Учёный НИУ МГСУ: 3D-печать бетоном позволит сэкономить до 90% стоимости строительства

Технология аддитивного строительного производства или строительной 3D-печати бетоном стремительно меняет строительную индустрию. Ведущий учёный НИУ МГСУ директор НИИ строительных материалов и технологий Алексей Адамцевич уверен, что это направление открывает новые возможности для автоматизации строительства, значительно сокращая затраты на возведение зданий и сооружений. Новейшие разработки в области материалов и методов укладки бетона позволяют экономить до 90% от стоимости строительных конструкций, приспосабливая их к различным климатическим условиям эксплуатации.

Аддитивное строительное производства с использованием бетона в качестве материала для 3D-печати, по словам Алексея Адамцевича, одного из ведущих исследователей НИУ МГСУ, способно произвести технологическую революцию в строительной индустрии. «На сегодняшний день строительная отрасль по всему миру сталкивается с проблемой нехватки рабочих кадров. Только в России для реализации всех амбициозных планов инфраструктурного развития, по разным оценкам, не хватает уже до 3 млн. строителей. Решать эту проблему целесообразно не количественно, а качественно – поэтому в сентябре 2024 года зампредом Правительства РФ Маратом Хуснуллинным была сформулирована цель повысить производительность труда в строительстве на 22% к 2030 году. Цель амбициозная, так как средние темпы роста производительности труда в строительной отрасли развитых стран в течение 100 прошлых лет не превышали 0,1% г/г, а в последние годы этот показатель и вовсе снижается во многих странах, включая Россию. Но, как показывает опыт других отраслей, достичь высоких темпов роста производительности труда можно за счет автоматизации трудоемких производственных процессов. Аддитивное строительное производство имеет все шансы стать тем самым драйвером, который жизненно необходим нашей отрасли», — рассказывает Алексей Адамцевич. Помимо прочего, по его словам, технология 3D-печати бетоном позволяет исключить использование традиционной опалубки и минимизировать трудозатраты. Только за счет отказа от использования инвентарной опалубки и необходимости выполнения опалубочных работ при возведении вертикальных бетонных конструкций – их стоимость может сократиться до 50%, а в некоторых случаях – даже до 90%.

В НИУ МГСУ ведутся исследования, направленные на создание новых бетонов, обладающих тиксотропными свойствами, что позволяет материалу сохранять форму без опалубки. «Мы разрабатываем такие материалы для аддитивного строительного производства, которые легко прокачиваются, но при этом даже в подвижном состоянии до начала схватывания обеспечивают хорошую способность к наращиванию и сохраняемость формы напечатанной конструкции высотой порядка метра. Это позволяет значительно ускорить процесс печати вертикальных конструкций и обеспечить стабильный уровень качества без возникновения дефектов, снижающих долговечность», — поясняет учёный.

Особенно эффективным применение 3D-печати бетоном становится в сфере малоэтажного и частного домостроения. «Сейчас технология дает наибольший экономический эффект в строительстве индивидуальных жилых домов (ИЖС), а также небольших общественных и административных зданий. Для малоэтажных объектов стоимость возведения вертикальных конструкций составляет значительную долю сметной стоимости проекта, в связи с чем, автоматизация этого процесса способна значительно снизить стоимость его реализации», — утверждает Алексей Адамцевич.

В рамках программы «Приоритет-2030» учёные НИУ МГСУ продолжают изучать механические и физические свойства материалов, получаемых методом послойной укладки бетона экструзионным методом. Одной из задач является исследование адгезионных свойств между напечатанными слоями в конструкции – особенно в тех местах, где процесс печати останавливается. «Наши исследования направлены на устранение проблем, связанных с так называемыми холодными швами, которые образуются при остановке печати или в случае недостаточно оптимального выбора производителем работ соотношения сроков схватывания материала к длине печатного контура. Мы ищем способы улучшения межслоевой адгезии, сокращения анизотропии свойств и повышения долговечности напечатанных конструкций», — добавляет Алексей Адамцевич.

Также в лабораториях НИУ МГСУ ведутся разработки и испытания новых видов материалов и добавок, которые могут использоваться в строительной 3D-печати. «Мы разрабатываем специальные противоусадочные добавки, а также легкие бетоны, которые хорошо наращиваются и обладают высокими теплотехническими свойствами. Это открывает перспективы для создания прочных, долговечных и одновременно энергоэффективных конструкций», — говорит учёный.

По оценкам экспертов, внедрение технологии 3D-печати бетоном может существенно изменить подходы к строительству в различных регионах России уже в ближайшем будущем. Например, в настоящее время Россия входит в группу стран – лидеров по темпам внедрения технологий информационного моделирования ТИМ или BIM (Building information modeling) на разных этапах жизненного цикла строительных объектов. Внедрение ТИМ на стадии строительства, в силу объективных причин, затруднено из-за высокой доли ручного труда и влияния «человеческого фактора» на сохранение релевантности информационной модели реально возводимому объекту. По причине того, что строительной 3D-принтера изначально не способен напечатать что-то, что не заложено в информационную модель – возникает хороший синергетический эффект развития двух технологий, при котором информационная модель объекта на этапе проектирования будет сохранять свою актуальность и на стадии эксплуатации, отмечает Алексей Адамцевич.

Сегодня учёные НИУ МГСУ совместно с представителями отрасли работают над созданием стандартов и нормативов для применения 3D-печати в строительстве. Это позволит не только внедрить технологию в широкую практику, но и ускорить развитие новых строительных решений в России.