メタカオリン系アルカリ活性バインダーにおける多様なケイ酸アルミニウム廃棄物の反応性評価
Reactivity Assessment of Diverse Aluminosilicate Wastes in Metakaolin-Based Alkali-Activated Binders
本研究では、炭素中立な建設材料の開発を背景に、産業廃棄物を活用したアルカリ活性システムのセメンティング反応性を評価する比較アプローチを提案する。ブラックフライアッシュ、ホワイトフライアッシュ、ボトムアッシュ、微細ガラス粉塵、フロートガラス研磨スラッジなどの廃棄物をメタカオリン(MK)の部分代替材として使用し、配合を検討した。微細廃棄物粉末(45μm未満)を5~50重量%含む配合を調製し、MKベースのジオポリマーと比較した。機械的強度試験の結果、フロートガラス研磨スラッジが最も反応性の高い前駆体であり、10重量%添加で25 MPaの圧縮強度を達成した。ボトムアッシュ、ブラックおよびホワイトフライアッシュは、5~10%の置換または添加で約19~21 MPaに達した。しかし、ボトムアッシュは結晶性が高くSi/Alモル比が悪いため、5%以上の置換レベルでは機械的性能を低下させた。XRD、FT-IR、密度測定、SEMによる微細構造解析は、観察されたセメンティング活性と相関があった。これらの結果は、アルカリ活性材料における地域産業副産物の持続可能な活用を目的とした性能ベースの設計基準の基礎を提供する。
- フロートガラス研磨スラッジが最も反応性の高い前駆体であり、10重量%添加で25MPaの圧縮強度を達成した
- ボトムアッシュ、ブラック・ホワイトフライアッシュは5~10%の置換で約19~21MPaに到達したが、ボトムアッシュは結晶性が高くSi/Alモル比が悪いため5%以上の置換で機械的性能を低下させた
- メタカオリン(MK)ベースのジオポリマーに対し、45μm未満の微細廃棄物粉末を5~50重量%含む配合を比較評価した
- XRD、FT-IR、密度測定、SEMによる微細構造解析が観察されたセメンティング活性と相関することを示し、地域産業副産物活用の性能ベース設計基準の基礎を提供した
メタカオリンを部分代替する産業廃棄物のうち、フロートガラス研磨スラッジが10%添加で25MPaという高圧縮強度を示し、最も反応性の高い前駆体であることが判明した点は注目に値する。ボトムアッシュは結晶性が高く5%超の置換で強度を低下させるなど、廃棄物種ごとの反応性差が定量的に示されており、炭素中立建材・ジオポリマー分野における「性能ベース設計」の基礎データになる。廃棄物由来原料のサプライチェーンやセメント代替市場への応用可能性を持つ研究であり、材料メーカーの原料調達戦略や低炭素建材投资の判断材料として押さえておきたい。