3D betonnyomtatás – anyagszerkezeti tulajdonságok / 3D Printed Concrete - Material Aspects

Elsődleges fülek

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
22/36
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
balazs.gyorgy@epito.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
A 3D betonnyomtatás (3D CP) egy olyan beton előállítási forma, amikor szerkezeti elemeket vagy akár teljes szerkezetet állítunk elő a technológiából eredő, új megoldások révén, amik a hagyományos technolódiákkal nem, vagy csak korlátozottan voltak előállíthatóak. A betonnyomtatás során a betont extrudált formában juttatjuk a beprogramozott helyre egy adagolófejen keresztül, és hozzuk létre a szerkezeti elemet, egymás fölötti rétegeket képezve, anélkül, hogy zsaluzatot vagy vibrálást használnánk. 
A 3D betonnyomtatás alkalmazása a szerkezetépítésben olyan technológiát jelent, ami ugrásszerű fejlődést jelenthet a hagyományos építés technológiákhoz képest. A 3D betonnyomtatás technológiáját kiemelkedő figyelem kíséri az egyedi jellegzetességei miatt, mint például: szerkezetépítés zsaluzat alkalmazása nélkül, csökkentet munkaerő igény, minimális anyagveszteség és jelentős nyomtatási elemszám. 3D betonnyomtatás teljesen kiváltja a zsaluzási költséget, és jelentősen csökkentheti a fizikai munkaerő ráfordítást valamint az anyagveszteséget az építés helyszínén. Továbbá, a produktivitás növekedése valamint az építési idő csökkenése miatt potenciális lehetőséget jelent az építési költség csökkenésre. A technológia által fölkínált szabadság ösztökélheti a mérnököket és építészeket esztétikus megjelenésű és komplex alakú beton elemek készítésére.
Feladataink közé tartoznak a mechanikai-fizikai-kémiai tulajdonságok meghatározása a 3D nyomtatott beton gyárthatósága és szerkezeti elemben való alkalmazhatósága érdekében. Olyan keverékek kidolgozása szükséges, amelyek ki tudják elégíteni a 3D betonnyomtatás speciális követelményeit. Széleskörű anyagtani vizsgálatok szükségesek nem csak az anyagtulajdonságok meghatározására, hanem a réteges elhelyezésből származó, ortotróp viselkedés következményinek figyelembevételére. Jelen PhD értekezés a következő irányokban szándékozik tézis értékű megállapításokat tenni:
T1. A 3D nyomtatott beton reológiai tulajdonságai
T2. A 3D nyomtatott beton ortotrópiája, és annak hatása az elem viselkedésére
T3. Betétek alkalmazhatósága 3D nyomtatási technológiával készülő beton elemben
T4. A 3D nyomtatott beton modellezése.
 
***
3D concrete printing (3D CP) is a form of additive manufacturing used to fabricate buildings or construction components in completely new shapes not previously possible with traditional technologies. Concrete is extruded, using this new technology, through a nozzle to build structural components layer-by-layer without the use of formwork or any subsequent vibration. 
The application of 3D concrete printing technology in construction is considered a new period for the industry due to its potential to disrupt conventional construction practices. It is receiving enormous recognition due to its unique characteristics, such as construction without the use of formwork, reduced human involvement, minimum material wastage, and mass customization. This technology completely saves the formwork costs, and may reduce the labour cost, and decrease the wastage of construction materials at the site considerably. Additionally, due to an increase in productivity at the construction site and a reduction in the construction time, it has the potential to further reduce construction costs. Its promised freedom of design can enable architects and engineers to manufacture complex shapes and aesthetically appealing concrete elements and facades.
At present, the research is directed to determine the mechanical-physical-chemical behaviour of 3D printed concrete in order to be able to apply in structural elements. The purpose of mix design is to meet the special requirements of 3D printed concrete. Several tests with a material science aspect are needed not only for the determine the material properties but also to analyse ortotropic bahaviour due to the production in layers. Present PhD research intends to have the emphases on these, and the following New Scientific Results are planned: 
NSR 1: Rheology of 3D printed concrete
NSR 2: Orthotropty of 3D printed concrete and its effect on the mechanical behaviour in a different directions
NSR 3: Possibility of incorporation reinforcements with printable concrete
NSR 4: Modeling of 3D printed concrete
A téma meghatározó irodalma: 
1. Perrot, A. (Ed), „3D Printing of Concrete – State of the Art and Challenges of the Digital Construction Revlution”, Wiley 2019
2. Wangler, T., Flatt, R. (Eds.), „First RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication – Digital Concrete 2018”, Springer Vol 19, 2019
3. Bos, F.P., Lucas, S.S., Wolfs, R.J., Salet, Th.A.M. (Eds.), „Second RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication – Digital Concrete 2020”, Springer Vol 28, 2020
4. Taylor Marchment et al., Method of enhancing interlayer bond strength in construction scale 3D printing with mortar by effective bond area amplification, Materials and Design 169 (2019) 107684.
5. Binrong Zhu et al., Development of 3D printable engineered cementitious composites with ultra-high tensile ductility for digital construction, Materials and Design 181 (2019) 108088.
6. Li Wang et al., Interlayer bonding improvement of 3D printed concrete with polymer modified mortar: Experiments and molecular dynamics studies, Cement and Concrete Composites 110 (2020) 103571.
7. Olena Shkundalova et al.; Testing 3D printed reinforced concrete beams; 6th fib International Congress 2022, Held in Oslo, Norway.
8. Chen Y. et al., Improving printability of limestone-calcined clay-based cementitious materials by using viscosity-modifying admixture, Cement and Concrete Research 132 (2020) 106040.
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
1. Construction and Building Materials
2. Magazin of Concrete Research
3. Structural Concrete 
4. Cement and Concrete Research
5. Cement and Concrete Composites 
6. Composite Structures
7. Materials and Design
8. Concrete Structures
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. Balázs, G. L., et al. “Design for SLS according to fib Model Code 2010”, Structural Concrete J., Vol. 14, June 2013, pp. 99-123. E&S Wiley ISSN 1751-7648, DOI: 10.1002/suco.201200042; Q2 0.746, IF 0.857, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/suco.201200060/pdf
2. Balázs, L. G., Lublóy, É., Földes, T., “Evaluation of Concrete Elements Based on X-ray Computed Tomography”, ASCE's Journal of Materials in Civil Engineering, 30(9), 2018, Technical Note, Ms. No. MTENG-6788R2; DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002389, ISSN 0899-1561., pp. 1-9. IF 2,29     Q1
3. Balázs, G. L., Czoboly, O., Lublóy, É., Kapitány, K., Barsi, Á., „Observation of steel fibres in concrete with Computed Tomography”, J Construction and Building Materials, Recieved: 22 Oct 2016, Receieved in revised form: 30 Jan 2017, Accepted: 22 Febr 2017, Available online: 6 March 2017, pp. 534-541, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.114, IF: 2.421, SCImago Q1
4. Solyom, S, Di Benedetti, M. Guadagnini, M, Balázs, G.L. „Effect of temperature on the bond behaviour of GFRP bars in concrete”, J. Composites Part B, 10 p, online puplished version 2019,  https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107602 , IF 6.864
5. Bilotta, A., Ceroni, F., Joaquim A. O. Barros, J.A.O., Costa, I., Palmieri, A., Szabó, K.Zs., Nigro, E., Matthys, S., Balázs, G. L., Pecce, M.: “Bond of NSM FRP-Strengthened Concrete: Round Robin Test Initiative” ASCE Journal of Composites for Construction, June 2015, DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000579, Q1: 1.957, IF: 2.48
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. Balázs, G. L., Czoboly, O., Lublóy, É., Kapitány, K., Barsi, Á., „Observation of steel fibres in concrete with Computed Tomography”, J. Construction and Building Materials, Recivede: 22 Oct 2016, Receieved in revised form: 30 Jan 2017, Accepted: 22 Febr 2017, Available online: 6 March 2017, pp. 534-541, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.114, IF 2.421, SCImago Q1
2. Lublóy, É., Balázs, G.L., Kapitány, K., Barsi, Á., „CT analysis of core samples from fire-damaged concrete structures”, J. Magazine of Concrete Research, http://dx.doi.org/10.1680/jmacr.16.00490, IF 1.277, DOI 10.1680/jmacr.16.00490
3. Naser, A., Balázs, G.L, „Effect of steel fibres on concrete at different temperatures in terms of shear failure”, J. Magazin of Concrete Research MACR-D-19-00479R4, IF 2.08
4. Czoboly, O., Balázs G. L., “Are fibres sensitive for mixing?”, Structural Concrete Journal, Vol 18, 2017/1, pp. 19-28. DOI 10.1002suco.201600039, Received: 27 February 2016, Revised: 4 May 2016, Accepted: 4 June 2016, ISSN1464-4177, IF 1.424
5. Walraven, J., Balázs, G. L., “fib Model Code for Concrete Structures 2010: a landmark in an ongoing development”, Structural Concrete Journal  Vol. 14, March 2013, pp. 1-2., E&S Wiley ISSN 1751-7648,  DOI: 10.1002/suco.201390005, Q2 0.746, IF 0.857
Megjegyzés: 
3D betonnyomtatás bevezetése az egyetemi képzésbe és első konferencia Magyarországon
A 3D betonnyomtatás megnyitója a BME-n Rektori Vezető Értekezlet keretében 2022. szept. 26-án. A lehetőséget a VKE 2018-1-3-1_0003 “Korszerű betonelemek anyagtudományi fejlesztése” (2019. ápr. 1 – 2022. szept. 30.) biztosította (BME témavezető: Balázs György László). BME honlap: https://www.bme.hu/hirek/20220927/Az_elso_magyar_egyetemi_3D_betonnyomta... MMK honlap: http://bpmk.hu/index.php/component/k2/item/1389-3d-betonnyomtatas-a-bme-...
Magyarország első 3D betonnyomtatás konferenciáját szervezte 2021. nov. 18-án a BME Dísztermében: „3D Betonnyomtatás – az automatizálás és digitalizálás egyik jövőbeli eszköze; 3D Concrete printing – as a major tool of future automation and digitalization” címmel (a konferenciának külföldi előadói is voltak). 

A témavezető eddigi doktoranduszai

Czoboly Olivér Attila (2014/2016/2017)
Schaul Péter (2016//)
Sólyom Sándor (2015/2018/2021)
Balogh Tamás (2010//)
Mezei Sándor (2008//)
Fehérvári Sándor (2006/2009/2009)
Alimrani Naser (2017/2020/2021)
Státusz: 
elfogadott