3D コンクリートプリントは商業建築に使用できますか?

この投稿は Coco Bear によって 2023-2-14 15:25 に最後に編集されました。

はじめに: コンクリート 3D プリントは、オランダのアイントホーフェンの商業住宅プロジェクトやアラブ首長国連邦のドバイの最初の公式商業ビルなど、世界中で広くテストされ、適用されてきました。コンクリートの可塑性と硬度に、過酷な気候に耐え、極めて複雑な地形にも適用できる 3D プリンターのロボットアームを組み合わせた 3DCP は、商業建設業界で多くの利点をもたらします。

△GEのBOD 2 3Dプリンターを使用して作られた3Dプリントコンクリート風力タービンベース。

世界人口の 70% 以上がコンクリートの建物に住んでおり、コンクリートの需要は増加する一方だと予想されています。再生可能エネルギーを利用する風力タービンでさえ、耐久性を高めるためにコンクリートや鋼鉄が必要です。しかし、セメント産業は世界のCO2排出量の8%を占めています。今日の科学者たちは、地球の気温が1.5度を超えて上昇するのを防ぐには、抜本的な対策を講じる必要があることに同意している。1.5度を超えると壊滅的な結果を招くことになる。では、コンクリートに大きく依存している世界において、エンジニアはどのようにして排出量を削減し、コンクリートをより環境に優しいものにできるのでしょうか?以下では、Antarctic Bear が 3D コンクリートプリントの利点と、その付加製造方法およびアプリケーションについて紹介します。

商業建築における 3D コンクリートプリントの利点<br /> 耐久性と安全性は、あらゆる建設プロジェクト、特に商業ビルにおいて非常に重要です。橋を例に挙げてみましょう。2018年、ジェノバのモランディ橋が暴風雨で崩壊し、数十台の車が奈落の底に落ちました。この橋はフランスとつながる高速道路上にあり、イタリアのインフラの現状に国際的な注目を集めている。

3DPブリッジの概念は2016年に形成されましたが、実際のエンジニアリングの実践に適用されたのはここ2年ほどです。中国とオランダがこの分野の先駆者です。中国最大の3Dプリントコンクリート歩道橋が上海で完成しました。このプロジェクトでは、2台のロボットアーム3Dプリントシステムを使用し、すべてのコンクリート部品をプリントするのに450時間を要しました。同じサイズの橋と比較すると、そのコストは一般的な橋の3分の2にすぎません。橋本体のプリントと建設には型枠と鉄筋が使用されなかったため、エンジニアリングコストが大幅に節約されました。上海の3Dプリント歩道橋の完成は、この技術が研究開発から実際の工学応用へと移行する喜ばしい一歩を踏み出したことを示すものである。また、中国の3Dコンクリートプリント建設技術が世界最先端のレベルに達したことも示している。
3D プリンターを使用すると、エンジニアは構造物を作るのに必要な正確な量の材料のみを要求（つまり「追加」）し、リソースを最大限に活用し、廃棄物を最小限に抑えることができます。ゲント大学は、積層造形法で製造された歩道をテストし、3DP構造では必要な材料が少なく、環境への影響も少ないことを発見しました。 3D プリンターは、建設工事の高速化を可能にするだけでなく、作業者のストレスを最小限に抑え、材料の無駄を減らしながら精度を最大限に高めます。米海兵隊は、3Dコンクリートプリント技術を使用して、あらゆる隙間を埋める特注の橋を製作している。

△ カリフォルニア州キャンプ・ペンドルトンでの演習中、海兵隊は第7工兵支援大隊、第1海兵兵站群と協力し、3Dプリンターを使用して作成されたコンクリート橋の支柱を保護しました。

持続可能なセメントは可能でしょうか?

大量のコンクリートを製造するには大量の電力が必要であり、セメントはコンクリートの主原料であり、セメントの製造工程ではより多くの二酸化炭素が排出されます。実際、エネルギー転換への投資は2050年までに年間4.4兆ドルに増加する必要があり、建設プロセスの再考とより持続可能な材料の使用が必要になります。

例えば、カリフォルニア州は2035年までにセメント1トンあたりの炭素排出量を40％削減することを約束しており、テクノロジー大手のマイクロソフト、グーグル、セールスフォースを含む50社が低炭素セメントの購入を開始することを約束している。この研究の背後には大勢の研究者がいます。

●ケンブリッジ大学の研究者らは、「世界初のゼロエミッションセメント」であるケンブリッジ・エレクトリック・セメントを発明したと主張している。それで、それはどのように機能するのでしょうか?使用済みセメントをリサイクルコンクリートから分離すると、最終的にはスラグとなり、一般的に廃棄物とみなされます。セメント製造に使われるクリンカーの主要成分である酸化カルシウムが豊富に含まれており、セメント・コンクリート産業の総炭素排出量の90％を占めている。ケンブリッジの研究チームはリサイクルされたスラグを粉末状に粉砕し、それが新しいポートランドセメントの原料となるクリンカーと実質的に同一であることを発見した。

●コンクリートを強化し、二酸化炭素排出量を削減する他の方法としては、リサイクルプラスチックを混合物に加えることが挙げられます。 MITの科学者たちは、プラスチック片を細かい粉末に砕き、セメントペーストとフライアッシュと混ぜることで、従来のコンクリートよりも15％強度の高いコンクリートを製造できることを発見した。

●ベルリン工科大学とブルネル大学の研究者らは、ポルトランドセメントの砂の一部をリサイクルガラス、石灰石、プラスチック充填材に置き換えることで、コンクリートをより強く、より環境に優しいものにできることを発見した。チームは強度と熱伝導性を大幅に向上させ、長持ちして耐久性のある最終製品を生み出しました。

これらの革新技術はすでにいくつかの大手建築資材会社に採用されています。 2020年、CEMEXはVertuaと呼ばれるネットゼロCO2コンクリートを発売しました。従来のセメント 100 袋を Vertua セメントに置き換えることは、1 日あたり 105 台の自動車を道路から排除することに相当し、CO2 排出量を 1.3 トン削減することになります。

持続可能なコンクリートの 3D プリントの機会<br /> 2015年、材料科学エンジニアでありホテル経営者でもあるルイス・ヤキッチ氏は、ルイス・グランド・ホテルで3Dプリント技術を使用しました。ヤキッチ氏は3Dプリントの専門家アンソニー・ルデンコ氏と協力し、わずか100時間で初の3Dプリントホテルスイートを製作した。この例は、従来の建設方法と比較して、3D プリントがもたらす大幅な時間効率とコスト削減 (この場合は最大 60%) を完璧に示しています。これらのプロジェクトでコンクリートを持続可能な代替品に置き換えることを想像してみてください。メリットは何倍にもなります!

2019年、エンジニアたちは砂と海水モルタルを使い、世界初となる3Dプリントの豪華な砂のホテルをモザンビークに建設した。地元で入手可能な材料を使用することで、設計者やエンジニアは輸送コストとプロセス中の排出量も削減できます。

将来に向けて構築していく中で、より多くのエンジニアが商業プロジェクトで 3D コンクリートプリントと持続可能な原材料の実験を続け、長期にわたる耐久性を証明して公共の安全を確保し、二酸化炭素排出量を削減していくことが期待されます。

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