WO2025249263A1 - ジオポリマー組成物 - Google Patents

ジオポリマー組成物

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Definitions

  • the present invention relates to improving the strength expression and freshness of geopolymers.
  • Geopolymers emit less CO2 during production than hardened cement pastes, and are attracting attention as a construction material with excellent acid resistance, heat resistance, etc.
  • those that use part of ground granulated blast furnace slag as the powder raw material and alkali silicate as the alkali source have become mainstream due to their high early strength development.
  • Non-Patent Document 1 When sodium silicate is used, depending on the mixing conditions, the viscosity can increase, reducing the fresh properties and potentially causing poor application during pouring.
  • Patent Document 1 which has an alkali/water molar ratio of 0.1 or more, has high viscosity, which reduces its fresh properties and causes poor application when used in concrete.
  • the alkali/water molar ratio has a significant impact on strength, and if it is less than 0.1, it is thought that strength development at room temperature will decrease.
  • the present invention was made based on the above circumstances, and its purpose is to provide a geopolymer composition that can reduce viscosity and has good fresh properties while maintaining sufficient early strength development.
  • the present invention is a geopolymer composition
  • a powder component comprises at least either ground blast furnace slag or fly ash
  • the alkaline source comprises at least an alkali silicate
  • the molar ratio of alkali metal ions contained in the alkaline source to the water (AL/W) is less than 0.100
  • the molar ratio of silicon ions contained in the alkaline source to the water (Si/W) is 0.035 to 0.085.
  • the alkaline source preferably includes an alkali metal silicate and an alkali metal carbonate.
  • the alkali metal silicate is sodium silicate
  • the alkali metal carbonate is sodium carbonate
  • the geopolymer composition of the present invention even if the AL/W ratio is less than 0.100, by setting the Si/W ratio to 0.035 to 0.085, it is possible to reduce viscosity, obtain a geopolymer composition with good fresh properties, and excellent early strength development at room temperature.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between AL/W and 15-shot mortar flow.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between Si/W and 15-shot mortar flow.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between Si/W and compressive strength at 1 day of age.
  • the geopolymer composition of the present invention is a geopolymer composition comprising a powder component, water, and an alkali source, wherein the powder component comprises at least one of ground blast furnace slag or fly ash, the alkali source comprises at least an alkali silicate, the molar ratio of alkali metal ions to water contained in the alkali source: AL/W is less than 0.100, and the molar ratio of silicon ions to water contained in the alkali source: Si/W is 0.035 to 0.085.
  • the geopolymer composition of the present invention has sufficient early strength development and good fresh properties.
  • the early strength in the present invention means the compressive strength on the first day of age based on a compressive strength test conducted in accordance with the compressive strength test method described in JIS A 1108.
  • the early strength of the geopolymer composition of the present invention is preferably strong enough to be removed from the formwork, for example, preferably 10.0 N/mm 2 or more, more preferably 12.0 N/mm 2 or more, and even more preferably 14.0 N/mm 2 or more.
  • the fresh properties in the present invention can be evaluated, for example, by the 15-stroke mortar flow (fluidity) test conducted in accordance with the mortar flow test described in JIS A 5201.
  • the 15-stroke mortar flow of the geopolymer composition of the present invention is preferably 160 mm or more, more preferably 170 mm or more, and even more preferably 180 mm or more.
  • fly ash is fine ash recovered from the exhaust gas in a dust collector, among the ash by-products of combustion of coal or biomass fuel, or both, in the boiler of a thermal power plant, etc.
  • fly ash for concrete which is primarily composed of SiO 2 and Al 2 O 3 and is specified as types I to IV according to JIS A 6201 based on particle size and flow value, is preferred, and although there are no particular restrictions on the standard, types I and II, which have a fine particle size and are highly reactive, are more preferred.
  • Ground granulated blast furnace slag is produced during the production of pig iron and contains CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , and MgO as its main components.
  • Examples of ground granulated blast furnace slag include those containing 20% to 60% by mass of calcium, calculated as calcium oxide (CaO).
  • the use of ground granulated blast furnace slag 4000 for concrete, as specified in JIS A 6206, is more preferable from the viewpoint of the strength development and shrinkage properties of the hardened geopolymer body produced using the resulting geopolymer composition at room temperature.
  • the powder component contains at least one of ground blast furnace slag or fly ash, but preferably contains ground blast furnace slag and fly ash.
  • the fly ash content relative to the total mass of the fly ash and ground slag is preferably 50 to 90 mass%, and more preferably 60 to 85 mass% from the perspective of durability of the resulting hardened geopolymer composition.
  • a content of 50 mass% or more is preferable from the perspective of maintaining good fluidity and ensuring sufficient workability when mixed with water to form a geopolymer composition, as well as expanding the effective use of fly ash.
  • a content of 90 mass% or less ensures good strength development in the hardened geopolymer composition at an early age.
  • the alkali source is a salt containing alkali metal ions (Li + , Na + , K + , etc.) as constituent ions.
  • Representative alkali metal salts include alkali metal silicates, alkali metal carbonates, alkali metal hydroxides, etc.
  • the alkali source includes at least an alkali metal silicate.
  • a combination of an alkali metal silicate and an alkali metal carbonate is preferred because it has a relatively low heat of solution, does not adversely affect the kneading process, and can produce a hardened geopolymer composition with excellent compressive strength by curing at room temperature.
  • the alkali source such as an alkali metal silicate or alkali metal carbonate
  • alkali metal silicate powders examples include sodium silicate powder (SiO 2 /NaO 2 molar ratio: approximately 1.95 to 3.4), sodium metasilicate powder (type 1, type 2), potassium silicate powder, potassium metasilicate powder, lithium silicate powder, etc.
  • H 2 O approximately 20% by mass
  • alkali metal carbonates examples include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), etc.
  • Sodium carbonate powder is preferred because it is relatively inexpensive and exhibits high reactivity with ground slag.
  • the content of the alkali metal carbonate relative to the total mass of the alkali metal silicate and alkali metal carbonate is preferably 5% to 50% by mass.
  • the molar ratio AL/W of alkali metal ions (AL) to water (W), which constitutes the alkali source, is less than 0.100. If AL/W is 0.100 or more, the viscosity of the geopolymer composition increases, causing problems during the production of hardened geopolymer composition. From the above perspective, AL/W is preferably 0.095 or less, more preferably 0.090 or less, and even more preferably 0.085 or less.
  • the molar ratio Si/W of silicon ions (Si) to water (W) that constitutes the alkalinity source is 0.035 to 0.085. If Si/W is less than 0.035, the compressive strength of the hardened geopolymer will decrease, and if Si/W is more than 0.085, the viscosity of the geopolymer composition will be high, making it difficult to use in on-site work and hindering construction. From the above perspectives, it is preferable to set Si/W to 0.050 to 0.070.
  • the water is not particularly limited and may be tap water, ion-exchanged water, pure water, or the like.
  • various admixtures and additives can be added to the geopolymer composition of the present invention, as long as they do not impair the effects of the present invention.
  • examples include well-known materials used in concrete, such as superplasticizers, shrinkage reducing agents, rust inhibitors, waterproofing agents, setting retarders, antifoaming agents, dust reducing agents, pigments, and calcium carbonate powder.
  • aggregates can be added to the geopolymer composition of the present invention depending on the application.
  • examples include well-known aggregates used in concrete, such as lightweight aggregate, ordinary aggregate, heavy aggregate, limestone aggregate, slag aggregate, and silica sand.
  • the geopolymer composition of the present invention can be produced by simultaneously or sequentially blending predetermined amounts of powder components, an alkali source, water, and, if necessary, various admixtures and aggregates, and then kneading them appropriately using a kneading device.
  • the kneading device is not particularly limited, and examples include a forced twin-shaft mixer used for mixing concrete.
  • the method for producing a geopolymer composition includes, for example, a powder mixing step in which powder components, a powdered alkali source, and aggregate are powder-mixed, and a kneading step in which water is added and kneaded after the powder mixing step. It is also possible to add a secondary kneading step after the kneading step in which admixtures and additives such as superplasticizers and retarders are mixed and kneaded.
  • the geopolymer composition After the geopolymer composition kneading step or the secondary kneading step, the geopolymer composition can be cured at a temperature range of 5°C to 90°C to obtain a hardened geopolymer composition.
  • a hardened geopolymer composition with excellent compressive strength can be obtained by curing at room temperature of 5 to 35°C.
  • Other curing conditions are not particularly limited, and commonly used curing conditions may be used. For example, steam curing, sealed curing, air curing, underwater curing, etc. may be used.
  • the geopolymer composition of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention. Furthermore, some of the configurations of certain embodiments can be deleted. Also, well-known technologies can be added to the configurations of certain embodiments.
  • *AL/W The molar ratio of sodium (Na) atoms contained in soda ash and powdered sodium silica to added water and water molecules (W) in powdered sodium silica.
  • *Si/W The molar ratio of silicon (Si) atoms contained in powdered sodium silicate to added water, or water molecules (W) in the powdered sodium silicate.
  • *(A+W)/F The ratio of the volume (A+W) of the solution obtained by mixing the alkaline component (A) consisting of soda ash and powdered sodium silica with added water to the volume (F) of the powder component consisting of fly ash and finely powdered slag.
  • Comparative Examples 1 to 3 are geopolymer compositions whose formulations were adjusted so that the Si / W (molar ratio) was greater than 0.085 and the AL / W (molar ratio) was 0.100 or more.
  • Examples 1 to 5 are geopolymer compositions whose formulations were adjusted so that the Si / W (molar ratio) was 0.035 to 0.085 and the AL / W (molar ratio) was less than 0.100.
  • Comparative Example 4 is a geopolymer composition in which the formulation is adjusted so that the Si / W (molar ratio) is less than 0.035 and the AL / W (molar ratio) is less than 0.100.
  • the mortar cured to the specified ages (1 day, 3 days, 7 days, and 28 days) was subjected to a compressive strength test in accordance with the compressive strength test method described in JIS A 1108, and the compressive strength was measured.
  • the results are shown in Table 2.
  • the relationship between Si/W and compressive strength on the first day of age is shown in Figure 3.
  • the 15-stroke flow decreased as the Si/W ratio increased, and the degree of decrease was significant above 0.085. Furthermore, the 15-stroke flow decreased linearly as the AL/W ratio increased. Therefore, in order to obtain a geopolymer composition with good fresh properties and a 15-stroke flow of 160 mm or more, it was effective to keep the AL/W below 0.100 and the Si/W below 0.085.

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Abstract

粉体成分、水及びアルカリ源を含むジオポリマー組成物であって、粉体成分は高炉スラグ微粉末またはフライアッシュの少なくともいずれかを含み、アルカリ源は少なくともアルカリ珪酸塩を含み、前記アルカリ源に含まれるアルカリ金属イオンの前記水に対するモル比：ＡＬ／Ｗが０．１００未満であって、前記アルカリ源に含まれる珪素イオンの前記水に対するモル比：Ｓｉ／Ｗが０．０３５～０．０８５であるジオポリマー組成物。

Description

ジオポリマー組成物
　本発明は、ジオポリマーの強度発現性やフレッシュ性改善に関する。
　ジオポリマーは、セメント硬化体と比較して製造時のＣＯ２排出量が低いほか、耐酸性、耐熱性等に優れる建設材料として注目されている。近年では、粉体原料に高炉スラグ微粉末を一部使用し、アルカリ源としてはアルカリ珪酸塩を使用するものが初期強度発現性の高さから主流となっている。
　一方で、ケイ酸ナトリウムを使用した場合に、配合条件によっては粘性が高くなることでフレッシュ性状が低下し、打ち込み時の施工不良の原因と成り得るとされる。（非特許文献１）
特許第５０９１５１９号
一宮一夫ほか，2021 年度重点研究課題「新しいアルカリ活性材料を用いた低炭素社会におけるインフラ構築に関する研究」報告書，土木学会コンクリート委員会「新しいアルカリ活性材料を用いた低炭素社会におけるインフラ構築に研究小委員会（233 委員会）」，pp.2-5，2021.3 上原元樹ほか，ジオポリマー硬化体の配合・作製法と諸性質，日本コンクリート工学会年次論文集，ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．１，２０１５
　特許文献１に記載されるアルカリ量／水量のモル比が０．１以上であるジオポリマー組成物は粘性が高く、フレッシュ性状が低下してコンクリートに用いた場合に施工不良の原因となる。
　一方で、非特許文献２に記載されるとおり、アルカリ量／水量モル比が強度に与える影響は大きく、０．１未満となった場合に常温での強度発現性が低下することが考えられる。
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は十分な初期強度発現性を保持しながら、粘性を低減でき、良好なフレッシュ性状のジオポリマー組成物を提供することにある。
　本発明者らは、フレッシュ性状と圧縮強度が改善されたジオポリマー組成物を簡易的に得るために鋭意検討を重ねた結果、アルカリ金属珪酸塩を用いたジオポリマー組成物において、所定の初期強度を保持しながら、粘性を低減し、良好なフレッシュ性状を有するジオポリマー組成物の組成範囲を見出し、本発明の完成に至った。具体的には、ジオポリマー組成物のアルカリ源に含まれるアルカリ金属イオンの前記水に対するモル比：ＡＬ／Ｗを０．１００未満、かつアルカリ源に含まれる珪素イオンの水に対するモル比：Ｓｉ／Ｗを０．０３５～０．０８５とすることで、十分な初期強度発現性と良好なフレッシュ性状を有するジオポリマー組成物が得られることを見出した。
　すなわち、本発明は、粉体成分、水及びアルカリ源を含むジオポリマー組成物であって、粉体成分は高炉スラグ微粉末またはフライアッシュの少なくともいずれかを含み、アルカリ源は少なくともアルカリ珪酸塩を含み、前記アルカリ源に含まれるアルカリ金属イオンの前記水に対するモル比：ＡＬ／Ｗが０．１００未満であって、前記アルカリ源に含まれる珪素イオンの前記水に対するモル比：Ｓｉ／Ｗが０．０３５～０．０８５であるジオポリマー組成物である。
　本発明のジオポリマー組成物は、前記アルカリ源がアルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属炭酸塩を含むことが好ましい。
　また、前記アルカリ金属珪酸塩は珪酸ナトリウムであることが、前記アルカリ金属炭酸塩は炭酸ナトリウムであることが好ましい。
　本発明のジオポリマー組成物によれば、ＡＬ／Ｗが０．１００未満でも、Ｓｉ／Ｗを０．０３５～０．０８５とすることにより、粘性を低減でき、フレッシュ性状が良好で、なおかつ常温での初期強度発現性にも優れたジオポリマー組成物が得られる。
図１は、ＡＬ／Ｗと１５打モルタルフローとの関係を示す図である。 図２は、Ｓｉ／Ｗと１５打モルタルフローとの関係を示す図である。 図３は、Ｓｉ／Ｗと材齢１日目の圧縮強度との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書における「部」や「％」は特に規定しない限り質量基準とする。
　＜ジオポリマー組成物＞
　本発明のジオポリマー組成物は、粉体成分、水及びアルカリ源を含むジオポリマー組成物であって、粉体成分は高炉スラグ微粉末またはフライアッシュの少なくともいずれかを含み、アルカリ源は少なくともアルカリ珪酸塩を含み、前記アルカリ源に含まれるアルカリ金属イオンの前記水に対するモル比：ＡＬ／Ｗが０．１００未満であって、前記アルカリ源に含まれる珪素イオンの前記水に対するモル比：Ｓｉ／Ｗが０．０３５～０．０８５である。本発明のジオポリマー組成物は、十分な初期強度発現性と良好なフレッシュ性状を有する。
　ここで、本発明における初期強度とは、ＪＩＳ　Ａ　１１０８に記載の圧縮強度試験法に準拠して行った圧縮強度試験に基づく材齢１日目の圧縮強度を意味する。本発明のジオポリマー組成物における初期強度は、型枠から取り外せる程度の強度であることが好ましく、例えば、１０．０Ｎ／ｍｍ２以上であることが好ましく、１２．０Ｎ／ｍｍ２以上であることがより好ましく、１４．０Ｎ／ｍｍ２以上であることがさらに好ましい。
　また、本発明におけるフレッシュ性状は、例えば、ＪＩＳ　Ａ　５２０１に記載のモルタルフロー試験に準拠した試験による１５打モルタルフロー（流動性）により評価することができる。本発明のジオポリマー組成物における１５打モルタルフローは、施工性の観点から、１６０ｍｍ以上であることが好ましく、１７０ｍｍ以上であることがより好ましく、１８０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
　（フライアッシュ）
　フライアッシュは、石炭やバイオマス燃料のいずれかまたは両方を燃料とし、火力発電所等のボイラ内で燃焼させ、燃焼の残渣として副生する灰分のうち、集塵器で排ガス中から回収される微細な灰である。特にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、粒度やフロー値に基づきＪＩＳ　Ａ　６２０１によりＩ～ＩＶ種に規格されるコンクリート用フライアッシュが好ましく、その規格は特に限定されるものではないが、その粒度が細かく反応性に富むＩ種、ＩＩ種がより好ましい。
　（高炉スラグ微粉末）
　高炉スラグ微粉末は、銑鉄を生成する際に生じるものであり、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを主成分として含む。高炉スラグ微粉末としては、例えば、カルシウムを、酸化カルシウム（ＣａＯ）換算で２０質量％以上６０質量％以下含有するものが挙げられる。特にＪＩＳ　Ａ　６２０６に規格されたコンクリート用高炉スラグ微粉末４０００を使用することが、得られるジオポリマー組成物を用いて製造したジオポリマー硬化体の常温における強度発現性と収縮性の観点からより好ましい。
　本発明のジオポリマー組成物において、粉体成分は高炉スラグ微粉末またはフライアッシュの少なくともいずれかを含むが、高炉スラグ微粉末とフライアッシュとを含むことが好ましい。フライアッシュとスラグ微粉末の合計質量に対するフライアッシュの含有率は５０～９０質量％であることが好ましく、得られるジオポリマー組成物硬化体の耐久性の観点から６０～８５質量％であることがより好ましい。５０質量％以上であることで、水と混合してジオポリマー組成物としたときに、流動性を良好に維持でき十分な作業性が得られやすいことや、フライアッシュの有効利用拡大という観点からも好ましい。また、９０質量％以下であることで、初期材令においてジオポリマー組成物硬化体の良好な強度発現性が得られる。
　（アルカリ源）
　アルカリ源は、構成イオンにアルカリ金属イオン（Ｌｉ＋，Ｎａ＋，Ｋ＋等）が含まれる塩であり、代表的なアルカリ金属塩としては、アルカリ金属珪酸酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物等を挙げることができる。本発明のジオポリマー組成物において、アルカリ源は少なくともアルカリ金属珪酸塩を含む。溶解熱が比較的低く、練混ぜ工程に悪影響が無く、常温での養生で圧縮強度に優れたジオポリマー組成物硬化体を得ることができることから、アルカリ金属珪酸塩とアルカリ金属炭酸塩との併用が好ましい。アルカリ金属珪酸塩、アルカリ金属炭酸塩等のアルカリ源の状態は液体、粉体のいずれでもよく、塩の無水物、水和物、水溶液のいずれでもよい。運搬性や施工性が高いことから粉末であることが好ましい。
　アルカリ金属珪酸塩粉末としては、珪酸ナトリウム粉末（ＳｉＯ２／ＮａＯ２モル比：１．９５～３．４程度）、及びメタ珪酸ナトリウム粉末（１種、２種）、珪酸カリウム粉末、メタ珪酸カリウム粉末、珪酸リチウム粉末などが挙げられる。強度発現性や耐久性が優れることや、比較的安価な粉末材料であることから、珪酸ナトリウム粉末（ＳｉＯ２／ＮａＯ２モル比：１．９５０～２．２程度、Ｈ２Ｏ＝約２０質量％）が好ましい。
　アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）などが挙げられる。比較的安価でスラグ微粉末に対して高い反応性を示す、炭酸ナトリウム粉末が好ましい。
　アルカリ金属珪酸塩とアルカリ金属炭酸塩とを併用する場合、アルカリ金属珪酸塩とアルカリ金属炭酸塩の合計質量に対するアルカリ金属炭酸塩の含有率は５質量％～５０質量％であることが好ましい。
　アルカリ源を構成する、アルカリ金属イオン（ＡＬ）の水（Ｗ）に対するモル比ＡＬ／Ｗは０．１００未満である。ＡＬ／Ｗが０．１００以上であると、ジオポリマー組成物の粘性が高くなり、ジオポリマー組成物硬化体の製造時に支障をきたす。上記の観点から、ＡＬ／Ｗは、０．０９５以下とすることが好ましく、０．０９０以下とすることがより好ましく、０．０８５以下とすることがさらに好ましい。
　該アルカリ源を構成する、ケイ素イオン（Ｓｉ）の水（Ｗ）に対するモル比Ｓｉ／Ｗは０．０３５～０．０８５である。Ｓｉ／Ｗが０．０３５未満では、ジオポリマー硬化体の圧縮強度が低下し、Ｓｉ／Ｗが０．０８５超であると、ジオポリマー組成物の粘性が高く、現場作業に用いにくく施工に支障をきたす。上記の観点から、Ｓｉ／Ｗは０．０５０～０．０７０とすることが好ましい。
　（水）
　水は、特に制限なく水道水、イオン交換水、純水等が使用できる。
　本発明のジオポリマー組成物には、上記以外に、本発明の作用効果を損ねない範囲で、各種の混和剤、混和材を添加することができる。例えば、流動化剤、収縮低減剤、防錆剤防水材、凝結遅延剤、消泡剤、粉塵低減剤、顔料、炭酸カルシウム粉末等のコンクリートに用いられる公知の材料が挙げられる。
　また、本発明のジオポリマー組成物には、上記以外に、用途に応じて、各種の骨材を添加することができる。例えば、軽量骨材、普通骨材、重量骨材、石灰石骨材、スラグ骨材、珪砂等のコンクリートに用いられる公知の骨材が挙げられる。
　（ジオポリマー組成物の製造方法）
　本発明のジオポリマー組成物は、粉体成分、アルカリ源及び水、必要に応じて各種の混和材料、骨材を同時若しくは順次所定量配合し、適宜、混練装置によって混練することによって製造できる。混練装置は特に限定されるものではなく、例えば、コンクリートを混練するために使用される強制二軸ミキサ等が挙げられる。
　ジオポリマー組成物の製造方法は、例えば、粉体成分と粉末状のアルカリ源と骨材とを粉体混合する粉体混合工程と、粉体混合工程の後に水を投入して混練する混練工程を含む。なお、混練工程の後に流動化剤や凝結遅延剤等の混和剤、混和材を混合して混錬する２次混練工程を設けてもよい。
　（ジオポリマー組成物硬化体の製造方法）
　ジオポリマー組成物の混練工程又は、２次混練工程の後に、ジオポリマー組成物を５℃～９０℃の温度範囲養生することでジオポリマー組成物の硬化物であるジオポリマー硬化体を得ることができる。特に、ジオポリマー組成物のアルカリ源にアルカリ金属ケイ酸塩及びアルカリ炭酸塩を併用した場合に、５～３５℃の常温での養生で圧縮強度に優れたジオポリマー組成物硬化体を得ることができる。他の養生条件は特に限定されるものではなく、一般的に用いられる養生条件でよい。例えば、蒸気養生、封緘養生、気中養生、水中養生等が用いられる。
　＜その他の実施形態＞
　なお、本発明に係るジオポリマー組成物は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
　以下、具体的な実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例のみに限定されない。本発明の特長が大きく損なわれない限り、各種の変形例や応用例も本発明に含まれる。
　（原材料）
・粉体成分
（１）フライアッシュ（ＦＡ）：フライアッシュＩＩ種（ＪＩＳ　Ａ　６２０１に準拠）
（２）スラグ微粉末（ＢＳ）：高炉スラグ微粉末４０００（ＪＩＳ　Ａ　６２０６に準拠）
・アルカリ源（アルカリ珪酸塩、アルカリ炭酸塩）
（３）粉末珪曹（Ｎｓ）：珪酸ナトリウム粉末（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏモル比＝１．９８、Ｈ２Ｏ＝約２０質量％、当社製）
（４）ソーダ灰（Ｎｃ）：炭酸ナトリウム粉末（当社製）
・その他の原材料
（５）細骨材（ｓ）：細骨材（ＪＩＳ標準砂）
（６）添加水：イオン交換水
　［ジオポリマー組成物（モルタル）の調製］
　表１にジオポリマー組成物（モルタル）の配合を示す。粉末状ジオポリマー組成物を調製したのちに、ジオポリマー組成物をモルタルとして得た。
　［粉末状ジオポリマー組成物の調製］
　フライアッシュ、スラグ微粉末、ソーダ灰及び、粉末珪曹を、表１の配合表に従い秤量し、ポリエチレン製の袋に入れ３分間攪拌することで、均一の分散状態の粉末状ジオポリマー組成物を調製した。なお、圧縮強度、１５打モルタルフロー値（流動性）に寄与するとされる粉体成分全体に対する高炉スラグ微粉末の含有率（Ｖｏｌ％）、および、（Ａ＋Ｗ）／Ｆについては全て同一値とした。
　［粉末状ジオポリマー組成物を使用したモルタルの練混ぜ］
　上記粉末状ジオポリマー組成物と水とをホバートミキサーへ投入後１分間攪拌し、細骨材を投入して３０秒間練混ぜを行い、掻き落としを１５秒間行った後にさらに２分間練混ぜを行うことにより、均一に練混ぜられたジオポリマー組成物をモルタルとして得た。得られたモルタルについて、１５打モルタルフロー値、圧縮強度を測定し、その結果を表２に示した。
　※ＡＬ／Ｗ：ソーダ灰、粉末珪曹に含まれる、ナトリウム（Ｎａ）原子の添加水、粉末珪曹中の水分子（Ｗ）に対するモル比。
　※Ｓｉ／Ｗ：粉末珪曹に含まれる、珪素（Ｓｉ）原子の添加水、粉末珪曹中の水分子（Ｗ）に対するモル比。
　※（Ａ＋Ｗ）／Ｆ：ソーダ灰、粉末珪曹からなるアルカリ成分（Ａ）と添加水を混合した溶液の体積（Ａ＋Ｗ）と、フライアッシュ、スラグ微粉末からなる粉体成分の体積（Ｆ）との比。
　（比較例１～３）
　比較例１～３は、Ｓｉ／Ｗ（モル比）が０．０８５超かつＡＬ／Ｗ（モル比）が０．１００以上となるように配合を調整したジオポリマー組成物である。
　（実施例１～５）
　実施例１～５は、Ｓｉ／Ｗ（モル比）が０．０３５～０．０８５かつＡＬ／Ｗ（モル比）が０．１００未満となるように配合を調整したジオポリマー組成物である。
　（比較例４）
　比較例４は、Ｓｉ／Ｗ（モル比）が０．０３５未満かつＡＬ／Ｗ（モル比）が０．１００未満となるように配合を調整したジオポリマー組成物である。
　［１５打モルタルフロー試験］
　ＪＩＳ　Ａ　５２０１に記載のモルタルフロー試験に準拠し、比較例１～４及び実施例１～５を練上げた直後に、１５回の落下運動を与えた後のモルタルフロー値を測定した。
結果を、表２に示した。また、ＡＬ／Ｗ及びＳｉ／Ｗと１５打モルタルフローの関係を図１、図２に示した。
　［圧縮強度試験］
　比較例１～４及び実施例１～５のモルタルをφ（直径）５０ｍｍ×１００ｍｍの容器へ
封入し、所定の材齢（１日、３日、７日及び、２８日）まで２０℃で封緘養生を行った。
　所定の材齢（１日、３日、７日及び、２８日）まで養生したモルタルは、ＪＩＳ　Ａ　１１０８に記載の圧縮強度試験法に準拠し圧縮強度試験を実施し、圧縮強度を測定した。結果を、表２に示す。また、Ｓｉ／Ｗと材齢１日目の圧縮強度との関係を、図３に示した。
　図１，図２に示す通り、Ｓｉ／Ｗの増加に伴い１５打フローは減少し、その減少の程度は０．０８５超で顕著であった。また、ＡＬ／Ｗの増加に従い、１５打フローは線形的に減少した。従って、１５打フロー１６０ｍｍ以上の良好なフレッシュ性状のジオポリマー組成物を得るためにはＡＬ／Ｗを０．１００未満とし、Ｓｉ／Ｗを０．０８５以下とすることが有効であった。
　図３に示す通り、材齢初期の圧縮強度はＳｉ／Ｗの増加に伴い増加し、その増加の程度は、０．０３５以上で急激に増加する傾向が視られた。従って、良好な初期強度発現性を有するジオポリマー組成物を得るためにはＳｉ／Ｗを０．０３５以上とすることが有効である。

Claims (4)

  1. 　粉体成分、水及びアルカリ源を含むジオポリマー組成物であって、
    　前記粉体成分は高炉スラグ微粉末またはフライアッシュの少なくともいずれかを含み、
    　前記アルカリ源は少なくともアルカリ金属珪酸塩を含み、
    　前記アルカリ源に含まれるアルカリ金属イオンの前記水に対するモル比：ＡＬ／Ｗが０．１００未満であって、前記アルカリ源に含まれる珪素イオンの前記水に対するモル比：Ｓｉ／Ｗが０．０３５～０．０８５であるジオポリマー組成物。
  2. 　前記アルカリ源がアルカリ金属珪酸塩及びアルカリ金属炭酸塩を含むことを特徴とする請求項１記載のジオポリマー組成物。
  3. 　前記アルカリ金属珪酸塩が珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載のジオポリマー組成物。
  4. 　前記アルカリ金属炭酸塩が炭酸ナトリウムであることを特徴とする請求項２に記載のジオポリマー組成物。

     
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