Development of smart and functional (self-healing and self-sensing) low carbon geopolymer concrete using modified woody biomass combustion ash
| Project/Area Number |
22KK0065
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 23:Architecture, building engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
高巣 幸二 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (60336948)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
陶山 裕樹 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (20507876)
國枝 陽一郎 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 准教授 (30795943)
藤田 慎之輔 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (80775958)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
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| Keywords | ジオポリマー / 自己治癒 / 木質バイオマス燃焼灰 / 浮遊選鉱法 / バクテリア |
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| Outline of Research at the Start |
パリ協定の目標達成に向けて日本と英国は2050年までに温室効果ガス排出を実質ゼロにしてカーボンニュートラルを達成するように舵を切った。英国の再生可能エネルギーの比率は30%前後であり、2025年までに石炭火力発電を撤廃することを表明し、その一部をバイオマス発電にシフトさせている。本研究では、二酸化炭素排出量を大幅に削減可能なジオポリマーコンクリートの活性フィラーとしての日英のバイオマス燃焼灰の適用可能性およびバイオマス燃焼灰とバクテリアを混合した自己治癒コンクリートの製造可能性を検証し、材料工学と構造工学の視点から次世代型コンクリートの革新的な技術提案によりカーボンニュートラル社会を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
発電出力75MWの国内最大級の木質バイオマス発電所から排出する専焼灰3種を改質して、ジオポリマーモルタルの活性フィラーとして使用し、その諸特性の評価を行った。その結果、浮遊選鉱法で改質すると予め水を吸着させたことにより練混ぜ可能となったが、改質処理を実施しないと練り混ぜることができなかった。活性フィラーとしてどの灰も混合及び流動が困難であったが、フライアッシュ の使用により、流動性は部分的に向上した。また、材齢が経過するにつれて、圧縮強度は向上，CaO 含有量が多い専焼灰は高い圧縮強度を示しており、化学組成が圧縮強度に重要な影響を与えることを示した。
バース大学では、英国の木質バイオマス専焼灰を使用したジオポリマーペーストに対して反応熱分析を実施した結果、浮遊選鉱法で改質した英国専焼灰は反応熱が小さい結果となった。高炉スラグ微粉末が多いものほど初期反応熱が大きくなり、セメントペーストと同様の挙動を示した。
自己治癒コンクリートにおけるバクテリア生存リスク推定手法の提案を行った。バクテリアの主な死亡要因を練混ぜ中の衝突圧力と仮定し、粉体解析ソフトRocky（Ansys社製）を用いて練混ぜ試験による材料および芽胞の4次元解析を行った。アニメーションによる混成性状の可視化、発生応力の推定を可能とした。モデル内で試験機の回転速度や形状、材料の物性を容易に変化可能とし、入力条件による芽胞への発生応力との相関推定を可能とした。
ラフバラー大学を訪問し，最新のコンクリート3Dプリンタ設備について見学をした後，バース大学のPaul Shepherd教授を紹介頂き，デジタルファブリケーション技術の先端事例について情報収集を行った。帰国後，同技術を援用した組積造コンクリートに可能性を感じ，2次元モデルについて引張の生じない組積造構造物をシミュレーションし，小さなモックアップ実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
プロジェクト2年目は、日本側では北九州市立大学と東京都立大学、英国側ではバース大学に研究拠点をおいて、研究を実施した。2週間に1回のペースでオンラインミーティングを重ねており、研究計画通りに進捗している。9月にバース大学で開催した建築材料セミナーにおいて、高巣と藤田准教授が研究発表を実施した。2月に北九州市立大学で開催したAILCD国際会議において、K. Paine教授が基調講演を実施した。研究成果をっぴょうする場も着実に設けることができている。ただし、2023年度はお互いの大学の短期的な訪問に留まった。
従って、2年目終了時点の目標は当初の計画通り概ね達成することができ、研究は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、北九州市立大学・国際環境工学部を主たる研究拠点として、引き続き日本の木質バイオマス燃焼灰を収集してジオポリマーの活性フィラーとしての適用可能性を検証すると共に、それを改質したジオポリマーモルタルの諸特性を検討する。また、英国の木質バイオマスフライアッシュのサンプリング数を増やしてバース大学でジオポリマーモルタルを製造して、日英それぞれで製造したジオポリマーモルタルの性状比較を実施する。
オランダ・デルフト工科大学のH. Jonkers教授が開発したコンクリート用自己治癒バクテリアを2023年度に入手したので、自己治癒ジオポリマーが実現可能か予備実験を開始する。
自己治癒コンクリートにおけるバクテリア生存リスク推定手法を提案するため、粉体解析ソフトRocky（Ansys社製）を用いて二相解析による練混ぜ性状のより精緻な解析手法の提案および実証試験を伴った解析精度の検証を行う。
材料工学的な観点によるコンクリートの物性値の変遷と，RC造の建築物の構造的・形態的特徴の変遷との関係について、英国の現地調査を踏まえて引き続き両者の関係性を考察していく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
