| 研究課題/領域番号 |
20K04787
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| 研究機関 | 室蘭工業大学 |
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研究代表者 |
濱 幸雄 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (70238054)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ゾノトライト / オートクレーブ養生 / 軽量気泡コンクリート / 細孔構造 / 乾燥収縮 / 炭酸化 / 耐熱性 |
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| 研究実績の概要 |
セメントに含まれるアルミ成分がゾノトライトの生成を阻害するため，セメントを出発原料としたゾノトライトの工業的合成は不可能であるといわれていたのに対して，前水和方式でセメント中のアルミ成分の先行反応後の水熱合成によりゾノトライトを生成させ得る可能性を見出したことから，本研究ではセメントを出発原料として，耐熱性，寸法安定性，耐久性に優れたゾノトライトを工業的に水熱合成するためにその生成メカニズムを解明するとともに，最適合成条件を確立し，ゾノトライト系軽量硬化体（Xo-ALC)の基礎性状を把握することを目的としている。
前年度までに，セメントを出発原料としたXo-ALCの水熱合成条件の検討,および硬化体の性能評価を行い，前水和方式を用いることで,セメントを出発原料としたゾノトライト結晶の生成は可能であり,生成物は低結晶性 C-S-H,トバモライト結晶,ゾノトライト結晶の順に転移することを確認した。また，純粋なゾノトライト結晶を生成するための最適なオートクレーブ養生条件を見出した。
今年度は、セメントを出発原料として前水和方式を用いて作製したXo-ALCを対象として，その炭酸化収縮および乾燥収縮挙動を把握し，そのメカニズムを明らかにすることを目的として行った結果，以下の知見が得られた。
（1） Xo-ALC の細孔構造は，炭酸化により10nm 以上の細孔が減少し細孔径のピークは粗大径側にシフトする一方で，10nm 以下の細孔は増加する。（2） Xo-ALC は炭酸化が進行するほど10nm 以下の細孔の増加による毛細管張力が増大し，ゾノトライト 結晶の剛性が低下するため収縮が大きくなる。（4） Xo-ALC では10nm～1000nm の細孔の乾燥による収縮と毛細管壁の吸着水のみが失われることによる収縮勾配の低下と1nm～10nm の細孔の乾燥による収縮の二段階目の収縮挙動が見られる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究で当初に計画していたゾノトライト系軽量硬化体（Xo-ALC)の水熱合成の最適条件，建築材料として求められる圧縮強度，乾燥収縮，炭酸化収縮，高温環境下での寸法安定性に関わる基礎性状を把握するとともに，当初想定していなかったXo-ALCで確認された二段階の乾燥収縮挙動のメカニズムついても硬化体剛性の変化の観点から解明することができた。
また，既存のALCの製造設備を利用したXo-ALCパネルの工業的生産についても試作を進めており，建築材料としての実用化に向けた補強鉄筋入りのパネルの力学的性状，熱的性質，耐久性に関する検討も進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの成果から，純粋なゾノトライトの水熱合成の最適条件は明らかになったが，その工業的生産のためには既存のALCの製造設備の有効利用が必要となる。そのため，実用的な範囲でのゾノトライトとトバモライトの共存を許容した硬化体，補強鉄筋入りパネルの製造，物性評価を検討項目として追加する。
また，ゾノトライト系軽量硬化体（Xo-ALC) の炭酸化抵抗性は一般的なALCと同程度であるものの，耐炭酸化ALCと比べると炭酸化抵抗性は著しく劣り，炭酸化後の乾燥収縮も大きくなることから，炭酸化抵抗性能向上は実用化のために解決しなければならない必須の課題である。既存のALCではシリコーンオイルの添加により炭酸化抵抗性を向上させる技術が確立され，実用化されているが，シリコーンオイルの耐熱温度が200℃程度であり，230℃の高温処理が必要なゾノトライトの製造条件ではシリコーンオイルの添加による炭酸化抵抗性の向上が技術を適用できない。そのため，シリコーンオイルに代わる炭酸化抵抗性向上技術の開発が必要である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナ感染症の影響により旅費，謝金の支出がなかった。また，試料作成については研究協力者であるALCメーカーの住友金属鉱山シポレックス（株）に依頼し，無償で提供していただいたため費用支出がなかった。さらに，試料の分析，物性評価についても既存設備の利用で対応可能であったため，今年度の直接
経費の支出は無かった。
最終年度となる次年度は，Open Access論文投稿費としてあわせて使用する予定である。
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