторяют [2].
Недостатками данного способа являются сложная технология армирования бетонной стены, снижающая скорость возведения стены, заключающаяся в наличии сложных технологических операций по установке армирующего шнура, требующего пропитки клеящим составом, в пластичный слой из свежеуложенного бетона, снижении ресурса строительного 3D-принтера, нарушение геометрических размеров и структуры формуемой стены, вызванной деформацией свежеуложенных слоев в местах заглубливания иглы с армирующим шнуром. Кроме того, реализация этого способа армирования возможна только на предлагаемом авторами рабочем органе строительного 3D-принтера.
Задачей изобретения является создание способа изготовления армированного бетонного изделия с пониженной материалоемкостью, повышенной прочностью, трещиностойкостью, качеством и долговечностью изделия с возможностью изготовления его на любых строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования, повышение скорости изготовления бетонного изделия, ресурса строительного 3D-принтера и упрощение технологии армирования.
Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления армированного бетонного изделия на 3D-принтере, по которому послойно экструдируют через сопло строительного 3D-принтера пластичный раствор искусственного каменного материала, армируют изделие, отличается тем, что вертикальное армирование выполняют после экструдирования всех слоев искусственного каменного материала изделия и до их отверждения путем одновременного пропускания стержней с пластиковыми наконечниками через бетонное изделие, фиксируют положение вертикальных стержней до отверждения искусственного каменного материала, горизонтальное армирование изделия выполняют после экструдирования всех слоев искусственного каменного материала изделия и до их отверждения путем одновременного пропускания стержней с пластиковыми наконечниками через бетонное изделие, фиксируют положение горизонтальных стержней до отверждения искусственного каменного материала, при этом расположение вертикальных и горизонтальных стержней принимают не пересекающимся в одной точке, длина вертикальных стержней с пластиковым наконечником равна высоте бетонного изделия, длина горизонтальных стержней с пластиковым наконечником равна ширине бетонного изделия, длину пластиковых наконечников принимают не менее величины защитного слоя бетона, в качестве пластичного раствора искусственного каменного материала используют дисперсно-армированную мелкозернистую бетонную смесь с маркой по удобоукладываемости П1, в качестве стержней используют стальную арматуру.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема армирования бетонного изделия, напечатанного на 3D-принтере.
Способ изготовления армированного бетонного изделия на 3D-принтере заключается в следующем:
Вертикальное армирование выполняют после экструдирования всех слоев искусственного каменного материала изделия (1) и до их отверждения путем одновременного пропускания стержней с пластиковыми наконечниками (2) через бетонное изделие (1), например, при помощи домкрата (3), фиксируют положение вертикальных стержней (2) до отверждения искусственного каменного материала путем прекращения движения домкрата (3), горизонтальное армирование изделия выполняют после экструдирования всех слоев искусственного каменного материала изделия (1) и до их отверждения путем одновременного пропускания стержней с пластиковыми наконечниками (4) через бетонное изделие (1), например, при помощи домкрата (5), фиксируют положение горизонтальных стержней с пластиковыми наконечниками (4) до отверждения искусственного каменного материала путем прекращения движения домкрата (5)„ при этом расположение вертикальных (2) и горизонтальных стержней (4) принимают не пересекающимся в одной точке, длина вертикальных стержней с пластиковым наконечником (2) равна высоте бетонного изделия (1), длина горизонтальных стержней с пластиковым наконечником (4) равна ширине бетонного изделия (1), длину пластиковых наконечников принимают не менее величины защитного слоя бетона, в качестве пластичного раствора искусственного каменного материала используют дисперсно-армированную мелкозернистую бетонную смесь с маркой по удобоукладываемости П1, в качестве стержней используют стальную арматуру.
Применение стержней с пластиковыми наконечниками (2, 4), не требующих пропитки клеящими составами, позволит снизить материалоемкость, повысить качество и долговечность бетонного изделия за счет непрерывного армирования.
Применение пластиковых наконечников на армирующих стержнях (2, 4) позволит обеспечить требуемую величину защитного слоя бетона формуемого изделия.
Одновременное пропускание стержней (2, 4) в формуемые слои, отсутствие технологически сложных операций, связанных с циклически повторяемым заглублением армирующего шнура, позволит ускорить процесс изготовления бетонного изделия и повысить ресурс строительного 3D-принтера.
Применение дисперсно-армированной мелкозернистой бетонной смеси при изготовлении изделия позволит повысить его прочность, трещиностойкость, а также обеспечит совместную работу стержней (2, 4).
Реализация предлагаемого способа изготовления армированной бетонного изделия возможна на любых строительных 3D-принтерах, реализующих метод послойного экструдирования.
Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости армированного бетонного изделия, повышении скорости его возведения и ресурса строительного 3D-принтера, повышении трещиностойкости, качества и долговечности бетонного изделия с возможностью его изготовления на любых строительных 3D-принтерах.
Таким образом, предложенное решение позволяет получить на строительном 3D-принтере качественное, долговечное армированное бетонное изделие в заводских условиях с высокой прочностью, трещиностойкостью и экономией материалов при отсутствии сложной технологии армирования при ускорении скорости возведения изделия, повышении ресурса строительного 3D-принтера, с возможностью его изготовления на любых строительных 3D-принтерах.
Источники информации:
1. WO 2019/092178 A1, В28В 1/00, В28В 23/00, В28В 1/35, E04G 21/04, Е04С 5/00, B33Y 70/00, В29С 64/106, Reinforcement of 3d-printed concrete bodies,  Mayer, anmelder PERI GMBH; 16.05.2019.
2. A.C. 2704995, E04G 21/04, E04B 2/84, B33Y 40/00, Способ возведения бетонной стены, рабочий орган строительного 3d-принтера и стена бетонная, Грюар Луи-Андре Кристоф Жислен, Ежов Т.О., патентообладатели Грюар Луи-Андре Кристоф Жислен, Ежов Т.О., Кресс Мишель, заяв. 02.08.2018, опубл. 01.11.2019, бюл. №31.