but.committee	prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda) dr.inž. Slawomir Czarnecki (člen) Dr. Ena Lloret-Fritschi (člen) prof. Ing. Jiří Kala, Ph.D. (člen) doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)	cs
but.defence	DP splňuje požadavky plynoucí z § 47 Zákona č.111/1998 Sb. Zákona o vysokých školách a o změně a doplnění zákonů a z článku 42 Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně. Obsahuje původní výsledky uveřejněné mj. ve třech článcích v impaktovaném časopise.	cs
but.jazyk	čeština (Czech)
but.program	Stroje a zařízení	cs
but.result	práce byla úspěšně obhájena	cs
dc.contributor.advisor	Koutný, Daniel	cs
dc.contributor.author	Vespalec, Arnošt	cs
dc.contributor.referee	Czarnecki, Sławomir	cs
dc.contributor.referee	Lloret-Fritschi, Ena	cs
dc.date.created	2024	cs
dc.description.abstract	Stavební průmysl v současnosti prochází rychlým rozvojem. To vede k nadměrnému využívání omezených přírodních zdrojů a k vysoké produkci skleníkových plynů (až 39 % celosvětové produkce CO2). V tomto kontextu je jednou z hlavních environmentálních výzev výroba cementových pojiv. Přestože probíhá intenzivní výzkum alternativ k cementu, tradiční stavební materiály nabízejí mnoho nevyužitého potenciálu. Důsledkem situace je transformace tradičního stavebnictví v podobě využití inovativních metod výroby jako je automatizace. Jedná se především o aditivní výrobu, konkrétně 3D tisk ve stavebnictví, označovaný jako 3DCP (3D Construction/ Concrete Print). Dizertační práce zkoumá možnosti využití směsi s hrubým kamenivem pro 3DCP. Tato směs může přinést efektivnější výrobu, úsporu dalších komponent směsi, snížení množství používaného portlandského cementu a následné snížení emisí CO2. Práce zkoumá zpracovatelnost směsi s hrubým kamenivem o velikosti 8 mm a její vliv na parametry tisku. Nalezení optimální kombinaci procesních parametrů směsi pomocí simulačních nástrojů může zlepšit její vystavitelnost, eliminovat potřebu přístupu pokus-omyl a tím rapidně redukovat množství odpadu. Analýza výsledků ukázala, že směs s hrubým kamenivem vykazuje nižší vystavitelnost ve srovnání se směsí bez hrubého kameniva. I když směs s kamenivem nebyla tak rigidní jako směs bez kameniva, hodnoty Youngova modulu jsou srovnatelné s jinými studiemi zabývající se tisknutelným betonem v raném stáří směsi. Vhodné kombinace parametrů procesu 3D tisku byly nalezeny metodou plánovaného experimentu a následně ověřeny simulačním nástrojem Abaqus. Tyto parametry vedou k minimalizaci deformací, vyšší stabilitě a vystavitelnosti tiskové geometrie. Směs s kamenivem tak snižuje potřebu ostatních složek materiálu směsi přibližně o 16 %, redukuje spotřebu cementu a dochází k významnému snížení emisí CO2 – ekvivalent 52 kg na metr krychlový betonu. Tyto faktory v kombinaci s technologií 3D tisku společně podporují udržitelnější přístup k průmyslové výrobě ve stavebnictví. Tato práce přispívá k hlubšímu pochopení chování cementových kompozitů s hrubým kamenivem o velikosti až 8 mm a jeho závislosti na tiskových parametrech. Získané poznatky a výsledky jsou shrnuty ve třech vědeckých článcích publikovaných v impaktovaných časopisech.	cs
dc.description.abstract	Today, the construction industry experiencing a period of rapid development. This is resulting in a massive production of greenhouse gas emissions (39% of global CO2 production) and an overexploitation of scarce natural resources leading to inevitable climate change. In this context, cement binders production represents one of the most significant environmental challenges. Despite extensive research being conducted on alternatives to cement, there remains considerable untapped potential in conventional building materials. The situation has led to a paradigm shift in the conventional construction sector, as inventive manufacturing techniques, including automation, are implemented. This predominantly involves additive manufacturing, particularly 3D printing in the construction industry, commonly referred to as 3DCP (3D Construction/ Concrete Print). The dissertation examines the possibilities of using a mixture with coarse aggregate for 3DCP technology. This mixture has the potential to increase production efficiency and reduce the amount of other components, decreasing Portland cement usage and as a result, CO2. The thesis investigates a workability of a mixture containing 8 mm coarse aggregate and its effect on the printing parameters. Finding the optimal combination of process parameters for a mixture using simulation tools can improve its buildability, eliminate the need for a trial-and-error approach and thus rapidly reduce waste. Analysis of the results demonstrates that the mixture containing coarse aggregate exhibits less buildability than the mixture without coarse aggregate. Although the mix containing coarse aggregate exhibited a lower level of rigidity in comparison to the mix without coarse aggregate, the Young's modulus values obtained are similar to those reported in other research dealing with printable "concrete" at early mixture ages. Further investigation using Design of Experiment (DOE) techniques resulted in a combination of 3D printing process parameters (print footprint dimensions, print speed) that were validated by the simulation software Abaqus. The utilisation of these process parameters has resulted in enhanced print stability, thereby improving the buildability of the printed object, and reducing the occurrence of deformation. The mixture containing coarse aggregate effectively diminishes the requirement for additional mix material components by around 16%, resulting in decreased cement consumption and substantial CO2 emissions (equivalent to 52 kg per cubic metre of concrete). These factors, in conjunction with 3D printing technology in the construction industry, contribute to a sustainable approach to industrial production. This research contributes to a greater comprehension of the behaviour of cementitious composites with coarse aggregate sizes of up to 8 mm and their dependence on printing parameters. The findings and outcomes are summarised in three peer-reviewed scientific articles.	en
dc.description.mark	P	cs
dc.identifier.citation	VESPALEC, A. 3D Construction Printing of Coarse Aggregate Cementitious Composite [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.	cs
dc.identifier.other	154876	cs
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11012/245291
dc.language.iso	cs	cs
dc.publisher	Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství	cs
dc.rights	Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení	cs
dc.subject	3D tisk ve stavebnictví	cs
dc.subject	inverzní charakterizace materiálu	cs
dc.subject	aditivní výroba ve velkém měřítku	cs
dc.subject	Contour Crafting	cs
dc.subject	digitální výroba	cs
dc.subject	cementový materiál	cs
dc.subject	tisk betonu z hrubého kameniva.	cs
dc.subject	Construction 3D print	en
dc.subject	Inverse material characterisation	en
dc.subject	Large-scale additive manufacturing	en
dc.subject	Contour Crafting	en
dc.subject	Digital manufacturing	en
dc.subject	Cementitious material	en
dc.subject	Coarse aggregate concrete printing.	en
dc.title	3D Construction Printing of Coarse Aggregate Cementitious Composite	cs
dc.title.alternative	3D Construction Printing of Coarse Aggregate Cementitious Composite	en
dc.type	Text	cs
dc.type.driver	doctoralThesis	en
dc.type.evskp	dizertační práce	cs
dcterms.dateAccepted	2024-03-21	cs
dcterms.modified	2024-04-04-09:33:44	cs
eprints.affiliatedInstitution.faculty	Fakulta strojního inženýrství	cs
sync.item.dbid	154876	en
sync.item.dbtype	ZP	en
sync.item.insts	2024.04.24 11:46:53	en
sync.item.modts	2024.04.06 05:12:51	en
thesis.discipline	Konstrukční a procesní inženýrství	cs
thesis.grantor	Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. Ústav konstruování	cs
thesis.level	Doktorský	cs
thesis.name	Ph.D.	cs

3D Construction Printing of Coarse Aggregate Cementitious Composite

Files

Original bundle

Collections