科学者が解体廃棄物をエコにリサイクル

スウィンバーン工科大学と河北理工大学を拠点とする科学者たちは、建設廃棄物を持続可能な新しい 3D プリント材料に変えることに成功しました。

チームは、リサイクルされたコンクリート骨材、セラムサイト粒子、砂漠砂を使用して、3 つの異なる粒子グレードで低コストの押出成形可能な建築材料を配合することに成功しました。 初期テスト中、この新しいコンクリート代替品は自立する「骨格」効果を実証し、頑丈な建設用途での展開に必要な強度と耐久性を与える可能性があります。

環境に配慮した建築を採用

ここ数週間、3D プリントは長さ 97 フィートの歩道橋からスタイリッシュなコンクリート家具に至るまで、あらゆるものの建設に使用されていますが、従来の材料では引き続きこの技術の建設可能性が制限されています。 既存のセメントは印刷されると結合が弱く、補強が不十分な構造になるため、3D プリンティングは 1 回限りの低リスク建築プロジェクトで導入されることが多いことを意味します。

ただし、積層造形の柔軟性にも利点があり、1 トンあたり 70kg 以上の CO2 を発生するコンクリートの環境に優しい新しい代替品を開発する機会をもたらします。 従来の建築資材では、骨材が混合物の半分以上を占めているため、多くの企業がバージン骨材への切り替えを試みてきましたが、これは現在、天然資源への負担となりつつあります。

代替案として、科学者らは現在、砂漠の砂と湖の堆積物や解体廃棄物の管理に使用されるセラムサイトを組み合わせて、新しい軽量コンクリートの代替品を考案した。 リサイクルされるコンクリートは 5% 未満であり、床タイルや舗装材の製造によく使用されることを考えると、チームの材料は最終的には建築業界の広範な環境への影響を軽減するのに役立つ可能性があります。

「毎年発生する建設および解体廃棄物は、都市の固形廃棄物全体の半分を占めます。 これは都市環境を脅かします」と科学者らは論文で説明した。 「環境に優しい解決策の探求は、天然資源の不足や生態環境の深刻な悪化に対処するために重要です。」

新規セメント代替品の開発

配合プロセス中、チームはポルトランドセメント、シリカフューム、ポリカルボン酸塩系減水剤を毎日混合して、粒子サイズが異なる 3 種類のセメント混合物を作成しました。 科学者らは当初、詰まりを避けるために凝集体はノズルの直径の 3 分の 1 以下であるべきであり、0.3 ～ 2.36 mm の粒子では不十分であることを発見しました。

チームは最適な混合物を特定すると、1.8mx 1.8mx 1.5m のガントリー 3D プリンターを導入して、長さ 300mm の 10 層のテスト構造を 3 つ構築しました。 モデルの 1 つは、連続的な緻密なグレーディング材料で構築されており、特に低い流動性を示し、それが「骨格」効果と高い降伏応力レベルを示しました。

さらに、研究者らの最も強力な配合物は 91N の荷重に耐えることができ、その再生コンクリート含有量は各層間の表面積を増加させ、接着力を向上させました。 しかし、3 つの混合物はすべて最初の 24 時間以内に高レベルの収縮も示し、セラムサイト含有量が最も少ない材料が最も大きな影響を受けました。

研究者らは、さらに骨材を添加することでセメントマトリックスに見られる収縮を緩和できる可能性があると結論づけたが、潜在的な亀裂を防ぐにはさらなる研究開発が必要であることも認めた。 その結果、初期のテストで良好な流動性、機械的特性、接着性が示されたにもかかわらず、チームの環境に優しい材料は開発中のままです。

強化セメント配合物

昨年、強化された機械的特性を備えた構造物を生み出す、最適化されたコンクリート材料の開発において大きな進歩が見られました。 たとえば、デルフト工科大学の科学者は、流動性の一貫性と構築性を高めた 3D プリンティング用に特別に設計された焼成粘土ベースのセメントを作成しました。