中空コンクリートの耐損傷性が5.6倍に向上
2024-10-04
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米国プリンストン大学の技術者らは、人間の骨の硬い外側構造にヒントを得て、ひび割れや突然の損傷に強い新しいタイプのコンクリートを開発し、その耐損傷性は通常のコンクリートの5.6倍である。関連論文が advanced materials の新刊に掲載されました。
この新しいタイプのコンクリートを開発するにあたり、研究者たちは人間の緻密な骨からインスピレーションを得ました。人間の大腿骨の緻密なシェルは、オステオンと呼ばれる楕円形の管状構造で構成されています。その形状と配置により、骨ユニットの周囲に亀裂が分散され、衝撃による骨の破損が防止されます。
バイオニックコンクリートを注入するために、研究者らはポリビニルアルコールを使用して管状の型枠型を3dプリントした。次に、型にゴムを流し込んでテンプレートのネガを作成しました。最後に、ゴムを溶かしてポリウレタンシリコンの型を作り、それを使ってコンクリートを流し込みました。
賢いバイオニック設計のおかげで、新しいコンクリートの中空チューブが亀裂を「捕捉」し、亀裂がさらに広がるのを防ぎます。これは、強度を高めるためにコンクリートに繊維やプラスチックなどの材料を添加することとは対照的です。この新しい方法では、各亀裂の成長を制御できるため、材料が一度に破損せず、進行性の損傷に耐えることができ、材料の強度が向上します。
研究者らは、3点曲げ試験と片側ノッチ曲げ試験を実施した。彼らは、厚さ 2 ミリメートルのダイヤモンド鋸刃とかみそりを使用してコンクリートに切り込みを入れ、そのプロセスを複数回繰り返して、材料の破壊靱性に関するデータを収集しました。その結果、新コンクリートの耐損傷性は通常のコンクリートの5倍以上であることがわかりました。これは建物の安全性を高めるだけでなく、コンクリートの生産量も削減し、環境にとって大きなメリットとなります。
