米陸軍、3Dプリントの超高性能コンクリートの開発に320万ドルを授与

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-12-10 12:41 に最後に編集されました

2022年12月10日、アンタークティックベアは、フロリダ国際大学（FIU）の研究者が、3Dプリントされた超高性能コンクリート（UHPC）の研究資金として、米国陸軍工兵隊から320万ドル（約2,225万人民元）を授与されたことを知りました。

△FIUエンジニアリングセンター外の看板この超高性能コンクリートは従来のコンクリートよりも強度と防水性に優れていますが、3Dプリント材料としては不向きであることが判明しています。そのため、同大学の研究者らは、新たな超高性能コンクリート配合と新たな3Dプリント方法を開発する予定だ。将来的には、これらの材料は民間または軍事インフラの用途に導入される予定です。

「超高性能コンクリートで構造物を包むだけで、全体の強度が増し、その材料の特性により、より小型で軽量な建物を建てることができる」と、FIU工学・コンピューティング学部の土木工学教授アトロド・アジジナミニ氏は説明する。「つまり、使用する原材料が少なくなり、エネルギー効率が向上し、二酸化炭素排出量が減るという利点がある」

△超高性能コンクリートで作られた橋
超高性能コンクリートとは？
UHPC は反応性粉末コンクリート (RPC) とも呼ばれ、基本的にはセメントベースの材料であり、最小指定圧縮強度は 1 平方インチあたり 17,000 ポンド (psi) または 120 MPa です。 UHPC は通常、ポートランドセメント、反応性粉末、石灰石または石英粉末、細砂、高効率減水剤、水で構成され、最大圧縮強度は 29,000 psi を超えます。

このタイプのセメントのマトリックスは細かい材料で作られているため、密度が高く滑らかな表面になる傾向があります。 UHPC は、金属繊維、合成繊維、有機繊維と組み合わせて曲げ強度を高めることもできます。そうすることで、材料の延性が向上し、ひび割れが発生した後でも、荷重がかかった状態で安全に変形できるようになります。

UHPC は 2000 年から米国で利用可能になりました。 UHPC は北米の道路や鉄道のインフラプロジェクトで使用されていますが、3D プリント材料として導入すると品質上の問題があることが判明しています。特に、敷設されたセメントが固まる仕組みは、硬化前の歩道のゲル状の状態に似ており、層状にすると構造の完全性を妨げる不整合が生じるため、3D プリントされた建築物に使用するのは困難であることが判明しています。

△ICONが米国防総省と協力して建設した3Dプリント兵舎
フロリダ国際大学の 320 万ドルのセメント研究開発プログラム<br /> これらの障害を克服するために、大学のチームは現在、UHPC 3D プリント構造における欠陥の形成を防ぐことができるコンポーネントを特定しようとしています。同大学の教授らは、米軍から受けた助成金を活用して、3つの異なる印刷方法と、最終的な材料を可能な限り地元産にするための「材料法案」を考案した。

この 3 つの技術には、レイヤープリント、レイヤースプレー、超高性能コンクリート (現在特許出願中の新しい押し出し 3D プリント技術) が含まれると理解されています。研究チームは、この研究が成功すれば、腐食にさらに強いカスタム構造物を構築するための基礎を築くことができると考えている。

将来的には、この技術は軍事用途で特に有用であることが証明され、さまざまな地域の人員が橋の支持梁などのインフラストラクチャをオンデマンドで 3D プリントできるようになる可能性があります。大学チームのメンバーによると、研究成果は物流障壁などの制約を打ち破り、より遠隔地での民間建設にも役立つだろうという。

「これは陸軍工兵隊による FIU への重要な投資です」と、下院歳出委員会の交通・住宅・都市開発小委員会筆頭委員であるマリオ・ディアス・バラート下院議員は述べた。「このプロジェクトは、防衛能力の維持に貢献するとともに、イノベーションをさらに推進し、フロリダ州の労働者に雇用を創出するでしょう。」

△建物を層ごとに構築するプロセス中の3Dプリントノズル
3Dプリントコンクリートに関するさらなる研究<br /> 今年初め、シンガポールの南洋理工大学の研究者らは、希少資源となりつつある砂の代わりにリサイクルガラスを使ってコンクリートを3Dプリントする新しい方法を開発した。

一方、グラーツ工科大学のチームは、コンクリートの 3D プリントが、大量の材料を節約し、CO2 排出量を大幅に削減することで、持続可能な開発を推進できるかどうかを調査しています。研究者らは、従来の建築パネルよりも大幅に軽量なコンクリート部材を開発しており、これが建設の悪影響を相殺するのに役立つことを期待している。

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