炭素固定化量の最大化と中性化抑制の両立による新たな低炭素型コンクリートの開発

• Project/Area Number: 22K04274
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22010:Civil engineering material, execution and construction management-related
• Research Institution: Fukuoka University
• Principal Investigator: 櫨原 弘貴 福岡大学, 工学部, 准教授 (70580182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 悠二 福岡大学, 工学部, 助教 (00805674)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: カーボンニュートラル / 炭酸化 / 中性化 / 高耐久

Outline of Research at the Start

CO2排出削減・回収に着目した様々なコンクリート製造・製品の研究開発が進められているが，その成果は無筋コンクリートや小型プレキャスト製品への適用に留まっている。CO2削減・回収と耐久性確保の両者が成立すれば，一般土木構造物への構造体としての利用が可能になると言える。本研究課題は，CO2の吸収量を最大化させつつも，コンクリート中のCa(OH)2が炭酸化されても中性化を生じさせない新たな理論の構築とそれを可能とする添加材料の提示を目的としている。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、CO2の吸収量を最大化させつつも，コンクリート中のCa(OH)2が炭酸化されても中性化を生じさせない新たな理論の構築とそれを可能とする添加材料の提示を目的として、レディーミクストコンクリートへの適用性を示すことにある。
本年度は、添加剤を低炭素型コンクリートに添加することを想定して、セメントに高炉スラグ微粉末を70%（B70），90%（B90）置換したモルタルに添加剤を加えた供試体を作製した。これらの供試体での中性化抑制機構を明らかにすることを目的として、中性化促進試験の実施および各種環境下における暴露試験を開始した。また、中性化促進前後の供試体内部の性状変化をXRDおよびSEM，イオンクロマトグラフなどによって評価した。
結果として、B70供試体では、中性化速度がB50（高炉セメント）と同等かそれ以下となった。B90では、BB50より中性化速度が大きいものの、添加剤無しに比べると1/2程度となっている。その他、圧縮強度についても、添加剤によってB70（添加剤あり）＞B50（添加剤なし）, B90（添加剤あり）＝B70（添加剤なし）となった。
また、中性化領域において炭素固定化量を測定した結果、添加剤を加えることで炭素固定化量が1.3倍程度に増加することも確認できた。
所感として、現状の成果で高炉スラグ微粉末の置換率80%程度までは、添加剤を加えるだけであり、凝結やフレッシュ性状にあまり影響を及ぼさないためレディーミクストコンクリートとして、強度低下等の懸念もなく使用できると考えている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初、計画通りに実施できており、想定した試験結果を得ることが出来た。また、その他にもCO2固定化量の大幅な増加や物理的特性についても把握することができた。高炉スラグ微粉末90%置換したコンクリートをレディミクストコンクリートで使用することを目標にたて、添加材料の改良を試みるが、この点についも問題なく実施できる目途が立っている。
また、特許取得に向けて特許申請を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、本年度の成果を踏まえて添加剤の改良，引き続き曝露供試体等を用いた中性化抑制機構を再度検討することとし、その他、乾燥収縮抑制や鉄筋腐食特性についても把握する予定である。また、レディーミクストコンクリートに使用することも想定して、改良予定の添加剤を用いて配合設計についても研究を進める予定である。