ASA JOURNAL 11/2023

152 153
Fast
Complexity
3D Printed Concrete
materials
Ana Anton, Andrei Jipa, Benjamin Dillenburger
ทีมนักวิจัยของ ETH Zurich ได้สร้าง
เครื่องจักรที่ควบคุมอัตราการเซ็ตตัวของ
คอนกรีตเพื่อให้การเปลี่ยนผ่านระหว่างการ
หล่อและการพิมพ์ 3 มิติเป็นไปอย่างราบรื่น
เพื่อให้สามารถสร้างโครงสร้างที่ใช้วัสดุน้อยลง
ระบบที่เรียกว่า Fast Complexity นี้รวมสอง
เทคโนโลยีเข้าด้วยกันคือคอนกรีตจากการพิมพ์
3 มิติและการหล่อลงในแบบหล่อ ด้วยการ
ควบคุมอัตราการเซ็ตตัวของคอนกรีต ระบบ
สามารถพิมพ์ 3 มิติคอนกรีตที่แข็งตัวเร็ว
สำาหรับองค์ประกอบโครงสร้างเพิ่มเติมโดย
ไม่ต้องใช้แบบหล่อหรือรีดคอนกรีตเหลวที่
สามารถไหลเข้าสู่การหล่อได้ ระบบนี้สามารถ
ใช้เพื่อสร้างโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
และอาจนำาไปสู่การลดปริมาณคอนกรีตที่ใช้
สร้างอาคาร เนื่องจากวัสดุที่จำาเป็นเท่านั้นที่
จะเทหรือพิมพ์
ทั้งรูปทรงเรขาคณิตของแผ่นคอนกรีตและ
เส้นทางการทับซ้อนได้รับการปรับให้เหมาะสม
เพื่อเพิ่มวัสดุเมื่อจำาเป็นเท่านั้น รูปทรงเรขา-
คณิตบางอย่างอาจมีราคาแพงเกินไปที่จะ
ประดิษฐ์ขึ้นมา การลดดังกล่าวสามารถนำามา
ปรับใช้กับโครงการเฉพาะ และขึ้นอยู่กับการ
ประเมินโครงสร้างด้วย แต่เมื่อเทียบกับแผ่น
พื้นขนาดใหญ่ มีความเป็นไปได้มากสำาหรับ
การประหยัดวัสดุ เป็นการประหยัดวัสดุและ
สร้างความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในการออกแบบ
Ana Anton, Andrei Jipa, and Benjamin
Dillenburger, a team of researchers at
ETH Zurich, have created a machine
that controls the setting rate of concrete
to offer a seamless transition between
casting and 3D printing so that structures
can be made that use less material.
The system called Fast Complexity
combines two existing technologies for
creating concrete forms: 3D printing
concrete and casting concrete into
formwork. By controlling the setting rate
of concrete, the system can either 3D
print the fast-hardening concrete for
more structural elements without formwork
or extrude a more fluid concrete
that can flow into castings. The system
could be used to make more efficient
structures and could lead to a reduction
in the amount of concrete used to create
buildings as only the material that is
needed would be poured or printed.
According to Anton, both the geometry
of the slab and the deposition path are
optimized to only add material where
needed. Such geometries would be
otherwise too expensive to fabricate.
That reduction is project-specific and
depends on structural evaluation, but
compared to a massive slab, there is a
lot of space for material savings. This
opens up new material savings and
design potential.
dbt.arch.ethz.ch
Engineered
Cementitious
Concrete
Bendable Concrete
นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนได้คิดค้น
คอนกรีตชนิดใหม่โดยผสมผสานทรายซิลิกา
และเส้นใยโพลีไวนิลแอลกอฮอล์เข้ากับส่วนผสม
คอนกรีตแบบดั้งเดิม พัฒนาคอนกรีตชนิดใหม่
ที่แตกยากกว่า 500 เท่า อีกทั้งยังเบากว่า ทำ าให้
ง่ายต่อการติดตั้งและเปลี่ยนหรือทดแทน
Engineered Cementitious Concrete (ECC)
เป็นคอนกรีตยืดหยุ่นที่พัฒนาโดย Victor C. Li
และทีมงานที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน คอนกรีต
เสริมแรงด้วยเส้นใยขั้นสูงนี้มีพฤติกรรมคล้ายกับ
วัสดุโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในลักษณะที่ตอบ-
สนองต่อน้ำาหนักบรรทุก รอยแตกขนาดเล็กที่ค้ำา
ยันไว้ภายใต้การบีบรัดจะไม่ทำาให้โครงสร้างเสีย
หายในลักษณะเดียวกับรอยแตกขนาดใหญ่ที่
เกิดขึ้นในคอนกรีตเสริมเหล็กแบบดั้งเดิม
ECC สามารถสร้างผลกระทบอย่างมากต่อ
ความปลอดภัยของโครงสร้างของอาคารและ
สะพานในบริเวณที่มีแผ่นดินไหวสูง นอกจาก
นี้ยังช่วยให้คอนกรีตมีอายุการใช้งานยาวนาน
ขึ้นเนื่องจากการแตกร้าวทำาให้ความชื้นที่สร้าง
ความเสียหายแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้าง
และกัดกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป ปัจจุบันมีการใช้
งานทั่วโลกเช่นในอาคารที่อยู่อาศัยที่สูงที่สุด
ในญี่ปุ่นในโอซาก้า เช่นเดียวกับสะพานมิฮาระ
ในฮอกไกโด การใช้ ECC บนดาดฟ้า Grove
Street Bridge ในรัฐมิชิแกน คาดว่าจประหยัด
ต้นทุนได้ 37 เปอร์เซ็นต์ และลดการปล่อย
คาร์บอนลง 39 เปอร์เซ็นต์
Concrete is definitely not the first thing
that comes to mind when thinking of
the word ‘flexible,’ but scientists at the
University of Michigan have invented a
new type of concrete by incorporating
silica sand and polyvinyl alcohol fibers
into traditional concrete mixes, they’ve
developed a new kind of concrete that’s
500 times harder to crack. It’s also
lighter, making it easier to install and
replace.
Engineered Cementitious Concrete
(ECC) is a flexible developed by Victor
C. Li and his colleagues at the University
of Michigan. This advanced fiber-reinforced
concrete behaves in some ways
more like a metallic material—particularly
in the way it responds to loads. The
microcracks it sustains under duress
do not compromise a structure in the
same way that larger cracks would in
traditional, steel-reinforced concrete.
ECC could make a huge impact on
the structural security of buildings
and bridges in areas with high seismic
activity. It will also help concrete last
longer since cracking invites damaging
moisture to infiltrate the structure and
erode it over time. It is now in use today
worldwide such as in Japan’s tallest
residential tower in Osaka, as well as in
the jointless Mihara bridge in Hokkaido.
The use of ECC on the the Grove Street
Bridge deck in Michigan, is estimated
to have a cost savings of 37 percent
and carbon emissions reduction of 39
percent.
lowcarbonfuture.umich.edu