Digitalização na construção: impressão 3D de materiais e componentes sustentáveis para a reabilitação ou construção

Abstract

Este trabalho procurou desenvolver formulações de argamassas adequadas para impressão 3D baseada em extrusão, com foco na produção de soluções não estruturais para projetos de reabilitação. Este estudo visou examinar as propriedades no estado fresco e endurecido e explorar vários aspetos do processamento da mistura, incluindo os tipos de aditivos e respetivas dosagens. Partindo-se de pastas cimentícias, foram examinados os efeitos da substituição de cimento por resíduos de rocha ornamental em intervalos de 10% em massa até à percentagem de substituição máxima de 40% em massa. A viscosidade plástica, tensão de cedência, espalhamento e tempo de presa foram usados para avaliar o comportamento das misturas. Os resultados experimentais mostraram que a substituição de cimento por resíduos de rocha ornamental aumentou a tensão de cedência e viscosidade das misturas tendo um impacto reduzido no espalhamento e tempos de presa. Sendo expectáveis melhorias na extrudabilidade e construtibilidade com a incorporação de resíduos de rocha ornamentais, formulações otimizadas de argamassas cimentícias foram desenvolvidas para a impressão. Amostras moldadas e impressas foram produzidas com diferentes dosagens de resíduos de rochas ornamentais e caracterizados através de ensaios físico-mecânicos, incluindo a determinação da densidade no estado fresco e densidade aparente, porosidade aberta e absorção de água, e resistência à compressão e flexão. Por fim, a extrudabilidade e construtibilidade das formulações foi avaliada para determinação do teor de resíduos de rocha ornamental ótimo sem comprometer a estabilidade dos elementos impressos.

This work aimed to develop pastes and mortar formulations suitable for extrusion-based 3D printing, with focus on producing non-structural solutions for rehabilitation projects. This study sought to examine the fresh and hardened state properties of pastes and mortar containing ornamental stone waste, and to explore various aspects of mixture processing, including the types of additives and their respective dosages. Starting with cementitious pastes, the effects of replacing cement with ornamental stone waste at intervals of 10% by mass up to a maximum replacement percentage of 40% by mass have been examined. Plastic viscosity, yield stress, spread on table and setting time have been determined and used to evaluate the behaviour of the mixtures. The experimental results showed that replacing cement with ornamental stone waste increased the yield stress and the plastic viscosity of the mixtures, with a reduced impact on spread value and setting times. Therefore, ornamental stone waste was expected to deliver improvements in the extrudability, and constructability of the mixtures and optimized formulations of cementitious mortars were developed for printing. Casted and printed specimens were produced with different contents of ornamental stone waste and characterized through physical-mechanical tests, including the determination of density in the fresh state and bulk apparent density, open porosity, water absorption, and compressive and flexural strength. Finally, the extrudability and constructability of the formulations were evaluated to determine the optimal content of ornamental rock waste without compromising the stability of the printed elements.