2018 Fiscal Year Research-status Report
微生物によるひび割れ治癒機能を付与したローカーボン性能を有するPCグラウトの開発
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17K00607
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| Research Institution | National Institute of Technology, Kumamoto College |
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Principal Investigator |
松家 武樹 熊本高等専門学校, 建築社会デザイン工学科, 准教授 (40517554)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富澤 哲 熊本高等専門学校, 生物化学システム工学科, 講師 (90634709)
本田 晴香 (古賀晴香) 熊本高等専門学校, 生物化学システム工学科, 助教 (90756983)
松谷 祐希 熊本高等専門学校, 機械知能システム工学科, 助教 (80757120)
岩坪 要 熊本高等専門学校, 建築社会デザイン工学科, 教授 (60290839)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ローカーボン / PCグラウト / 自己治癒 / サステイナビリティ評価 / レオロジー / 強度特性 / ドライイースト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
PCグラウトはコンクリート道路橋で用いられる重要な建設材料であるが、製造時に多量のCO2を排出する。また、収縮に伴うひび割れの修復は多量のエネルギーを要する大規模なものとなり、必然的に多量のCO2を排出する。PCグラウトはコンクリート内部に存在する構造だからである。本研究では従来の「レオロジー性能・力学性能」に加え、(1)新たに「ローカーボン性能」および「収縮性能、耐久性能」等の指標を取り入れた配合条件の最適化と練混ぜシステムを確立し、PCグラウトの高性能化を図る（材料工学的アプローチ）。(2)PCグラウト特有の環境下で生存する微生物を創出し、その微生物から分泌される高強度の接着タンパク質形成を利用したひび割れ部への自己治癒機能の検証を行い、PCグラウトの長寿命化を目指す（生物工学的アプローチ）。これら2つの側面からのアプローチを達成することにより、本研究目的である「ローカーボン性能を有するPCグラウトの開発」を実現する。
平成30年度は、材料工学的アプローチとして尿素およびフライアッシュならびに高炉スラグ微粉末の3つの混和材料を組み合わせたPCグラウトの配合条件がPCグラウトの「レオロジー性能」、「温度特性」、「強度特性」に及ぼす影響を明らかにするための実験を行い、各種データを取得した。これらデータはサステイナビリティの観点から整理を行うが、その分析は次年度の課題である。一方、生物工学的アプローチとしてPCグラウトに微生物を混合した際の、レオロジー、圧縮強度などの材料特性に対する影響を評価した。結合材に対して0.5%以内のドライイースト（イースト菌）添加量であれば、PCグラウト特性に及ぼす影響は小さいことが明らかとなった。また、破砕したPCグラウトを顕微鏡で観察したところ、高アルカリおよび高温の環境下となるPCグラウト中でもイースト菌の一部は生存していることが示唆された。
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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
当初の計画通り、材料工学的アプローチとしては、PCグラウトの最適配合を明らかにするための各種データを取得できている。一方、生物工学的アプローチとしては、大腸菌細胞を宿主としてムラサキイガイ由来の接着タンパク質の発現・精製に成功するとともに、PCグラウト特有の高アルカリ・高温環境下においてもイースト菌の一部が生存している可能性を見出し、技術的な問題点を着実に抽出することができている。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
材料工学的アプローチとしては、平成30年度に取得した各種データをサステイナビリティの観点から評価する。具体的には、尿素およびフライアッシュならびに高炉スラグ微粉末の3つの混和材料を組み合わせたPCグラウトの配合条件がPCグラウトの「レオロジー性能」、「強度特性」や「ローカーボン性能」、「コストパフォーマンス」に及ぼす影響をサステイナビリティの観点から分析し、最適配合を明らかにする。さらに、上記3つの混和材料利用に伴うPCグラウト温度低下による周囲コンクリートへの応力低減効果をFEM温度応力解析にて明らかにし、各種混和材料を用いたPCグラウトの優位性を示す。
一方、生物工学的アプローチでは、PCグラウト中におけるイースト菌の生存状態について、硬化したPCグラウトからイースト菌を分離し、定量的に生存率を評価する方法を確立する。また、上記の材料の最適配合条件において、ドライイーストに含まれる乳化剤が強度に与える影響を明らかにする。さらに、接着タンパク質を活性化する酵素（チロシナーゼ）の発現を実現し、PCグラウト片に対する接着性試験を行う。最終的にPCグラウト内で生存可能な微生物に接着物質を分泌する能力を付与し、自己治癒機能を持つPCグラウトの試作品の完成を目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度は実験によるデータ取得に注力したため、学会参加等に伴う旅費の支出が少なかった。平成30年度からの繰越額（197,536円）については、主に平成31年度の旅費に関わる費用にあてる。
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