2021 Fiscal Year Annual Research Report
湿潤下その場分光解析によるケイ酸塩物質のハイドレーション・ケミストリーの深化
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19H02487
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
柴田 浩幸 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50250824)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
助永 壮平 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20432859)
川西 咲子 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80726985)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | シリケート構造 / ケイ酸塩物質 / 溶出 / 重合度 / 蛍光イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ケイ酸塩物質の水和反応と、それに伴う構成元素の溶出メカニズムの解明を目的とし、研究を実施した。
最終年度である2021年度は、CaO-SiO2の二元系および、同二元系にMgO、FeO、CaF2もしくはAl2O3を添加した三元系における溶出試験の結果をもとに、pHの上昇につながるCaの溶出量に影響する因子を多変量解析により調査した。その結果、二元系においては、シリケート構造が単純化するほど溶出量は増大し、シリケートの重合度のみで溶出量を説明づけられることがわかった。一方、三元系では第三成分の添加によりシリケート以外の構成成分もネットワーク構造の形成に寄与することから、Caの溶出量は大幅に低下し、二元系と同様の重合度のみでの整理には至らなかった。そこで、重合度に加え、塩基度、格子エネルギー、Ca-O間の距離を考慮することで、精度よくCaの溶出量を予測可能であることを明らかにした。以上より、ケイ酸塩物質の水への溶出挙動を解明するとともに、溶出量の抑制に対し第三成分の添加の有効性を示した。
また、溶出に伴うミクロスケールでの水中のCa濃度の上昇とそれに伴うpHの上昇の関係を明らかにするために、Ca2+およびOH-濃度を定量評価するための蛍光イメージング法の確立に向けた検討を進めた。その結果、各イオンに作用する蛍光試薬を共添加し、試薬濃度および観察条件を最適化することで、pH6.5～9.5およびCa2+濃度40ppmまでの範囲において同時蛍光イメージングが可能であることを示した。これを用いてCaO-SiO2二元系およびMgOを添加した三元系のケイ酸塩物質の溶出挙動を調査した結果、水との接触後に界面近傍では直ちにpHとCa濃度が上昇すること、その後は水中で各種イオンの拡散により高pHの領域が拡大することを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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