JP2020019681A - ジオポリマー固化材、ジオポリマー固化方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、いずれもアルカリ活性剤として水溶液を用いるため、混合物の水分量を独立して制御することができず、また、濃度調整のための手段が別途必要であり、取扱性が悪いという課題があった。
即ち、本発明のジオポリマー固化材は、アルカリアルミナ粉末と非晶質シリカ粉末とを混合してなることを特徴とする。
また、本発明では、前記ジオポリマー固化材は、ナトリウム水酸化物、ナトリウムハロゲン化物を更に含んでいてもよい。
本発明のジオポリマー固化材は、アルカリアルミナ粉末と非晶質シリカ粉末とを混合した粉体の固化材である。ジオポリマー固化材を構成するアルカリアルミナ粉末は、ジオポリマー固化材のアルカリ活性剤であり、例えば、アルミン酸ナトリウム粉末を用いることができる。
水酸化マグネシウム粉末の好ましい混合比率は、アルカリアルミナ粉末と非晶質シリカ粉末の合計に対して、質量比で0.7以上、1.8以下の範囲である。
アルカリアルミナ粉末以外の余剰のナトリウム化合物、例えば水酸化ナトリウム塩(NaOH)や塩化ナトリウム(NaCl)を含む場合、塩素などの海水成分の固定が期待できるソーダライトが生成する。
(1)Si/Al=1.0の場合
2SiO2+2NaAlO2→Na2Al2Si2O8(ネフェリン)
但し、余剰のナトリウム化合物がある場合
3SiO2+3NaAlO2+NaOH, Cl=Na4Si3Al3O12(OH、Cl)(ソーダライト)
(2)Si/Al=1.5の場合
3SiO2+2NaAlO2+nH2O→Na2Al2Si2O10・nH2O(ナトロライト)
(3)Si/Al=2.0の場合
2SiO2+NaAlO2+nH2O→NaAlSi2O6・nH2O(アナルサイム・チャバザイト)
上述した本発明のジオポリマー固化材を用いて固化を行う際には、まず、被固化物(非活性フィラー)に本発明のジオポリマー固化材および水を加えて混練して混練物を形成する(混練工程)。この時、被固化物(FL)と、ジオポリマー固化材(GP)、および水(W)とGPの重量混合比は、それぞれFL/GP=1.0以上、3.0以下、W/GP=0.5以上、1.5以下の範囲内にすることが好ましい。混練には、セメント混練用のミキサーなどを利用することができる。
(検証例1)
表1に示す配合割合で、ゼオライト(被固化物)、アルミン酸ナトリウム粉末、シリカヒューム粉末、水を混合し4種類の試料(1)〜(4)を得た。
・ゼオライト:「東ソー製 ゼオラム A-3 585」を混練時の吸着熱による加熱を避けるため一度水に浸漬し、60℃にて乾燥させたものを使用(含水率約20wt%)。
・アルミン酸ナトリウム粉末:浅田化学工業製 P100を使用。
・シリカヒューム:「Elkem製 マイクロシリカ940U」を使用。
それぞれの試料を型枠に充てん・脱枠後、250℃にて1.5時間および試料(1−2),(3−2)は3.0時間、それぞれ加熱した。
検証例1の結果を表1に示す。また、試料1−2(試料A)、試料3−2(試料B)の固化物の様子を図2に示す。
表1に示す配合割合で、ゼオライト(被固化物)、炭酸塩スラリー、アルミン酸ナトリウム粉末、シリカヒューム粉末、水を混合し、3種類の試料(5)〜(7)を得た。なお、炭酸塩スラリーは、炭酸カルシウムと水酸化マグネシウムを10wt%塩化ナトリウム水溶液に固形分が10wt%となるように懸濁したものを、脱水ろ過したものである。
そして、それぞれの試料を型枠に充てん・封かんした状態で室温にて約2週間から4か月間養生し固化させた。
検証例2の結果を表2に示す。
以下の表3に示す配合比率で、ゼオライト(被固化物)、炭酸塩スラリー、アルミン酸ナトリウム粉末、シリカヒューム粉末、水を混合し、各サンプルを型枠に充てんした後、60℃乾燥雰囲気または150℃水蒸気雰囲気にて養生した。炭酸塩スラリーは検証例2と同じものである。
(4)Si/Al=0.5の場合
SiO2+2NaAlO2+H2O→2NaOH+Al2SiO5
検証例4として、水酸化マグネシウムを投入した効果を確認した。以下の表4に検証例4に用いた試料の配合比率を示す。水酸化マグネシウムは検証例2と同じく炭酸塩スラリーとして添加した。
検証例5として、余剰ナトリウム化合物を含む系でのSi/Alのモル比1.0におけるジオポリマー反応物を観察した。図8に検証例5の結果を示す。なお、図8(a)は、余剰のNaOHを含む系の水酸基ソーダライト=OH−SODとナトロライト=NATを示している。また、図8(b)は、余剰のNaOH−NaClを含む系の塩素を含むソーダライト=Cl−SODとSiに富むゼオライトであるアナルサイム=ANAを示している。また、図8(c)は、図8(a),(b)と同一視野のCl−Si元素マップを示している。
Claims (11)
- アルカリアルミナ粉末と非晶質シリカ粉末とを混合してなることを特徴とするジオポリマー固化材。
- 前記アルカリアルミナ粉末は、アルミン酸ナトリウム粉末を含むことを特徴とする請求項1記載のジオポリマー固化材。
- 前記アルミン酸ナトリウム粉末は、斜方晶であることを特徴とする請求項2記載のジオポリマー固化材。
- 前記非晶質シリカ粉末は、シリカヒューム粉末、溶融シリカ粉末のうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項記載のジオポリマー固化材。
- 前記アルカリアルミナ粉末に対する前記非晶質シリカ粉末の混合比率は、Si/Alのモル比で1.0以上、2.0以下の範囲であることを特徴とする請求項1ないし4いずれか一項記載のジオポリマー固化材。
- 前記ジオポリマー固化材は、水酸化マグネシウム粉末を更に含むことを特徴とする請求項1ないし5いずれか一項記載のジオポリマー固化材。
- 前記ジオポリマー固化材は、ナトリウム水酸化物、ナトリウムハロゲン化物のうち、少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項1ないし6いずれか一項記載のジオポリマー固化材。
- 請求項1ないし7いずれか一項記載のジオポリマー固化材を用いたジオポリマー固化方法であって、
前記ジオポリマー固化材と水と被固化物とを混練した混練物を形成する混練工程を備えたことを特徴とするジオポリマー固化方法。 - 前記ジオポリマー固化材に対する前記水の混合比率は、質量比で0.5以上、1.5以下の範囲であることを特徴とする請求項8記載のジオポリマー固化方法。
- 前記混練物を室温以上に加熱する加熱工程を更に備えたことを特徴とする請求項8または9記載のジオポリマー固化方法。
- 前記被固化物は、放射性廃棄物であることを特徴とする請求項8ないし10いずれか一項記載のジオポリマー固化方法。
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