将来の都市は、再生ガラスを使ったコンクリートで3Dプリントされるかもしれません

• 3Dプリントコンクリートは、建築および建設においてコストを抑え、時間を節約できる可能性があります。

• しかし、天然砂を使ってコンクリートを製造することは持続可能ではないため、研究者らは代わりに再生ガラスの試験を行っています。

• 3Dプリンティングは建設にとって価値のあるツールです。機械は1日24時間稼働でき、廃棄物を減らし、建設作業員の安全性を高めることができます。

3Dプリントコンクリートは、建築および建設の転換をもたらす可能性があります。現在の技術では実現が難しい新しい形状や造形を生み出すことができるため、建物の建設に今なお用いられている何世紀も前からの工程や手順を変えるかもしれず、その結果、コストの削減と時間の節約につながる可能性があります。

しかし、コンクリートは環境に大きな影響を与えています。世界のコンクリートへの飽くなき需要を満たすため、現在、大量の天然砂が使われており、環境に大きな負担がかかっています。概して建設業界は持続可能性の面で課題を抱えており、世界全体の埋立廃棄物の約35%を生み出しています。

当社の新たな研究は、この影響を抑制する方法を提案しています。当社は、3Dプリント用コンクリートの構成材料として再生ガラスを使用する試験を行いました。

コンクリートはセメント、水、そして砂などの骨材を混ぜて作られています。当社は、配合中の骨材を最大100%までガラスに置き換える試験を行いました。簡単に言えば、ガラスは砂から製造され、リサイクルが容易で、複雑な加工を経ることなくコンクリートの製造に使用できます。

建設業界による需要は、ガラスが確実にリサイクルされることにも役立つ可能性があります。2018年の米国では、ガラスのうちリサイクルされたのは4分の1にすぎず、半分以上が埋立処分されていました。

より良い建物づくり

当社は、地元のリサイクル企業から入手した茶色のソーダ石灰飲料用ガラスを使用しました。ガラス瓶はまず破砕機で砕かれ、その後、破砕片を洗浄、乾燥、粉砕、ふるい分けしました。得られた粒子は1ミリメートル四方より小さいものでした。

破砕されたガラスは、砂と同じ方法でコンクリートの製造に使用されました。当社はこのコンクリートを用いて、壁部材や、組み合わせて建物全体を構成できるプレハブ建築ブロックを3Dプリントしました。

このように使用すれば、廃ガラスは建設資材の一部として新たな役割を見いだすことができます。

ガラスの存在は廃棄物問題を解決するだけでなく、天然砂を含むものよりも優れた特性を持つコンクリートの開発にも貢献します。

ソーダ石灰ガラス（窓や瓶に使われている最も一般的なガラスの種類）の熱伝導率は、コンクリートに広く使われている石英骨材の3分の1以下です。これは、再生ガラスを含むコンクリートの断熱性能が優れていることを意味します。夏や冬の冷房や暖房に必要なコストを大幅に削減できる可能性があります。

持続可能性の向上

当社はまた、建築材料としての持続可能性を高めるため、コンクリートの配合に他の変更も加えました。ポートランドセメントの一部を石灰石粉末に置き換えることも含まれます。

ポートランドセメントはコンクリートの主要成分であり、他の材料を結合させて硬化する混合物を作るために使用されます。しかし、一般的なポートランドセメントの製造では、大量の二酸化炭素に加え、その他の温室効果ガスが排出されます。セメント製造業界は、環境中の二酸化炭素排出量全体の約8%を占めています。

石灰石は危険性が低く、環境への影響が小さく、製造工程でポートランドセメントより優れています。3Dプリント用コンクリートでは、一般的なポートランドセメントの代わりに使用でき、品質を低下させることなく、印刷用混合物として使用できます。

3Dプリントされた壁部材の層。Image: Mehdi Chougan

また、コンクリートの密度を下げるため、微小な中空の熱可塑性樹脂球からなる軽量フィラーを追加しました。これにより、コンクリートの熱伝導率が変化し、最大40%低下しました（3Dプリントに使用される他のコンクリートと比較した場合）。これによりコンクリートの断熱性能がさらに向上し、必要な原材料の量も削減されました。

3Dプリント技術を使えば、コンピューター上で壁構造を設計し、単純なコードに変換して3Dプリンターに送り、建設することができます。3Dプリンターは1日24時間稼働でき、発生する廃棄物を削減するとともに、建設作業員の安全性を高めることができます。

当社の研究は、超軽量で断熱性に優れた3Dプリント建物が実現可能であることを示しています。これは、ネットゼロに向けた当社の使命における重要な一歩となり得るものです。