JP2021160973A - Hardened body - Google Patents

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JP2021160973A JP2020063599A JP2020063599A JP2021160973A JP 2021160973 A JP2021160973 A JP 2021160973A JP 2020063599 A JP2020063599 A JP 2020063599A JP 2020063599 A JP2020063599 A JP 2020063599A JP 2021160973 A JP2021160973 A JP 2021160973A
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和樹 西澤
Kazuki Nishizawa
礼子 百目木
Reiko Domeki
将利 勝木
Masatoshi Katsuki
勝己 野地
Katsumi Noji
慶一 中川
Keiichi Nakagawa
友章 杉山
Tomoaki Sugiyama
裕太 橋本
Yuta Hashimoto
正志 清澤
Masashi Kiyosawa
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Abstract

To provide a hardened body that can reduce manufacturing cost and improve strength.SOLUTION: A hardened body containing a sodium and potassium-containing coal ash and an alkali activation agent has, setting sodium and potassium in coal ash as x (mass%) and y (mass%) as the contained amount in terms of sodium oxide and potassium oxide, respectively, a total alkali A defined by the following equation (1) A=x+0.658y ... (1) of 1.2 mass% or more, and a mass ratio of sodium and potassium derived from alkali activation agent in terms of respective sodium oxide and potassium oxide to coal ash of 0.01 to 0.6.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、硬化体に関する。 The present disclosure relates to a cured product.

特許文献1には、フライアッシュと、アルカリ水溶液と、骨材とから構成されるジオポリマー硬化体が記載されている。 Patent Document 1 describes a geopolymer cured product composed of fly ash, an alkaline aqueous solution, and an aggregate.

特許第6096674号公報Japanese Patent No. 6096674

特許文献1のジオポリマー硬化体に使用されるフライアッシュとして、等級Fフライアッシュ及び等級Cフライアッシュが挙げられているが、これらのフライアッシュに含まれるアルカリ量によると、ジオポリマー硬化体を製造する際に添加されるアルカリ量がある程度多くなってしまう。そうすると、ジオポリマー硬化体の原材料費が増加してしまうといった問題点があった。また、ジオポリマー硬化体の製造工程においてフライアッシュと骨材とアルカリとの混合が不十分であると、ジオポリマー硬化体の不均質化に起因する強度低下が引き起こされるおそれもある。 As the fly ash used for the geopolymer cured product of Patent Document 1, grade F fly ash and grade C fly ash are mentioned, but according to the amount of alkali contained in these fly ash, the geopolymer cured product is produced. The amount of alkali added at the time of doing this will increase to some extent. Then, there is a problem that the raw material cost of the cured geopolymer is increased. Insufficient mixing of fly ash, aggregate and alkali in the manufacturing process of the cured geopolymer may cause a decrease in strength due to inhomogenization of the cured geopolymer.

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、製造コストを低減するとともに強度向上が可能な硬化体を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present disclosure aims to provide a cured product capable of reducing manufacturing costs and improving strength.

上記目的を達成するため、本開示に係る硬化体は、ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、アルカリ活性化剤とを含む硬化体であって、前記石炭灰中のナトリウム及びカリウムを、酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の含有量としてそれぞれx(質量%)及びy(質量%)としたときに、以下の式(1)
A=x+0.658y ・・・(1)
で定義される全アルカリAが1.2質量%以上であり、前記石炭灰に対する前記アルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6である。
In order to achieve the above object, the cured product according to the present disclosure is a cured product containing sodium and potassium-containing coal ash and an alkali activator, and the sodium and potassium in the coal ash are mixed with sodium oxide and potassium oxide. When x (mass%) and y (mass%) are used as the content based on potassium oxide, the following formula (1)
A = x + 0.658y ・ ・ ・ (1)
The total alkali A defined in is 1.2% by mass or more, and the mass ratio of sodium and potassium derived from the alkali activator to the coal ash based on sodium oxide and potassium oxide is 0.01 to 0. It is 6.

また、本開示に係る硬化体は、ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、アルカリ活性化剤と、炭素繊維複合材とを含む硬化体であって、前記石炭灰に対する前記アルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6であり、前記石炭灰と前記アルカリ活性化剤と前記炭素繊維複合材とを含む混合物に対する前記炭素繊維複合材の質量比が1〜50である。 Further, the cured product according to the present disclosure is a cured product containing coal ash containing sodium and potassium, an alkali activator, and a carbon fiber composite material, and sodium derived from the alkali activator with respect to the coal ash. The carbon fiber composite material has a mass ratio of 0.01 to 0.6 based on sodium oxide and potassium oxide, respectively, and the carbon fiber composite material with respect to the mixture containing the coal ash, the alkali activator, and the carbon fiber composite material. The mass ratio of is 1 to 50.

本開示の硬化体によれば、石炭灰に過剰に含まれるナトリウム及びカリウムを硬化体の形成反応に適用して強度付与することにより、添加するアルカリ活性化剤の量を低減できるので、原材料費を低下することによって製造コストを低下することができる。また、硬化体の形成反応に適用されるナトリウム及びカリウムとして、硬化体の製造工程中に添加されるアルカリ活性化剤由来のものを低減し、石炭灰粒子の内部又は表面に存在するナトリウム及びカリウムを利用できることにより、石炭灰とアルカリ活性化剤との混合物中におけるナトリウム及びカリウムの分散性が向上するので、硬化体が均質化し、強度向上が可能となる。 According to the cured product of the present disclosure, the amount of the alkali activator to be added can be reduced by applying sodium and potassium excessively contained in the coal ash to the formation reaction of the cured product to impart strength, and thus the raw material cost. The manufacturing cost can be reduced by reducing the amount. In addition, as sodium and potassium applied to the formation reaction of the cured product, those derived from the alkali activator added during the manufacturing process of the cured product are reduced, and sodium and potassium existing inside or on the surface of the coal ash particles are reduced. By utilizing the above, the dispersibility of sodium and potassium in the mixture of coal ash and the alkali activator is improved, so that the cured product is homogenized and the strength can be improved.

本開示の硬化体によれば、耐アルカリ性に強い炭素繊維複合材を含むことで、強度及び耐久性を高めるとともに、亀裂発生時のブリッジング効果によりじん性を改善することができる。また、炭素繊維複合材として炭素繊維で強化された樹脂を使用した場合、炭素繊維表面が樹脂で覆われていることから起伏を有し、アンカー効果による物理的な強度向上を図ることができる。さらに、炭素繊維複合材として安価な廃棄炭素繊維複合材を有効利用することにより、減量化及び低コスト化を図りながら硬化体の強度を向上することができる。 According to the cured product of the present disclosure, by including a carbon fiber composite material having strong alkali resistance, strength and durability can be enhanced, and toughness can be improved by a bridging effect when cracks occur. Further, when a resin reinforced with carbon fibers is used as the carbon fiber composite material, the surface of the carbon fibers is covered with the resin, so that the carbon fibers have undulations, and the physical strength can be improved by the anchor effect. Further, by effectively utilizing an inexpensive waste carbon fiber composite material as the carbon fiber composite material, the strength of the cured product can be improved while reducing the weight and cost.

以下、本開示の実施の形態による硬化体について説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。 Hereinafter, the cured product according to the embodiment of the present disclosure will be described. Such an embodiment shows one aspect of the present disclosure, does not limit the disclosure, and can be arbitrarily modified within the scope of the technical idea of the present disclosure.

<本開示の実施形態1に係る硬化体の説明>
本開示の実施形態1に係る硬化体としては、ジオポリマーコンクリートや様々な形状の枠体に原料(後述する混合物)を入れて室温又は加熱により養生して脱枠して得られる固化体等を挙げることができる。このような硬化体は、ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、アルカリ活性化剤とを含むものであって、必要によって骨材をさらに含んでもよい。また、本開示に係る硬化体の形成は、石炭灰とアルカリ水溶液との混合により、石炭灰中の非晶質であるアルミナ及びシリカが溶出し、介在するナトリウム又はカリウムが関与しながら、アルミナとシリカとが縮重合してアルカリアルミノケイ酸水和物ゲルが成長することで起こるものである。
<Explanation of the cured product according to the first embodiment of the present disclosure>
As the cured product according to the first embodiment of the present disclosure, a solidified product obtained by putting a raw material (mixture described later) into a geopolymer concrete or a frame body having various shapes and curing it at room temperature or heating to remove the frame is used. Can be mentioned. Such a cured product contains coal ash containing sodium and potassium and an alkali activator, and may further contain aggregate if necessary. Further, in the formation of the cured product according to the present disclosure, the amorphous alumina and silica in the coal ash are eluted by mixing the coal ash and the alkaline aqueous solution, and the intervening sodium or potassium is involved in the formation of the cured product together with the alumina. It occurs when silica is condensed and polymerized to grow an alkaline aluminosilicate hydrate gel.

石炭灰として、例えば、各種フライアッシュを使用することができる。この実施形態1では、石炭灰中のナトリウム及びカリウムを、酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の含有量としてそれぞれx(質量%)及びy(質量%)としたときに、以下の式(1)
A=x+0.658y ・・・(1)
で定義される全アルカリAが1.2質量%以上、好ましくは1.5質量%以上である。
As the coal ash, for example, various fly ash can be used. In the first embodiment, when sodium and potassium in coal ash are defined as x (mass%) and y (mass%) as the contents based on sodium oxide and potassium oxide, respectively, the following formula (1) is used.
A = x + 0.658y ・ ・ ・ (1)
The total alkali A defined in is 1.2% by mass or more, preferably 1.5% by mass or more.

アルカリ活性化剤として、例えば、水ガラス(ケイ酸ナトリウム水溶液又はケイ酸カリウム水溶液)や、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のケイ酸塩、炭酸塩、若しくは水酸化物の水溶液等を使用することができる。硬化体を製造する際に、このようなアルカリ活性化剤中には、アルカリ成分としてナトリウム及びカリウムが含まれるが、この実施形態に係る硬化体では、石炭灰に対するアルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比は0.01〜0.6である。 As the alkali activator, for example, water glass (sodium silicate aqueous solution or potassium silicate aqueous solution), an aqueous solution of alkali metal or alkaline earth metal silicate, carbonate, or hydroxide can be used. can. When producing a cured product, such an alkali activator contains sodium and potassium as alkaline components, but in the cured product according to this embodiment, sodium derived from the alkali activator for coal ash and sodium and potassium. The mass ratio of sodium oxide and potassium oxide standard for potassium is 0.01 to 0.6.

骨材として、例えば、公知の砂利や砂等、1種又は複数のものを使用することができる。この実施形態1では、硬化体を得るための混合物(少なくとも石炭灰及びアルカリ活性化剤を含む混合物であって、硬化体に骨材が含まれる場合は、石炭灰とアルカリ活性化剤と骨材とを含む混合物)に対する骨材の質量比は、0〜0.8である。 As the aggregate, for example, one or more known gravel, sand, etc. can be used. In the first embodiment, when a mixture for obtaining a cured product (a mixture containing at least coal ash and an alkali activator and the cured product contains aggregate, coal ash, an alkali activator and an aggregate) The mass ratio of the aggregate to (the mixture containing and) is 0 to 0.8.

この実施形態1に係る硬化体では、通常ではセメント用として使用することのできないナトリウム及びカリウム含有量の多いフライアッシュを石炭灰として使用することができる。このため、石炭灰に過剰に含まれるナトリウム及びカリウムを硬化体の形成反応に適用することにより、添加するアルカリ活性化剤の量を低減できるので、原材料費を低下することによって製造コストを低下することができる。また、硬化体の形成反応に適用されるナトリウム及びカリウムとして、硬化体の製造工程中に添加されるアルカリ活性化剤由来のものを低減し、石炭灰粒子の内部又は表面に存在するナトリウム及びカリウムを利用できることにより、石炭灰とアルカリ活性化剤との混合物中におけるナトリウム及びカリウムの分散性が向上するので、硬化体が均質化し、強度向上が可能となる。尚、具体的な強度向上の作用効果については、後述の実施例で説明する。 In the cured product according to the first embodiment, fly ash having a high content of sodium and potassium, which cannot normally be used for cement, can be used as coal ash. Therefore, by applying sodium and potassium excessively contained in coal ash to the formation reaction of the cured product, the amount of the alkali activator to be added can be reduced, so that the production cost can be reduced by reducing the raw material cost. be able to. In addition, as sodium and potassium applied to the formation reaction of the cured product, those derived from the alkali activator added during the manufacturing process of the cured product are reduced, and sodium and potassium existing inside or on the surface of the coal ash particles are reduced. By utilizing the above, the dispersibility of sodium and potassium in the mixture of coal ash and the alkali activator is improved, so that the cured product is homogenized and the strength can be improved. The specific action and effect of improving the strength will be described in Examples described later.

<本開示の実施形態2に係る硬化体の説明>
本開示の実施形態2に係る硬化体は、実施形態1に係る硬化体に対して、酸化カルシウム基準として6質量%〜12質量%のカルシウムをさらに含む石炭灰を使用したものである。シリカとアルミナとの縮重合体として形成される硬化体においてカルシウムが存在すると、C−S−H(ケイ酸カルシウム水和物)ゲルが生成し、適正量において組織構造が緻密化され、強度や耐久性が向上する。このため、通常は、高炉スラグ等のカルシウム原料を添加することが行われている。しかし、この実施形態2に係る硬化体によれば、高濃度のカルシウムを含む石炭灰を用いることによって、高炉スラグ等のカルシウム系原料を添加する必要がなくなるので、C−S−Hゲルの生成に伴う強度発現が期待でき、硬化体の減量化及び低コスト化が可能となる。尚、C−S−Hゲルの生成に伴う強度発現についての具体的な作用効果については、後述の実施例で説明する。
<Explanation of the cured product according to the second embodiment of the present disclosure>
The cured product according to the second embodiment of the present disclosure uses coal ash further containing 6% by mass to 12% by mass of calcium as a calcium oxide standard with respect to the cured product according to the first embodiment. In the presence of calcium in the cured product formed as a condensed polymer of silica and alumina, CSH (calcium silicate hydrate) gel is formed, and the tissue structure is densified in an appropriate amount to increase the strength and strength. Durability is improved. Therefore, usually, a calcium raw material such as blast furnace slag is added. However, according to the cured product according to the second embodiment, by using coal ash containing a high concentration of calcium, it is not necessary to add a calcium-based raw material such as blast furnace slag, so that CSH gel is produced. As a result, the strength can be expected to increase, and the amount of the cured product can be reduced and the cost can be reduced. The specific action and effect of the strength development associated with the formation of the CSH gel will be described in Examples described later.

<本開示の実施形態3に係る硬化体の説明>
本開示の実施形態3に係る硬化体は、ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、アルカリ活性化剤と、炭素繊維複合材とを含む硬化体であって、石炭灰に対するアルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6であり、硬化体を得るための混合物に対する炭素繊維複合材の質量比が1〜50である。尚、実施形態2及び3に係る硬化体のいずれも、必要によって骨材を含んでもよく、当該混合物に対する骨材の質量比は、実施形態1と同じである。
<Explanation of the cured product according to the third embodiment of the present disclosure>
The cured product according to the third embodiment of the present disclosure is a cured product containing coal ash containing sodium and potassium, an alkali activator, and a carbon fiber composite material, and is sodium derived from an alkali activator for coal ash. The mass ratio of sodium oxide and potassium oxide to each of sodium oxide and potassium oxide is 0.01 to 0.6, and the mass ratio of the carbon fiber composite material to the mixture for obtaining a cured product is 1 to 50. All of the cured products according to the second and third embodiments may contain an aggregate if necessary, and the mass ratio of the aggregate to the mixture is the same as that of the first embodiment.

炭素繊維複合材は、例えば、炭素繊維で強化された樹脂であり、樹脂の例として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等が挙げられる。このような繊維で強化された樹脂としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、ポリエチレン繊維強化プラスチック等を使用することができる。その他に、炭素繊維複合材として繊維強化金属等を使用することもできる。 The carbon fiber composite material is, for example, a resin reinforced with carbon fibers, and examples of the resin include epoxy resin, phenol resin, polyester resin, vinyl ester resin, cyanate ester resin, polyimide resin, polyamide resin, polycarbonate resin, and polyphenylene. Examples thereof include sulfide resin and polyether ether ketone resin. As the resin reinforced with such fibers, for example, carbon fiber reinforced plastic (CFRP), glass fiber reinforced plastic (GFRP), boron fiber reinforced plastic, aramid fiber reinforced plastic, polyethylene fiber reinforced plastic and the like can be used. can. In addition, a fiber reinforced metal or the like can be used as the carbon fiber composite material.

一般に、炭素繊維複合材の曲げ強度はアスペクト比が大きいほど増大するが、繊維長が長いほど分散性が悪化し、硬化体の強度向上効果が低下する。このため、炭素繊維複合材の適正なアスペクト比は30〜200である。これにより、炭素繊維複合材の最大辺の長さが2mm〜60mmであることが好ましい。ここで、最大辺の長さは、炭素繊維複合材が多面体形状を有する場合は任意の2つの頂点を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さに相当し、炭素繊維複合材が円柱形状を有する場合は両端面上の任意の各位置間を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さに相当し、炭素繊維複合材が球形状(完全な球体ではなく楕円体や不完全な楕円体も含む)を有する場合は表面上の任意の2つの位置間を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さに相当する。 Generally, the bending strength of the carbon fiber composite material increases as the aspect ratio increases, but the dispersibility deteriorates as the fiber length increases, and the effect of improving the strength of the cured product decreases. Therefore, the appropriate aspect ratio of the carbon fiber composite material is 30 to 200. As a result, the length of the maximum side of the carbon fiber composite material is preferably 2 mm to 60 mm. Here, the length of the maximum side corresponds to the length of the longest straight line among the straight lines connecting any two vertices when the carbon fiber composite material has a polyhedron shape, and the carbon fiber composite material has a cylindrical shape. In the case, it corresponds to the length of the longest straight line connecting any position on both end faces, and the carbon fiber composite material has a spherical shape (including an elliptical body and an incomplete elliptical body instead of a perfect sphere). Corresponds to the length of the longest straight line connecting any two positions on the surface.

本開示の実施形態3に係る硬化体はそれぞれ、炭素繊維複合材を含むことで、強度及び耐久性を高めるとともに、亀裂発生時のブリッジング効果によりじん性を改善することができる。また、炭素繊維複合材として炭素繊維で強化された樹脂を使用した場合、炭素繊維表面が樹脂で覆われていることから起伏を有し、アンカー効果による物理的な強度向上を図ることができる。さらに、炭素繊維複合材として安価な廃棄炭素繊維複合材を有効利用することにより、減量化及び低コスト化を図りながら硬化体の強度を向上することができる。尚、具体的な強度向上の作用効果については、後述の実施例で説明する。 By containing the carbon fiber composite material in each of the cured products according to the third embodiment of the present disclosure, the strength and durability can be enhanced, and the toughness can be improved by the bridging effect when cracks occur. Further, when a resin reinforced with carbon fibers is used as the carbon fiber composite material, the surface of the carbon fibers is covered with the resin, so that the carbon fibers have undulations, and the physical strength can be improved by the anchor effect. Further, by effectively utilizing an inexpensive waste carbon fiber composite material as the carbon fiber composite material, the strength of the cured product can be improved while reducing the weight and cost. The specific action and effect of improving the strength will be described in Examples described later.

<本開示の各実施形態に係る硬化体の実施例>
本開示の実施形態1に係る硬化体の強度向上の作用効果を明確にするために、実施例1〜4と比較例1及び2に係る条件で調製した硬化体の強度に関する各指標値を得た(JIS R5201準拠)。各硬化体の組成と、各硬化体の強度に関する各指標値とを表1にまとめた。尚、各実施例及び各比較例におけるアルカリ水溶液には、水ガラス、若しくは水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム又はこれらを混合したものを水で希釈したものを用いることができる。
<Examples of a cured product according to each embodiment of the present disclosure>
In order to clarify the action and effect of improving the strength of the cured product according to the first embodiment of the present disclosure, each index value regarding the strength of the cured product prepared under the conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 is obtained. (Compliant with JIS R5201). Table 1 summarizes the composition of each cured product and each index value regarding the strength of each cured product. As the alkaline aqueous solution in each Example and each Comparative Example, water glass, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or a mixture thereof diluted with water can be used.

Figure 2021160973
Figure 2021160973

比較例1よりも全アルカリが大きい実施例1〜3では、比較例1に比べて圧縮強度及び曲げ強度が増大しており、全アルカリが大きいほど硬化体の強度が向上することが分かる。この理由として、フライアッシュ中の全アルカリが大きいほどフライアッシュ中のナトリウム及びカリウムの全部又は一部がアルカリアルミノケイ酸水和物ゲルの生成に活用され、単にアルカリ水溶液を添加した場合に比べて高分散かつ均一に当該生成が進むとともに、ナトリウム及びカリウムが多く存在するほどアルカリアルミノケイ酸ゲルが多量に生成して硬化体の強度が向上するためと考えられる。 In Examples 1 to 3 in which the total alkalinity is larger than that of Comparative Example 1, the compressive strength and the bending strength are increased as compared with Comparative Example 1, and it can be seen that the larger the total alkalinity, the higher the strength of the cured product. The reason for this is that the larger the total alkali in the fly ash, the more all or part of the sodium and potassium in the fly ash is utilized for the formation of the alkaline aluminosilicate hydrate gel, which is higher than the case where the alkaline aqueous solution is simply added. It is considered that this is because the formation proceeds uniformly and uniformly, and the more sodium and potassium are present, the larger the amount of alkaline aluminosilicate gel is formed and the strength of the cured product is improved.

フライアッシュ中のナトリウム及びカリウムの全部又は一部がアルカリアルミノケイ酸水和物ゲルの生成に活用されることにより、アルカリ水溶液由来の全アルカリを低減できるので、原材料費の低下により製造コストを低下することができる。これは、実施例4は比較例1に比べて、フライアッシュに対するアルカリ水溶液由来の全アルカリを低減(後者は13質量%であるのに対し前者は11質量%に)したものであるが、両者の圧縮強度及び曲げ強度は同等であることから裏付けることができる。また、比較例1に対して、フライアッシュに対するアルカリ水溶液由来の全アルカリを13質量%から16質量%に増大した比較例2と実施例3とを比較すると、フライアッシュ中の全アルカリが大きいと、フライアッシュに対するアルカリ水溶液由来の全アルカリが小さくても同等の強度が得られることから、硬化体の強度低下を抑制しながら、原材料費の低下により製造コストを低下できることが確認できた。 By utilizing all or part of sodium and potassium in fly ash for the production of alkaline aluminosilicate hydrate gel, the total alkali derived from the alkaline aqueous solution can be reduced, so that the production cost is reduced due to the reduction in raw material cost. be able to. This is because Example 4 reduced the total alkali derived from the alkaline aqueous solution with respect to fly ash as compared with Comparative Example 1 (the latter was 13% by mass, while the former was 11% by mass). It can be confirmed that the compressive strength and the bending strength of the above are the same. Further, comparing Example 2 in which the total alkali derived from the alkaline aqueous solution with respect to fly ash was increased from 13% by mass to 16% by mass with respect to Comparative Example 1, it was found that the total alkali in the fly ash was large. Since the same strength can be obtained even if the total alkali derived from the alkaline aqueous solution with respect to fly ash is small, it was confirmed that the production cost can be reduced by reducing the raw material cost while suppressing the decrease in the strength of the cured product.

次に、本開示の実施形態2に係る硬化体の作用効果(強度や耐久性の向上)を明確にするために、実施例5及び6と比較例3及び4に係る条件で調製した硬化体の強度に関する各指標値を得た。各硬化体の組成と、各硬化体の強度に関する各指標値とを表2にまとめた。 Next, in order to clarify the action and effect (improvement of strength and durability) of the cured product according to the second embodiment of the present disclosure, the cured product prepared under the conditions according to Examples 5 and 6 and Comparative Examples 3 and 4. Each index value regarding the strength of was obtained. Table 2 summarizes the composition of each cured product and each index value regarding the strength of each cured product.

Figure 2021160973
Figure 2021160973

酸化カルシウム基準として6質量%及び12質量%のカルシウムを含む石炭灰を使用して得られた実施形態2に係る硬化体に相当する実施例5及び6では、酸化カルシウム基準として3質量%及び16質量%のカルシウムを含む石炭灰を使用した比較例3及び4と比較して、圧縮強度及び曲げ強度が増大していることから、酸化カルシウム基準として6質量%〜12質量%のカルシウムを含む石炭灰を使用することにより、硬化体の強度や耐久性が向上することが裏付けられた。 In Examples 5 and 6 corresponding to the cured product according to the second embodiment obtained by using coal ash containing 6% by mass and 12% by mass of calcium as the calcium oxide standard, 3% by mass and 16 by mass as the calcium oxide standard. Compared with Comparative Examples 3 and 4 in which coal ash containing mass% calcium was used, the compressive strength and bending strength were increased. Therefore, as a calcium oxide standard, coal containing 6% by mass to 12% by mass of calcium. It was confirmed that the use of ash improves the strength and durability of the cured product.

次に、本開示の実施形態3に係る硬化体の強度向上の作用効果を明確にするために、実施例7〜10と比較例5及び6に係る条件で調製した硬化体の強度に関する各指標値を得た。各硬化体の組成と、各硬化体の強度に関する各指標値とを表3にまとめた。尚、各実施例及び各比較例における炭素繊維複合材にはCFRPを用いた。また、CFRPの最大辺の長さは15mmであるものを用いた。 Next, in order to clarify the action and effect of improving the strength of the cured product according to the third embodiment of the present disclosure, each index relating to the strength of the cured product prepared under the conditions of Examples 7 to 10 and Comparative Examples 5 and 6. Got a value. Table 3 summarizes the composition of each cured product and each index value regarding the strength of each cured product. CFRP was used as the carbon fiber composite material in each Example and each Comparative Example. Further, the CFRP having a maximum side length of 15 mm was used.

Figure 2021160973
Figure 2021160973

実施例7〜10の圧縮強度及び曲げ強度と、比較例5及び6の圧縮強度及び曲げ強度とを対比すると、いずれの指標も前者の方が上回っている。CFRPを含むことによって強度(特に曲げ強度)が向上するが、CFRP配合比が60質量%になると分散性が悪化してフロー値が低下し、強度も低下する。したがって、硬化体を得るための混合物に対して1〜50の範囲の配合比の炭素繊維複合材としてのCFRPを含むことによって、硬化体の強度向上の作用効果が得られることを確認できた。 Comparing the compressive strength and bending strength of Examples 7 to 10 with the compressive strength and bending strength of Comparative Examples 5 and 6, the former is higher than any of the indexes. The strength (particularly the bending strength) is improved by including CFRP, but when the CFRP compounding ratio is 60% by mass, the dispersibility deteriorates, the flow value decreases, and the strength also decreases. Therefore, it was confirmed that the effect of improving the strength of the cured product can be obtained by including CFRP as a carbon fiber composite material having a blending ratio in the range of 1 to 50 with respect to the mixture for obtaining the cured product.

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments are grasped as follows, for example.

[1]一の態様に係る硬化体は、
ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、
アルカリ活性化剤と
を含む硬化体であって、
前記石炭灰中のナトリウム及びカリウムを、酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の含有量としてそれぞれx(質量%)及びy(質量%)としたときに、以下の式(1)
A=x+0.658y ・・・(1)
で定義される全アルカリAが1.2質量%以上であり、
前記石炭灰に対する前記アルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6である。
[1] The cured product according to one aspect is
With coal ash containing sodium and potassium,
A cured product containing an alkali activator,
When sodium and potassium in the coal ash are defined as x (mass%) and y (mass%) as the contents based on sodium oxide and potassium oxide, respectively, the following formula (1)
A = x + 0.658y ・ ・ ・ (1)
The total alkali A defined in is 1.2% by mass or more,
The mass ratio of sodium oxide and potassium oxide derived from the alkali activator to the coal ash is 0.01 to 0.6, respectively.

本開示の硬化体によれば、石炭灰に過剰に含まれるナトリウム及びカリウムを硬化体の形成反応に適用して強度付与することにより、添加するアルカリ活性化剤の量を低減できるので、原材料費を低下することによって製造コストを低下することができる。また、硬化体の形成反応に適用されるナトリウム及びカリウムとして、硬化体の製造工程中に添加されるアルカリ活性化剤由来のものを低減し、石炭灰粒子の内部又は表面に存在するナトリウム及びカリウムを利用できることにより、石炭灰とアルカリ活性化剤との混合物中におけるナトリウム及びカリウムの分散性が向上するので、硬化体が均質化し、強度向上が可能となる。 According to the cured product of the present disclosure, the amount of the alkali activator to be added can be reduced by applying sodium and potassium excessively contained in the coal ash to the formation reaction of the cured product to impart strength, and thus the raw material cost. The manufacturing cost can be reduced by reducing the amount. In addition, as sodium and potassium applied to the formation reaction of the cured product, those derived from the alkali activator added during the manufacturing process of the cured product are reduced, and sodium and potassium existing inside or on the surface of the coal ash particles are reduced. By utilizing the above, the dispersibility of sodium and potassium in the mixture of coal ash and the alkali activator is improved, so that the cured product is homogenized and the strength can be improved.

[2]別の態様に係る硬化体は、[1]に記載の硬化体であって、
前記石炭灰は、酸化カルシウム基準として6質量%〜12質量%のカルシウムをさらに含む。
[2] The cured product according to another aspect is the cured product according to [1].
The coal ash further contains 6% by mass to 12% by mass of calcium based on calcium oxide.

このような構成によれば、高濃度のカルシウムを含む石炭灰を用いることによって、高炉スラグ等のカルシウム系原料を添加する必要がなくなるので、C−S−Hゲルの生成に伴う強度発現が期待でき、硬化体の減量化及び低コスト化が可能となる。 According to such a configuration, by using coal ash containing a high concentration of calcium, it is not necessary to add a calcium-based raw material such as blast furnace slag, so that strength development accompanying the formation of CSH gel is expected. It is possible to reduce the weight and cost of the cured product.

[3]さらに別の態様に係る硬化体は、[1]または[2]に記載の硬化体であって、
前記硬化体は炭素繊維複合材をさらに含み、
前記石炭灰と前記アルカリ活性化剤と前記炭素繊維複合材とを含む混合物に対する前記炭素繊維複合材の質量比が1〜50である。
[3] The cured product according to still another aspect is the cured product according to [1] or [2].
The cured product further contains a carbon fiber composite material, and the cured product further contains a carbon fiber composite material.
The mass ratio of the carbon fiber composite to the mixture containing the coal ash, the alkali activator and the carbon fiber composite is 1 to 50.

このような構成によれば、耐アルカリ性に強い炭素繊維複合材を含むことで、強度及び耐久性を高めるとともに、亀裂発生時のブリッジング効果によりじん性を改善することができる。また、炭素繊維複合材として炭素繊維で強化された樹脂を使用した場合、炭素繊維表面が樹脂で覆われていることから起伏を有し、アンカー効果による物理的な強度向上を図ることができる。さらに、炭素繊維複合材として安価な廃棄炭素繊維複合材を有効利用することにより、減量化及び低コスト化を図りながら硬化体の強度を向上することができる。 According to such a configuration, by including the carbon fiber composite material having strong alkali resistance, the strength and durability can be enhanced, and the toughness can be improved by the bridging effect at the time of crack occurrence. Further, when a resin reinforced with carbon fibers is used as the carbon fiber composite material, the surface of the carbon fibers is covered with the resin, so that the carbon fibers have undulations, and the physical strength can be improved by the anchor effect. Further, by effectively utilizing an inexpensive waste carbon fiber composite material as the carbon fiber composite material, the strength of the cured product can be improved while reducing the weight and cost.

[4]一の態様に係る硬化体は、
ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、
アルカリ活性化剤と、
炭素繊維複合材と
を含む硬化体であって、
前記石炭灰に対する前記アルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6であり、前記石炭灰と前記アルカリ活性化剤と前記炭素繊維複合材とを含む混合物に対する前記炭素繊維複合材の質量比が1〜50である。
[4] The cured product according to one aspect is
With coal ash containing sodium and potassium,
Alkali activator and
A cured product containing a carbon fiber composite material.
The mass ratio of sodium oxide and potassium derived from the alkali activator to the coal ash based on sodium oxide and potassium oxide is 0.01 to 0.6, respectively, and the coal ash, the alkali activator, and the carbon fiber are used. The mass ratio of the carbon fiber composite material to the mixture containing the composite material is 1 to 50.

本開示の硬化体によれば、耐アルカリ性に強い炭素繊維複合材を含むことで、強度及び耐久性を高めるとともに、亀裂発生時のブリッジング効果によりじん性を改善することができる。また、炭素繊維複合材として炭素繊維で強化された樹脂を使用した場合、炭素繊維表面が樹脂で覆われていることから起伏を有し、アンカー効果による物理的な強度向上を図ることができる。さらに、炭素繊維複合材として安価な廃棄炭素繊維複合材を有効利用することにより、減量化及び低コスト化を図りながら硬化体の強度を向上することができる。 According to the cured product of the present disclosure, by including a carbon fiber composite material having strong alkali resistance, strength and durability can be enhanced, and toughness can be improved by a bridging effect when cracks occur. Further, when a resin reinforced with carbon fibers is used as the carbon fiber composite material, the surface of the carbon fibers is covered with the resin, so that the carbon fibers have undulations, and the physical strength can be improved by the anchor effect. Further, by effectively utilizing an inexpensive waste carbon fiber composite material as the carbon fiber composite material, the strength of the cured product can be improved while reducing the weight and cost.

[5]さらに別の態様に係る硬化体は、[3]または[4]の硬化体であって、
前記炭素繊維複合材の最大辺の長さは2mm〜60mmである。
[5] The cured product according to still another aspect is the cured product of [3] or [4].
The maximum side length of the carbon fiber composite material is 2 mm to 60 mm.

一般に、炭素繊維複合材の曲げ強度はアスペクト比が大きいほど増大するが、繊維長が長いほど分散性が悪化し、硬化体の強度向上効果が低下する。これに対し、[5]の構成によれば、炭素繊維複合材の分散性の悪化を抑制できるので、硬化体の強度向上効果を適切に得ることができる。 Generally, the bending strength of the carbon fiber composite material increases as the aspect ratio increases, but the dispersibility deteriorates as the fiber length increases, and the effect of improving the strength of the cured product decreases. On the other hand, according to the configuration of [5], deterioration of the dispersibility of the carbon fiber composite material can be suppressed, so that the effect of improving the strength of the cured product can be appropriately obtained.

[6]さらに別の態様に係る硬化体は、[1]〜[5]のいずれかの硬化体であって、
前記硬化体はジオポリマーコンクリートである。
[6] The cured product according to still another aspect is any of the cured products [1] to [5].
The cured product is geopolymer concrete.

このような構成によれば、製造コストを低減するとともに強度向上が可能なジオポリマーコンクリートを提供することができる。 According to such a configuration, it is possible to provide a geopolymer concrete capable of reducing the manufacturing cost and improving the strength.

Claims (6)

ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、
アルカリ活性化剤と
を含む硬化体であって、
前記石炭灰中のナトリウム及びカリウムを、酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の含有量としてそれぞれx(質量%)及びy(質量%)としたときに、以下の式(1)
A=x+0.658y ・・・(1)
で定義される全アルカリAが1.2質量%以上であり、
前記石炭灰に対する前記アルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6である硬化体。
With coal ash containing sodium and potassium,
A cured product containing an alkali activator,
When sodium and potassium in the coal ash are defined as x (mass%) and y (mass%) as the contents based on sodium oxide and potassium oxide, respectively, the following formula (1)
A = x + 0.658y ・ ・ ・ (1)
The total alkali A defined in is 1.2% by mass or more,
A cured product in which the mass ratio of sodium oxide and potassium oxide derived from the alkali activator to the coal ash is 0.01 to 0.6, respectively, based on sodium oxide and potassium oxide.
前記石炭灰は、酸化カルシウム基準として6質量%〜12質量%のカルシウムをさらに含む、請求項1に記載の硬化体。 The cured product according to claim 1, wherein the coal ash further contains 6% by mass to 12% by mass of calcium as a calcium oxide standard. 前記硬化体は炭素繊維複合材をさらに含み、
前記石炭灰と前記アルカリ活性化剤と前記炭素繊維複合材とを含む混合物に対する前記炭素繊維複合材の質量比が1〜50である、請求項1または2に記載の硬化体。
The cured product further contains a carbon fiber composite material, and the cured product further contains a carbon fiber composite material.
The cured product according to claim 1 or 2, wherein the mass ratio of the carbon fiber composite material to the mixture containing the coal ash, the alkali activator and the carbon fiber composite material is 1 to 50.
ナトリウム及びカリウムを含む石炭灰と、
アルカリ活性化剤と、
炭素繊維複合材と
を含む硬化体であって、
前記石炭灰に対する前記アルカリ活性化剤由来のナトリウム及びカリウムのそれぞれの酸化ナトリウム及び酸化カリウム基準の質量比が0.01〜0.6であり、前記石炭灰と前記アルカリ活性化剤と前記炭素繊維複合材とを含む混合物に対する前記炭素繊維複合材の質量比が1〜50である硬化体。
With coal ash containing sodium and potassium,
Alkali activator and
A cured product containing a carbon fiber composite material.
The mass ratio of sodium oxide and potassium derived from the alkali activator to the coal ash based on sodium oxide and potassium oxide is 0.01 to 0.6, respectively, and the coal ash, the alkali activator, and the carbon fiber are used. A cured product in which the mass ratio of the carbon fiber composite material to the mixture containing the composite material is 1 to 50.
前記炭素繊維複合材の最大辺の長さは2mm〜60mmである、請求項3または4に記載の硬化体。 The cured product according to claim 3 or 4, wherein the length of the maximum side of the carbon fiber composite material is 2 mm to 60 mm. 前記硬化体はジオポリマーコンクリートである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の硬化体。 The cured product according to any one of claims 1 to 5, wherein the cured product is geopolymer concrete.
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