研究者は3Dプリント技術を使用して、建物のコンクリート部​​品のひび割れ耐性を63%大幅に向上させました。

研究者は3Dプリント技術を使用して、建物のコンクリート部​​品のひび割れ耐性を63%大幅に向上させました。
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-9-8 12:03 に最後に編集されました

南極クマの紹介:研究者はコンクリートの硬化速度を制御して製造プロセス中の変形を減らしました。これにより、構造の精度と安定性が確保されるだけでなく、建築コンクリートの破壊靭性と損傷耐性も大幅に向上します。


2024年9月8日、アンタークティックベアは、プリンストン大学の研究者が最近、ネイチャーコミュニケーションズ誌に画期的な研究を発表し、3Dプリント技術を使用してコンクリート部​​品のひび割れ耐性を大幅に向上させる革新的な方法を実証したことを知りました。この研究はプリンストン大学の土木環境工学助教授レザ・モイニ氏が主導し、論文のタイトルは「ロボットによる付加製造法を用いた強靭な二重繊維構造コンクリート材料の製造」となっている。

△この研究はNature Communications誌(ポータル)に掲載されました
研究によると、自然にヒントを得たこの新しいタイプのコンクリート構造は、従来の鋳造コンクリートよりもひび割れに対して 63% 耐性が高いことがわかっています。モイニ教授は、このアイデアは古代の魚類シーラカンスの鱗の二重らせん構造から生まれたものだと指摘した。この研究では、巧妙な構造設計によって材料の強度と破壊耐性を高めるという自然の原理を応用しました。

研究チームは、ロボットによる積層造形技術を用いてコンクリートを個々のストランドに配置し、これらのストランドを弱い接続で結合し、コンクリートを3次元的に配置する手法を提案した。この設計により、研究者たちは、各スタック内の向きをわずかに変えることで二重らせん構造を形成し、ひび割れの成長に対する材料の耐性を大幅に向上させる梁などのさまざまな機能的な形状を作成することができました。

△研究者らは、古代のシーラカンスにヒントを得て、ストランドごとにねじれた構造を利用してコンクリートの靭性を高めています。この技術が提供する「強化メカニズム」には、ひび割れが発生した後に直線経路から外れたり、破断面を連結してひび割れの進行を防いだりするなど、さまざまなひび割れの進行を防ぐメカニズムが含まれています。プリンストン大学の大学院生で論文の共著者でもあるシャシャンク・グプタ氏は、梁や柱などの建築部材に高い幾何学的忠実度で大規模な建築用コンクリート材料を作成するには、ロボットの使用が必要になる場合があると述べた。ロボットの自動化と精度がなければ、構造用途向けに材料を意図的に内部配置することは極めて困難です。

△ 2 成分建築 3D プリント プロセスの概略図 この研究の重要な部分として、研究者らは、生コンクリートが自重で容易に変形するという問題に対するカスタム ソリューションも開発しました。ロボットがコンクリートを流し込んで構造物を形成すると、コンクリートの上層の重さによって下層が変形し、最終的な建物構造の幾何学的精度に影響を及ぼします。この問題に対処するため、研究者たちは製造工程中の変形を防ぐためにコンクリートの硬化速度をより適切に制御する取り組みを行っています。これを実現するために、彼らはロボットのノズルに取り付けられた、実験室にある高度な2成分押し出しシステムを使用しました。

専用ロボット システムには 2 つの入口があり、1 つはコンクリート用、もう 1 つは化学加速器用です。材料はノズル内で混合され、加速器の機能はコンクリートの硬化プロセスを加速することです。これにより、構造の正確な制御が保証され、変形が最小限に抑えられます。研究者たちは、使用する加速剤の量を正確に調整することで、構造物の形状をより適切に制御し、コンクリートの下層の変形を軽減することができました。

このプロジェクトは、国立科学財団 CMMI 先進製造プログラムによって部分的にサポートされました。



建設、セメント、コンクリート

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