Принтирани стенни секции и стени

Стенната секция е най-разпространеният обект на 3D принтирането с бетон, защото стената е вертикална, непрекъсната в план и расте нагоре, тоест съвпада точно с това, което машината прави добре. Принтирането променя главно две неща: отпада кофражът и заедно с това отпада ограничението формата да бъде права, а кухината вътре в стената се превръща в проектен ресурс, който може да поеме изолация, инсталации или бетон.

Какво може да се принтира

Най-простият случай е единична стена: един контур, една дебелина на лентата, оформена като преградна или декоративна стена. Тя е бърза, икономична по материал и подходяща за интериорни прегради, паравани и ниски огради.

По-често се прави двойна стена: две успоредни обвивки, свързани с напречни ребра. Между тях се получава кухина, която приема топлоизолация, армировка и бетон за заливане, инсталации или просто въздух. Ребрата могат да се изпълнят прави, зигзагообразни или синусоидални, като изборът влияе върху устойчивостта на обвивките по време на печат и върху топлинното поведение на готовата стена.

Оттук нататък вариациите са проектни: стена с променлива дебелина по височина, стена с вградени ниши, стена с перфорирана горна част за пропускане на светлина, стена с вградени гнезда за греди, подпорна стена със стъпаловиден профил, ограда с редуващи се плътни и ажурни участъци.

Печатането се прави или на място върху подготвен фундамент, или в цех като сглобяеми секции, които се транспортират и монтират. Вторият подход дава контролирани условия за отлежаване и работи през зимата, но въвежда ограничения по габарит и по такелаж.

Съображения при проектирането

Стабилността по време на печат е първото ограничение и то се проявява преди стената да е втвърдена. Прясната стена трябва да носи собствената си тежест и да не се изкривява. Затова високите прави участъци се избягват или се укрепват с ребра, а траекторията се планира така, че затворените контури да се получават възможно най-рано по височина.

Скоростта на изграждане в конкретна точка също е проектен въпрос. Ако машината се връща на едно и също място прекалено бързо, долният слой още не е набрал якост и се смачква. Ако се връща прекалено бавно, връзката между слоевете отслабва и се получава студена фуга. Дължината на контура и броят елементи, които се принтират едновременно, се подбират именно за да се управлява това време.

Отворите за врати и прозорци изискват решение за преодоляване на разстоянието. Принтирането не може да образува свободно висяща хоризонтална част, затова над отвора се поставя греда, изпълнява се арков контур или се използва временна опора, върху която слоевете се извеждат постепенно.

Топлотехниката се решава съзнателно. Непрекъснатите бетонни ребра през цялата дебелина на стената са топлинни мостове. Ако изолационното изискване е сериозно, схемата се променя: прекъснати ребра, външна изолация върху принтираната обвивка или изолационен пълнеж, който обхваща и ребрата.

Накрая, връзката с останалата конструкция се проектира предварително. Анкерните точки, гнездата за плочата, деформационните фуги и присъединяването към фундамента се залагат в модела, защото последващото пробиване и фрезоване по принтирана стена е трудоемко и уврежда повърхността.

Материали и дълготрайност

Печатаемият разтвор за стени е фино зърнеста смес с висок дял свързващо вещество, с модификатор на вискозитета и обикновено с ускорител, който осигурява бързо набиране на форма след екструдиране. Тази рецептура е различна от обичайния конструктивен бетон и не бива да се приема автоматично за равностойна по дълготрайност.

Заслужава да се каже открито, че печатаемите разтвори по правило са по-богати на свързващо вещество от отливния бетон. Това означава, че принтираната стена не е автоматично с по-нисък въглероден отпечатък от зиданата или отлятата. Литературата отчита, че резултатът зависи изцяло от състава на сместа, от това колко материал спестява геометрията и от базата за сравнение.

Междусловната връзка е основното дълготрайностно ограничение. Хоризонталните фуги между слоевете са пътища за проникване на вода, а на външна стена и за замръзване. Затова принтираните външни стени по правило получават защита: мазилка, покритие, вентилируема облицовка или хидрофобна импрегнация.

Съсъхването и пукнатините се управляват с влажно отлежаване веднага след печата, с фибри в сместа и с предвидени деформационни фуги. Голямата открита повърхност на прясно принтираната стена я прави по-чувствителна от отлят елемент, особено при вятър и слънце на открита площадка.

Процес и срокове

Последователността започва с архитектурен и конструктивен проект, в който е решено какво носи стената и как се армира. След това се прави триизмерният модел, нарязва се на слоеве и се генерира машинният код, като на този етап се планират и разположението на машината, и последователността на секциите.

Следва подготовката на основата: фундамент или плоча с изведена армировка, нивелирана повърхност и обозначени оси. Машината се позиционира и калибрира. Прави се пробен печат за настройка на реологията, защото сместа се държи различно при различна температура и влажност.

Печатът се изпълнява на секции. След него следват заливането на кухините, ако е предвидено, полагането на изолация, отлежаването и довършителните работи. Накрая се монтират гредите, плочите и дограмата по конвенционален начин.

Продължителността се определя от дължината и височината на стените, от броя прекъсвания, от времето за втвърдяване преди натоварване и от метеорологичните условия. Зимният режим и високите летни температури са сред най-честите причини за забавяне, защото и двете променят отвореното време на сместа.

Ограничения

Армирането е нерешеният въпрос на тази технология. Класическата армировка се полага в кофраж, а тук кофраж няма. Използваните подходи включват вертикална армировка в кухина със заливане, хоризонтални пръти, вмъквани между слоевете, външно армиране и последващо напрягане, но нито един от тях няма установена нормативна процедура за проектиране.

Анизотропията е доказана и съществена. Якостта напречно на слоевете е по-малка от тази в равнината на слоя, а якостта на междусловната връзка зависи от времето между слоевете. Това означава, че резултатът от изпитване на пробно тяло не описва автоматично поведението на стената.

Нормативната рамка не покрива 3D принтирания бетон. Еврокод 2 е писан за отлят и армиран бетон. Одобряването на носеща принтирана стена в момента минава през индивидуална оценка, изпитвания и съгласуване, а не през позоваване на стандарт. За неносещи стени пътят е по-кратък, но не е формализиран.

Повърхностната точност и геометричните допуски са по-широки от тези при кофраж. Свързването с дограма и с готови елементи изисква регулируеми връзки.

Накрая, малките обекти носят непропорционален разход за транспорт, монтаж и настройка на машината.

Concreef в контекст

Concreef печата в нает цех в София на машина Crane WASP с екструдер LDM XXL. Физическият резултат до момента се изчерпва със серия пробни стенни отпечатъци с размер около метър и с продължаващи изпитвания на смеси. Няма изпълнена стена на обект, няма клиентски проекти и няма регистрирано дружество.

Затова запитване за принтирани стени се разглежда като разработка и се обсъжда заедно с проектанта. Преди каквото и да е обещание се уточнява какво може машината при текущата си конфигурация, какво е състоянието на сместа и кой поема отговорността за конструктивното решение и за съгласуването.