JP2020186143A - Method for producing geopolymer composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジオポリマー組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a geopolymer composition.
特許文献１には、ジオポリマー組成物を製造する方法が記載されている。このジオポリマー組成物を製造する方法は、設定される圧縮強度に応じて決定された、フライアッシュを置換する高炉スラグの配合割合を内割り置換率として、フライアッシュと高炉スラグとを配合してフィラーとし、水ガラスと水酸化ナトリウムとを２：１〜３：１の体積比で含有するアルカリ溶液の質量を、フィラーの質量に対し、フロー値が１１０〜２４０となる範囲で決定し、フィラーとアルカリ溶液と、フィラーの２〜４倍量の骨材とを混練し、蒸気養生を行って硬化させる。 Patent Document 1 describes a method for producing a geopolymer composition. In the method for producing this geopolymer composition, fly ash and blast furnace slag are blended with the blending ratio of the blast furnace slag that replaces the fly ash, which is determined according to the set compression strength, as the internal split replacement ratio. The mass of the alkaline solution which is used as a filler and contains water glass and sodium hydroxide in a volume ratio of 2: 1 to 3: 1 is determined in a range where the flow value is 110 to 240 with respect to the mass of the filler. And an alkaline solution and 2 to 4 times the amount of aggregate of the filler are kneaded and cured by steam curing.
ここで一般に、製造時における作業性の観点から、フレッシュ状態のジオポリマー組成物は流動性が高いことが好ましい。
本発明は、硬化前の流動性が高いジオポリマー組成物の製造方法を提供することを目的とする。
Here, in general, from the viewpoint of workability during production, it is preferable that the geopolymer composition in a fresh state has high fluidity.
An object of the present invention is to provide a method for producing a geopolymer composition having high fluidity before curing.
請求項１に記載の発明は、未燃カーボンを含有する原料を水に分散させ、スラリー化した被処理液を浮遊選鉱し、未燃カーボンの含有率が２ｗｔ％以下のフライアッシュを生成するフライアッシュ生成工程と、前記フライアッシュ、高炉スラグ微粉末及びアルカリシリカ溶液を含む原料を混練したジオポリマー混練物を生成する混練工程と、前記ジオポリマー混練物を硬化させる硬化工程と、を含むジオポリマー組成物の製造方法である。 The invention according to claim 1 is a fly in which a raw material containing unburned carbon is dispersed in water, a slurried liquid to be treated is flotated, and a fly ash having an unburned carbon content of 2 wt% or less is produced. A geopolymer including an ash forming step, a kneading step of kneading a raw material containing the fly ash, a blast furnace slag fine powder, and an alkali silica solution to produce a geopolymer kneaded product, and a curing step of curing the geopolymer kneaded product. This is a method for producing a composition.
請求項２に記載の発明は、未燃カーボンを含有する原料を水に分散させ、スラリー化した被処理液を浮遊選鉱し、未燃カーボンの含有率が２ｗｔ％以下のフライアッシュを生成するフライアッシュ生成工程と、前記フライアッシュの湿分を低減したケーキ状のフライアッシュを生成する脱水工程と、前記ケーキ状のフライアッシュ、高炉スラグ微粉末及びアルカリシリカ溶液を含む原料を混練したジオポリマー混練物を生成する混練工程と、前記ジオポリマー混練物を硬化させる硬化工程と、を含むジオポリマー組成物の製造方法である。 The invention according to claim 2 is a fly in which a raw material containing unburned carbon is dispersed in water, a slurryed liquid to be treated is suspended and beneficiation, and a fly ash having an unburned carbon content of 2 wt% or less is produced. A geopolymer kneading process in which a raw material containing the cake-shaped fly ash, blast furnace slag fine powder and an alkali silica solution is kneaded, and a ash forming step, a dehydration step of producing a cake-shaped fly ash with reduced moisture content of the fly ash. This is a method for producing a geopolymer composition, which comprises a kneading step of producing a product and a curing step of curing the geopolymer kneaded product.
請求項３に記載の発明は、請求項２記載のジオポリマー組成物の製造方法において、前記ケーキ状のフライアッシュの湿分が、１５〜３０ｗｔ％である。 According to the third aspect of the present invention, in the method for producing a geopolymer composition according to the second aspect, the moisture content of the cake-shaped fly ash is 15 to 30 wt%.
請求項４に記載の発明は、浮遊選鉱により未燃カーボンの含有率が２ｗｔ％以下に低減されたフライアッシュ、高炉スラグ微粉末及びアルカリシリカ溶液を含む原料を混練したジオポリマー混練物を生成する混練工程と、前記ジオポリマー混練物を硬化させる硬化工程と、を含むジオポリマー組成物の製造方法である。 The invention according to claim 4 produces a geopolymer kneaded product obtained by kneading a raw material containing fly ash, blast furnace slag fine powder, and an alkali silica solution in which the content of unburned carbon is reduced to 2 wt% or less by floating beneficiation. A method for producing a geopolymer composition, which comprises a kneading step and a curing step of curing the geopolymer kneaded product.
本発明によれば、硬化前の流動性が高いジオポリマー組成物の製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a geopolymer composition having high fluidity before curing.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。 Subsequently, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the attached drawings, and the present invention will be understood. In the figure, parts not related to the description may be omitted.
本発明の一実施の形態に係るジオポリマー組成物の製造方法は、未燃カーボンの含有率が低減された改質フライアッシュを主たる活性フィラーとするジオポリマー組成物を製造できる。
ここで、ジオポリマー組成物は、例えばジオポリマーモルタルやジオポリマーコンクリートである。
改質フライアッシュは、未燃カーボンを多く含んだ従来のフライアッシュを処理することにより、未燃カーボンの含有率が２ｗｔ％以下に低減されたフライアッシュである。
The method for producing a geopolymer composition according to an embodiment of the present invention can produce a geopolymer composition containing modified fly ash having a reduced content of unburned carbon as a main active filler.
Here, the geopolymer composition is, for example, a geopolymer mortar or a geopolymer concrete.
The modified fly ash is a fly ash in which the content of unburned carbon is reduced to 2 wt% or less by treating a conventional fly ash containing a large amount of unburned carbon.
次に、ジオポリマー組成物の製造方法について説明する。ジオポリマー組成物の製造方法は、以下の工程Ｐ１〜Ｐ４に従って実施される。ただし、可能な場合には、各工程は順番を入れ替えて実施されてもよいし、並行して実施されてもよい。 Next, a method for producing the geopolymer composition will be described. The method for producing the geopolymer composition is carried out according to the following steps P1 to P4. However, if possible, the steps may be carried out in a different order or in parallel.
（フライアッシュ生成工程Ｐ１）
未燃カーボンの含有率が２ｗｔ％以下の改質フライアッシュを生成する工程である。改質フライアッシュは、浮遊選鉱法により生成される。
より詳細には、改質フライアッシュは、未燃カーボンを含有する原料を水に分散させてスラリー化した被処理液を生成し、この被処理液を浮遊選鉱することにより生成される。
付言すると、本フライアッシュ生成工程Ｐ１における浮遊選鉱処理は、未燃カーボンの含有量を２ｗｔ％以下にできる浮遊選鉱処理であれば任意で良く、その方法の詳細は特に限定されないが、例えば特開２０１１−２００７０号公報や特開２０１６−４９４７５号公報に開示されている技術を適用できる。
(Fly ash generation step P1)
This is a step of producing modified fly ash having an unburned carbon content of 2 wt% or less. Modified fly ash is produced by the flotation method.
More specifically, the modified fly ash is produced by dispersing a raw material containing unburned carbon in water to produce a slurry to be treated, and flotating the liquid to be treated.
In addition, the flotation treatment in the present fly ash production step P1 may be arbitrary as long as it is a flotation treatment capable of reducing the content of unburned carbon to 2 wt% or less, and the details of the method are not particularly limited. The techniques disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-20070 and JP-A-2016-49475 can be applied.
（脱水工程Ｐ２）
フライアッシュ生成工程Ｐ１にて生成された改質フライアッシュは湿分を含んでいるため、脱水処理し、湿分を低減したケーキ状のフライアッシュ（フライアッシュケーキ）を生成する。
生成されるフライアッシュケーキの湿分は、例えば１５〜３０ｗｔ％である。
(Dehydration step P2)
Since the modified fly ash produced in the fly ash generation step P1 contains moisture, it is dehydrated to produce a cake-like fly ash (fly ash cake) with reduced moisture.
The moisture content of the produced fly ash cake is, for example, 15-30 wt%.
（混練工程Ｐ３）
脱水工程Ｐ２にて生成されたフライアッシュケーキ、高炉スラグ微粉末、骨材及びアルカリシリカ溶液を含む原料を混練し、ジオポリマー混練物を生成する。
本混練工程Ｐ３にて混練されるフライアッシュは、前述の通り、湿分を適度に含んだフライアッシュケーキであるため、混練されるフライアッシュがスラリー状のフライアッシュである場合と比較して、より濃度が低いアルカリシリカ溶液を使用でき、所定の法律に基づくアルカリシリカ溶液の管理が容易となる。また、混練されるフライアッシュがパウダー状のフライアッシュである場合と比較して、凝集することなく容易に混練され、混練に要する時間が短縮される。
(Kneading step P3)
The raw materials containing the fly ash cake, the blast furnace slag fine powder, the aggregate and the alkali silica solution produced in the dehydration step P2 are kneaded to produce a geopolymer kneaded product.
As described above, the fly ash kneaded in the main kneading step P3 is a fly ash cake containing an appropriate amount of moisture. Therefore, as compared with the case where the fly ash to be kneaded is a slurry-like fly ash, An alkali silica solution having a lower concentration can be used, and the management of the alkali silica solution based on a predetermined law becomes easy. Further, as compared with the case where the fly ash to be kneaded is a powdery fly ash, the fly ash is easily kneaded without agglutination, and the time required for kneading is shortened.
ただし、脱水工程Ｐ２にて生成されたフライアッシュケーキに代えて、フライアッシュ生成工程Ｐ１にて生成された改質フライアッシュから得られたスラリー状のフライアッシュ又は湿分１ｗｔ％以下の乾粉状のフライアッシュを原料として混練することも可能である。 However, instead of the fly ash cake produced in the dehydration step P2, a slurry-like fly ash obtained from the modified fly ash produced in the fly ash generation step P1 or a dry powder having a moisture content of 1 wt% or less. It is also possible to knead the fly ash as a raw material.
（硬化工程Ｐ４）
予め決められた温度にて予め決められた時間高温養生し、ジオポリマー混練物を硬化させる。予め決められた温度は、例えば６０〜８０℃である。予め決められた時間は、少なくとも３時間である。
なお、高温養生に代えて、常温養生としてもよい。
(Curing step P4)
The geopolymer kneaded product is cured by high-temperature curing at a predetermined temperature for a predetermined time. The predetermined temperature is, for example, 60 to 80 ° C. The predetermined time is at least 3 hours.
In addition, instead of high temperature curing, normal temperature curing may be used.
このように、ジオポリマー組成物は、前述の工程Ｐ１〜Ｐ４を経て製造される。特に、混練工程Ｐ３にてケーキ状のフライアッシュケーキが使用される場合には、製造する際の作業性に優れる。 As described above, the geopolymer composition is produced through the above-mentioned steps P1 to P4. In particular, when a cake-shaped fly ash cake is used in the kneading step P3, the workability during production is excellent.
発明者らは、前述の工程Ｐ１〜Ｐ３により製造されたフレッシュ状態のジオポリマーモルタル（ジオポリマー組成物の一例）の流動性及び前述の工程Ｐ１〜Ｐ４により製造されたジオポリマーモルタルの強度特性について、未燃カーボンを多く含む従来のフライアッシュを使用して同様に製造したジオポリマーモルタルと比較した。 The inventors have described the fluidity of a fresh geopolymer mortar (an example of a geopolymer composition) produced by the above-mentioned steps P1 to P3 and the strength characteristics of the geopolymer mortar produced by the above-mentioned steps P1 to P4. , Compared with geopolymer mortar similarly manufactured using conventional fly ash rich in unburned carbon.
まず、使用材料について説明する。
活性フィラーは、産出元の異なる２種類のフライアッシュＦＡ−Ａ及びフライアッシュＦＡ−Ｂを用いた。ジオポリマーは、全粉体をフライアッシュとした配合が望ましいが、強度が非常に低く、評価が困難であったため、評価可能な強度が得られるよう、高炉スラグ微粉末をフライアッシュの質量比で１０％置換した。また、ペーストの物性を比較することから、本実施例では、ペーストと細骨材の割合を体積比で１：１とし、細骨材量が一定のモルタル配合とした。養生条件は最高温度８０℃、同保持時間を２４時間とした。使用材料の物性及び配合をそれぞれ表１及び表２に示す。
First, the materials used will be described.
As the active filler, two types of fly ash FA-A and fly ash FA-B from different sources were used. It is desirable to mix the geopolymer with the whole powder as fly ash, but the strength is very low and it is difficult to evaluate. Therefore, in order to obtain the evaluable strength, the blast furnace slag fine powder is mixed with the mass ratio of the fly ash. 10% replacement. In addition, in order to compare the physical properties of the paste, in this example, the ratio of the paste to the fine aggregate was set to 1: 1 by volume, and the amount of the fine aggregate was a constant mortar mixture. The curing conditions were a maximum temperature of 80 ° C. and a holding time of 24 hours. The physical properties and formulations of the materials used are shown in Tables 1 and 2, respectively.
表１中、「原灰」とは、改質前の未燃カーボンを多く含んだフライアッシュのことであり、「改質灰」とは、未燃カーボンの含有量が２ｗｔ％以下に改質された改質フライアッシュのことである（以下同様）。 In Table 1, "raw ash" is fly ash containing a large amount of unburned carbon before reforming, and "modified ash" is reformed to a content of unburned carbon of 2 wt% or less. It is the modified fly ash that has been made (the same applies hereinafter).
表２中、「原灰ＧＰ」とは、使用材料を原灰としたジオポリマーであり、「改質灰ＧＰ」とは、使用材料を改質灰としたジオポリマーのことである（以下同様）。また、「ＧＰＷ」はアルカリシリカ溶液、「ＦＡ」はフライアッシュ、「ＢＦＳ」は高炉スラグ微粉末、及び「Ｓ」は海砂である。
フライアッシュ種別Ａ、Ｂは、それぞれフライアッシュＦＡ−Ａ及びフライアッシュＦＡ−Ｂを示している。各フライアッシュ種別Ａ、Ｂにおいて、１と２は同一フロー値、１と３は同一の体積比ＧＰＷ／Ｐが得られた配合である。この体積比ＧＰＷ／Ｐは、アルカリシリカ溶液（ＧＰＷ）とフライアッシュ及び高炉スラグ微粉末からなる粉体（Ｐ）との体積比である。
In Table 2, "raw ash GP" is a geopolymer using the raw material as the raw ash, and "modified ash GP" is a geopolymer using the used material as the modified ash (the same applies hereinafter). ). Further, "GPW" is an alkali silica solution, "FA" is fly ash, "BFS" is blast furnace slag fine powder, and "S" is sea sand.
Fly ash types A and B indicate fly ash FA-A and fly ash FA-B, respectively. In each fly ash type A and B, 1 and 2 have the same flow value, and 1 and 3 have the same volume ratio GPW / P. This volume ratio GPW / P is the volume ratio of the alkali silica solution (GPW) and the powder (P) composed of fly ash and blast furnace slag fine powder.
本実施例においては、ペーストの容積一定のまま、体積比ＧＰＷ／Ｐをパラメータとして、表２に示す配合に基づき作製したジオポリマーモルタルを対象に、１）モルタルフロー試験（ＪＩＳ Ｒ ５２０１）及び２）圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８）を実施した。この圧縮強度試験においては、体積比ＧＰＷ／Ｐが一定の配合とフロー値が一定の配合とでそれぞれ比較した。
以下、各試験の結果について説明する。
In this example, the geopolymer mortar prepared based on the formulation shown in Table 2 with the volume ratio GPW / P as a parameter while keeping the paste volume constant, 1) mortar flow test (JIS R 5201) and 2 ) Compressive strength test (JIS A 1108) was carried out. In this compressive strength test, a formulation having a constant volume ratio GPW / P and a formulation having a constant flow value were compared.
The results of each test will be described below.
（モルタルフロー試験）
モルタルフロー試験（ＪＩＳ Ｒ ５２０１）の結果を図１に示す。同図１より、フライアッシュ種別Ａ、Ｂにより同一の体積比ＧＰＷ／Ｐでのフロー値に相違があるものの、いずれも改質灰ＧＰのフロー値は原灰ＧＰのそれと比較して約１２５％〜１４０％を示した。
(Mortar flow test)
The results of the mortar flow test (JIS R 5201) are shown in FIG. From FIG. 1, although there are differences in the flow values at the same volume ratio GPW / P depending on the fly ash types A and B, the flow values of the modified ash GP are about 125% of those of the raw ash GP. It showed ~ 140%.
原灰ＧＰにおいては、図２（Ａ）に示すように、球体であるフライアッシュの表面に粘着質で複雑な形の未燃カーボンが付着し、複数のフライアッシュ粒子が結合することで、転がり抵抗が大きくなっている。一方、改質灰ＧＰにおいては、改質によってフライアッシュ中から未燃カーボンが除去されたことにより、図２（Ｂ）に示すように、フライアッシュの転がり抵抗が小さくなり、ジオポリマーモルタルの流動性が向上したものと考えられる。 In the raw ash GP, as shown in FIG. 2 (A), sticky and complicated unburned carbon adheres to the surface of the spherical fly ash, and a plurality of fly ash particles are combined to roll. The resistance is increasing. On the other hand, in the modified ash GP, unburned carbon was removed from the fly ash by the modification, so that the rolling resistance of the fly ash became smaller and the flow of the geopolymer mortar became smaller as shown in FIG. 2 (B). It is considered that the sex has improved.
（圧縮強度試験）
圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８）の結果を図３及び図４に示す。
図３は、体積比ＧＰＷ／Ｐが一定の配合で試験した場合の圧縮強度試験結果である。
体積比ＧＰＷ／Ｐが一定の配合で比較した場合、フライアッシュの種類に関わらず、フライアッシュ改質前後のジオポリマーでほぼ同じ強度を示した。これにより、同一の体積比ＧＰＷ／Ｐの条件下では、圧縮強度は概ね同一である傾向が示された。
(Compressive strength test)
The results of the compressive strength test (JIS A 1108) are shown in FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 shows the results of the compressive strength test when the volume ratio GPW / P was tested with a constant composition.
When the volume ratio GPW / P was compared with a constant composition, the geopolymers before and after the fly ash modification showed almost the same strength regardless of the type of fly ash. As a result, under the condition of the same volume ratio GPW / P, the compressive strengths tended to be substantially the same.
図４は、フロー値が一定の配合で試験した場合の圧縮強度試験結果である。なお、フロー値は１５０ｍｍのものを採用した。
同図４より、同一流動性を有する場合、改質灰ＧＰの圧縮強度は、原灰ＧＰの約１７０％〜２００％を示した。その要因として、改質灰ＧＰでは、原灰ＧＰと同一フローを得るための単位ＧＰＷ量（アルカリシリカ溶液量）が減少したことで、体積比ＧＰＷ／Ｐが相対的に低下し、改質灰ＧＰの圧縮強度が大きくなったものと考えられる。
FIG. 4 shows the results of the compressive strength test when the test was performed with a constant flow value. A flow value of 150 mm was adopted.
From FIG. 4, when having the same fluidity, the compressive strength of the modified ash GP was about 170% to 200% of that of the raw ash GP. As a factor, in the modified ash GP, the unit GPW amount (alkaline silica solution amount) for obtaining the same flow as the raw ash GP is reduced, so that the volume ratio GPW / P is relatively decreased, and the modified ash is modified. It is probable that the compressive strength of GP has increased.
続いて発明者らは、実施例１に係るジオポリマーモルタル製造時のＣＯ２排出量を算出した。
発明者らは、次式（１）に基づいて、同一フロー値の原灰ＧＰと改質灰ＧＰを比較した場合のＣＯ２排出量を計算し、図５に示す結果を得た。
Subsequently, the inventors calculated the CO 2 emissions during the production of the geopolymer mortar according to Example 1.
Based on the following formula (1), the inventors calculated the CO 2 emissions when the raw ash GP and the modified ash GP having the same flow value were compared, and obtained the results shown in FIG.
ＥＩＩ ＝ Ｍｍ × Ｉｐｍ 式（１） EII = M m x I pm formula (1)
ここで、ＥＩＩは、製造段階の環境影響指標であり、Ｍｍは、１ｍ３のコンクリートの製造に消費される原材料ｍの量（ｋｇ）であり、Ｉｐｍは、原材料ｍの製造による環境影響原単位（ＣＯ２・ｋｇ／ｋｇ）である。 Here, EII is an environmental impact index at the manufacturing stage, M m is the amount (kg) of the raw material m consumed in the production of 1 m 3 of concrete, and I pm is the environmental impact due to the production of the raw material m. The basic unit (CO 2. kg / kg).
発明者らは、環境負荷低減評価のため、ジオポリマーモルタルについてのＣＯ２排出量と、改質灰と同程度の強度を有する普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）を使用したモルタル（同一ペースト量）についてのＣＯ２排出量と、を比較した。同図５より、ジオポリマーはＯＰＣよりもＣＯ２排出量が明らかに少ない。また、未燃カーボンを除去することによって改質灰ＧＰは流動性が増加するため、一定の流動性を確保するためのアルカリシリカ溶液量を減少させることが可能となる。その結果、原灰ＧＰよりも更にＣＯ２排出量の削減が可能であることが明らかとなった。 In order to evaluate the reduction of environmental load, the inventors have described the CO 2 emissions of geopolymer mortar and the mortar (same paste amount) using ordinary Portland cement (OPC), which has the same strength as modified ash. CO 2 emissions were compared. From FIG. 5, the geopolymer emits clearly less CO 2 than the OPC. Further, since the fluidity of the modified ash GP is increased by removing the unburned carbon, it is possible to reduce the amount of the alkali silica solution for ensuring a constant fluidity. As a result, it was clarified that CO 2 emissions can be further reduced as compared with the raw ash GP.
更に発明者らは、改質灰に高炉スラグ微粉末を併用して作製したジオポリマーモルタル及び原灰に高炉スラグ微粉末を併用して作製したジオポリマーモルタルのフレッシュ性状について、それぞれ評価を行った。 Furthermore, the inventors evaluated the fresh properties of the geopolymer mortar prepared by using the blast furnace slag fine powder in combination with the modified ash and the geopolymer mortar prepared by using the blast furnace slag fine powder in combination with the raw ash. ..
まず、表３に示す使用材料について説明する。
活性フィラーは、フライアッシュとして、それぞれ原灰ＦＡ−１３及び改質灰ＦＡ−１．１を用いた。また、粉体はフライアッシュの他に高炉スラグ微粉末を用いた。細骨材はモルタル中の含水量に影響を与えないように、絶乾状態の海砂を使用した。配合に関して、ペーストが流動性に寄与するため、本実施例においては、ペーストと細骨材の割合を体積比で１：１とし、細骨材量が一定のモルタル配合とした。
First, the materials used shown in Table 3 will be described.
As the active filler, raw ash FA-13 and modified ash FA-1.1 were used as fly ash, respectively. In addition to fly ash, blast furnace slag fine powder was used as the powder. As the fine aggregate, absolutely dry sea sand was used so as not to affect the water content in the mortar. Regarding the formulation, since the paste contributes to the fluidity, in this example, the ratio of the paste to the fine aggregate was set to 1: 1 and the amount of the fine aggregate was constant.
未燃カーボン量が多いフライアッシュを使用したジオポリマーでは、流動性が著しく悪化することが懸念されることから、配合選定のため予備実験を行った。予備実験は高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）を全粉体（Ｐ）の体積比で置換した割合ＢＦＳ／Ｐが１０％において、アルカリシリカ溶液と粉体との体積比ＧＰＷ／Ｐをパラメータとして、フロー試験を実施した。なお、各フライアッシュＦＡ−１３、ＦＡ−１．１を用いたジオポリマーモルタルの目標フロー値は１７０ｍｍ±１０ｍｍとした。その後、決定した割合ＢＦＳ／Ｐ＝１０％の配合を基本配合とし、アルカリシリカ溶液（ＧＰＷ）の量を一定にしたまま割合ＢＦＳ／Ｐ＝３０％、５０％の配合を決定した。ジオポリマーモルタルの配合を表４に示す。 Since there is a concern that the fluidity of a geopolymer using fly ash, which has a large amount of unburned carbon, will be significantly deteriorated, a preliminary experiment was conducted to select the formulation. In the preliminary experiment, when the ratio BFS / P in which the blast furnace slag fine powder (BFS) was replaced by the volume ratio of the total powder (P) was 10%, the volume ratio GPW / P of the alkali silica solution and the powder was used as a parameter to flow. The test was carried out. The target flow value of the geopolymer mortar using each fly ash FA-13 and FA-1.1 was set to 170 mm ± 10 mm. Then, the determined ratio BFS / P = 10% was used as the basic composition, and the ratio BFS / P = 30% and 50% were determined while keeping the amount of the alkali silica solution (GPW) constant. The formulation of the geopolymer mortar is shown in Table 4.
本実施例では、ペースト容積一定の条件の下で、割合ＢＦＳ／Ｐをパラメータとして表４に示す配合に基づき作製したジオポリマーモルタルを対象に、１）モルタルフローの広がりの速さを測定するフロー速度試験、２）モルタルフロー試験（ＪＩＳ Ｒ ５２０１）及び３）モルタルフロー可使時間の測定を実施した。 In this example, under the condition that the paste volume is constant, the flow for measuring the spread speed of the mortar flow is used for the geopolymer mortar prepared based on the formulation shown in Table 4 with the ratio BFS / P as a parameter. A speed test, 2) a mortar flow test (JIS R 5201) and 3) a measurement of the mortar flow pot life were carried out.
（フロー速度試験）
フロー速度試験の方法については、透明なアクリルテーブル上でフロー試験を行い、その様子を下からデジタルカメラで動画撮影を行った。フローコーンを上げた瞬間を０秒とし、その後２秒ごとのフロー値をフローの広がりが収束するまで計測した。フロー速度については次式（２）に従い算出した。
(Flow speed test)
Regarding the flow speed test method, a flow test was conducted on a transparent acrylic table, and a moving image was taken from below with a digital camera. The moment when the flow cone was raised was set to 0 seconds, and then the flow value was measured every 2 seconds until the spread of the flow converged. The flow speed was calculated according to the following equation (2).
Ｕ ＝ （Ｌｎ＋１−Ｌｎ）／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ） 式（２） U = (L n + 1 −L n ) / (T n + 1 −T n ) Equation (2)
ここで、Ｕはフロー速度（ｍｍ／ｓ）であり、Ｌはフロー値（ｍｍ）であり、Ｔは測定時間（ｓ）である。 Here, U is the flow velocity (mm / s), L is the flow value (mm), and T is the measurement time (s).
基本配合（割合ＢＦＳ／Ｐ＝１０％）におけるフロー速度試験の結果を図６に示す。改質灰ＦＡ−１．１によるジオポリマー、原灰ＦＡ−１３によるジオポリマーともに３０秒経過したあたりからはフローが収束し始め、ほとんどフロー速度に差異は見られないが、最初の２０秒程度、特に０秒から１０秒あたりでは改質灰ＦＡ−１．１によるジオポリマーモルタルの方が原灰ＦＡ−１３によるジオポリマーモルタルよりもフロー速度が大きくなった。 The results of the flow velocity test in the basic formulation (ratio BFS / P = 10%) are shown in FIG. For both the geopolymer with modified ash FA-1.1 and the geopolymer with raw ash FA-13, the flow begins to converge after about 30 seconds, and there is almost no difference in the flow rate, but about the first 20 seconds. Especially around 0 to 10 seconds, the flow rate of the geopolymer mortar made of modified ash FA-1.1 was higher than that of the geopolymer mortar made of raw ash FA-13.
改質灰ＦＡ−１．１を用いたジオポリマーモルタルでは未燃カーボンが少なく、図２（Ｂ）に示すように、フライアッシュの球形が多いため転がり抵抗が抑制される一方で、原灰ＦＡ−１３を用いたジオポリマーモルタルは、図２（Ａ）に示すように、改質灰ＦＡ−１．１によるジオポリマーモルタルに比べて未燃カーボンが多く形状が複雑なフライアッシュが多く、転がり抵抗が大きくなるので、改質灰ＦＡ−１．１によるジオポリマーモルタルの方が原灰ＦＡ−１３によるジオポリマーモルタルに比べてフローの広がりが速くなったと考えられる。 Geopolymer mortar using modified ash FA-1.1 has less unburned carbon, and as shown in Fig. 2 (B), it has more fly ash spheres, which suppresses rolling resistance, while raw ash FA As shown in FIG. 2 (A), the geopolymer mortar using -13 has more unburned carbon and more fly ash with a complicated shape than the geopolymer mortar made of modified ash FA-1.1, and rolls. Since the resistance is increased, it is considered that the geopolymer mortar made of modified ash FA-1.1 spreads faster than the geopolymer mortar made of raw ash FA-13.
（モルタルフロー試験）
モルタルフロー試験ではフローコーンを引き上げ、フローの広がりが収束した時点でのフロー値を０打フロー値とし、その後フローテーブルによって１５回の打撃を与えたものを１５打フロー値とした。
(Mortar flow test)
In the mortar flow test, the flow cone was pulled up, and the flow value at the time when the spread of the flow converged was set as the 0-stroke flow value, and then the one that was hit 15 times by the flow table was set as the 15-stroke flow value.
本実施例で得られたフロー試験の結果を図７に示す。同図７より、改質灰ＦＡ−１．１を使用したジオポリマーモルタルでは割合ＢＦＳ／Ｐの増加に伴い、フロー値は小さくなった。しかし一方で、原灰ＦＡ−１３を使用したジオポリマーモルタルでは、割合ＢＦＳ／Ｐとフロー値に関係性が見られなかった。 The results of the flow test obtained in this example are shown in FIG. From FIG. 7, in the geopolymer mortar using the modified ash FA-1.1, the flow value decreased as the ratio BFS / P increased. However, on the other hand, in the geopolymer mortar using the raw ash FA-13, no relationship was found between the ratio BFS / P and the flow value.
このことから、改質灰ＦＡ−１．１を用いたジオポリマーモルタルと異なり、強熱減量の高い原灰ＦＡ−１３を用いたジオポリマーモルタルでは割合ＢＦＳ／Ｐとジオポリマーモルタルのフロー値に関係性がないことが示された。 Therefore, unlike the geopolymer mortar using the modified ash FA-1.1, the geopolymer mortar using the raw ash FA-13, which has a high heat loss, has a ratio of BFS / P and the flow value of the geopolymer mortar. It was shown to be irrelevant.
（モルタルフロー可使時間の測定）
可使時間の測定は０打フロー値が練り上り直後からのフロー値から１００ｍｍに達するまでの時間を１０分おきに計測した。
(Measurement of mortar flow pot life)
As for the measurement of the pot life, the time from the flow value immediately after the 0-stroke flow value was kneaded to 100 mm was measured every 10 minutes.
割合ＢＦＳ／Ｐ毎のフロー値の経時変化を図８に示す。割合ＢＦＳ／Ｐが大きくなるに伴い、原灰ＦＡ−１３によるジオポリマーモルタル、改質灰によるＦＡ−１．１によるジオポリマーモルタルともに、可使時間が減少していることがわかる。特に、割合ＢＦＳ／Ｐの増加に伴って、改質灰ＦＡ−１．１を使用したジオポリマーモルタルでは可使時間が短くなる傾向がみられた。 The time course of the flow value for each ratio BFS / P is shown in FIG. It can be seen that as the ratio BFS / P increases, the pot life of both the geopolymer mortar made of raw ash FA-13 and the geopolymer mortar made of modified ash FA-1.1 decreases. In particular, as the ratio BFS / P increased, the geopolymer mortar using the modified ash FA-1.1 tended to have a shorter pot life.
この要因として、改質灰ＦＡ−１．１を用いたジオポリマーモルタルでは、モルタル中の高炉スラグ微粉末とアルカリシリカ溶液の接触面積が増加し、高炉スラグ微粉末による硬化反応が急速に進んだためと考えられる。 As a factor for this, in the geopolymer mortar using the modified ash FA-1.1, the contact area between the blast furnace slag fine powder and the alkali silica solution in the mortar increased, and the curing reaction by the blast furnace slag fine powder proceeded rapidly. It is thought that this is the reason.
このように、ジオポリマー組成物の製造方法によれば、未燃カーボンの含有率が２ｗｔ％以下に低減された改質フライアッシュを主たる活性フィラーとするため、流動性が高いジオポリマー組成物が製造される。その結果、圧縮強度が高く、ＣＯ２排出量が抑制されたジオポリマー組成物が提供される。 As described above, according to the method for producing a geopolymer composition, the modified fly ash in which the content of unburned carbon is reduced to 2 wt% or less is used as the main active filler, so that the geopolymer composition having high fluidity can be obtained. Manufactured. As a result, a geopolymer composition having high compressive strength and suppressed CO 2 emissions is provided.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and all changes in conditions that do not deviate from the gist are within the scope of the present invention.
ＢＦＳ 高炉スラグ微粉末
ＧＰＷ アルカリシリカ溶液
Ｐ 粉体
BFS Blast Furnace Slag Fine Powder GPW Alkaline Silica Solution P Powder
Claims (4)
前記フライアッシュ、高炉スラグ微粉末及びアルカリシリカ溶液を含む原料を混練したジオポリマー混練物を生成する混練工程と、
前記ジオポリマー混練物を硬化させる硬化工程と、を含むジオポリマー組成物の製造方法。 A fly ash generation step in which a raw material containing unburned carbon is dispersed in water, a slurryed liquid to be treated is flotated, and a fly ash having an unburned carbon content of 2 wt% or less is produced.
A kneading step of kneading a raw material containing the fly ash, blast furnace slag fine powder, and an alkali silica solution to produce a geopolymer kneaded product.
A method for producing a geopolymer composition, which comprises a curing step of curing the geopolymer kneaded product.
前記フライアッシュの湿分を低減したケーキ状のフライアッシュを生成する脱水工程と、
前記ケーキ状のフライアッシュ、高炉スラグ微粉末及びアルカリシリカ溶液を含む原料を混練したジオポリマー混練物を生成する混練工程と、
前記ジオポリマー混練物を硬化させる硬化工程と、を含むジオポリマー組成物の製造方法。 A fly ash generation step in which a raw material containing unburned carbon is dispersed in water, a slurryed liquid to be treated is flotated, and a fly ash having an unburned carbon content of 2 wt% or less is produced.
A dehydration step to produce a cake-like fly ash with reduced moisture content of the fly ash,
A kneading step for producing a geopolymer kneaded product in which raw materials containing the cake-shaped fly ash, blast furnace slag fine powder, and alkali silica solution are kneaded.
A method for producing a geopolymer composition, which comprises a curing step of curing the geopolymer kneaded product.
前記ケーキ状のフライアッシュの湿分が、１５〜３０ｗｔ％であるジオポリマー組成物の製造方法。 In the method for producing a geopolymer composition according to claim 2.
A method for producing a geopolymer composition in which the moisture content of the cake-shaped fly ash is 15 to 30 wt%.
前記ジオポリマー混練物を硬化させる硬化工程と、を含むジオポリマー組成物の製造方法。
A kneading process for producing a geopolymer kneaded product in which raw materials including fly ash, blast furnace slag fine powder, and alkali silica solution in which the content of unburned carbon is reduced to 2 wt% or less by flotation is kneaded.
A method for producing a geopolymer composition, which comprises a curing step of curing the geopolymer kneaded product.
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