В ЮФУ создана программа для "рецептов" экологичного бетона для 3D-печати

Составлять "рецепты" экологичного бетона для 3D‑печати зданий позволит новая программа, созданная в ЮФУ. Алгоритм подбирает состав стройматериала, который содержит наибольшее количество отходов и при этом обладает высокой прочностью. Результаты представлены в Journal of Materials in Civil Engineering.

Главной задачей исследования было создать алгоритм, который обеспечивает компромисс между экологичностью и прочностью бетона, подчеркнули в Южном федеральном университете (ЮФУ). Дополнительные требования к бетону с отходами накладывались из‑за того, что он предназначался именно для 3D‑печати зданий, а не для традиционных способов строительства.

Смесь для строительной 3D‑печати должна легко прокачиваться и равномерно выходить через сопло, но сразу после укладки сохранять форму и выдерживать массу последующих слоев. Поэтому при подборе состава важно учитывать не только итоговую прочность бетона, но и его пригодность для непрерывной и стабильной печати", — объяснила одна из авторов новой программы, ведущий научный сотрудник ЮФУ Екатерина Кравченко.

Специалист подчеркнула, что при оценке прочности 3D‑печатного бетона необходимо учитывать его послойную структуру, качество сцепления между слоями и зависимость механических характеристик от направления приложения нагрузки.

Ученые ЮФУ создали программу, которая позволяет использовать меньше первичных природных ресурсов для строительной 3D‑печати — то есть частично заменить некоторые компоненты, для добычи которых требуется отдельная работа, на строительные отходы.

По мнению исследователей, алгоритм поможет существенно ускорить создание новых составов для строительной 3D‑печати, уменьшить расход сырья, число лабораторных экспериментов и время, необходимое для подбора смеси. В университете добавили, что печатать из таких материалов можно внутренние перегородки, фасадные элементы, малые архитектурные формы (например, клумбы или лавки) и отдельные неструктурные компоненты малоэтажных зданий.

"С одной стороны, в составе должно присутствовать максимально возможное количество вторичного сырья, полученного из строительных отходов, чтобы сократить потребление природного песка и вернуть отходы в производственный цикл. С другой стороны, увеличение доли переработанных компонентов не должно приводить к существенной потере прочности бетона. В результате машинное обучение помогает подобрать такой компромиссный состав", — объяснила одна из авторов работы, заведующая кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ Татьяна Минкина.

В будущем ученые планируют продолжить разработку экологичных стройматериалов для 3D‑печати для городской инфраструктуры, в том числе для проектов вертикального озеленения.

"Мы стремимся сделать города "зелеными" сразу в двух смыслах: за счет увеличения площади растительности "вверх" и за счет применения экологичных материалов и низкоуглеродных технологий при создании самих конструкций", — добавила Минкина.