研究

コンクリートガラは骨材とセメント水和物によって構成されているので、破砕機を用いて骨材を取り出すことで再生骨材を製造します。破砕機の中でどのように破壊が起こっているのかを4次元モデルで再現することで、投入されたガラ・使用する破砕機・製造された再生骨材の関係性を明らかにします。特にコンクリートガラは様々な建物から発生して混ざり合うので、多様な品質を持つことがあり、破砕機のセッティング（パーツ間隔や位置、硬さなど）をどのようにすれば品質の良い再生骨材が製造できるか、壊す前から推定できる方法を提案します。実験で実際に製造した再生骨材の物性と解析結果を比較することで、解析の正確性などについても検討を行っています。

建物を解体して発生するコンクリートガラを再生骨材として利用すると環境影響にどのような影響を与えるのかについて取り組んでいます。実在する工場や解体工事の発生をモデル内に再現して、解体されたコンクリートガラが従来のように中間処理を行った後に①道路用建材（路盤材）としてリサイクルされる場合と、②次世代のコンクリ－ト用の骨材としてリサイクルする場合の環境負荷を推定します。JASS5と呼ばれる日本建築学会が提案する指針に基づき、再生骨材を用いたコンクリート（再生骨材コンクリート）の適用可能な部位や割合なども明らかにした上で、複数のシナリオを想定・比較することで最適な方策についても検討しています。

自己治癒コンクリートの製造プロセスは、一般的なコンクリート材料と共にバクテリアを混入して練り混ぜる形で行われます。バクテリアが練り混ぜられる中でどの程度の衝撃を受けるのか、またセメントなどが含まれた高アルカリ性の溶液中でどの程度の影響を受けるのか、などを定量的に明らかにすることで、練り混ぜられたバクテリアのうち何割が生き残って自己治癒に貢献するのかを明らかにします。バクテリアは環境が生育に適さない場合には”芽胞”と呼ばれる休眠状態に入るなど、形態を変化させることが明らかになっているので、各プロセスにおいてどのような状態で、どのような活動を行っているのか、も含めて明らかにすることで、最適な製造方法の提案や製造した自己治癒コンクリートの自己治癒性能の推定などを可能にすることを目指しています。

上述のように軽量発泡コンクリートは高温高圧下で蒸気養生を行います。そのため、常温に戻した際には温度の低下に伴い収縮します。ALCは他のコンクリート同様に曲げ・引張抵抗性を向上させるために鉄筋を内部に配しており、より収縮傾向が強いために、内部鉄筋に引張応力が発生した状態となります。更に施工までの間に外部に放置されることで、乾燥・湿潤を繰り返すこととなり、収縮と膨張を繰り返すこととなります。これらの現象が重なることでALCにひび割れ発生のリスクが生じると考えられることから、実際にALC製品をモデル化して有限要素法解析を行うことで、物性・配筋・周辺環境の影響がどれほどひび割れリスクに影響を与えるかを明らかにします。

建物の解体を4次元モデルで再現することで、重機や破砕に伴うがれきの飛散挙動を明らかにします。それによって重機使用に伴う負荷の発生や現場の危険性、廃棄物の混ざり込みなどを明らかにすることができ、廃棄物の処理負荷などを算定することで、解体から廃棄物処理までの総負荷やリサイクル率を定量化可能となります。重機の動きはアルゴリズムと呼ばれる原則に基づいて自動操縦で動くため、解体工法や解体方針をアルゴリズムによって再現することで、複数の解体方法による発生負荷を比較することが可能となり、現場に合わせた最適な解体手法を計画段階で提案可能となります。

解体においては、解体中の音や振動の発生、構造的な安全性なども考慮する必要があります。上述のシミュレーションによって重機がどのように建物を破砕するのか明らかな場合、それに伴う音の発生や、入力された荷重によってどのように部材が破砕されるか、構造物が崩壊しないかについて、それぞれ音響解析や構造解析を用いて推定手法を検討しています。解体シミュレーションを高速で再現するのに合わせて解析の精度と共に解析時間の短縮が重要となることから、解析効率や簡易化できる限度などに焦点を当てた研究も行っています。

建物解体時や被災時において発生する解体廃棄物の山や建物がれきは複数の建材が混合された状態となります。上述のように環境性の高い方法で廃棄物を処理・再利用するためには、純度の高い回収が重要と考えられます。そのため最適な回収方法を提案するとして、回収重機の操縦にアルゴリズム（原則）を用いて制御することで複数の回収方法を再現して純度やリサイクル率などの観点から比較を行います。最終的には重機の使用コスト、廃棄物の輸送費用・処理費用を算定することで、がれきの山を処理する際の総コストが算定可能となります。この手法を用いて自動操縦における意思決定などへの適用などを目指しています。

建物改修時における破砕機等の使用に伴う発生騒音について、音響解析ソフトを用いて推定を行います。内壁等の撤去においては、閉鎖空間が徐々に開口していくなど経時的に音を伝える環境も変化していくため、作業の経過と共に発生する騒音がより伝わりやすくなると考えられます。建物をモデル化して部材が破壊されることを表現すると共に、音響解析の結果を示すことで、改修作業の進捗と周辺の音環境が可視化を可能とし、施工のタイミングや撤去の方法などの計画策定に役立つ提案を目指します。

建物のファサード（外観）は時間とともに雨筋汚れによる黒ジミ汚れが目立つようになります。外壁に付着した塵埃をエサに細菌、藻類、カビの順に繁殖が進み、最終的にカビの黒色が雨に交じって垂れ、蒸発することで汚れとなります。そのため建物ファサードにおける雨水の挙動を明らかにしてやることで建物の汚れ方を推定できると考えました。粒子法と呼ばれる方法で実際の建物モデルに雨粒を降らせ、ファサードにおける流水量の分布を解析しました。実際の汚れの分布と比較することで、流水量を予測することで汚れの予測も可能かを検討して、両者の相関を明らかにしました。これにより建物の設計段階の時点で、どのように汚れが発生するのか予測可能となり、補修の少ない建物デザインの選択などが可能になると考えられます。