分子スケールでの硫酸化アルミニウム–アミド相互作用によるセメント水和および微細構造の制御
Molecular-Scale Regulation of Cement Hydration and Microstructure via Synergistic Aluminum Sulfate–Amide Interactions
高性能無アルカリ促進剤の開発には、無機促進剤と有機改質剤の相互作用のメカニズム解明が必要である。硫酸化アルミニウム(AS)はエトリンガイト(AFt)の急速な生成を促進するが、結晶化の制御が不十分だと微細構造が粗くなり、AFtからAFmへの転換による不安定化を招く。本研究では、アミドがAS駆動の水和を制御する分子スケールの相乗メカニズムを特定した。アミドはC3A/C3Sへの化学吸着およびCa2+との錯形成を通じて、AFtおよびC–S–Hの核生成と成長を制御する。試験した混合比率では、高AS・中アミドの組み合わせが、AFt/C–S–H骨格の相互連結構造により最も高い初期強度(1日時点で17.05 MPa)を達成した。過剰なアミドは結晶化を抑制し、AS量が少ないとAFtからAFmへの転換が促進され、長期性能が低下する。インサイチュXRD、熱分析、顕微鏡検査により、微細構造の密度と安定性が向上し(10日時点で27.37 MPa)、28日強度低下が最小限(17.38 MPa)であることが確認された。密度汎関数理論計算は、アミド > AS種 > H2Oの吸着階層を示し、その優位な表面改質役割を説明している。本研究は、初期強度と耐久性のバランスが取れたセメント促進剤設計の枠組みを提供する。
- アミドが硫酸化アルミニウム駆動のセメント水和を分子スケールで制御する相乗メカニズムを特定した
- 高AS・中アミドの組み合わせにより1日時点で17.05 MPaの初期強度を達成し、過剰なアミドは結晶化を抑制、AS不足はAFtからAFmへの転換を促進することを確認
- 密度汎関数理論計算によりアミド > AS種 > H2Oの吸着階層を示し、アミドの表面改質役割を解明した
セメント促進剤の設計に分子レベルでの制御メカニズムを導入した研究成果。無アルカリ促進剤の性能向上は建設・インフラ市場での需要が高く、初期強度と長期耐久性の両立という実用課題への具体的な解決策を示している点が注目に値する。ただし、実験室レベルの基礎研究であり、商業化や企業提携などの具体的な事業化の進展は示されていない。