3Dプリント用マイクロカプセル化相変化コンクリートの印刷可能性と混合設計最適化
Printability and mix design optimization of microencapsulated phase-change concrete for 3D printing
本研究では、従来の3Dプリントコンクリート(3DPC)におけるセメント消費量の多さと、現代建築のインテリジェント熱調整能力向上という課題に対応するため、産業廃棄物を取り入れた新しい3Dプリント用相変化コンクリートを開発した。流動性、押出性、積層性を評価し、連続的な3Dプリントに必要な作業性制御パラメータを特定した。その後、ボックス・ベンケン計画に基づく応答曲面法を用いて、シリカフューム含有量、マイクロカプセル化相変化材料(mPCMs)の添加量、水結合材比(W/B)が28日強度に与える影響を分析した。分散分析の結果、強度への影響度は W/B比 > mPCMs添加量 > シリカフューム含有量の順であった。また、全ての要因は、初期増加後に減少する非線形二次効果を示した。印刷可能性を固定した制約下で機械的特性を最大化することを目標に、単一応答最適化アルゴリズムを用いて最適な混合設計を決定した結果、W/B比 0.265、シリカフューム含有量 7.22%、mPCMs添加量 2.72%となった。最適混合物の実証実験では、28日圧縮強度が46.54 MPaを記録し、予測値との相対誤差は6.26%であった。これは、確立された二次回帰予測モデルの高い精度と信頼性を確認するものである。本研究は、熱管理機能を統合した高効率な3Dプリントコンクリート部品開発のための信頼できる材料基盤と科学的根拠を提供する。
本研究は産業廃棄物(シリカフューム)とマイクロカプセル化相変化材料(mPCMs)を組み合わせた3Dプリント用コンクリートの最適配合を実証したもので、熱調整機能を備えた建設材料として注目に値する。ただし、現時点では実験室レベルの材料研究であり、商業化や具体的な企業との連携・事業化の発表はない。投資家視点では、3Dプリント建設市場における新素材開発の方向性を示す参考情報として捉えるべきで、即座の投資判断につながる具体的な事象は含まれていない。