国内初 建設用3Dプリンティングに適用可能な環境配慮コンクリートを開発
多彩なデザイン・機能を持ち、CO2排出量を低減する建設部材を実現
2022年12月19日
大成建設株式会社
大成建設株式会社（社長：相川善郎）は、CO2排出量を削減する環境配慮コンクリートの開発で培ったコンクリート材料や製造技術のノウハウを活用し、建設用3Dプリンティングに適用可能な環境配慮コンクリートを国内で初めて開発しました。本技術で製作した建設部材は、コンクリートの性能を確保しつつ、複雑で多彩なデザインと機能を持ちながら、CO2排出量削減を実現しました。また、これらの部材を今年度中に当社グループ企業の大成ユーレック㈱川越工場のリニューアル工事に実適用します。
当社は、これまでCO2排出量の抑制や脱炭素型社会の実現に貢献するため、環境配慮コンクリート「T-eConcrete®」※1や、大気中や工場などの排気ガスより回収したCO2から製造した炭酸カルシウムを高炉スラグ主体の結合材と固化させることで、コンクリート内部にCO2を固定するカーボンリサイクル・コンクリート「T-eConcrete/Carbon-Recycle」を開発し、シールドトンネルを始めとするインフラ構造物、研究施設や工場などの建築物への適用実績を重ねてきました。
また、コンクリート構造物の新たな施工法として、2018年から型枠を使わずに複雑な形状の建材を短時間で自動製作し、省人化施工が可能な建設用3Dプリンティング技術「T-3DP®（Taisei-3D Printing）」※2の開発を進めています。2020年には、国内初となるプレストレストコンクリート構造を適用したコンパクトな歩行専用の“橋”を製作し、トポロジー最適化手法※3に基づき、従来の型枠による施工では実現困難な軽くて強い構造体を完成させています。本技術は、省人化や生産性向上だけでなく、型枠などの建設廃材や使用材料を削減するという面からもCO2排出量の抑制など環境負荷低減に貢献する技術として注目されています。
そして、この度当社では、これらの保有技術を組み合わせ、さらなるCO2排出量の削減を実現するため、3Dプリンティングに適用可能な環境配慮コンクリートを開発しました。これまで3Dプリンティングへの適用が困難であった環境配慮コンクリートの特性を踏まえ、その構成材料の組み合わせや比率、混和剤の配合などを調整することで、最適な粘性と流動性を保ち、建設用3Dプリンティングに適用することが可能となりました。
本技術の特徴は以下のとおりです。（写真1、図1参照）
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セメントを使用せず、CO2を固定した炭酸カルシウムを練り混ぜて建材製作が可能
独自開発した「T-eConcrete」技術を活かし、セメントの代わりとなる高炉スラグに、大気中や工場などの排気ガスから回収したCO2または石灰石の粉砕・分級により製造される炭酸カルシウムなどを練り混ぜた建材を、3Dプリンタで製作することが可能です。 - 2
環境配慮コンクリート製造過程でCO2排出量収支のマイナスを実現
今回開発した3Dプリンティングに適用可能な環境配慮コンクリートのCO2排出量は、使用する炭酸カルシウムにより、一般的なコンクリートと比較して、160～350kg/m3削減できます。例えば、大気中や工場などの排気ガスより回収したCO2から製造した炭酸カルシウムを用いた場合には、CO2排出量の収支は、－50 kg/m3程度のマイナスとすることが可能です。 - 3
多彩なデザイン・機能の環境配慮建材を製作可能
3Dプリンティングを活用して様々な用途や機能形状､大きさなど、多彩なデザインと機能を有する部材の製作が可能となります｡
今後、当社は「T-eConcrete」と「T-3DP」を組み合わせることで、建材製作と施工のバリエーション拡大やデザインの高度化を進め、多彩な環境配慮建材の提供と施工技術の実用化を通じて、さらなるCO2排出量の抑制と脱炭素社会の実現に貢献してまいります。
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環境配慮コンクリート「T-eConcrete®」：
普通セメントの代わりに産業副産物の高炉スラグやフライアッシュなどを混合したコンクリートで、その製造過程で発生するCO2排出量を、従来の普通セメントを使用する一般的なコンクリートと比較して最大で80%削減が可能。 - ※2
建設用3Ｄプリンティング技術「T-3DP®」：
特殊なセメント系材料を使用し、ノズルからの押し出し量を一定に保つ独自開発ノズルとの組み合わせにより、材料を押し出しながら積層し型枠不要で迅速かつ高精度に多種多様な部材を製作することが可能。 - ※3
トポロジー最適化手法：
構造分析、感度解析、モデル変更を繰り返しながら不要な材料を削り、最終的に軽くて強い構造になるような形を見つける手法。