Бетон станет прочнее благодаря лобстерам

Цифровые технологии обладают огромным потенциалом по экономии рабочего времени, ресурсов и материалов в строительстве. Они также способны расширить возможности внедрения инноваций в архитектуре при условии решения таких сложных технических задач, как повышение прочности бетонных конструкций, изготовленных методом 3D-печати, чтобы по этой технологии можно было изготавливать детали более сложных объемных форм.

Технологии 3D-печати открывают поистине революционные возможности для строительной промышленности. 3D-принтер изготавливает строительные конструкции и целые дома выкладывая материал параллельными полосами слой за слоем, не так, как при традиционном строительстве – когда строительные конструкции отливают из бетона. При использовании 3D-печати дом может быть изготовлен за 24 часа, а затраты составят половину от обычной стоимости строительства.

В своем новом экспериментальном исследовании ученые из Королевского университета в Мельбурне (Австралия) пытаются использовать принципы, по которым создана природой конструкция панциря лобстера, для повышения прочности бетонных конструкций, изготавливаемых способом 3D-печати. Лобстеры (или омары) – крупные морские ракообразные.

Ученые изучали как зависят свойства бетона от того, по какой траектории выкладывают слои материала при 3D-печати: обычным способом – в одном направлении; по геликоидальной (винтовой) траектории – как внутренние слои панциря лобстера; диагонально пересекающимися слоями или квазиизотропной структурой (когда материал армирован во всех трех измерениях и обладает одинаковой прочностью во всех измерениях).

Исследования показали, что заимствованное из природы спиральное расположение выкладываемых слоев обеспечивает наибольшую прочность и долговечность строительным конструкциям сложной формы, изготавливаемым способом 3D-печати, а также дают возможность увеличивать жесткость именно в тех местах конструкции, где она необходима.

«Изогнутый панцирь лобстера обладает высокой прочностью в результате сотен миллионов лет эволюции. Мы уверены, что воспроизведение расположения внутренних слоев панциря лобстера позволит нам изготавливать более прочные криволинейные бетонные конструкции, изгибающиеся в форме арки, волнистые и закручивающиеся» - пояснил руководитель исследовательской группы.

Кроме того, ученые выяснили, что добавка в бетон 1-2% армирующих стальных волокон уменьшает количество дефектов и пор в материале и увеличивает его прочность. Волокна также помогают бетону быстрее затвердеть без деформаций, таким образом, позволяя возводить более высокие конструкции.

«Наша работа пока еще на начальной стадии. Предстоят дальнейшие исследования. Однако результаты первых экспериментов показали, что мы на верном пути» - добавил научный руководитель.

Прогресс в рамках Индустрии 4.0 позволяет автоматизировать производство несерийных строительных конструкций методом 3D-печати и преобразовать весь процесс архитектурного проектирования и строительства. Работа ученых Мельбурнского университета уже вызвала живой интерес у строительных компаний, которые ищут доступные по средствам и экологичные методы производства бетонных конструкций большого размера, достаточно прочных для использования в гражданском строительстве.