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May 25, 2023

TOPSIS工法による廃繊維鉄筋コンクリートの耐震性能の最適化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8204 (2023) この記事を引用 811 アクセス 2 Altmetric Metrics の詳細 この記事に対する著者の訂正は 2023 年 6 月 20 日に公開されました この記事には次の内容が含まれています

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8204 (2023) この記事を引用

811 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この記事に対する著者の訂正は 2023 年 6 月 20 日に公開されました

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持続可能な環境を実現し、汚染問題に取り組むために、産業廃棄物をコンクリート複合材料に利用することができます。 これは、地震が発生しやすく、温度が低い場所で特に有益です。 この研究では、ポリエステル廃材、ゴム廃材、ロックウール廃材、ガラス繊維廃材、ヤシ繊維廃材の５種類の廃繊維を、コンクリート混合物中に０．５質量％、１質量％、１．５質量％の割合で添加剤として使用した。 サンプルの耐震性能に関連する特性は、圧縮強度、曲げ強度、衝撃強度、分割引張強度、および熱伝導率の評価を通じて検査されました。 結果は、コンクリートに繊維強化材を添加することにより、コンクリートの衝撃強度が大幅に向上することを示した。 分割引張強度と曲げ強度が大幅に低下しました。 熱伝導率はポリマー繊維状廃棄物の添加によっても影響されました。 破面を調べるために顕微鏡分析を実行しました。 最適な混合比を得るために、多重応答最適化技術を使用して、他の特性の許容レベルで望ましいレベルの衝撃強度を決定しました。 コンクリートの耐震用途には、ゴム廃棄物が最も魅力的な選択肢であることが判明し、次にココナッツ繊維廃棄物が続きます。 各因子の有意性および寄与率は、分散分析 (α = 0.05) および円グラフによって取得され、因子 A (廃棄繊維の種類) が主な寄与因子であることが示されました。 最適化された廃棄物とその割合について確認テストが行​​われました。 開発サンプルには、意思決定の重み付けと好みに応じて理想に最も近いソリューション (サンプル) を取得するために、理想ソリューションに対する順序優先類似性 (TOPSIS) 手法が使用されました。 確認テストでは、誤差が 6.68% で満足のいく結果が得られました。 基準サンプルと廃ゴム補強コンクリートサンプルのコストを見積もったところ、廃繊維強化コンクリートを使用すると、純粋なコンクリートとほぼ同じコストで8％高い体積が達成されることがわかりました。 リサイクル繊維含有物で強化されたコンクリートは、資源の枯渇と廃棄物を最小限に抑えるという点で潜在的に有益です。 コンクリート複合材にポリマー繊維廃棄物を添加すると、耐震性能関連の特性が向上するだけでなく、他に最終用途のない廃棄物による環境汚染も軽減されます。

環境問題とエネルギー効率は現代の 2 つの大きな課題です。 コンクリートは世界で 2 番目に広く使用されている材料です1。 世界経済評議会の報告書によると、一人当たり年間 3.8 トンのコンクリートが使用されています2。 セメントは、コンクリート材料の製造時に二酸化炭素（CO2）が排出され、人命に有害な毒性が高いため、セメントを大量に使用すると環境に深刻な影響を及ぼします。 セメントの製造は、世界中の人為的 CO2 排出量の 7% を引き起こしています3。 セメントは環境に優しくない性質があるため、研究者たちは持続可能な代替材料を研究しています。 この問題を克服するために多くの試みがなされています。 オプションの 1 つは、コンクリート コンポーネントを他の材料で完全に置き換えることです。ただし、コンクリートには議論の余地のない利点があるため、完全に置き換えることは不可能です。 コンクリートコンポーネントを他の環境に優しい材料に部分的に置き換えることは、この問題に対する現実的な解決策です。 コンクリートには、環境に優しくないだけでなく、ひび割れ、流出、脆さなどの欠点もあります。 純コンクリートは圧縮強度は高いものの、引張強度は弱いです。 セメントの大量使用による環境災害を防ぐため、コンクリート業界ではCO2排出量の削減、資源のリサイクル、耐久性のある代替材料の開発に関心が集まっています。 繊維強化コンクリート (FRC) は、コストを最小限に抑えながら必要な耐震性能を提供するために廃棄繊維をセメントの部分置換に使用するため、現代の建設業界にとって最も安価で耐久性のある工法の 1 つです。 繊維/廃棄物を利用するとセメントの消費量が削減され、手頃な価格の住宅の建設に役立ちます。 産業からは最終用途のない大量の廃棄物が排出されています。 これらの廃棄物の自然分解には非常に長い時間がかかり、この種の廃棄物は埋め立て地として残されます。 産業廃棄物には、ポリエステル、ゴム、綿、プラスチック、ロックウール、ガラス繊維、ナイロンなどが含まれます。ポリエステルの分解には約20～200年、ゴムの場合は50～80年、ロックウールの場合は1～5年、ガラスの場合は分解に時間がかかります。繊維の完成には4000～5000年かかります。 この種の産業廃棄物は、建設業界で鉄筋として使用できます。 建設における廃棄物の使用は、環境に優しい建設への良い一歩です。 多くの研究者がこの種の廃棄物を建設業界で利用することに取り組んでいます4、5、6。