【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NM0053
利用課題名 / Title
大幅な発生CO2削減が可能な高活性β-C2Sを主原料とした高循環型セメントの材料設計
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
核磁気共鳴/Nuclear magnetic resonance,資源代替技術,未利用資源の有効利用技術
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
斎藤 豪
所属名 / Affiliation
新潟大学大学院自然科学研究科環境科学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大木忍,出口健三,染谷昭子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-102：500MHz固体高分解能NMRシステム
NM-103：800MHzナローボア固体高分解能NMRシステム
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、高活性ビーライトを水和させることで得たCa/Si比2.0のC-S-Hに対するAl置換性状と再焼成によるビーライトの再生に関する検討を行った。その結果、Alは4配位、6配位AlとしてCa/Si比2.0のC-S-Hにおける架橋部分に取り込まれ、置換量の増加伴い底面間隔が広がることが示された。一方で、高Ca/Si比のC-A-S-Hからは800 ℃焼成によりビーライトが再生することが明らかとなった。この時、Al置換量の増加に伴い、β-C2Sからα’-C2Sの生成が優位となる傾向が見られ、結晶子径ならびに比表面積は水和前のビーライトと同等であることを確認した。以上より、再生可能セメントでは、その要であるCa/Si比2.0のC-S-HがAlにより変質しても、再生サイクルを維持できる可能性が示された。
実験 / Experimental
Al: 800MHz固体高分解能ＮＭＲシステム （NMR800)MAS条件(回転速度20kHz)においてシングルパルス法によって測定した．また化学シフト基準は，AlCl3
飽和水溶液のピークを－0.1ppmとし，18°パルスを用い，積算回数256回とした．
Si: 500MHz固体高分解能NMRシステムにてCPMASおよびDDMAS法にて測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
本研究では、Ca/Si比2.0のC-S-Hおよび再生可能セメントのサイクルに及ぼすAlの影響について検討した。得られた知見を下記に示す。 (1) Alは4配位および6配位として、Ca/Si比2.0のC-S-H中のBridging siteに置換しており、Al置換量が増加するとC-A-S-Hの底面間隔が広がり、(002)面の規則性が低下することを示した。 (2) 上記のC-A-S-Hを800 ℃で3時間焼成することでCa2SiO4が再び生成することが示された。また、Al置換率が増加すると焼成後のCa2SiO4は、β-C2Sよりもα’-C2Sが優位となる傾向を示した。 (3) 再焼成により生成したCa2SiO4の結晶子径は水和前のCa2SiO4試料と同等であり、比表面積値は同等以上であることから、水和前よりも高い水和活性を有すること考えられる。以上より、本論では再生可能セメントにおけるCa/Si比2.0の低結晶質C-S-Hは、Alが置換しC-A-S-Hを形成するものの、焼成することにより再び高活性のCa2SiO4として再生可能であることを示した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
謝辞：
固体NMR測定は、物質･材料研究機構NMRステーションの支援を受けて実施されました。ここに感謝の意を表します。
参考文献：
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成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件