Инжиниринговые услуги по всей
России с 2004 года
Услуги компании DMSTR

Есть вопросы? Звоните!

+7 (495) 989-51-26 Обратный звонок

рус/eng

Армейские исследователи усовершенствуют трехмерные печатные бетонные казармы

  • Главная
  • Статьи
  • Армейские исследователи усовершенствуют трехмерные печатные бетонные казармы
                            
Армейские исследователи усовершенствуют трехмерные печатные бетонные казармы
DMSTR - инжиниринговые услуги для бизнеса
Для строительства бетонных казарм по технологии трехмерной печати требуется бригада из трех подготовленных рабочих, однако для непрерывной печати требуется работа бригад в три смены, чтобы избежать эмоционального истощения.

Исследователи Корпуса военных инженеров армии США, возглавляющие команду, которая недавно завершила трехмерную печать железобетонных стен высотой 9,5 футов для казарм размером 32x16 футов, вынашивают замысел будущего проекта – трехмерной печати железобетонных кровельных балок – даже до того, как они поставят крышу из сборного железобетона на отпечатанные стены.

Считается, что текущее исследование станет первым, которое «окончательно» продемонстрирует посредством полномасштабных испытаний прототипов, что конструкция трехмерных печатных бетонных казарм с крышей из сборного железобетона может быть безопасна для использования.

«Насколько нам известно, до нас никто не проводил испытания конструкции на безопасность, что является основной причиной, по которой трехмерные печатные бетонные казармы пока не используются», – говорит Майкл Кейс, руководитель программы проекта, который называется «Автоматизированное проектирование сооружений для экспедиционных войск» (Automated Construction of Expeditionary Structures – ACES), который разрабатывается в Центре инженерных исследований и разработок Армии США.

Стоимость проекта ACES составляет примерно 250 000 долларов США. Проект финансируется Корпусом морской пехоты США при поддержке Caterpillar Inc., Центра космических полетов им. Маршалла НАСА и Космического центра им. Кеннеди. Материалы для казарм, которые, как ожидается, будут завершены в следующем месяце, обойдутся в 6000 долларов.

Сооружения по заказу

В рамках ACES разрабатывается технология, позволяющая создавать трехмерные специализированные сооружения для экспедиционных войск по заказу на позиции, используя бетон, получаемый из местных материалов. При непрерывной печати, выполняемой в две или три смены, время строительства потенциально составляет один день вместо пяти для казарм с деревянными каркасами.

Согласно Управлению НИОКР в области электронной техники (ERDC), после того, как все неровности будут устранены, для создания времянки понадобится обученная бригада из трех человек в каждой смене, вместо восьми для традиционных казарм. Эта технология также уменьшает количество требуемых ресурсов и упрощает логистику, связанную с отправкой материалов для казарм с деревянными каркасами.

трехмерные печатные бетонные казармы

Фото Майка Джаздика, Центр инженерных исследований и разработок Армии США

Главная цель проекта по созданию трехмерных печатных бетонных казарм, и второстепенная ERDC – определить, «что именно потребуется для того, чтобы инженер-строитель утвердил разрешение на времянку», – говорит Кейс.

Строительство стен завершено. Крыша из сборного железобетона будет готова к концу сентября. Отчет и методические указания по проектированию появятся через несколько месяцев.

Присоединяйтесь к более 3 тыс. наших подписчиков. 1 раз в месяц мы будем отправлять на ваш email дайджест лучших материалов, опубликованных у нас на сайте, на странице в LinkedIn и Facebook.


Заполняя форму Вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и даете согласие на рассылку

Для проектирования ERDC привлек чикагский офис архитектурного бюро Skidmore, Owings & Merrill LLC (SOM). SOM подписали контракт, потому что они разработали проект трехмерной печати для Министерства энергетики, используя термопластичный материал из акрилонитрил-бутадиен-стирола, усиленный углеродным волокном.

«Сооружения, создаваемые по технологии трехмерной печати, требуют различного ментального подхода к тому, как будет построено здание, – говорит Меган Крейгер, менеджер проекта ACES. «Мы искали инженера, обладающего фундаментальными знаниями по сути вопроса. У SOM были эти знания, и им просто нужно было перейти от полимера к бетону».

Исследование, проведенное в Исследовательской лаборатории Корпуса в области строительной промышленности в Шампейне, штат Иллинойс, преследует и иные цели. Одна из них заключается в том, чтобы взять в качестве основы исследования ERDC в области трехмерной печати бетонных казарм, выполненных в прошлом году, для строительства времянки того же размера, но с другой конструкцией. Строителями обоих прототипов являются морские пехотинцы.

«В 2017 году речь шла только о том, можно ли напечатать здание такого размера, – говорит Крейгер. В то время как в этом проекте речь идет о том, «что мы можем сделать, а не о том, можем ли мы это сделать?» – добавляет она.

Проект 2017 года, финансируемый армией, занял 21,5 часов печати и более пяти недель. Команда ACES хотела изучить, что потребуется для того, чтобы обеспечить непрерывную печать. В рамках проекта были исследованы проблемы климата, обслуживания и работы, связанные с непрерывным производством в условиях крайних значений температур в течение дня и ночи.  

«Мы узнали, что потенциально мы можем построить здание в течение 48 часов», – говорит Крейгер.

Во время испытаний бригады смешивали порции из 1/3куб. ярдов в небольшой мешалке вместо обычных порций из 10 куб. ярдов в мешалке с готовой бетонной смесью, для выравнивания на принтере в медленном темпе. «Мы делали кустарный бетон, – говорит Кейс.

Во время испытаний потребовалось около четырех или пяти часов, чтобы определить правильную смесь. «Некоторые «повара»лучше других, даже если они используют те же ингредиенты», – объясняет Крейгер.

Осталось устранить несколько неровностей

Но до гладкой непрерывной печати по-прежнему было далеко. После 40 часов печати 80% стен было готово, и работа была приостановлена. Самая большая проблема, помимо обессиленных бригад, заключалась в обслуживании. Ошибки оператора и сбои в работе принтера произвели каскадный эффект, в результате чего материал, который дольше находился в мешалке, насосе и шланге, начал затвердевать и накапливаться на стенках оборудования. Оборудование необходимо было очистить.

Принтер, запрограммированный для перемещения с использованием робототехники, клал горизонтальные слои вокруг основания, подобно укладке каната, по одному слою за один раз. Помимо этой технологии, машина состоит из крана на козлах со шлангом, прикрепленным к мешалке, и сопла.

Команда узнала, что для непрерывной печати совершенно необходимы две или три бригады – предварительно подготовленные и работающие посменно.

Для SOM два самых важных урока – это то, что характеристики бетона имеют решающее значение, и что необходимо избежать остановки процесса печати, – говорит Бентон Джонсон, помощник директора SOM.

«Нам нужно провести полевые испытания печатного бетона, аналогичные испытанию текучести бетонной смеси осадкой конуса, проводимые для обычного бетона, или испытаний на текучесть для самоуплотняющегося бетона, чтобы мы могли проверить правильность смеси перед каждой печатью», – говорит он.

Сооружение состоит из отпечатанных бетонных стен, выполненных из примерно 25 куб. ярдов бетона, с прерывистым вертикальным армированием в заполненных раствором ячейках, которые подобны бетонным блокам. Перед печатью на плите фундамента были установлены арматурные анкеры. Анкеры принимают арматурные дюбели длиной 18 дюймов, устанавливаемые после первого подъема отпечатанной стены.

Отпечатанные стены переходят от шевронного рисунка у основания к прямой стене наверху, образуя «волнистые» стены. По словам Джонсона, конструкция предусматривает большее количество материала у основания, где он более эффективно противостоит опрокидывающему моменту. Это также снижает возможность образование трещин вблизи фундамента вследствие усадки.

Скорость усадки бетона для трехмерной печати, по-видимому, выше, чем скорость усадки литого бетона, добавляет Джонсон. Усадочные трещины возникают тогда, когда накапливаются растягивающие напряжения. Это происходит на длинных участках прямых стен. Конструкция шевронной стены меняет направление каждые 2 фута. Это уменьшает некоторые из накопленных напряжений при усадке и сокращает образование трещин, говорит он.

Разработчики проекта ACES смирились с волнистой конструкцией стен, хотя для них требуется на 15% больше бетона, поскольку он обеспечивает в 2,5 раза большую прочность в направлении вне плоскости стен, является самонесущим при строительстве и позволяет изменять форму здания на месте без полного перепроектирования.

«Когда Бен впервые предложил идею волнистой стены, большая часть команды сомневалась», – говорит Кейс. Это из-за риска обрушения во время печати вследствие небольшого нависания одного слоя каната над слоем, лежащим под ним.

Испытания трех видов стен

SOM получили зеленый свет для шевронной стены после отпечатывания макетов прямой стены в натуральную величину, стены с пилястрой и шевронной стены для проверки пригодности к печати и прочности и проверки на обрушение. Все образцы были спроектированы для сопротивления ветровой и сейсмической нагрузкам согласно Международному строительному кодексу. Испытания подтвердили, что шевронные стены прочнее, чем требует кодекс, говорит Джонсон.

Принтер ACES можно транспортировать на армейских поддонах и самолетах C-130. В целях исследования коммерциализации технологии ERDC сотрудничает с Caterpillar.

Для строительства необходимо не менее трех человек – один из них управляет бетономешалкой, другой контролирует насос, а третий работает с мешалкой. Нынешний процесс строительства «тесно связан с морской пехотой», говорит Мэтью Д. Фриделл, ответственный за трехмерную печать для Корпуса морской пехоты США.

Бригадам пришлось сгребать гравий и песок в бочки, которые затем поднимали с помощью погрузчика в мешалку, прежде чем закачать материал в принтер. Фриделл с нетерпением ждет того дня, когда не только печать, но и обработка материала будет автоматизирована.

«Найти дозировочную установку проще, чем лесной двор», – говорит он.

ACES планирует обучать бригады строительству трехмерных печатных бетонных казарм. «Обучение на практике наиболее эффективно», – говорит Крейгер.

Во время реализации одной из ранних программ обучения первые шесть стажеров обучили еще шесть. Чтобы научиться печатать самостоятельно, солдату или морскому пехотинцу, обладающему некоторыми знаниями в строительстве, требуется один-два дня, добавляет Крейгер.

Морские пехотинцы заинтересованы в трехмерной печати бетонных заграждений, водопропускных труб, стен вокруг окрестностей, чтобы защитить их, бункеров и т. д. – а не казарм.

«Эта технология может широко использоваться для миссий по оказанию гуманитарной помощи и помощи в случае стихийных бедствий», – говорит Фриделл.

Временное жилье

Строительство временного жилья по обычной технологии в районах стихийных бедствий может занять от пяти до десяти дней. «Привлечение недорогого и простого принтера для строительства сооружений за один день, которые, возможно, останутся там, принесет огромную пользу сообществам», – добавляет Фриделл.

В течение 2019 года ACES рассчитывает построить четыре или пять машин, поставить их в поле с подразделениями морской пехоты и получить обратную связь в течение года их эксплуатации. На основании собранных данных будет принято решение о том, следует ли «проталкивать эту программу для использования на постоянной основе», – говорит Кейс.

Что касается трехмерной печатной крыши, без дополнительных исследований на прочных трехмерных печатных бетонных балках «у нас нет уверенности, что мы сможем напечатать безопасную крышу за этот промежуток времени», – говорит Кейс.

Несмотря на трудности начального периода, Фриделл восхищается возможностями технологии. Он считает, что 3D-принтеры начнут строить здания и сооружения на более регулярной основе  через пять или десять лет.    

Присоединяйтесь к более 3 тыс. наших подписчиков. 1 раз в месяц мы будем отправлять на ваш email дайджест лучших материалов, опубликованных у нас на сайте, на странице в LinkedIn и Facebook.


Заполняя форму Вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и даете согласие на рассылку

Поделиться статьей в социальных сетях

Количество просмотров
134

Техническое обследование

  • Проведем требуемые работы по обследованию для получения достоверной информации о техническом состоянии объекта.

Комплексное проектирование

  • Разработаем проектную и рабочую документацию для реализации инвестиционного проекта.

Технический Заказчик

  • Технический заказчик на всех этапах, от выбора земельного участка до ввода объекта в эксплуатацию.