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近年、廃棄物をセメントの原燃料に用いる傾向が高まっていることから、原燃料に由来する有害重金属のセメント中での化学的挙動を解明することが強く求められている。本研究では、普通ポルトランドセメント中に本来的に含まれる微量のクロム(58.4ppm)、亜鉛(205.1ppm)の化学状態が、セメントの水和に伴ってどのように変化するかを明らかにすることを目的とした。シンクロトロン放射光によるXAFS(X線吸収微細構造)分析を初めてセメント系に適用することにより、以下の知見を得た。
XANES領域で吸収端手前に現れる6価クロムのピーク強度が水和に伴って減少することから、セメント中のクロムはセメントの水和の進行に伴い6価から3価への還元反応が進行することがわかった。この還元反応はセメント中に微量に存在する2価の鉄イオンの還元作用によるものと推定した。XANES領域の比較から、セメント中の亜鉛は未水和の状態では、ウルツ鉱型の酸化亜鉛と同様の化学状態で存在しているが、水和反応が進行するにつれて、その化学状態が崩れることがわかった。K吸収端を観察し、亜鉛原子の配位数と原子間距離を数値解析したところ、亜鉛の第一近接原子の原子間距離は材齢に関わらず0.20nmのまま変化せず、配位数も4で一定していた。これは亜鉛と酸素と原子間距離と配位数に対応する。しかし第二近接原子については原子間距離が0.32nmで一定している一方で、配位数が15.4(未水和)から7.5(材齢294日)と減少した。これは亜鉛原子と亜鉛原子の距離と配位数に対応する。このことは未水和状態では酸素が亜鉛に4配位した基本構造が酸素原子を共有する形でつながり、微小な酸化亜鉛の結晶構造を形成する状態で存在しているが、水和が進むにつれてその結晶構造が崩壊し、亜鉛酸イオンとなって溶出していることを示唆している。
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