炭素排出量を31%削減、バージニア大学は建築3Dプリント用のグラフェン強化セメントベースの複合材料を開発

2024年10月27日、アンタークティックベアは、バージニア大学の研究者が、より持続可能な建築用3Dプリントセメントベースの複合材料を開発したことを知りました。この新素材は、グラフェンと石灰石、焼成粘土セメント（LC2）を組み合わせたもので、強度と耐久性を高めながら炭素排出量を大幅に削減し、建設3Dプリント（3DCP）の環境課題に対する強力なソリューションとなります。

関連研究は、2024年に「石灰石と焼成粘土を使用した印刷可能なグラフェン強化セメント系複合材料のレオロジー、機械的、環境的性能」と題する論文として『Journal of Construction Engineering』に掲載されました。この研究は、バージニア大学の3 Cavaliers プログラムとトルコ科学技術研究評議会 (TUBITAK) の資金提供を受けて実施されました。

論文リンク: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352710224022411?via%3Dihub
「私たちの目標は、より優れた性能を持ち、より環境に優しい印刷可能なコンクリートを設計することでした」とバージニア大学土木環境工学部の教授、オスマン・オズブラット氏は語る。「 LC2セメントにグラフェンを加えることで、 3Dプリントされた建物に必要な強度と柔軟性を維持しながら、炭素排出量を削減するユニークな機会が生まれます。」
この研究は、材料の流動特性、機械的特性、環境への影響を調査したもので、バージニア大学レジリエンス・先進インフラ研究所の博士研究員兼客員研究員であるトゥバ・バイタック氏とバージニア大学のタウフィーク・グデ氏が主導した。ベイタック氏とグデ氏は、バージニア州交通研究評議会（VTRC）の研究者と協力し、優れた機械的特性で知られるグラフェンをLC2セメントに適用し、3Dプリント用途における性能を大幅に向上させました。
「このようなイノベーションは建設業界の将来にとって極めて重要であり、それを推進するチームの一員であることを誇りに思います」とバイタック氏は語った。
この研究の重要な側面は、土木環境工学部の博士研究員であるFanjiang Zhang氏がバージニア大学の環境工学教授であるLisa Colosi Peterson氏と共同で実施したライフサイクルアセスメント（LCA）でした。 LCA では、このグラフェン強化 LC2 コンクリートは、従来の印刷可能なコンクリート混合物と比較して、温室効果ガスの排出量を約 31% 削減できることが示されました。
「この新しいコンクリートの環境フットプリントを完全に把握できることが重要です」と江氏は言う。「このコンクリートは機械的特性が優れているだけでなく、環境への影響も少ないため、3Dコンクリート建設技術は、二酸化炭素排出量が多い従来の3Dプリント方法よりも持続可能になります。」
「科学が私たちをより環境に優しい建築慣行へと導いているのを見るのは喜ばしいことです」とコロッシ・ピーターソン氏は語った。
VTRC との協力により、UVA チームは新しい建築材料を交通インフラへの潜在的な応用に向けて評価することができ、さらに実用的な可能性を実証することができました。「VTRCとの協力は、この新しいタイプのコンクリートの基本的な特性を明らかにする上で非常に重要でした」とオズブルット氏は語った。
「より環境に優しい材料の緊急のニーズに対処しながら、現代の建築技術の要求を満たすプロジェクトに参加できることを非常に嬉しく思います」とグデ氏は語った。
研究チームには、イスタンブール工科大学の博士研究員でバージニア大学の客員研究員であるトゥグバ・バイタク氏、バージニア大学のタウフィーク・グデ氏、ジャンファン・ジャン氏、リサ・コロシ氏、オスマン・E・オズブルト氏、およびバージニア交通研究委員会の研究科学者ガブリエル・アルセ氏が含まれています。

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