2017 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical prediction of hydraulic activity of beta-form belite doped with trace elements
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15K04631
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
桜田 良治 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (60290699)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川添 良幸 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (30091672)
鵜澤 正美 日本大学, 生産工学部, 教授 (80571299)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ビーライト / 微量成分 / 水和活性 / 第一原理計算 / 密度汎関数法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セメント原料由来の微量成分が，β相ビーライト表面での水和活性に及ぼす影響について，一切の実験値を用いずに量子力学のみに立脚した第一原理計算によって理論解析することを目的とする。解析には，超高速演算処理が可能なスーパーコンピューターを使用した。
最終年度は，複数の微量成分を複数導入することによるビーライトの水和活性の改善効果を検討した。計算は，表面下第2層のCaを金属原子Mgと置換し，SiO4四面体をP2O5多面体と置換するとともにP2O5から離れた位置，あるいは近接した位置にSO3多面体を挿入した構造について実施した。その結果，ビーライト表面の7配位Ca上に水分子を垂直配置した場合には，水分子吸着エネルギーの絶対値は，Mgのみ置換した構造より4.02倍大きくなる。また，8配位Ca上に水分子を垂直配置した場合には，水分子吸着エネルギーの絶対値は，Mg置換の構造より2.0-2.2倍大きくなる。これより，Mgのみの置換では水和活性の向上がないビーライトでも，新たにSO3及びP2O5の複数の微量成分を置換固溶することで，水和活性が改善されることが第一原理計算結果より明らかになり実験結果とも適合した。
アルカリ土類金属のBa，Srは，ビーライト中の構成原子であるCaと置換することで水分子の平均吸着エネルギーの絶対値は，置換しない構造よりも大きくなり，特にBaで置換した構造がSrで置換した構造よりもビーライト表面での水分子の吸着力は増し，水和活性の向上がより期待できることが判明した。一方，Mnで置換した構造ではビーライトの水和活性向上の効果は期待できるが，Mgではその効果は認められない。
以上より，ビーライトの水和活性の改善に及ぼす微量成分の効果が，原子レベルでの第一原理量子論による理論解析により予測が可能で，新たなセメントクリンカーの材料設計に適用できることも判明した。
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Research Products
(7 results)
