Балки из PLA, напечатанные на 3D-принтере в Университете Шарджи (ОАЭ), достигают 80% прочности сталеармированных балок

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Университета Шарджи (University of Sharjah) испытала 30 небольших цементно-песчаных балок, армированных напечатанными на 3D-принтере профилями из полимолочной кислоты (PLA), и установила, что геометрия поверхности является основным фактором, влияющим на конструкционные характеристики.

Исследование, опубликованное в журнале «Construction and Building Materials», сравнивало круглые стержни с плоскими пластинами, прямые профили с волнистыми, зубчатыми и треугольными вариантами. Наилучшие конструкционные характеристики показала треугольная волнистая PLA-пластина, чья прочность на изгиб достигла почти 80% от прочности традиционных сталеармированных балок при сопоставимой пластичности, проявляя изгиб, а не разрушение под нагрузкой.

Работу возглавил доктор Мухаммад Талха Джунаид, доцент кафедры гражданского и экологического строительства Университета Шарджи. Исследовательская группа испытывала балки по трехточечной схеме, используя FDM-принтеры для изготовления армирующих профилей. Плоские пластины значительно превзошли круглые стержни, выдерживая примерно вдвое большую пиковую нагрузку и поглощая примерно в пять раз больше энергии до разрушения, несмотря на использование того же материала.

Причина различий в характеристиках сводится к поведению сцепления. Зубчатые формы, подобно зубам, внедряющимся в бетон, предотвращают скольжение; в то время как гладкие профили имеют минимальное механическое зацепление с окружающей матрицей, что приводит к легкому скольжению армирующего элемента под нагрузкой.

Исследование углубляется в распространенную конструкционную проблему: как только влага и ионы хлора проникают в бетонную матрицу, стальная арматура начинает корродировать, что приводит к расширению стали, растрескиванию окружающего бетона и, в конечном итоге, к нарушению целостности конструкции. Такие эффекты наиболее заметны в морской среде, прибрежных зданиях и инфраструктуре, подверженной воздействию дорожных антиобледенительных солей.

Неметаллические альтернативы армированию, включая стержни из стекло- и углепластика, уже коммерчески используются в коррозионно-опасных применениях, но их стоимость значительно выше, чем у стали. PLA является одним из наиболее широко доступных и дешевых материалов для FDM-печати. Команда из Шарджи использовала подход с печатью нестандартных профилей по требованию, а не прокатку стандартных стержней, что отличает данное исследование от существующих композитных продуктов.

Исследование переопределяет задачу проектирования с выбора материала на оптимизацию профиля. Строительная отрасль движется в сторону аддитивных методов производства для сокращения отходов материала и изготовления сложных геометрий по требованию, и печатаемое конструкционное армирование соответствует этой тенденции. Однако такие вопросы, как длительная ползучесть, термические характеристики и поведение под постоянной растягивающей нагрузкой, еще предстоит изучить.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com