ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）の異なる添加量が3Dプリントモルタルの印刷性、レオロジー特性、機械的特性に及ぼす影響を研究し、HPMCの適切な添加量について議論し、その影響メカニズムを微細形態と合わせて分析した。結果は、HPMCの含有量が増加するとモルタルの流動性が低下し、つまり押出性が低下するが、流動性保持能力が向上することを示している。押出性、形状保持率、自重による貫入抵抗はHPMCの含有量が増加すると著しく増加し、つまりHPMCの含有量が増加すると積み重ね性が向上し、印刷時間が長くなる。レオロジーの観点からは、HPMCの含有量が増加すると、スラリーの見かけ粘度、降伏応力、塑性粘度が著しく増加し、積み重ね性が向上する。チキソトロピーはHPMCの含有量が増加すると最初に増加し、次に減少し、印刷性が向上する。 HPMCの含有量が増加すると、モルタルの多孔性が増加し、強度が低下します。HPMCの含有量は0.20%を超えないようにすることをお勧めします。
近年、3Dプリンティング（「積層造形」とも呼ばれる）技術は急速に発展し、バイオエンジニアリング、航空宇宙、芸術創作など多くの分野で広く利用されています。3Dプリンティング技術の型なしプロセスは、材料と構造設計の柔軟性を大幅に向上させ、自動化された構築方法により、人件費を大幅に削減できるだけでなく、さまざまな過酷な環境下での建設プロジェクトにも適しています。3Dプリンティング技術と建設分野の組み合わせは革新的で有望です。現在、セメント系材料の3Dプリンティングの代表的なプロセスは、押出積層プロセス（輪郭プロセス輪郭クラフトを含む）とコンクリート印刷および粉末結合プロセス（Dシェイププロセス）です。その中でも、押出積層プロセスは、従来のコンクリート成形プロセスとの差が小さく、大型部品の実現可能性が高く、建設コストが劣るという利点があり、セメント系材料の3Dプリンティング技術の現在の研究ホットスポットとなっています。
3Dプリンティングの「インク材料」として使用されるセメント系材料は、一般的なセメント系材料とは異なる性能要件を持っています。一方では、混合直後のセメント系材料の作業性に関する一定の要件があり、施工プロセスはスムーズな押出成形の要件を満たす必要があります。他方では、押出成形されたセメント系材料は積層可能である必要があり、つまり、自重と上層の圧力によって大きく崩壊したり変形したりしてはなりません。さらに、3Dプリンティングの積層プロセスでは、層間の界面領域の良好な機械的特性を確保するために、3Dプリンティング用建築材料は良好な接着性も必要です。要約すると、押出成形性、積層性、および高い接着性を同時に設計する必要があります。セメント系材料は、建設分野における3Dプリンティング技術の応用の前提条件の1つです。セメント系材料の水和プロセスとレオロジー特性を調整することは、上記の印刷性能を向上させるための2つの重要な方法です。セメント系材料の水和プロセスの調整は実施が難しく、配管の詰まりなどの問題を引き起こしやすい。また、レオロジー特性の調整には、印刷プロセス中の流動性と押出成形後の構造化速度を維持する必要があります。現在の研究では、より優れた印刷性能を実現するために、粘度調整剤、鉱物混和剤、ナノクレイなどがセメント系材料のレオロジー特性の調整によく使用されています。
ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）は一般的なポリマー増粘剤です。分子鎖上のヒドロキシル基とエーテル結合は、水素結合を介して自由水と結合することができます。これをコンクリートに添加すると、凝集力と保水性を効果的に向上させることができます。現在、セメント系材料の特性に対するHPMCの影響に関する研究は、流動性、保水性、レオロジーへの影響に主に焦点を当てており、3Dプリンティング用セメント系材料の特性（押出性、積層性など）に関する研究はほとんど行われていません。さらに、3Dプリンティングの統一規格がないため、セメント系材料の印刷性の評価方法はまだ確立されていません。材料の積層性は、大きな変形を伴う印刷可能な層の数または最大印刷高さによって評価されます。上記の評価方法は、主観性が高く、汎用性が低く、プロセスが煩雑です。性能評価方法は、工学的応用において大きな可能性と価値があります。
本論文では、モルタルの印刷性を向上させるために、セメント系材料に異なる量のHPMCを添加し、印刷性、レオロジー特性、機械的特性を研究することにより、HPMC添加量が3Dプリント用モルタルの特性に及ぼす影響を総合的に評価した。流動性などの特性に基づいて、最適な量のHPMCを混合したモルタルを印刷検証用に選択し、印刷物の関連パラメータをテストした。サンプルの微細形態の研究に基づいて、印刷材料の性能変化の内部メカニズムを解明した。同時に、3Dプリント用セメント系材料の印刷性能の総合評価方法を確立し、建設分野における3Dプリント技術の応用を促進した。
投稿日時：2022年9月27日