Брістольський університет тестує 3D-друк бетону для безпеки від землетрусів

В останні роки 3D-друк бетону дедалі більше зарекомендував себе як легітимна технологія в будівельній галузі. Його можна використовувати для швидшого та економічно ефективнішого будівництва, тому експерти бачать великий потенціал у 3D-друці бетону для вирішення проблеми дефіциту житла або будівництва стійких будівель у складних умовах. Тому дослідники з Брістольського університету зараз досліджують, як 3D-друкована бетонна будівля витримає землетрус.

Керівники проєкту, професор Анастасіос Секстос та доктор Раффаеле де Різі, побачили фундаментальну прогалину в дослідженнях адитивного виробництва, яку вони хочуть усунути, співпрацюючи з Брістольським університетом. За їхніми словами, експеримент має на меті «заповнити прогалину в знаннях про динамічну реакцію 3D-друкованих елементів, зокрема про те, як вони працюють під час записаних та змодельованих сейсмічних подій». Для цього дослідники використовують найбільшу у Великій Британії вібруючу плиту, на якій команда тестує майже натуральний розмір 3D-друкованого будинку з бетону.

Адитивне виробництво в будівельній галузі обіцяє швидке та стале виробництво міцних та економічно ефективних будівель. Однак спеціальна технологія виробництва принципово відрізняється від традиційних методів будівництва через пошарове нанесення друкованого матеріалу. За словами дослідницької групи, те, як такі будівлі реагують на сейсмічні сили, не було достатньо досліджено. Адитивне виробництво призведе до появи нових змінних, які перевищують попередні знання про сейсмостійкість будівель. Унікальні властивості та геометрія матеріалів, отримані за допомогою процесів друку, ще більше ускладнюють прогнозування.

Визначення потенційних сильних та слабких сторін 3D-друку бетону в сейсмічних регіонах має в довгостроковій перспективі слугувати для розробки стандартів безпеки та рекомендацій щодо проєктування будівель у сейсмічних регіонах. Професор Секстос та доктор де Різі також наголошують, що «команда визначить сильні та слабкі сторони, а також механізми руйнування, характерні для цього методу будівництва».

Віброплита, яку використовує команда, може витримувати вагу до 50 тонн. За допомогою роботокерованого адитивного виробництва з бетону було створено майже реалістичну модель будинку, надрукованого на 3D-принтері. Важливо було імітувати склад матеріалу та геометрію справжнього будинку, надрукованого на 3D-принтері. Потім команда поступово збільшувала сейсмічні сили, що діють на модель будинку за допомогою вібруючої плити. Кожна подія була зафіксована в найдрібніших деталях та відстежена в режимі реального часу.

Дані, отримані в результаті цього процесу, зараз використовуються для оцінки структурної стійкості 3D-друкованого елемента. Порівняння традиційних методів будівництва також є завданням дослідницької групи, поряд з перевіркою розрахункових моделей, розроблених для прогнозування сейсмічної поведінки. «Ці результати будуть важливими для інженерів, архітекторів та політиків, які досліджують майбутнє сейсмостійких конструкцій», – заявила дослідницька група.

Для створення моделі будинку було використано 3D-принтер COBOD.

На практиці дослідження може бути корисним для будівництва будинків, аварійних укриттів та інфраструктури з урахуванням проєктування для підвищення сейсмостійкості. Доктор де Різі стверджує: «Вперше тестуючи сейсмостійкість бетону, надрукованого за допомогою 3D-друку, ми не просто досліджуємо майбутнє будівництва, а й допомагаємо формувати безпечніше, розумніше та адаптивніше забудоване середовище».