2016 Fiscal Year Research-status Report
天然資源のサステナビリティーと硫酸土壌環境への適用を想定したジオポリマーの展開
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16K06441
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
合田 寛基 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20346860)
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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)
原田 耕司 西松建設株式会社(技術研究所), 技術研究所土木技術グループ, 上席研究員 (30544233)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ジオポリマー / 産業副産物 / 硫酸土壌 / ASR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
火力発電所から産出されるフライアッシュならびに製鉄所から産出される高炉スラグ微粉末を使用したジオポリマーについて，化学的侵食抵抗性に基づいた緻密化評価ならびにはり部材に適用した場合の耐荷特性について実験検討を実施した。
緻密化評価に関しては，ポロシメータ等による微細構造の検討結果が実際の劣化度評価と整合性を有していないケースがあったことから，実用性のある緻密化ならびに高耐久性化を実験するために，酸性溶液ならびに硫酸イオン水溶液に浸漬させ，その耐久性から評価を試みた。ジオポリマーの製造時に生じる比較的大きい径の気泡(硬化時の空隙)については，高性能AE減水剤等で粘性の低下が生じ，一定の気泡減少効果が得られるケースを確認した。酸性溶液や硫酸イオン水溶液を対象とした浸漬試験では，配調合の相違による各種劣化院試となるシオンの侵入深さについて，EPMAならびに引掻き試験を用いた評価を行い，耐久性評価とともに劣化度評価に関する手法について一定の成果を得た。
ASR抵抗性については，カルシウム量とアルカリ量をパラメータとしたコンクリートプリズム試験を実施したが，今回のシリーズでは有意な差が生じなかった。実験に使用した骨材の反応性が想定レベルを下回ってしたことならびにパラメータの設定範囲が適切でなかったことなどが原因と考えられる。同シリーズについては，引き続き継続して計測するとともにより高い反応性を有する骨材ならびにカルシウム量とアルカリ量がともに多いケースを対象に追加実験を実施する予定である。
はり試験については，はり試験体作製時の初期ひび割れ抑制手法を検討した上で，曲げ耐力ならびにせん断耐力算定方法の妥当性について検討した。既往の耐力算定方法が概ね適用できることを確認するとともに，ひび割れ分散性等に優れていることも確認した。
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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
緻密化を評価する上で実施した化学的侵食抵抗性に関する検討では，直径50mm×高さ100mmのジオポリマーモルタルを対象に，5～10%硫酸，5～10%塩酸，5～10%硫酸ナトリウム(中性)水溶液に最長8週間浸漬させた。浸漬溶液の温度は，20～70℃とした。測定項目は，外観観察，質量変化，引掻き試験，EPMA等とした。外観観察では，硫酸ナトリウム水溶液に対してジオポリマーの外観その他の変化は確認されなかった。一方，塩酸ならびに硫酸では，経時的にわずかながらも質量変化と外観上の変状(ひび割れ，溶脱等)が確認された。両浸漬溶液環境下では，ジオポリマーの変状に相違が確認されたことから，塩酸と硫酸による生成物の発生メカニズムについてそれぞれ考察した。さらに，引掻き試験とEPMA分析より，生成物の発生領域を定量的に評価し，塩酸による塩化カルシウムの発生，硫酸による二水石こうの発生が顕在化するメカニズムについて言及した。
はり部材に関する検討では，フライアッシュII種ならびに強熱減量の多いフライアッシュについて，はり部材の配調合ならびに製造施工方法について検討した。強度試験体と比較して，断面の大きい部材では打設直後の収縮が大きくひび割れなどの変状を呈しやすいことから，収縮低減効果のある養生剤を用いた打設表面の収縮対策について検討した。また，ジオポリマーはりの耐荷特性に関しては，セメントコンクリートに適用されている曲げ耐力算定方法ならびにせん断耐力算定方法の適用の妥当性を確認した。また，セメントコンクリートはりと比較して，ひび割れ分散性が高いこと，斜め引張ひび割れ発生時のひび割れ角が小さい傾向にあることなどを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本テーマについては，現在のところ概ね予定通りに研究が進められていることから，今後も継続して研究計画に則り検討を進める。
緻密化評価については，細孔空隙量の測定や耐久性評価に基づいた，実用性をともなう緻密化の定量的評価と併せて，表面に改質についても検討する。改質材については，表面含浸材のほかに表面保護材等も検討対象とし，特にロバストな環境として低温常温の繰り返しによる劣化促進試験を導入し，耐久性に関する合理的な評価を行う。
ASRに関する検討では，ジオポリマーがセメントコンクリートよりも高いアルカリ性を有し，生成されるASRゲルの粘性が大きく変化しているものと予測されることから，粘性の高いゲルを生成する配調合ならびに環境条件を構築できるように配慮する。ASRによる劣化が認められた場合には，劣化が顕在化する条件ならびにメカニズムを明らかにしたうえで，高いASR抵抗性を有するジオポリマーの条件に付いて言及する。
はりなどの実用部材を想定した曝露実験については，一般環境下ならびに過酷環境下の2種類を対象とする。過酷環境条件については，当初，硫酸土壌を有する地域での曝露試験を想定していたが，希望する実験環境の確保が困難になることも想定されることから，硫酸土壌を模擬した環境下での実験等を実施可能な環境づくりについても同時に検討する。
研究成果については，ジオポリマーが海外でも高い関心を有していることから，アルカリアクティベートマテリアルおよびジオポリマーに関するジャーナルや国際会議で公開する予定である。
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