応答曲面法に基づく高塩分鉱山水混合噴霧コンクリートの多成分改質と性能最適化に関する研究
Study on Multi-Component Modification and Performance Optimization of High-Salt Mine Water Mixed and Sprayed Concrete Based on Response Surface Methodology
本研究では、高塩分鉱山水を用いた噴霧コンクリートの性能向上を目指し、フライアッシュ(FA)、高炉セメント(GGBS)、ポリプロピレン粗繊維(PPCF)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPMC)を改質成分として使用し、応答曲面法(RSM)を用いて混合設計の最適化を行った。圧縮強度、直接せん断強度、6時間後の塩化物イオン電気伝導度を応答指標とし、二次多項式回帰モデルを構築した。モデルの有意性と適合性の信頼性が確認され、最適混合設計はFA/GGBS比3:7、セメント置換率20%、PPCF量3.3%、HPMC量0.18%と決定された。最適混合物は、圧縮強度25.24 MPa、直接せん断強度8.08 MPa、6時間後の塩化物イオン電気伝導度778 Cを達成した。対照群と比較して、圧縮強度は9.98%の減少に留まり、残留強度が増加、直接せん断強度は18.1%増加、電気伝導度は33.8%減少した。これにより、材料の機械的耐荷重能力、変形調整能力、耐食性が相乗的に向上した。現場での工業試験により、この改質コンクリートは優れた延性挙動を示し、鉱山トンネルでの水の浸入を効果的に抑制し、過酷な地下条件下での使用が可能で、鉱山水の再利用にも貢献することが確認された。
- 高塩分鉱山水を用いた噴霧コンクリートに対し、フライアッシュ(FA)、高炉セメント(GGBS)、ポリプロピレン粗繊維(PPCF)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPMC)を改質成分として、応答曲面法(RSM)で混合設計を最適化した研究。
- 最適配合はFA/GGBS比3:7、セメント置換率20%、PPCF量3.3%、HPMC量0.18%と決定された。
- 最適混合物は圧縮強度25.24 MPa、直接せん断強度8.08 MPa、6時間後の塩化物イオン電気伝導度778 Cを達成。対照群比で圧縮強度の減少は9.98%に留まり、直接せん断強度は18.1%増加、電気伝導度は33.8%減少した。
- 現場での工業試験で、改質コンクリートは優れた延性挙動を示し、鉱山トンネルでの水の浸入を抑制、鉱山水の再利用にも寄与することが確認された。
高塩分鉱山水を噴霧コンクリートに再利用する材料設計の研究で、FA/GGBS比3:7・セメント置換率20%・PPCF3.3%・HPMC0.18%という最適配合をRSMで導出し、せん断強度18.1%増・塩化物イオン電気伝導度33.8%減を達成した点が注目。セメント代替による利得と耐久性向上は、鉱山・トンネル向け建設材料やフライアッシュ・高炉スラグ需要に波及し得る。ただし現場工業試験段階の学術成果であり、事業化・収益化の道筋は未提示で、投資判断には追加検証が必要。