Published since 1923
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • TECHNOLOGY AND ORGANIZATION OF CONSTRUCTION
  • Additive Construction Production: Features Of The Technology Application
  • UDC 69.001.5
    doi: 10.33622/0869-7019.2023.07.70-78
    Aleksey O. ADAMTSEVICH, adamtsevichao@mgsu.ru
    Andrey P. PUSTOVGAR, pustovgarap@mgsu.ru
    Liubov A. ADAMTSEVICH, adamtsevichla@mgsu.ru
    Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Yaroslavskoe shosse, 26, Moscow 129337, Russian Federation
    Abstract. Additive construction manufacturing or construction 3D printing - is a promising technology for the construction of buildings and structures, which, if properly applied, provides the potential to reduce the production time of construction and installation works, reduces the cost and material consumption of construction, and also reduces the need for labor on the construction site. A common type of use of additive technologies is the printing of permanent formwork based on fine-grained building mixes and mineral binders. Such a formwork is subsequently filled with a heavy concrete mixture (in the case of load-bearing structures), or heat-insulating concrete, as well as bulk materials with low density (in the case of enclosing structures). This article examines the international experience and features of the practical application of fixed formwork made by additive construction production technology, and also examines the issues of regulatory and technical support for the application of this approach in construction on the territory of the Russian Federation.
    Keywords: additive construction production, 3D printing, additive technologies, construction automation, materials for additive construction production, fixed formwork, concrete
  • REFERENCES
    1. Wangler T., Roussel N., Bos F. P. et al. Digital concrete: a review [Цифровой бетон: обзор]. Cement and Concrete Research, 2019, vol. 123, p. 105780.
    2. Lu B., Weng Y., Li M. et al. A systematical review of 3D printable cementitious materials [Систематический обзор цементосодержащих материалов для 3D-печати]. Construction and Building Materials, 2019, vol. 207, pp. 477-490.
    3. Hou S., Duan Z., Xiao J. et al. A review of 3D printed concrete: Performance requirements, testing measurements and mix design [Обзор напечатанного 3D бетона: требования к эксплуатации, тестовые измерения и состав смеси]. Construction and Building Materials, 2021, vol. 273, p. 121745.
    4. Pustovgar A. Р., Adamtsevich A. О., Volkov A. А. Technology and organization of additive construction. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo, 2018, no. 9, pp. 12-20. (In Russ.).
    5. Jipa A., Dillenburger B. 3D printed formwork for concrete: state-of-the-art, opportunities, challenges, and applications [3D-печатная опалубка для бетона: современное состояние вопроса, возможности, вызовы и применение]. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2022, no. 9(2), pp. 84-107. doi: 10.1089/3dp.2021.0024
    6. Wangler T., Lloret E., Reiter L. et al. Digital concrete: opportunities and challenges [Цифровой бетон: возможности и вызовы]. RILEM Tech Lett, 2016, no. 1, p. 67.
    7. Buswell R., da Silva W., Bos F. et al. A process classification framework for defining and describing digital fabrication with concrete [Структура классификации процессов для определения и описания цифрового производства с использованием бетона]. Cement and Concrete Research, 2020, vol. 134, p. 106068.
    8. Delgado Camacho D., Clayton P., O'Brien W. et al. Applications of additive manufacturing in the construction industry - a forward-looking review [Применение аддитивного производства в строительной отрасли - перспективный обзор]. Automatisation in Constraction, 2018, vol. 89, pp. 110-119.
    9. Monsi C., Kim T., Prater T. et al. NASA Centennial Challenge: 3D-Printed Habitat [Столетний вызов НАСА: среда обитания, напечатанная на 3D-принтере]. AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition, 2017. doi: 10.2514/6.2017-5279
    10. Steven S., Jagoda J., Hoisington A. et al. A systematic review and analysis of the viability of 3D-printed construction in remote environments [Систематический обзор и анализ жизнеспособности 3D-печатных конструкций в удаленных условиях]. Automation in Construction, 2021, vol. 125, p. 103642.
    11. Khoshnevis B., Dutton R. Innovative rapid prototyping process makes large sized, smooth surfaced complex shapes in a wide variety of materials [Инновационный процесс быстрого прототипирования, позволяющий создавать сложные формы больших размеров с гладкой поверхностью из разных материалов]. Material Technology, 1998, vol. 13, pp. 53-56.
    12. Patent HK1096345A1. Robotic systems for automated construction [Роботизированные комплексы для автоматизированного строительства]. Khoshnevis B. University of Southern California, 2005, 47 p.
    13. Burger J., Lloret-Fritschi E. et al. Eggshell: ultra-thin three-dimensional printed formwork for concrete structures [Яичная скорлупа: ультратонкая трехмерная печатная опалубка для бетонных конструкций]. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2020, no. 7(2), pp. 48-59.
    14. Rehman A.U., Kim J.-H. 3D concrete printing: a systematic review of rheology, mix designs, mechanical, microstructural, and durability characteristics [3D строительная печать: систематический обзор реологии, составов смесей, механических, микроструктурных и прочностных характеристик]. Materials, 2021, vol. 14, p. 3800.
    15. Babafemi A., Kolawole J., Miah M. et al. A concise review on interlayer bond strength in 3D concrete printing [Краткий обзор прочности межслойной связи при 3D-печати бетона]. Sustainability, 2021, vol. 13, p. 7137.
    16. Yi W., Ming Y., Ming J. Effect of printing parameters in 3D concrete printing: printing region and support structures [Влияние параметров на 3D-печать бетоном: область применения и опорные конструкции]. Journal of Materials Processing Technology, 2019, vol. 271, pp. 261-270.
    17. Zhu B., Nematollahi B., Pan J. et al. 3D concrete printing of permanent formwork for concrete column construction [3D-печать бетона несъемной опалубки для строительства бетонных колонн]. Cement and Concrete Composites, 2021, vol. 121, p. 104039.
    18. De Schutter G., Lesage K. et al. Vision of 3D printing with concrete - technical, economic and environmental potentials [Видение 3D-печати бетоном - технические, экономические и экологические возможности]. Cement and Concrete Research, 2018, vol. 112, pp. 25-36.
    19. Garcнa de Soto B., Agustн-Jua I., Hunhevicz J. et al. Productivity of digital fabrication in construction: cost and time analysis of a robotically built wall [Производительность цифрового производства в строительстве: анализ стоимости и времени возведения стены роботами]. Automation in Construction, 2018, vol. 92, pp. 297-311.
    20. Weng Y., Li M. et al. Comparative economic, environmental and productivity assessment of a concrete bathroom unit fabricated through 3D printing and a precast approach [Сравнительная экономическая, экологическая и продуктивная оценка бетонного санузла, изготовленного с помощью 3D-печати и сборного железобетона]. Journal of Cleaner Production, 2020, vol. 261, p. 121245.
    21. Kanagasundaram S., Karihaloo B. L. Minimum-cost design of reinforced concrete structures [Минимально затратное проектирование железобетонных конструкций]. Computers and Structures, 1991, vol. 41, iss. 6, pp. 1357-1364.
    22. Nematollahi B., Xia M., Sanjayan J. Current progress of 3D concrete printing technologies [Развитие технологий 3D-печати на бетоне]. Proc. of the 34rd ISARC, Taipei, Taiwan, 2017, pp. 260-267.
    23. Wang L., Yang Y., Yao L. et al. Interfacial bonding properties of 3D printed permanent formwork with the post-casted concrete [Свойства межфазного сцепления несъемной опалубки, напечатанной на 3D-принтере, с бетоном после заливки]. Cement and Concrete Composites, 2022, vol. 128, p. 104457.
    24. Wang Z. L., Li G. D. Shrinkage of new concrete restrained by old concrete based on interface roughness [Усадка нового бетона, сдерживаемая старым бетоном, в зависимости от шероховатости поверхности раздела]. Applied Mechanical Materials, 2013, vol. 291-294, pp. 1168-1171.
    25. Orta L., Bartlett F. M. Free shrinkage strains in concrete overlays [Свободные усадочные деформации в бетонных перекрытиях]. ACI Material Journal, 2014, vol. 111(3), pp. 263-271.
    26. Orta L., Bartlett F. M. Stresses due to restrained shrinkage in concrete deck overlays [Напряжения из-за ограниченной усадки в бетонных перекрытий]. ACI Material Journal, 2014, vol. 111(6), pp. 701-710.
    27. Fan J. C., Wu L. L., Zhang B. Influence of old concrete age, interface roughness and freeze-thawing attack on new-to-old concrete structure [Влияние возраста старого бетона, шероховатости поверхности раздела и воздействия замораживания-оттаивания на структуру нового бетона по отношению к старому]. Materials, 2021, vol. 14(5), pp. 1057-1057.
    28. Qian Y., Zhang D., Ueda T. Tensile bond between substrate concrete and normal repairing mortar under freeze-thaw cycles [Связь при растяжении между бетонным основанием и обычным ремонтным раствором при циклах замораживания-оттаивания]. Damage monitoring and repair, 2014. doi: 10.5703/1288284315427
    29. Zhu H., Fan J., Yi C. et al. Characterization of freeze-thaw resistance of new-to-old concrete based on the ultrasonic pulse velocity method [Характеристика морозостойкости нового и старого бетона на основе метода скорости ультразвукового импульса]. Journal of Testing and Evaluation, 2021, vol. 49, pp. 270-283.
    30. Muсoz M., Harris D., Ahlborn T. et al. Froster Bond performance between ultrahigh-performance concrete and normal-strength concrete [Укрепление сцепления между бетоном со сверхвысокими характеристиками и бетоном с нормальной прочностью]. Journal of Material Civil Engineering, 2013, vol. 26(8), p. 01522860.
    31. Bentz D., De la Varga I. et. al. Influence of substrate moisture state and roughness on interface microstructure and bond strength: slant shear vs. pull-off testing [Влияние влажности и шероховатости на микроструктуру и прочность границы сцепления: испытание на срез и на отрыв]. Cement and Concrete Composites, 2018, vol. 87, pp. 63-72.
    32. Gadri K., Guettala A. Evaluation of bond strength between sand concrete as new repair material and ordinary concrete substrate (The surface roughness effect) [Оценка прочности сцепления между песчаным бетоном в качестве нового ремонтного материала и обычным бетонным основанием (эффект шероховатости поверхности)]. Construction Building Materials, 2017, vol. 157, pp. 1133-1144.
    33. Valikhnai A., Jahromi A., Mantawy I. et al. Experimental evaluation of concrete-to-UHPC bond strength with correlation to surface roughness for repair application [Экспериментальная оценка прочности сцепления бетона в зависимости от шероховатости поверхности для ремонта]. Construction Building Materials, 2019, vol. 238, p. 117753.
    34. Sabah S., Hassan M., Bunnori N. et al. Bond strength of the interface between normal concrete substrate and GUSMRC repair material overlay [Прочность сцепления на границе между обычным бетонным основанием и верхним слоем ремонтного материала]. Construction Building Materials, 2019, vol. 216, pp. 261-271.
    35. Chen Y., Zhang W. et. al. 3D Printed concrete with coarse aggregates: built'in'stirrup permanent concrete formwork for reinforced columns [3D бетонная печать с крупными заполнителями: встроенная несъемная бетонная опалубка для армированных колонн]. Journal of Building Engineering, 2023, vol. 70, p. 106362.
  • For citation: Adamtsevich A. O., Pustovgar A. P., Adamtsevich L. A. Additive Construction Production: Features of the Technology Application. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2023, no. 7, pp. 70-78. (In Russ.). doi: 10.33622/0869-7019.2023.07.70-78

BACK