| Project/Area Number |
22H00230
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
一宮 一夫 大分工業高等専門学校, 都市・環境工学科, 教授 (00176306)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐川 康貴 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10325508)
山本 武志 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 上席研究員 (30371545)
藤山 知加子 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (60613495)
千々和 伸浩 東京科学大学, 環境・社会理工学院, 教授 (80546242)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥43,420,000 (Direct Cost: ¥33,400,000、Indirect Cost: ¥10,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
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| Keywords | 持続可能社会 / アルカリ活性材料 / 縮重合反応 / 凝灰岩 / 水ガラス / ジオポリマー / 木質バイオマス焼却灰 / 石炭ガス化発電スラグ / まさ土 / フライアッシュ / 高炉スラグ微粉末 / 非溶結凝灰岩 / 圧縮強度 |
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| Outline of Research at the Start |
石灰石を主原料とするセメントは，製造時のCO2の大量排出，天然資源の消費抑制の点で課題がある。一方，セメントと同等以上の性能を有し，国内外で研究開発が進行中のアルカリ活性材料（AAMs）は，石炭火力発電が縮小・廃止されると，主要材料のフライアッシュ（石炭灰）の確保が困難になる。
本研究では，火山堆積物や木質バイオマス灰などの各種未利用資源をAAMsへ適用するための，材料調整方法や施工法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
3年目の2024年度に得られた主な知見を以下に示す。
1.高炉スラグ微粉末（GGBS）を単体で使用した場合、材令28日または56日以降で強度低下が生じる場合がある。(a)硬化体の脆化（結晶化）、(b)硬化収縮に伴う微細ひび割れの発生を原因と仮定し、検証実験を行った。その結果、(b)が主な原因の可能性が高く、供試体寸法が小さい場合に顕在化しやすことが分かった。
2.GGBSを使用した硬化体の硬化収縮抑制対策として、セメント硬化体での自己収縮抑制効果が確認されている、(a)硬化体の内部乾燥を抑制する方法（高吸水性ポリマーの使用）、(b)溶液の表面張力を低下させる方法（AE剤、収縮低減剤の使用）、(c)溶液との接触面積を少なくする方法（粗粉のGGBSを使用する方法）を検討した。その結果、添加量を調整することで収縮ひずみを半分程度まで低減できることを確認した。また，それぞれを併用することでセメント硬化体レベルまで低減できる可能性がある。
3.石炭灰ガス化スラグ微粉末（CGS）を用いた硬化体の強度向上を目指して，細粒化による溶液との接触面積を増やすことの効果を検討した。粒径は120μm以下、90μm以下、45μm以下の３水準に設定した。その結果，モルタル強度はほぼ同程度で、細粒化の効果は認められなかった。一方、細粒化によりアルカリ溶液との材料分離抵抗性は向上した。
4.苛性ソーダを使用しないアルカリ源として注目されるオルトケイ酸ナトリウムは、粉体でも練り混ぜ水に溶解させても使用でき、いずれの場合でも硬化体強度はほぼ同じであった。粉体で用いる場合は、コンクリートの製造プロセスを簡略化できる。一方で、練り混ぜ直後に水との反応熱が発生するが、およそ30分程度で終了する。セメントの場合とは発熱メカニズムが異なるため、硬化コンクリートの体積変化に与える影響を確認する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高炉スラグ微粉末（GGBS）ならびに石炭ガス化発電スラグ（CGS）を用いた硬化体のフレッシュ時ならびに硬化後の基礎物性を把握した。GGBSの硬化収縮メカニズム，硬化収縮抑制方法，CGSのアルカリ活性材料への活用など，新しい知見を収集でき，論文として発表した。一方で，凝灰岩（TU），木質バイオマス焼却灰（WBA）に対しては，細粒化，高温養生（オートクレーブ養生），アルカリ溶液の高濃度化などを試みたが現時点では単独使用での硬化は確認できていない。両者は化学成分的にはアルカリ活性材料への利用の可能性があることから，本年度はGGBSと併用した硬化体に対して基礎物性を把握する。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の継続を含め，以下のことに取り組む。
1.各フィラーからの主要元素（Si，Al，Ca）の溶出性：(1)これまではアルカリ溶液への溶出性に限定してきたが、蒸留水を対象に、常温、高温における元素溶出性をXRF法で検証する。同じく、フィラーを酸（硫酸）で溶解させた場合についても検証する。(2)所要の強度を有する硬化体製作のためには、Si、Al、Caの適度なバランスが必要である。前年度、Si源にクリストバライト（SiO2）、Al源に水酸化アルミニウム（Al(OH)3）、Ca源に炭酸カルシウム（CaCO3）を用いた場合でも硬化することを確認した。本年度は、それぞれの混合割合の最適値を明らかにするとともに、各種フィラーに対してそれぞれを適量添加した場合の硬化体を製作し、サプリメント的な使用方法の可能性を検討する。さらに、これらの結果を受け、各フィラーの混合使用の有効性を探る。
2.粉体系アルカリ刺激剤の有効性：オルトケイ酸ナトリウム（AL）は粉体状で，活性フィラーとともに乾燥状態で練り混ぜ，その後に水を加えることで製造できるため，従来の溶液系と比べて，高いアルカリ環境をつくることができ，アルカリとの反応性が低いフィラーの活性度を高められる可能性があるので実験で確認する。一方，水と接触した際には反応熱が発生するため，配合条件と発熱量の関係を明らかにし，反応熱抑制のための方法を検討する。
3.高炉スラグ微粉末を使用した場合の硬化収縮メカニズム解明ならびに収縮低減方法：前年度までは(a)硬化体の内部乾燥を抑制する方法、(b)溶液の表面張力を低下させる方法、(c)溶液との接触面積を少なくする方法を検討した。今年度は新たに水酸化カルシウム系の収縮低減剤の効果を確認する。
4.研究の取りまとめをする。
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