持続可能社会実現に貢献する縮重合反応を基本とする新しいアルカリ活性材料の開発
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22H00230
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
一宮 一夫 大分工業高等専門学校, 都市・環境工学科, 教授 (00176306)
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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)
山本 武志 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 上席研究員 (30371545)
藤山 知加子 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (60613495)
千々和 伸浩 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (80546242)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥43,420,000 (Direct Cost: ¥33,400,000、Indirect Cost: ¥10,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
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| Keywords | 持続可能社会 / アルカリ活性材料 / 縮重合反応 / 凝灰岩 / 水ガラス / ジオポリマー / フライアッシュ / 高炉スラグ微粉末 / 非溶結凝灰岩 / 木質バイオマス焼却灰 / 石炭ガス化発電スラグ / 圧縮強度 |
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| Outline of Research at the Start |
石灰石を主原料とするセメントは，製造時のCO2の大量排出，天然資源の消費抑制の点で課題がある。一方，セメントと同等以上の性能を有し，国内外で研究開発が進行中のアルカリ活性材料（AAMs）は，石炭火力発電が縮小・廃止されると，主要材料のフライアッシュ（石炭灰）の確保が困難になる。
本研究では，火山堆積物や木質バイオマス灰などの各種未利用資源をAAMsへ適用するための，材料調整方法や施工法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，世界的な石炭火力発電の縮小・廃止の流れを踏まえ、フライアッシュ（FA）を主材料としないアルカリ活性材料（AAMs）の開発であり、非溶結凝灰岩（TU）、木質バイオマス焼却灰（WBA）、石炭ガス化発電スラグ（CGS）、真砂土の適用性を調べる。
2022年度は下記の(a) 、(b)の研究を実施した。
(a)活性フィラー（粉体）の調整方法の確立：各材料は炉乾燥（105℃）させたのちにボールミルで粉砕した。その後、超音波ふるいで45μｍ以下と125μｍ以下に分級した。平均粒径が小さいつまり比表面積が大きい方が強度発現上は有利と考えたが、同時に練り混ぜに必要な溶液量が増えるため、逆に強度低下につながることが分かった。よって、本研究では125μｍ以下に調整したものを使用することにした。
(b)セメント硬化体と同水準の強度を有するAAMs硬化体を得るための配合・養生条件の探索：セメントの強さ試験では40×40×160mmの供試体を用いる。一方、本研究では分級した活性フィラーの節約ならびに強度試験の効率化を目的に、樹脂埋込用プラスチックカップ（内径30mm、深さ30mm）で成型した小型円柱供試体を使用し、その有用性を確認した。活性フィラーの種類、アルカリ溶液濃度、養生温度、強度試験材齢をパラメータとした295通りの実験を行った。その結果、CGSは単体で硬化し、その硬化性は高炉スラグ微粉末（BS）に類似していること、TUならびにWBAは単体では硬化しないが、BSと併用することで実用レベルの強度を有する硬化体を製造できること、最適なアルカリ溶液濃度、養生温度は活性フィラーの組み合わせで異なることを確認した。
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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
材料の調整方法を確立した。活性フィラーの節約と強度試験の効率化を目的に独自の強度評価方法を採用し、その有用性を確認した。TU、WBA、CGSの基本的な特性ならびにFAやBSと混合使用した硬化体の強度特性を把握した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目の2023年度は、下記(a)-(d)に取り組む。
(a)活性フィラー：硬化に関与する主要元素のSi、Al、Caの各フィラーからの溶出性を測定する。定量評価にはXRF（波長分散型蛍光X線分析装置）を使用する。また、各元素の溶出を促進できる溶液の濃度や温度などの試験条件を探る。
(b)アルカリ溶液：「溶解法」の効果を確認する。AAMsのアルカリ溶液には水ガラス，苛性ソーダ，水の混合液が使用する「一般法」と、シリカフューム（SF）、苛性ソーダ、水を使用し、SFと苛性ソーダの反応から水ガラス成分を生成する「溶解法」がある。前者は溶液粘度が高いため練混ぜ性や型枠への充填性に課題がある。後者は溶液の粘性が低く製造・施工性を改善できるが、高アルカリ溶液の取り扱いに特に注意が必要である。TU、WBAは「一般法」ではアルカリ溶液との反応は認められなかったが、苛性ソーダ濃度が高い「溶解法」では各フィラーからの主要元素の溶出が促進される可能性がある。
(c)硬化体の基礎物性：BSを使用した配合では材齢7日または28日以降で強度が低下する場合がある。強度低下の原因は結晶化の影響と予想しており、XRD（X線回折装置）で確認をするとともに長期材齢における強度性状ならびに強度低下を抑制する方法を探る。また、練り混ぜ直後の流動性ならびに硬化後の長さ変化についても調べる。流動性はレオロジー定数（降伏値，塑性粘度を回転粘度計で測定），JASSフロー値（内径50mm，高さ51mmの塩ビ製パイプ（内容積100ml）を用いて測定）で評価する。
(d)製造条件（配合・養生条件）の最適化：マテリアルインフォマティックス（AI・機械学習を使用することで、材料開発を効率よく行う手法）を活用した材料開発の研究・開発企業と連携して、活性フィラーごとの最適な配合・養生条件の抽出を試みる。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
