Experimental investigation of concrete beams under bending, manufactured with 3D additive printing technology

openaccess, Vol. 639 (11) 2025 / piątek, 21 listopada, 2025

Badania doświadczalne zginanych belek betonowych wytworzonych techniką przyrostowego druku 3D

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.11.01

citation/cytuj: Korol E., Jenta A., Chaudhari O. A., Wójcik M. Experimental investigation of concrete beams under bending, manufactured with 3D additive printing technology. Materiały Budowlane. 2025. Volume 639. Issue 11. Pages 1-8. DOI: 10.15199/33.2025.11.01

The article presents results of experimental research performed on concrete beams under bending, manufactured using additive 3D printing method. The aim of the research was to determine the nominal flexural strength affected by varying: layer orientation, geometry of a single layer and beam size. The results showed that the strength of beams with layers perpendicular to the load direction is several times higher than those with parallel layers, and significantly lower when the beam dimensions increase.

Artykuł przedstawia wyniki badań doświadczalnych przeprowadzonych na belkach betonowych, wytworzonych przyrostową metodą druku 3D. Celem badań było określenie wytrzymałości nominalnej na zginanie, będącej pod wpływem zmiennych: układu warstw; geometrii pojedynczej warstwy oraz wielkości belki. Wyniki badań wykazały, że nośność belek z warstwami prostopadłymi do kierunku obciążenia jest wielokrotnie większa niż z warstwami równoległymi oraz znacznie mniejsza, gdy wymiary belki wzrastają.
concrete; 3D printing; strain localization; size effect; additive manufacturing.

beton; druk 3D; lokalizacja odkształceń; efekt skali; metoda przyrostowa.
  1. Kodama H.Automatic method for fabricating a three – dimensional plastic model with photo- hardening polymer Rev Sci Instrum. 1981, https://doi.org/10.1063/1.1136492.
  2. Santosh KP, Salil D. Comprehensive Review of Additive Manufacturing (3D Printing): Processes, Applications and Future Potential, American Journal of Applied Sciences. 2019. DOI: 10.3844/ajassp.2019.244.272.
  3. Helena D. Druk 3Dwbudownictwie.Napędy i sterowanie. 2020; 12: 41 – 47.
  4. Bos FP, Wolfs RJM, Ahmed ZY, Salet TAM. Additivemanufacturing of concrete in construction: potentials and challenges of 3D concrete printing. Virtual and Physical Prototyping. 2016;http://dx.doi.org/10.1080/17452759.2016.1209867.
  5.  De Schutter G, Lesage K, MechtcherineV, NerellaVN, Habert G,Agustí- Juan I. Vision of 3D printing with concrete – Technical, economic and environmental potentials, Cement and Concrete Research. 2016; https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.06.001.
  6. Bazli M, Ashrafi H, Rajabipour A, Kutay C. 3D printing for remote housing: Benefits and challenges, Automation in Construction, vol. 148, art. no. 104772,: https://doi.org/10.1016/j.autcon. 2023.104772.
  7.  Le TT, Austin SA, Lim S, Buswell RA, GibbAGF, Thorpe T. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete. Materials and Structures. 2012, https://doi. org/10.1617/s11527-012-9828-z.
  8.  Buswell RA, Leal de Silva WR, Jones SZ, Dirrenberger J. 3D printing using concrete extrusion:Aroadmap for research, Cement and Concrete Research. 2018; https://doi.org/10.1016/j. cemconres.2018.05.006.
  9. Riaz RD, UsmanM, AliA, Majid U, Faizan M, Malik UJ. Inclusive characterization of 3D printed concrete (3DPC) in additive manufacturing: A detailed review, Construction and Building Materials. 2023; https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat. 2023.132229.
  10. Singh A, Liu Q, Xiao J, Lyu Q. Mechanical and macrostructural properties of 3D printed concrete dosed with steel fibers under different loading direction. Construction and Building Materials. 2022; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2022.126616.
  11.  Ding T, Xiao J, Zou S, Zhou X. Anisotropic behavior in bending of 3D printed concrete reinforced with fibers, Composite Structures. 2020; https://doi.org/10.1016/j.compstruct. 2020.112808.
  12.  Zhou W, Zhang Y, Ma L, Li VC. Influence of printing parameters on 3D printing engineered cementitious composites (3DP-ECC), Cement and Concrete Composites. 2022, https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp. 2022.104562.
  13.  Huang X, Jang W, Song F, Zou J. Study on the mechanical properties of 3D printing concrete layers and the mechanism of influence of printing parameters. Construction and Building Materials. 2022; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127496.
  14.  Hoffmann M, Skibicki S, Pankratow P, Zielinski A, Pajor M, TechmanM. Automation in the Construction of a 3D-Printed ConcreteWall with the Use of a Lintel Gripper, Materials.2020; doi: 10.3390/ma13081800.
  15.  Kaszyńska M, Skibicki S, Hoffman M. 3D Concrete Printing for Sustainable Construction, Energies. 2020. DOI: 10.3390/en13236351.
  16.  Freek B et al., RILEMTC 304-ADC ILS-mech Study Plan, Tum. 2023, https://doi. org/10.14459/2023mp1705940.
  17.  Korol E, Tejchman J, Mróz Z. FE investigations of the effect of fluctuating local tensile strength on coupled energetic–statistical size effect in concrete beams. Engineering Structures. 2015; https://doi.org/10.1016/j.engstruct. 2013.10.012.
  18.  Korol E, Tejchman J, Mróz Z. Experimental and numerical assessment of size effect in geometrically similar slender concrete beams with basalt reinforcement. Engineering Structures. 2017; https://doi.org/10.1016/j.engstruct. 2017.03.011.
  19.  Bažant ZP, Planas J. Fracture and Size Effect in Concrete and Other Quasi-Brittle Materials. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 1998.
dr hab. inż. Ewelina Korol, Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
ORCID: 0000-0003-4151-8618
mgr inż. Arkadiusz Jenta, Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
ORCID: 0009-0000-6891-355X
dr inż. Ojas Arun Chaudhari, RISE Research Institute of Sweden
ORCID: 0000-0002-4182-5653
dr hab. inż. Michał Wójcik, Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
ORCID: 0000-0003-4514-1408

dr hab. inż. Michał Wójcik, Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
ORCID: 0000-0003-4514-1408

Correspondence address: michal.wojcik@pg.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.11.01

Article in PDF file

Received: 30.07.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 30.07.2025 r.
Revised: 04.09.2025. / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 04.09.2025 r.
Published: 21.11.2025 / Opublikowano: 21.11.2025 r.