АНАЛИЗ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЕОПОЛИМЕРА ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ АРМИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНОВЫМ ВОЛОКНОМ ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Лидирующее место в достижениях в области строительства занимает 3D-печать, которая позволяет создавать прочные и сложные конструкции, минимизируя потери ресурсов. В качестве жизнеспособной замены обычным цементным материалам выделяют экологические преимущества и высокие механические характеристики геополимеров на основе летучей золы. Это исследование изучает, как добавление полиэтиленовых (PE) волокон изменяет эти свойства и как различные концентрации влияют на поведение текучести и способность производства композитного материала. Анализ неньютоновского поведения в этих материалах проводится с использованием модели Гершеля-Балкли. Точно измеряя критические реологические факторы, такие как вязкость и поведение потока, это исследование оценивает, как эти факторы влияют на процессы 3D-печати. Оптимальное сочетание содержания волокон выявляется в контролируемых испытаниях, которые сочетают в себе управляемый поток экструзии и надежностью конструкции. Результаты предлагают практические применение, раскрывают методы производства геополимеров, способных поддерживать прочность, соответствуя строгим требованиям методов 3D-печати.

1. Gibson I., Rosen D. and B. Stucker. Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing, second edition, 2015. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2113-3.

2. Davidovits J. Properties of Geopolymer Cements, First International Conference on Alkaline Cements and Concretes, 1994.

3. Roussel N. Rheology of fresh concrete: From measurements to predictions of casting processes, Materials and Structures/Materiaux et Constructions, 2007, vol. 40, no. 10. https://doi.org/10.1617/s11527-007-9313-2.

4. Liu J. and Lv C. Properties of 3D-Printed Polymer Fiber-Reinforced Mortars: A Review, 2022. https://doi.org/10.3390/polym14071315.

5. Barnes H.A. Thixotropy – A review, 1997. https://doi.org/10.1016/S0377-0257(97)00004-9.

6. Wolfs R.J.M., Bos F.P., and Salet T.A.M. Early age mechanical behaviour of 3D printed concrete: Numerical modelling and experimental testing, Cem Concr Res, 2018, vol. 106. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.02.001.

7. Van Jaarsveld J.G.S., Van Deventer J.S.J., and Lukey G.C. The effect of composition and temperature on the properties of fly ash- and kaolinite-based geopolymers, Chemical Engineering Journal, 2002, vol. 89, no. 1–3. https://doi.org/10.1016/S1385-8947(02)00025-6.

8. Brandt A.M. Fibre reinforced cement-based (FRC) composites after over 40 years of development in building and civil engineering, Compos Struct, 2008, vol. 86, no. 1–3. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2008.03.006.

9. Meddah M.S. and Bencheikh M. Properties of concrete reinforced with different kinds of industrial waste fibre materials, Constr Build Mater, 2009, vol. 23, no. 10. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.06.017.

10. Das D. and Rout P.K. Synthesis, Characterization and Properties of Fly Ash Based Geopolymer Materials, J Mater Eng Perform, 2021, vol. 30, no. 5, https://doi.org/10.1007/s11665-021-05647-x.

11. Qaidi S. et al. Fly Ash-Based Geopolymer Composites: A Review of the Compressive Strength and Microstructure Analysis, Materials, 2022, vol. 15, no. 20. https://doi.org/10.3390/ma15207098.

12. Barnes H.A. A Handbook of Elementary Rheology, 2000, vol. 6, no. 4.

13. Whorlow R.W. Rheological techniques, 1980, https://doi.org/10.1115/1.3138312.

14. Chhabra R.P. and Richardson J.F. Non-Newtonian Flow and Applied Rheology: Engineering Applications, 2008. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-8532-0.X0001-7.

15. Le T.T., Austin S.A., Lim S., Buswell R.A., Gibb A.G.F., and Thorpe T. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete, Materials and Structures/Materiaux et Constructions, 2012, vol. 45, no. 8. https://doi.org/10.1617/s11527-012-9828-z.

16. Chen Y. et al. Can superabsorbent polymers be used as rheology modifiers for cementitious materials in the context of 3D concrete printing?, Constr Build Mater, 2023, vol. 371. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130777.

17. Ricciotti L., Apicella A., Perrotta V., and Aversa R. Geopolymer Materials for Extrusion-Based 3D-Printing: A Review, 2023. https://doi.org/10.3390/polym15244688.

18. Papanastasiou T.C. Flows of Materials with Yield, J Rheol (N Y N Y), 1987, vol. 31, no. 5. https://doi.org/10.1122/1.549926.

19. Ferrara L., Park Y.D., and Shah S.P. A method for mix-design of fiber-reinforced self-compacting concrete, Cem Concr Res, 2007, vol. 37, no. 6. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.03.014.

20. Bos F., Wolfs R., Ahmed Z., and Salet T. Additive manufacturing of concrete in construction: potentials and challenges of 3D concrete printing, Virtual Phys Prototyp, 2016, vol. 11, no. 3. https://doi.org/10.1080/17452759.2016.1209867.