Atliekų panaudojimas 3D spausdinimui skirtame cementiniame kompozite (TRANSITION)

 

Projekto nr.: project10042

Projekto aprašymas:

Aditivioji trimačio vientisos formos objekto gamyba, kuomet kaip rišamoji medžiaga panaudotas cementas, dar kitaip gali būti pavadinta 3D betono mišinio spausdinimu. Šiai dienai yra sukurta įvairių tipų 3D betono mišinio spausdintuvų, kurie pasižymi skirtingomis spausdinimo galimybėmis (skirtingi spausdinamo objekto masteliai, spausdinimo greitis, tikslumais ir pan.). Dėl šios priežasties 3D betono spausdinimo technologija statybos inžinerijos srityje įgauna vis didesnį susidomėjimą, o dėl ištobulėjusių technologijų 3D betonui skirta spausdinimo įranga pradėta komercializuoti. Tačiau 3D betono spausdintuvai šiai dienai yra gana išsamiai išnagrinėti ir ištyrinėti, todėl kaip tyrimo objektas nesusilaukia ypatingai didelio dėmesio. Kur kas platesnio įvairių mokslininkų dėmesio susilaukia 3D betono spausdinimui skirtas mišinys bei įvairūs metodai, kurie leistų kontroliuoti rišimosi proceso greitį.
Tipiniai 3D betono spausdinimui skirti mišiniai savo sudėtyje turi didelį kiekį cemento, cheminių priedų bei kitų reaktyvių bei inertinių mikro užpildų, dėl kurių spausdinimo mišinys tampa neekologiškas ir neekonomiškas. Dažniausiai gaminant įprastinės sudėties betonus prisilaikoma prielaidos, kad kuo betono mišiniuose panaudojamas didesnis cemento kiekis tuo gaunamas didesnio gniuždymo stiprio ir geresnių ilgalaikiškumo savybių betonas. Tačiau ši tendencija ne visuomet pasitvirtina 3D betono spausdinimo technologijos būdu atspausdintuose objektuose. Pastebėta, kad 3D betono spausdinimo būdu atspausdintų objektų stiprumas ir ilgalaikiškumas labiau priklauso ne nuo cemento kiekio, o nuo atspausdintų sluoksnių tarpusavio stiprumo (adhezinio stiprio) bei pačio mišinio susitraukimo deformacijų. Dėl šios priežasties 3D betonui skirtuose mišiniuose neretai bereikalingai pereikvojamas cementas, o pats mišinys tampa ekonomiškai nepatrauklus statant didesnio mastelio objektus.
Vienas iš būdų, kuriuo būtų galima 3D betono spausdinimui skirtame mišinyje ženkliai sumažinti portlandcemenčio kiekį bei atspausdinto objekto CO2 anglies pėdsaką, tai vietoj tradicinio portlandcemenčio panaudoti naftos skalūninius pelenus (angl. oil shale ash). Atlikus preliminarius tyrimus nustatyta, kad kasmet Estijoje susidaro apie 5-7 milijonai tonų pelenų, kurie pasižymi artimomis portlandcemenčiui rišamosiomis savybėmis ir galėtų būti puiki medžiaga pakeičiant dali cemento. Preliminariais tyrimais pastebėta, kad 3D betono spausdinimui skirti mišiniai yra labai jautrūs net ir nežymiems medžiagų pokyčiams, dėl kurių gali pasireikši visai kitokie hidratacijos bei rišimosi procesai. Dėl šių priežasčių reikia tinkamai išnagrinėti medžiagas, sukurti receptą, rasti būdus, kurie leistų sukontroliuoti rišimosi procesus ir pan. Todėl pagrindinis projekto tikslas būtų: panaudojant didelį kiekį skalūninių pelenų sukurti 3D betono spausdinimui skirtą mišinį, kuris galėtų būti tinkamas didelio mastelio objektams spausdinti.

Projekto finansavimas:

ERA-NET ir kitos koordinavimo veiklos

Projekto rezultatai:

Mokslo straipsnis užsienyje leidžiamuose periodiniuose mokslo leidiniuose, turinčiuose cituojamumo rodiklį (Impact Factor) Clarivate Analytics (buv. Thomson Reuters) Web of Science duomenų bazėje – 2 vnt.
Straipsnis recenzuojamuose tarptautinių konferencijų darbuose, turintis visas mokslinio straipsnio sudėtines dalis – 1 vnt.

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2023-09-01 - 2026-08-31

Projekto koordinatorius: Rygos technologijos universitetas

Projekto partneriai: Kauno technologijos universitetas, SAKRET SIA, Slovėnijos nacionalinis statybos ir architektūros institutas