実践的知識 - 3Dプリントされたコンクリート構造物と原材料に関する予備研究

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-11-8 09:53 に最後に編集されました。

近年、国家政策の支援により住宅の工業化が急速に発展し、工業化住宅が次々と建設され、住宅の工業化は急速に発展している。情報技術の発展により、住宅の工業化は自動化、統合、インテリジェンス化へと進んでいます。南極熊は、3Dプリントコンクリート建築は住宅産業化の将来の発展の明るい展望を十分に示しており、建築業界におけるインテリジェント製造の実現は空想ではないと考えています。
3D プリント技術は高度な製造技術であり、製品構造に制限されないという特徴から、多くの業界で十分に活用されています。別の観点から見ると、3D プリントは単なる高度な製造技術とツールです。製品そのものとしての価値は高くなく、産業応用においてその価値が実現される必要があり、技術的優位性とユーザーニーズが徐々に一致していくプロセスです。 3D プリントされたコンクリート建築物の場合、コスト、原材料、構造上の安全性が将来の開発の重要なポイントとなります。

1 3Dプリントコンクリート構造物の分析<br /> 現在、3Dプリントコンクリート建物はモジュール方式で設計されています。工業化された建物モジュールは3Dプリンターで印刷され、最終的に建設現場に運ばれて組み立てられます。したがって、その生産と建設のプロセスは、PCコンポーネント工業化住宅のプロセスと基本的に同じです。違いは、これらの3Dプリントされた壁、パネル、その他のモジュールには鉄筋がなく、代わりにセメントとガラス繊維を組み合わせてコンクリート構造全体の引張強度を高め、鉄筋のないコンクリート構造物の構築を実現していることです。

現在、国内の住宅用工業化PC構造システムは、完全プレハブ構造と、部分的に現場打ち、部分的にプレハブ構造の2つのカテゴリーに分かれています。例えば、万科が開発した組立式一体型住宅構造システムは、実は日本から導入されたものです。梁、柱、せん断壁はすべて現場打ちで、耐荷重構造として機能します。床スラブは半プレハブで、プレハブ床スラブと現場打ち複合層で構成されています。外壁、階段、バルコニーのみが完全なプレハブ部品です。 Yuanda Housing Groupの第5世代の統合住宅もこれに似ています。そのため、中国の現状から判断すると、そのほとんどは半プレハブ構造システムを採用しています。Yuandaの持続可能な建物だけが、完全に組み立てられた鉄骨構造を採用しており、すべてボルトで固定され、1日で6階建ての建物を建設できます。さまざまな新しいタイプのプレハブ建築構造システムも絶えず登場しています。

3Dプリントコンクリート建築物は、住宅産業化における最先端かつ最も高度な技術として、半プレハブ構造システムを突破し、完全組み立て構造、さらには全工程3Dプリントを採用し、建設業界を伝統的な建設から製造へと完全に変革することを実現する必要があります。将来的には、基本部品に加え、基礎全体も 3D プリントで印刷され、真のインテリジェント製造が実現され、仮想組立技術が適用されます。仮想組立では、コンピュータシミュレーションと仮想現実技術を使用して、シミュレーションモデルを通じてコンピュータ上で模擬組立を実行し、製品工程の計画、加工・製造、現場での組立の最適なソリューションを実現します。
3Dプリント建築モジュールの場合、非補強構造を採用するのは、プリントの利便性のためだけではなく、軽量、薄さ、強度など3Dプリントコンクリートモジュールの利点を実現するためであり、より多くの種類のコンクリートを使用して、さまざまな機能と構造を持つ建築モジュールをプリントするためでもあります。そのため、3Dプリントコンクリートの原材料はより幅広く、より多様な種類が利用可能になり、その凝結、硬化、強度生成のメカニズムも従来のコンクリートの理論範囲を突破し、その耐久性と安全性も研究され、実証される必要があります。

技術の継続的な発展により、将来的には、建物全体を現場で印刷できる巨大な 3D プリンターも登場するでしょう。3D プリンターの主な構造は、ダブルガントリークレーンに似ています。プリンターはタワークレーンのように上げ下げできます。上部には位置が可変の梁がいくつか配置され、各梁にプリントヘッドが取り付けられています。エリアの広さに応じて、数十から数十のプリントヘッドを配置できます。建物の垂直構造は、層ごとに直接印刷できます。モジュール構造の鉄筋は、現場でクレーンで持ち上げられ、溶接と組み立てが行われます。プリントヘッドは、古代の版築壁と同様のツールを使用して、鉄メッシュを締め付け、コンクリートを層ごとに積み重ねることができます。この巨大なプリンターが登場すれば、商業用コンクリート業界全体に大きな変化をもたらすでしょう。同時に、中小規模の商業用コンクリート会社にとっても大きな課題となります。3D プリントに使用されるこのコンクリート技術はより複雑で、より高い品質要件が求められます。

2 3Dプリントコンクリートの原材料の分析<br /> 公開情報によると、上海の3Dプリントコンクリート建築物はガラス繊維強化コンクリートを使用しており、通常のコンクリートよりも引張、曲げ、ひび割れに対する耐性が高く、靭性や耐衝撃性も通常のコンクリートよりも優れているため、建物の外壁パネル、天井、仕切り板などの非荷重支持部材に広く使用されています。たとえば、上海万博のフランス館の外装の白いコンクリートグリッドは、ガラス繊維コンクリートで作られています。

3Dプリントコンクリートは従来のコンクリートとは異なります。3Dプリントにはテンプレートがないため、プリントノズルから出た後に流動してすぐに固まるというラピッドプロトタイピングの要件を満たすだけでなく、コールドジョイントを生成せずにコンクリートの層間をしっかりと接続するという要件も満たす必要があります。これにより、3Dプリントされたコンクリート部品や建物がシームレスに統合されます。さらに、パイプやノズルが詰まることなく、コンクリートがパイプやノズル内で自由に流れるという要件も満たす必要があります。これら 3 つの点から、3D プリントされたコンクリートは従来のコンクリートとは異なり、原材料や品質要件も異なることがわかります。現在の3Dプリントコンクリート技術の発展動向から判断すると、3Dプリント建設原材料における通常のコンクリートの割合は将来大幅に低下するでしょう。繊維コンクリート、発泡コンクリート、軽量骨材コンクリート、セメント樹脂ベースコンクリート、ポリマーコンクリート、水ガラスコンクリートなどのコンクリートがより大規模に使用され、さらに新しいタイプのコンクリートが登場する可能性もあります。

セメント系材料の観点から見ると、3Dプリントコンクリートに使用されるセメント系材料は非常に広範囲です。これは、通常のセメントコンクリートではなく、広義のコンクリートです。セメントに加えて、ツリーフィンガー、水ガラス、石膏、ジオポリマーなども、3Dプリントコンクリートのセメント材料として使用できます。その中でも、ジオポリマーは、硬化が速く、強度が早いという特徴があるため、3Dプリントコンクリートに適しています。

骨材はコンクリートの中で最も大きな材料であり、3D プリントされたコンクリートでは従来のコンクリートよりも骨材に対する要件が高くなります。 3Dプリントコンクリートには、強度が高く、密度が低く、粒子形状が球形の骨材が最も適しています。同時に、3Dプリントコンクリート建物は、コンクリートの層を積み重ねて構成されており、各コンクリート層は比較的薄く、3Dプリンターのノズルの構造が複雑であるため、コンクリート内の骨材粒子サイズは従来のコンクリートよりも小さくする必要があり、最大骨材粒子サイズは10mm未満である必要があります。粒子の等級、泥含有量、有害物質含有量などの指標に対する要件はより厳しくなります。これらはすべて、3D プリントされたコンクリートの特殊性によって決まります。

混和剤はコンクリート成分の中で最も小さい割合を占めますが、コンクリートの性能を大幅に向上させます。3Dプリントコンクリートには、より高い作業性能、パイプ内の優れた流動性、ノズルから出た後の空気中での急速な凝固が求められます。そのため、混和剤は複数の機能を備え、複合流動化剤でなければなりません。さらに、3D プリントコンクリートに使用される材料は複雑かつ多様であるため、その混和剤は優れた適応性を備え、3D プリント専用の一連の混和剤製品を形成する必要があります。
3 結論 住宅の工業化と情報技術の発展により、3D プリント建築という新しい形態の建築が誕生しました。 3Dプリント建築は非常に複雑なシステムエンジニアリングプロジェクトであり、製造業における組立ライン生産とインテリジェント製造の理念を継承し、建築が工業化できないという制約を完全に打ち破り、建築工業化の発展に無限の可能性を提供します。 3Dプリントコンクリート建築物の実現は、住宅産業化の発展における避けられない流れであり、現代の建設技術の発展に適応するための必要な要件であり、建設業界全体の技術レベルと技術革新を向上させる重要な方法です。

Antarctic Bear は、3D プリントコンクリート技術の開発は商業コンクリート業界にとってチャンスであると同時に前例のない課題でもあると考えています。技術革新を堅持し、建設技術の発展動向に遅れずについていくことによってのみ、商業コンクリート市場における将来の競争で優位に立つことができ、持続可能で健全な発展を達成することができます。南極熊3Dプリントネットワークにご注目ください。

著者プロフィール：李富平、男性、1980年生まれ、主にコンクリート技術品質管理に従事。

出典: 中国商業コンクリートネットワーク詳細:
3Dプリントコンクリート建物とそのコンクリート材料の現状分析Antarctic Bearが紹介 - 3Dプリントで使用されるコンクリート材料の詳細な説明

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