セルロースナノフィブリルを使用した環境に優しいコンクリート3Dプリント技術

セルロースナノフィブリルを使用した環境に優しいコンクリート3Dプリント技術
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-8-5 13:59 に最後に編集されました

はじめに:新しい建設技術として、コンクリート 3D プリント (3DCP) 技術は建設分野に革命をもたらし、迅速なプロトタイピングとカスタマイズの新たな可能性を提供します。現在、研究者たちは、印刷可能な材料をより強力で、より持続可能で、より優れた性能にするために、厳密な研究を通じて 3D コンクリート印刷建設技術を改良しています。

△バージニア大学のエンジニアは木材パルプから作られた材料を使用してコンクリートの流動性を大幅に改善した
2024年8月5日、アンタークティックベアは、バージニア大学工学応用科学学部が、研究者らが植物由来の材料セルロースナノフィブリル(CNF)の3Dプリントコンクリート技術への応用研究において画期的な進歩を遂げたと発表したことを知りました。研究結果は、2024年9月発行の「Cement and Concrete Composites」誌に掲載される予定です。

△研究のタイトルは「3Dプリントセメント複合材料のレオロジー特性と機械的特性に対するセルロースナノフィブリルの影響」(ポータル)
「私たちが観察した印刷性と機械的特性の改善は、セルロースナノフィブリルと市販の印刷可能な材料を組み合わせることで、より耐久性があり環境に優しい建築手法を急速に進歩させることができることを示唆しています」と土木環境工学部の教授、オスマン・E・オズブルット氏は述べた。

△バージニア大学の土木工学研究者はコンクリートプリンターの開発に取り組んでいる
技術研究開発の背景と結論

3D プリントされたコンクリートの建物には、建設速度が速く、精度が高く、リサイクル材料を使用でき、人件費が安く、廃棄物が少ないなど、さまざまな利点があります。この技術により、従来の建築では実現が難しい複雑な設計も可能になります。しかし、現在の印刷材料の選択肢は限られており、その持続可能性と耐久性は依然として課題となっています。

「課題は、材料の流動性を維持しながら、混合物が硬化後に優れた機械的強度、層間接着、低い熱伝導率などの重要な特性を維持することだった」とオズブルート氏は説明した。

セルロースナノフィブリルは木材パルプから作られ、再生可能で環境への影響が少ないです。添加剤として、CNF と呼ばれるこの材料は、3D プリントされた複合材料のレオロジーと機械的強度を向上させる大きな可能性を秘めています。

バージニア大学の Ozbulut Resilience and Advanced Infrastructure Laboratory が主導する研究チームは、CNF が従来の 3D プリント複合材に与える影響について詳細な研究を実施しました。 「現時点では、混合物を正確に設計するには多くの実験が必要です」とオズブルット氏は付け加えた。「私たちは、さまざまな添加剤が3Dプリント構造の特性を改善する効果をよりよく理解するために、より高い科学的基準を満たすよう取り組んでいます。」

研究チームは、オズブルット教授とバージニア大学博士課程卒業生のウグル・キリッチ氏が共同で率いた。彼らは CNF 添加剤のさまざまな比率を試し、少なくとも 0.3% の CNF を追加すると流動特性が大幅に改善されることを発見しました。硬化したサンプルの顕微鏡分析により、材料の結合と構造の完全性が向上したことが示されました。

Ozbulut 氏の研究室でさらにテストを行ったところ、CNF 強化 3D プリント部品は伸張、曲げ、圧縮に耐えられることが示されました。



材料、コンクリート、建設、添加剤

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