| 研究課題/領域番号 |
23K22836
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01566 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22010:土木材料、施工および建設マネジメント関連
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
尾上 幸造 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (50435111)
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| 研究分担者 |
重石 光弘 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (50253761)
佐川 康貴 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10325508)
新 大軌 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (70431393)
福永 隆之 九州大学, 工学研究院, 助教 (20869408)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
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| キーワード | 火山ガラス微粉末 / アルカリ活性材料 / タグチメソッド / 最適化 / 再現性 / ジオポリマー / 高炉スラグ微粉末 / 圧縮強度 / 養生条件 / 反応生成物 / システム最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本申請課題では、火山ガラス微粉末を主な活性フィラーとし、高炉スラグ微粉末および石灰石微粉末を補助的に用いるジオポリマー（VGGP）の実用化に向けた基礎的検討を実施する。設計パラメータ水準の組合せが膨大となることを考慮し、動特性のパラメータ設計を適用することで、原料の品質変動に鈍感かつ再現性の高い設計システムを構築する。さらに、最適条件下でVGGPの品質変動が抑制されるメカニズムならびにVGGPの建設材料としての適用性についても明らかとする。本研究は、環境負荷低減型の新規なジオポリマーを開発するもので、建設材料分野におけるカーボンニュートラルの推進に寄与することが期待される。
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| 研究実績の概要 |
2022年度は、まず火山ガラス微粉末（VGP）のアルカリ活性材料（AAM）における活性フィラーとしてのポテンシャルについて調べた。その結果、今回使用したVGPはガラス化率が84.7%と高く、高温環境下でアルカリ溶液中に非晶質部が溶出する一方で、アルミナ分が少ないことに起因して塩基度は低く反応性に乏しいことが明らかとなった。反応生成物分析より、今回検討した配合において、VGP単体では十分な縮重合反応あるいは水和反応は生じないことが確認された。
次に、VGPの一部をフライアッシュ（FA）あるいは高炉スラグ微粉末（GGBS）で置換することによる効果を調べた。その結果、FAあるいはGGBSで置換することにより、AAMの流動性および圧縮強度が改善されることを把握した。反応生成物分析より、FAで置換した場合にはゼオライト相、GGBSで置換した場合にはC-A-S-Hの生成が確認された。
続いて、VGPの一部をGGBSで置換したAAMの強度発現に及ぼす養生条件の影響について調べた。その結果、脱型までの一次養生を気中とした場合、脱型後の二次養生によらず圧縮強度が増進し、とくに二次養生を水中とすることで大幅に強度が増進することが明らかとなった。さらに、AAMにおけるVGPの役割を確認するため、GGBSの質量置換率を25%とし、残りの75%をVGPまたは石灰石微粉末（LSP）としたAAMを作製し、材齢2日時点での圧縮強度を測定した。その結果、VGPベースのAAMはLSPベースのものよりも圧縮強度が有意に大きくなった。このことから、VGPは単体ではAAMの強度発現に寄与しない一方で、GGBSと組み合わせることで強度増進に寄与することが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の計画では2022年度中に動特性のパラメータ設計を適用した実験の一部に着手する予定であったが、VGPの反応ポテンシャルの評価にとどまったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度に得られた知見を踏まえ、今後はVGPとGGBSを混合した系を基本として検討を進める。動特性のパラメータ設計を適用し、入出力関係を安定化するための各種設計パラメータ、すなわちアルカリ溶液の調製方法、GGBS置換率、練混ぜ時間、養生条件等の最適水準の組合せを見出す。また、脱型前の一次養生および脱型後の二次養生の影響についても検討する。
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