| Project/Area Number |
21K18769
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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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 | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
李 柱国 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (50432737)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ジオポリマーセメント / 都市ごみ焼却灰 / リサイクル / 重金属固定 / 強度 / 中性化抵抗性 / 高炉スラグ微粉末 / 可使時間 / 飛灰 / 主灰 / 発泡体 |
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| Outline of Research at the Start |
ジオポリマー(GP)の高い重金属固定能力を利用することで、都市ごみ焼却灰(WIA)の重金属溶出問題を解決し、簡便・安全な資源化技術として、新型エコセメント(新型GP)の開発を試みる。新型GPの実用化を図るために、WIAの強アルカリ性、消石灰・金属アルミニウム含有の特徴を生かして、GPに苛性ソーダを使わず、フライアッシュ等のガラス質のアルミノシリケート粉体、水ガラスおよび焼却主灰を混合して、焼成工程が不要になる低コスト・高品質の新型GPの調合方法を検討する。また、新型エコセメントの塩素・重金属固定率および強度・耐久性能を明らかにし、向上技術を開発する。なお、新型エコセメントの硬化機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度には、都市ごみ焼却灰(WIR)を使用したジオポリマー（WIR-GP）の重金属固定能力と実用性能（強度、耐久性）を検証し、向上させるために、WIR-GPの重金属固定能力、強度、中性化抵抗性を測定し、対策技術を検討した。具体的には、細骨材中のWIRの混合率、活性フィラー中の高炉スラグ微粉末(BFS)の混合率、活性フィラー中のフライアッシュ（FA）の銅スラグ微粉末(CuS)による代替率、そしてジオポリマー(GP)の養生方法などが重金属固定能力、可使時間、強度、中性化抵抗性に及ぼす影響を詳しく考察した。
結果として、以下のことが明らかになった。(1)BFS の割合又は細骨材中のWIRの混合率が大きいほど，GPの可使時間が短くなる。(2) BFSの割合が高いほどまたはWIR の混合率が低いほど GP硬化体の強度は高くなる。また、高温養生のほうが常温養生よりも強度が高くなる。(3)WIRの混合率が小さいほど、GPモルタルの中性化抵抗性が高い。高温養生または CuSの添加によって GPモルタルの中性化抵抗性を高めることができる。(4)酸性溶液中の重金属溶出量は中性溶出液より多くなる。WIRの混合率の増加に伴い重金属溶出量が増加する傾向がある。また、常温養生されたGPモルタルの重金属溶出量が高温養生の場合より少ない。しかし、今回のGPモルタルの中性溶出液でのCr,Pb,As,Se,Cd溶出量は各自の溶出基準を満している。結論としては、BFSを40％以上使用し、WIRが20％の天然細骨材を置換する場合、GPモルタルの重金属固定能力、可使時間、強度および中性化抵抗性が優れる。
なお、中性化抵抗性が低いのはＧＰの固有の短所である。本研究では、この短所を克服する表層改質技術の開発を行い、アルミ酸ナトリウムを塗布することで、GPの中性化抵抗性を大幅に改善することを明らかにした。
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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
都市ごみ焼却灰を用いたジオポリマー（WIR-GP）の重金属固定能力および実用性能に影響を与える様々な要因を詳細に調査し、WIR-GPの性能等について明らかにすることで、建設材料として使用するための合理的な調合方法と養生方法を提案することができた。ただし、WIR-GPの体積変化（乾燥収縮と自己収縮）と長期性能（長期強度）の測定は時間がかかるため、現在測定中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
都市ごみ焼却灰を用いたジオポリマー（WIR-GP）の可使時間がWIR中の消石灰と水ガラスの迅速な反応で短いため、水ガラスの代替材料を検討する。
WIR-GPが多孔質のものであるため、WIR-GPの中性化抵抗性が天然骨材のみを使ったＧＰモルタルより低い。前年度に開発した塗布剤を使用して、WIR-GPの中性化抵抗性の改善効果を詳細に確認する。
WIR-GPは酸性水では重金属溶出量が高い課題を解決するために、WIR-GPの反応生成物と緻密度を増加する方法を検討する。
当初の計画通りに、WIR-GPの反応生成物と硬化機構を詳細に解明する予定である。
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