Представлены результаты исследований реологического поведения и пластичности смесей для 3D-печати. Обсуждаются результаты влияния вида, дозировки и гранулометрии наполнителей на реологическое поведение смесей, устойчивость их структуры и пластичность при сдавливании. Исследовалось два типа смесей для 3D-печати: «цемент – микронаполнитель – пластификатор – вода», «цемент – мелкий заполнитель – пластификатор – вода». Для исследования реологического поведения и оценки пластичности в экспериментах использовали сдавливающий тест с постоянной скоростью деформирования 5 мм/с. Установлено, что наилучшей способностью к экструзии обладают смеси, отличающиеся вязкопластическим течением при сдавливании без разрушения структуры. Для данных систем преодоление порога устойчивости и начало пластического течения без трещинообразования соответствуют давлению F*~2,5–4 кПа, рациональные значения предела текучести K_i(I) составляют 1,5–3,5 кПа. При применении монодисперсных наполнителей смеси для 3D-печати имеют низкую устойчивость структуры к действию нагрузки, для них характерно необратимое разрушение структуры после преодоления порога устойчивости. Применение полидисперсных наполнителей в размерном диапазоне d=1–630 мм позволяет эффективно регулировать пластичность и устойчивость структуры смесей. Более высокая пластичность и агрегативная устойчивость при действии нагрузки обеспечиваются с применением микронаполнителей аморфной структуры. Смеси для 3D-печати обладают способностью к вязкопластическому течению без разрушения структуры и достаточной структурной прочностью при дозировке микронаполнителей (d=1–55 мм) до 30%, мелких заполнителей (d=150–560 мм) – 100–125% от массы цемента.

Г.С. СЛАВЧЕВА, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Е.А. БРИТВИНА, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
М.А. ШВЕДОВА, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
П.Ю. ЮРОВ, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Воронежский государственный технический университет (394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84)

1. Le T.T., Austin S.A., Lim S., Buswell R.A., Gibb A.G.F., Thorpe T. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete. Material and Structure Constraction. 2012. No. 45 (8), pp. 1221–1232. DOI: 10.1617/s11527-012-9828-z
2. Zhang Y., Zhang Y., She W., Yang L., Liu G., Yang Y. Rheological and harden properties of the high-thixotropy 3D printing concrete. Constraction and Buildilding Materials. 2019. No. 201, pp. 278–285. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.061
3. Jayathilakage R., Rajeev P., Sanjayan J.. Yield stress criteria to assess the buildability of 3D concrete printing. Constraction and Buildilding Materials. 2020. No. 240. 117989. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117989
4. Khan M.A. Mix suitable for concrete 3D printing: A review. Materials Today: Proceedings. 2020. No. 32 (4), pp. 831–837. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.825
5. Mechtcherine V., Bos F.P., Perrot A., da Silva W.R.L., Nerella V.N., Fataei S. et al. Extrusion-based additive manufacturing with cement-based materials – Production steps, processes, and their underlying physics: A review. Cement and Concrete Research. 2020. No. 132. 106037. DOI: 10.1016/j.cemconres.2020.106037
6. Rehman A.U., Kim J.H.. 3D concrete printing: A systematic review of rheology, mix designs, mechanical, microstructural, and durability characteristics. Materials. 2021. No. 14. 3800. DOI: 10.3390/ma14143800
7. Roussel N. Rheological requirements for printable concretes. Cement and Concrete Research. 2018. No. 112, pp. 76–85. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.04.005
8. Hou S., Duan Z., Xiao J., Ye J.. A review of 3D printed concrete: Performance requirements, testing measurements and mix design. Constraction and Buildilding Materials. 2021. No. 273. 121745. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121745
9. Ватин Н.И., Чумадова Л.И., Гончаров И.С., Зыкова В.В., Карпеня А.Н., Ким А.А., Фина-шенков E.A. 3D-печать в строительстве. Строи-тельство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 1. С. 27–46.
9. Vatin N., Chumadova L., Goncharov I., Zykova V., Karpenya A., Kim A., Finashenkov E. 3D printing in construction. Construction of Unique Buildings and Structures. 2017. No. 1, pp. 27–46. (In Russian).
10. Zhang Y., Zhang Y., Liu G., Yang Y., Wu M., Pang B. Fresh properties of a novel 3D printing concrete ink. Constraction and Buildilding Materials. 2018. No. 174, pp. 263–271. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.115
11. Nerella V.N., Näther M., Iqbal A., Butler M., Mechtcherine V. Inline quantification of extrudability of cementitious materials for digital construction. Cement and Concrete Compositon. 2019. No. 95, pp. 260–270. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2018.09.015
12. Lu B., Weng Y., Li M., Qian Y., Leong K.F., Tan M.J., et al. A systematical review of 3D printable cementitious materials. Constraction and Buildilding Materials. 2019. No. 207, pp. 477–490. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.144
13. Matthäus C., Back D., Weger D., Kränkel T., Scheydt J., Gehlen C. Effect of cement type and limestone powder content on extrudability of lightweight concrete. RILEM Bookseries. 2020. No. 28, pp. 312–322. DOI: 10.1007/978-3-030-49916-7_32
14. Урьев Н.В. Физико-химическая динамика структурированных нанодисперсных систем и нано-дисперсных композиционных материалов. Ч. 1 // Физико-химия поверхности и защита материалов. 2010. Т. 46. № 1. С. 3–23.
14. Uriev N.V. Physico-chemical dynamics of structured nanodispersed systems and nanodispersed composite materials. Part 1. Fizikohimiya poverhnosti i zashita materialov. 2010. No. 46, pp. 3–23. (In Russian).
15. Славчева Г.С., Артамонова О.В. Реологическое поведение дисперсных систем для строительной 3d-печати: проблема управления и возможности арсенала «нано» // Нанотехнологии в строительстве. 2018. Т. 10. № 3. С. 107–122. DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2018-10-3-107-122
15. Slavcheva G.S., Artamonova O.V. The rheological behavior of disperse systems for 3D printing in constrcution: the problem of control and possibility of «nano» tools application. Nanotehnologii v stroitel’stve. 2018. No. 10 (3), pp. 107–122. DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2018-10-3-107-122. (In Russian).
16. Slavcheva G.S., Artamonova O.V. Rheological behavior and mix design for 3D printable cement paste. Key Engineering Materials. 2019. No. 799, pp. 282–287. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.799.282
17. Slavcheva G., Artamonova O., Babenko D., Ibryaeva A. Effect of limestone filler dosage and granulometry on the 3d printable mixture rheology. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. No. 972. 012042. DOI: 10.1088/1757-899X/972/1/012042
18. Slavcheva G.S., Artamonova O.V., Shvedova M.A., Britvina E.A. Effect of viscosity modifiers on structure formation in cement systems for construction 3D printing. Inorganic. Materials. 2021. No. 57 (1), pp. 94–100. DOI:  10.1134/S0020168521010143
19. Slavcheva G., Britvina E., Shvedova M. Heat Release during 3d-Printable materials setting and hardening. Material and Science Forum. 2021. No. 1043, pp. 37–42. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1043.37
20. Roussel N., Lanos C. Plastic fluid flow parameters identification using a simple squeezing test. Applied Rheology. 2003. No. 13 (3), pp. 132–341.
21. Toutou Z., Roussel N., Lanos C. The squeezing test: A tool to identify firm cement-based material’s rheological behaviour and evaluate their extrusion ability. Cement and Concrete Research. 2005. No. 35 (10), pp. 1891–1899. DOI: 10.1016/j.cemconres.2004.09.007

Модификация силикатных композитов является актуальной задачей в строительном материаловедении, в частности придание материалам электропроводящих свойств через введение в матрицу токопроводящих функциональных добавок. Были получены образцы электропроводящих бетонов и исследованы их механические свойства, электропроводность, а также изучена микроструктура с проведением рентгеновского микроанализа. В качестве добавок выступают электропроводящие никель/углеродные (Ni/C) наноструктуры и диспергированные хризотиловые нановолокона в сочетании с раствором азотнокислого кальция (НК). Описываются методы изготовления и функционализации добавок перед введением их в цементную матрицу. В результате введения Ni/C нанодобавки отмечается повышение прочностных свойств модифицированного композита и уменьшение электрического сопротивления. Достигнутые эффекты объясняются структурными изменениями в цементной матрице композита. Рентгеновский микроанализ указывает на формирование новых структур в модифицированной цементной матрице. Однако электропроводность композита с Ni/C дисперсиями не проявляет стабильности и уменьшается со временем. При исследовании второго типа добавок в цементную матрицу совместно с хризотиловыми нановолокнами вводится раствор НК с предварительным приготовлением ультрадисперсной суспензии, которые позволяют стабилизировать значения удельного электрического сопротивления в процессе твердения цементного камня. Предполагается, что совместное введение Ni/C нанокомпозитов с раствором химических солей также позволит стабилизировать значения удельного электрического сопротивления.

Г.И. ЯКОВЛЕВ¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Вит ЧЕРНИ², д-р-инж. (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.А. ПУДОВ¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. ),
И.С. ПОЛЯНСКИХ¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
3.C. САИДОВА¹, инженер (аспирант) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Е.В. БЕГУНОВА¹, инженер (аспирант) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
C.H. СЕМЁНОВА¹, инженер (аспирант) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7)
² Технический университет Брно, факультет гражданского строительства (Veveří 95, CZ-6S1200 Брно, Чехия)

1. Li Z., Ding S., Yu X., B. Han, J. Ou. Multifunctional cementitious composites modified with nano titanium dioxide: a review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. Vol. 111, pp. 115–137. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.05.019.
2. You I., Yoo D.-Y., Kim S., Kim M.-J., Zi G. Electrical and self-sensing properties of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete with carbon nanotubes. Sensors. 2017. Vol. 17, pp. 2481. DOI: 10.3390/s17112481
3. Baránek Š., Černý V., Yakovlev G., Drochytka R. Silicate conductive composites with graphite-based fillers. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. 1209. DOI: 10.1088/1757-899X/1209/1/012035
4. Ramezani M., Dehghani A., Sherif M.-M. Carbon nanotube reinforced cementitious composites: A comprehensive review. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 315. 125100. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2021.125100
5. Wang J., Yin J., Kong X. Influences of PCE superplasticizers with varied architectures on the formation and morphology of calcium hydroxide crystals. Cement and Concrete Research. 2022. Vol. 152. 106670. DOI: 10.1016/j.cemconres.2021.106670
6. Yakovlev G.I., Drochytka R., Skripkiunas G., Urkhanova L., Polyanskikh I., Pudov I., Karpova E., Saidova Z., Ali E.M.M. Elrefai. Effect of ultrafine additives on the morphology of cement hydration products. Crystals. 2021. Vol. 11. No. 8. 1002. DOI: 10.3390/cryst11081002
7. Yakovlev G., Polyanskikh I., Belykh V., Stepanov V., Smirnova O. Evaluation of changes in structure of modified cement composite using fractal analysis. Appl. Sci. 2021. Vol. 11. No. 9. 4139. DOI: 10.3390/app11094139
8. Караваева Н.М., Першин Ю.В., Кодолов В.И. Свойства и высокая реакционная способность металл/углеродных нанокомпозитов // Вестник Казанского технологического университета. 2017. № 19. С. 54–56.
8. Karavaeva N.M., Pershin Y.V., Kodolov V.I. Properties and high reactivity of metal/carbon nanocomposites. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2017. No. 19, pp. 54–56. (In Russian).
9. Ахметшина Л.Ф., Кодолов В.И., Терешкин И.П., Коротин А.И. Влияние углеродных металлсодержащих наноструктур на прочностные свойства бетонных композитов // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2010. № 6.
С. 35–46. http://www.nanobuild.ru/magazine/nb/Nanobuild_6_2010.pdf
9. Akhmetshina L.F., Kodolov V.I., Tereshkin I.P., Korotin A.I. Influence of carbon metal-containing nanostructures on the strength properties of concrete composites. Nanotekhnologii v stroitel’stve: scientific online journal. 2010. No. 6, pp. 35–46. (In Russian).
10. Патент РФ 2221744. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур из органического соединения с добавками неорганических солей / Кодолов В.И., Дидик А.А., Волков А.Ю., Волкова Е.Г. Заявл. 08.04.2002. Опубл. 20.01.2004.
10. Patent RF 2221744 Sposob polucheniya metallsoderzhashchih uglerodnyh nanostruktur iz organicheskogo soedineniya s dobavkami neorganicheskih solej [Method to produce metal-containing carbon nanostructures from organic compound with additives of inorganic salts]. Kodolov V.I., Didik A.A., Volkov A.Yu., Volkova E.G. Declared 08.04.2002. Published 20.01.2004. (In Russian).
11. Кодолов В.И., Тринеева В.В. Перспективы развития направления самоорганизации наносистем в полимерных матрицах // Химическая физика и мезоскопия. 2011. № 3. С. 363–375.
11. Kodolov V.I., Trineeva V.V. Prospects for the development of the direction of self-organization of nanosystems in polymer matrices. Himicheskaja fizika i mezoskopija. 2011. No. 3, pp. 363–375. (In Russian).
12. Кодолов В.И., Кодолова-Чухонцева В.В., Першин Ю.В. Возможные причины снижения активности металл/углеродных нанокомпозитов и углеродных нанотрубок при подготовке к модификации ими полимерных материалов // Химическая физика и мезоскопия. 2020. № 1. С. 16–24.
12. Kodolov V.I., Kodolova-Chukhontseva V.V., Pershin Yu.V. Possible reasons for the decrease in the activity of metal/carbon nanocomposites and carbon nanotubes in preparation for their modification of polymer materials. Himicheskaja fizika i mezoskopija. 2020. No. 1, pp. 16–24. (In Russian).
13. Ахметшина Л.Ф. Разработка метода функционализации металл/углеродных нанокомпозитов и способов получения суспензий на их основе для модификации композиционных материалов. Дис. ... канд. техн. наук. Пермь, 2011. 180 с.
13. Akhmetshina L.F. Development of a method for functionalization of metal/carbon nanocomposites and methods for obtaining suspensions based on them for modifying composite materials. Diss… Candidate of Sciences (Engineering). Perm. 2011. 180 p. (In Russian).
14. Пенкаля Т.В. Очерки кристаллохимии / Пер. с пол. В.В. Макарского; Под ред. проф. В.А. Франк-Каменецкого. Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1974. 496 с.
14. Penkalya T.V. Ocherki kristallohimii [Essays on crystal chemistry. Trans. from Polish Makarenko V.V. Ed. by prof. V.A. Frank-Kamenetsky. Leningrad: Khimiya publishing house. 1974. 496 p.
15. Yakovlev G.I., Černý V., Polyanskikh I.A., Gordina A.F., Pudov I.А., Gumenyuk A.В., Smirnova O.М. The effect of complex modification on the impedance of cement matrices. Materials. 2021. No. 3, pp. 557–567. https://www.mdpi.com/1996-1944/14/3/557
16. Yakovlev G.I., Begunova E.V., Drochytka R., Melichar J., Pudov I.A., Saidovа Z.S. The influence of activated dispersed additives on electrical conductivity of anhydrite compositions. Solid State Phenomena. 2021. Vol. 321, pp. 51–57. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.321.51
17. Černý V.,Yakovlev G.I., Drochytka R., Baránek Š., Mészárosová L., Melichar J. and Hermann R. Impact of carbon particle character on the cement-based composite electrical resistivity. Materials. 2021. Vol. 14. No. 24. 7505. DOI:10.3390/ma14247505
18. Zhiyong Liu, Yuncheng Wang, Dong Xu, Chuyue Zang, Yunsheng Zhang, Jinyang Jiang. Multiple ions transport and interaction in calcium silicate hydrate gel nanopores: Effects of saturation and tortuosity. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 283. 122638. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122638
19. Патент РФ RU 2681624C1. Лабораторная установка для диспергирования текучих эмульсий и суспензий / Пудов И.А., Яковлев Г.И., Грахов В.П., Шайбадуллина И.В., Первушин Г.Н., Полян-ских И.С., Гордина А.Ф., Хазеев Д.Р., Карпова Е.А. Заявл. 02.08.2018. Опубл. 11.03.2019. Бюл. № 8.
19. Patent RF RU 2681624C1. Laboratornaya ustanovka dlya dispergirovaniya teuchih emul’siy i suspeziy [Laboratory installation for dispersion of fluid emulsions and suspensions]. Pudov I.A., Yakovlev G.I., Grakhov V.P., Shaibadullina I.V., Pervushin G.N., Polyanskikh I.S., Gordina A.F., Khazeev D.R., Karpova E.A. Declared 02.08.2018. Published 11.03.2019. Bulletin No. 8. (In Russian).
20. Saidovа Z.S.,Yakovlev G.I., Smirnova O.M., Gordina A.F., Kuzmina N. Modification of cement matrix with complex additive based on chrysotyl nanofibers and carbon black. Applied Sciences (Switzerland). 2021. Vol. 11. No. 15. DOI: 10.3390/app11156943

Приведены сведения о состоянии и основных тенденциях развития рынка цемента в России в 2021 г. Обобщены данные об объемах и динамике производства, потребления и внешнеторговых операций с цементом.

А.А. СЕМЁНОВ, канд. техн. наук, генеральный директор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

ООО «ГС-Эксперт» http://www.gs-expert.ru/