ドイツ初の炭素繊維強化コンクリート建築、ドレスデン工科大学で建設中

ドイツのドレスデン工科大学は、C³テクノロジーデモハウス「CUBE」（現地名：カーボンハウス）の建設開始を発表しました。TUドレスデンによれば、220平方メートルの2階建て建物は、完全に炭素繊維強化コンクリートで作られた世界初の建物になる予定です。

ドイツ連邦教育研究省助成の500万ユーロプロジェクトは2017年に開始され、2021年春に教室、ラボ、プレゼンテーションスペースを備えた大学建物として完成予定です。基礎は2020年3月に打設されましたが、コロナウイルスによる遅延を経て、さらに建設が再開されたばかりです。

ミュンヘンの建築事務所HENNによる設計は、「ツイスト」要素と、ジョン・コールフィールドが『Building Design + Construction』で報じた24メートルのシームレスコンクリート壁を通じて、炭素繊維強化コンクリートの軽量性と成形性を示しています。

「ツイスト」は壁と屋根を兼ねる2つのシェル状要素で形成されます。もう一つの主要要素は分割レベルのプレキャストボックスです。両セクションで炭素繊維強化コンクリートが使用されます。完成時は全長約40メートル、幅7.2メートル、最大高さ6.9メートルになります。

C³ - Carbon Concrete Compositeプロジェクトは現在、ドイツ建設業界最大の研究プロジェクトです。複合材料カーボンコンクリートは、150社以上のコンソーシアムと300以上の個別プロジェクトの支援により、2006年以来研究・開発・実用化が進められてきました。

水に次いで世界で最も広く使用される材料であるコンクリートは、常に大量の原材料消費をもたらしてきました。セメント生産だけで総CO2排出量の6.5%を占め、これは世界航空のCO2排出量の約3倍に相当します。

炭素繊維強化コンクリートを用いた新しい建設戦略の探求に、4年間で1,200万ユーロが26人の研究者に資金提供されます。彼らは従来の鉄筋コンクリートの置き換えだけでなく、炭素繊維強化コンクリートの特性に合わせた新しい設計戦略の開発も追求します。

プロジェクトは、長年にわたりTUドレスデンで炭素繊維・テキスタイル強化コンクリートを研究してきたマンフレート・クアバッハ博士が主導し、「未来のための建設：CRC/TR 280 最小材料でカーボンコンクリート構造を設計する戦略 - 新しい建設方法の基礎」と題されています。

パートナーにはアーヘン工科大学（ドイツ・アーヘン）とライプニッツポリマー研究所（IPF、ドレスデン）が含まれます。プロジェクト概要からの抜粋：

「新材料は新しい設計と新しい建設方法を可能にします。非常にシンプルに聞こえますが、そこには往々にして長い道のりがあります。建築工学では、安全性と耐久性への高い要求、複雑な標準化と承認手続きにより、イノベーションプロセスは特に長い時間を要します。これは、体積ベースで世界最重要建設材料であるコンクリート建設にパラダイムシフト、あるいは革命をもたらすテキスタイル強化コンクリートとカーボンコンクリートのような高性能建材組み合わせではさらに当てはまります。

カーボンコンクリートの使用は、建設業界の莫大な資源消費とCO2排出を大幅に削減し、同時に追加機能へのアクセスを提供できます。しかし、最初の建設プロジェクトが示したように、革新的な可能性にもかかわらず、従来材料が単純に置き換えられているに過ぎません。革新的なカーボンコンクリート複合材料の完全なポテンシャルは、インテリジェントな設計戦略と組み合わされたときにのみ将来実現されます。

深遠な基礎研究と包括的アプローチが、新しい建設材料の設計・モデリング・予測に適した方法を見つける前提条件です。カーボンコンクリート複合材にとってこれは、材料に適応した軽量建設原理を意味します。… 新構造の開発は、製造可能性の問題と密接に関連しており、製品関連サステナビリティ評価の伴走と複合材自体の適切な改良の両方を考慮に入れます。

効果的な建設戦略は、完全に異なる形状を可能にします。新しい設計戦略と材料組み合わせは、これまで未知の軽量建設原理により資源・エネルギー消費を削減し、同時に高い使用適合性、構造安全性、耐久性を提供します。さらに、これらの新戦略と複合材は野心的な美学に反映され、新しい『建設の芸術』へと発展する可能性があります。」

大量炭素繊維によるコンクリート補強

「大量炭素によるコンクリート補強」というニュースは、2020年1月にブレトンから、3月に業界認定専門誌『BFT International』で発表されました。ハイテックスバウ（ドイツ・アウクスブルク）は、大寸法・大量生産を可能にする炭素繊維補強材の高度自動化生産ラインを開発しました。格子グリッドはロールまたはシートで提供され、最大16ミリメートル粒径のコンクリート使用を可能にすると報告されています。

テキスタイル補強構造の特殊コーティングとさまざまなコンクリート配合との組み合わせにより、ハイテックスバウによればこれらの補強材でピーク圧縮強度3,300ニュートン/平方メートルのコンクリートが可能になります。

2015年以来、ハイテックスバウはTUドレスデンとアーヘン工科大学と緊密に協力し、建設業界向け炭素繊維テキスタイル補強材を開発してきました。補強材供給に加え、製品開発と実験室試験も提供しています。

編集者注：アルタスグループ（米国サウスカロライナ州グリーンビル）は、建設市場に革新技術をもたらすプレキャストコンクリートメーカーのアライアンスです。2017年時点で、会員企業はCFRP強化CarbonCast技術を用いて1,400件以上のプロジェクトを完了し、総計4,000万平方フィート（370万平方メートル）に達しています。チョマラット北米（米国サウスカロライナ州ウィリアムストン）のC-GRID製品を用いて開発されたCarbonCast技術については、2017年記事「CFRPでプレキャストコンクリートの高性能化」をご参照ください。