コンクリートジオポリマーハイブリッドの3D印刷

近年、3Dコンクリート印刷技術が動的に開発されています。集中的な研究は、革新的な3D印刷ソリューション専用の材料の構成についてまだ実施されています。ここでは、3D印刷技術と専用の環境に優しい建物の建設で生産されたコンクリートジオポリマーハイブリッドが初めて紹介されています。フライアッシュまたはメタカオリンに基づいた95％のコンクリートと5％ジオポリマーで構成されるコンクリートジオポリマーハイブリッドは、標準的なコンクリートと比較されました。さらに、3Dプリントされたサンプルは、同じ組成のサンプルと比較されましたが、従来のカビにキャストする方法によって調製されました。位相組成、水浸出可能性、圧縮および曲げ強度、印刷方向への平行方向および垂直方向、およびそれに続く圧縮強度がそれに続く耐火性を評価しました。コンクリートジオポリマーのハイブリッドは、コンクリートサンプルよりも浸出物中の危険な化合物の低い含有量を含むことが示されました。有毒金属の濃度は、評議会の決定2003/33/ECに示されている限界値を超えませんでした。したがって、材料は環境的に中性として分類されました。フライアッシュとメタカオリンのさまざまな形態のSi/Alは、地政学プロセスのさまざまなポテンシャルをもたらし、最終的にハイブリッドの濃度化と毒性要素の固定化の可能性に影響を与えました。コンクリートの圧縮強度は、3D印刷されたものよりもキャストサンプルの方が約40％高かったが、ハイブリッドの場合、傾向は逆でした。コンクリートにフライアッシュを添加すると、メタカオリンの添加を含む類似のハイブリッドと比較して、圧縮強度が20％高くなりました。サンプルが印刷のZ軸との平行方向でテストされた場合、圧縮強度は7〜10％高くなりました。水分蒸発、体重減少、熱変形、および亀裂の発達の結果として、24〜43 MPaのサンプル圧縮強度は、耐火性試験の後、8〜19 MPaに減少しました。重要なことに、ハイブリッドサンプルの残留圧縮強度は、コンクリートサンプルよりも1.5〜2倍高かったことです。したがって、コンクリートにジオポリマーを添加すると、サンプルの耐火性が改善されると結論付けることができます。

In recent years, 3D concrete printing technology has been developing dynamically. Intensive research is still being carried out on the composition of the materials dedicated to innovative 3D printing solutions. Here, for the first time, concrete-geopolymer hybrids produced with 3D printing technology and dedicated environmentally friendly building construction are presented. The concrete-geopolymer hybrids consisting of 95% concrete and 5% geopolymer based on fly ash or metakaolin were compared to standard concrete. Moreover, 3D printed samples were compared with the samples of the same composition but prepared by the conventional method of casting into molds. The phase composition, water leachability, compressive, and flexural strength in the parallel and perpendicular directions to the printing direction, and fire resistance followed by compressive strength were evaluated. Concrete-geopolymer hybrids were shown to contain a lower content of hazardous compounds in leaches than concrete samples. The concentration of toxic metals did not exceed the limit values indicated in the Council Decision 2003/33/EC; therefore, the materials were classified as environmentally neutral. The different forms of Si/Al in fly ash and metakaolin resulted in the various potentials for geopolymerization processes, and finally influenced the densification of the hybrids and the potential for immobilization of toxic elements. Although the compressive strength of concrete was approximately 40% higher for cast samples than for 3D printed ones, for the hybrids, the trend was the opposite. The addition of fly ash to concrete resulted in a 20% higher compressive strength compared to an analogous hybrid containing the addition of metakaolin. The compressive strength was 7-10% higher provided the samples were tested in the parallel direction to the Z-axis of the printout. The sample compressive strength of 24-43 MPa decreased to 8-19 MPa after the fire resistance tests as a result of moisture evaporation, weight loss, thermal deformation, and crack development. Importantly, the residual compressive strength of the hybrid samples was 1.5- to 2- fold higher than the concrete samples. Therefore, it can be concluded that the addition of geopolymer to the concrete improved the fire resistance of the samples.