コンクリート3Dプリンターを見据えた配合設計および混和材料の検討

• Project/Area Number: 20H00940
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: 2160:Civil engineering, architecture, building engineering, aerospace engineering, marine and maritime engineering, social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: HIRANO Yuichi 京都大学, 工学研究科, 技術職員
• Project Period (FY): 2020-04-01 –
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥460,000 (Direct Cost: ¥460,000); Fiscal Year 2020: ¥460,000 (Direct Cost: ¥460,000)
• Keywords: 3Dプリンティング / コンクリート材料 / 成形押し出し方式 / 圧縮試験 / 引張剥離破壊試験

Outline of Research at the Start

本研究の概要は、コンクリートを材料とした3Dプリンターの実現に向けた要素技術の一つとして、配送時には流動性があり、ノズルからの吐出直後に一定の強度が出た上で速やかに固まり、層間に十分な付着性能を持つような性質のコンクリート材料および混和材料、配合設計、吐出方法を検討し、力学的試験を実施して、コンクリート3Dプリンティング手法の実構造物への適用性検討を踏まえた考察を行う研究である。

Outline of Final Research Achievements

コンクリートを材料とした3Dプリンターの実構造物への適用を踏まえ、要素技術の一つであるコンクリート材料の配合、吐出方法、力学的性質の観点から検討を実施した。
検討の結果、3Dプリンティングに適した材料の配合を見出した。また、新たな吐出方法を提案した。積層後の自立安定性の検討では、一度に積層が可能な層数の目安の考え方を提案した。力学的性質の検討では、積層面に垂直な方向での圧縮強度は同材料の圧縮強度と同等であるが、その他の方向では小さな値となり異方性が確認された。積層面の剥離に対する抵抗性は、一般的な方法で製作するコンクリートの表面の層を剥離する力の半分程度であることが分かった。

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

コンクリートを材料とした3Dプリンターは、コンクリートを型枠に詰めることを前提とした製造方法から、型枠を前提としない製造方法に大きく転換しようとするものである。そのため、試験方法自体や試験結果に対する評価には、従来とは異なる視点、体系が必要になる。
また、従来のコンクリート構造物の製造では、型枠を組み立て、練り混ぜたコンクリートをその中に流し込み、固まって所定の強度が出るまで保護(養生)し、型枠を外す、ということを繰り返していく。こうした工程は非常に時間がかかり、多くの労務を要するため、建設現場の生産性の低さの一因となっている。将来的には、建設現場の生産性を大きく上げる可能性を秘めている。