バイオマスフライアッシュが珪藻土および鉄粉ベースのアルカリ活性化バインダーの性能に与える影響
Impact of Biomass Fly Ash on the Performance of Diatomite and Iron Dust Powder-Based Alkali-Activated Binder
本研究は、リトアニアのエネルギープラントで一般的な木質バイオマス燃料の高温燃焼から生成されるバイオマスフライアッシュ(BFA)が、珪藻土と鉄粉をベースとしたアルカリ活性化バインダーの機械的性能、微細構造、反応性に与える影響を調査した。珪藻土は反応性シリカ源として、鉄粉はバインダー密度と強度を高めるマトリックス改質成分として使用された。BFA(10~30%)の役割を圧縮強度、軟化係数、耐水性、およびXRDとFTIR分析を用いた構造発達の観点から評価した。結果として、緻密なジオポリマーゲルの形成が強度発達を制御する鍵であることが示された。最も高い圧縮強度(53 MPa)はBFA 10%で得られたが、200°Cでの熱処理後には33 MPaに低下し、構造安定性が限定的であることが示唆された。BFA含有量を20%および30%に増やすと軟化係数と耐水性は向上したが、圧縮強度はそれぞれ20 MPa未満および10 MPa未満に著しく低下し、強度と耐久性のトレードオフが示された。XRD分析では、すべてのサンプルで主に未反応の石英とマグネタイトが優勢で、熱処理後に少量のヘデン輝石が形成された類似の鉱物組成が確認された。FTIRの結果は、BFA含有量が高いほど重合度が増加することを示したが、Caリッチで部分的に未反応の相の存在が、ジオポリマーネットワークの効率を低下させた。全体として、研究されたシステムの性能は、ゲル形成、相組成、微細構造の完全性のバランスによって支配され、最適な特性は極端な組成ではなく、中程度のBFA含有量で達成された。
- バイオマスフライアッシュ(BFA)10%添加で最高圧縮強度53MPaを達成したが、200°C熱処理後は33MPaに低下し構造安定性が限定的
- BFA含有量を20%および30%に増やすと軟化係数と耐水性は向上するが、圧縮強度はそれぞれ20MPa未満および10MPa未満に著しく低下した
- 珪藻土と鉄粉をベースとしたアルカリ活性化バインダーにBFAを組み合わせる材料系を評価し、最適特性は中程度のBFA含有量で達成された
本記事はバイオマスフライアッシュ(BFA)を添加したアルカリ活性化バインダーの性能評価に関する学術研究であり、廃棄物の再資源化と低炭素建材の領域に位置づけられる。特に、強度と耐水性のトレードオフが確認され、最適な配合は中程度のBFA含有量であると結論付けている点は、将来的な実用化に向けた材料設計の指針となる。ただし、現時点では実験室レベルの知見であり、企業の具体的な製品化や商業化の発表には至っていないため、投資判断への直接的なインパクトは限定的である。