(57)【要約】【課題】  シリカ分をシリカヒュームの粉体で後添加する処理を行うことにより、高炉スラグを利用した系においても、可使時間を長くとれるようにすることにより、ジオポリマー硬化体の工業的レベルでの製造を可能とするジオポリマー硬化体の製造方法を提供する。【解決手段】  ジオポリマー硬化体の製造方法において、水酸化ナトリウム１と石炭灰２・高炉スラグ３の粉体を攪拌した後、ケイ素分としてシリカヒューム４の粉体を徐々に溶かす処理をすることにより、凝結時間を稼ぎ、可使時間を確保する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化ナトリウムと石炭灰・高炉スラグの粉体を攪拌した後、ケイ素分である微粒子粉体を徐々に溶かす処理をすることにより、凝結時間を稼ぎ、可使時間を確保することを特徴とするジオポリマー硬化体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のジオポリマー硬化体の製造方法において、前記ケイ素分である微粒子粉体がシリカヒューム（ＳＦ）であることを特徴とするジオポリマー硬化体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のジオポリマー硬化体の製造方法において、ジオポリマー硬化体を鉄道のまくらぎとして用いることを特徴とするジオポリマー硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジオポリマー硬化体の製造方法に係り、特にその凝結時間の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジオポリマー硬化体は、鉄道のまくらぎなどコンクリートの二次製品として用いられている。
ジオポリマー硬化体では、高価なＫ系材料を使用すると凝結時間が長くとれるが安価なＮａ系材料を使うと凝結時間が短く、可使時間（作製に使える時間）が長くとれない。
その解決方法として、本願発明者は溶液を加温する方法を提案している。すなわち、ケイ酸ナトリウム溶液（例えば水ガラス）とアルカリ溶液（水酸化ナトリウム）を混合して得られるジオポリマー前駆体をあらかじめ所定の温度以上に加温し、かつ所定時間保持する処理を施すことにより、凝結開始時間を大幅に遅延し、十分な可使時間を確保することを可能とすることを提案している（下記特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、従来のジオポリマー硬化体の製造方法は、図５に示すように、水ガラス１０１の（ケイ酸ナトリウム溶液）が固まるのを抑えるため、石炭灰などの粉体（ＦＡ）１０３を暖めた水酸化酸ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液１０２と混合し、ジオポリマー硬化体を作製する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４０８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のジオポリマー硬化体の製造方法では石炭灰（フライアッシュ）だけを使用したときは良好であるが、高炉スラグを利用するとかえって凝結が速くなる欠点があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、シリカ分をシリカヒュームの粉体で後添加する処理を行うことにより、高炉スラグを利用した系においても、可使時間を長くとれるようにすることにより、ジオポリマー硬化体の工業的レベルでの製造を可能とするジオポリマー硬化体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ジオポリマー硬化体の製造方法において、水酸化ナトリウムと石炭灰・高炉スラグの粉体を攪拌した後、ケイ素分である微粒子粉体を徐々に溶かす処理をすることにより、凝結時間を稼ぎ、可使時間を確保することを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載のジオポリマー硬化体の製造方法において、前記ケイ素分である微粒子粉体がシリカヒューム（ＳＦ）であることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のジオポリマー硬化体の製造方法において、ジオポリマー硬化体を鉄道のまくらぎとして用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、今まで、可使時間が短く製造が不可であったが、可使時間を長くとることができ、しかもジオポリマー硬化体を安価に製造することができる。特に、かかるジオポリマー硬化体は、堅牢にして安価であり、鉄道のまくらぎとして用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例を示すジオポリマー硬化体の製造方法を示す模式図である。
【図２】ＦＡ−ＧＰ硬化体のケイ酸Ｎａ溶液の加温温度・時間と始発時間との関係を示す図である。
【図３】従来法とＳＦ後添加法の始発時間（分）を示す特性図である。
【図４】従来法とＳＦ後添加法の練り上がり温度（℃）と圧縮強度（ＭＰａ）を示す特性図である。
【図５】従来のジオポリマー硬化体の製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ジオポリマー硬化体の製造方法は、水酸化ナトリウムと石炭灰・高炉スラグの粉体を攪拌した後、ケイ素分である微粒子粉体を徐々に溶かす処理をすることにより、凝結時間を稼ぎ、可使時間を確保する。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示すジオポリマー硬化体の製造方法を示す模式図である。
従来のジオポリマー硬化体の製造方法の場合は、高炉スラグを利用した場合、高炉スラグのＣａ分が反応し、Ｃ−Ｓ−Ｈ（カルシウムシリケート水和物）を生成し、かえって凝結する。そこで、本発明の場合は、ケイ酸ナトリウム溶液化せずに、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）１と石炭灰（フライアッシュ）２・高炉スラグ（ＢＳ）３等の粉体を攪拌した後、ケイ素分としてシリカヒューム（ＳＦ）〔ＢＡＦＳ社製メイコ（商標）ＭＳ６１０〕４の粉体を徐々に溶かす処理をすることにより、凝結時間を稼ぎ、可使時間を確保するようにする。このケイ素分は、シリカヒューム（ＳＦ）に限定されるものではなく、同様の微粒子粉体（例えば、もみ殻焼却灰、東ソー・シリカ製ＮＩＰＳＩＬ、ＮＩＰＧＥＬなど）を用いるようにしてもよい。
【００１１】
以下、ジオポリマー硬化体製造時における問題点の改善について詳細に説明する。
（１）溶液加温による凝結時間のコントロール方法の開発
ジオポリマー硬化体を製造する際、Ｋ系と比較して安価なＮａ系のＪＩＳ１号水ガラス（ＷＧ）を使用すると、硬化前性状が悪化して型枠への投入が困難な場合もあり、また凝縮時間が短くなり、時には練り混ぜ中に凝結してしまう等、その生産性・作業性に問題があった。このため、高価なＫ系材料の添加が必要であったが、低コスト化をはかり、広く実用化ためには安価なＮａ系材料で、十分な可使時間を得ることが重要である。そこで、Ｎａ系溶液を使用した場合の可使時間を延伸させる方法を検討した。試験方法は以下の通りである。
【００１２】
ジオポリマーペーストを使用して、ケイ酸Ｎａ溶液の加温温度・時間と始発時間（凝結してある一定の硬さになるまでの時間）との関係を検討した。
試験材料として４８％ＮａＯＨと２倍希釈ＪＩＳ１号ＷＧをアルカリ／水（モル）＝０．１５、Ｓｉ／アルカリ（モル）＝０．３８となるように調整し、３５〜９０℃で５分〜２４時間保持した溶液とＪＩＳ１種ＦＡ（水／粉体＝０．４１）とを混合攪拌したものを始発時間の測定に使用した。
【００１３】
図２はＦＡ−ＧＰ硬化体のケイ酸Ｎａ溶液の溶液温度と始発時間との関係を示す図である。
この図から明らかなように、加温温度が高いほど、加温温度時間が長いほど、始発時間が延伸する傾向であった。これは単純に投入時のケイ酸Ｎａ溶液の温度だけでなく、加温時間も影響することから、ケイ酸Ｎａ溶液中の重合構造が変わるためだと考えられる。一般的に。コンクリート二次製品を工場で作製するために必要な可使時間は最低１時間〜２時間以上とされていることから、３５℃で５分以上保持することにより、それらの条件を満たすことを確認した。ただし、より高温で保持したケイ酸Ｎａ溶液を使用したが、硬化前の流動性が向上することから、作業性の点で望ましいものと考えられる。
【００１４】
（２）シリカフューム（ＳＦ）後添加による凝結時間のコントロール方法の開発
上記（１）に活性フィラーとしてＢＳを使用しない場合、ケイ酸Ｎａ溶液（ＪＩＳ１号ＷＧとＮａＯＨ溶液の混合溶液）を加温することにより、凝結時間のコントロールが可能であることを示した。しかし、ＢＳを使用した場合、ＢＳのアルカリ刺激によりカルシウム−ケイ酸塩−水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ）が生じる反応で硬化するため、溶液温度が高くすると、それによりＢＳの凝結が生じ、かえって可使時間が短くなる。そこで、Ｓｉ源として、ケイ酸Ｎａ溶液を使用せず、ＧＰ作製時に水酸化Ｎａ溶液にシリカ（ＳｉＯ2 ）微粉を後添加し、徐々に溶解させることで凝結時間を延伸させる方法を開発した。試験方法は以下の通りである。
【００１５】
従来の方法およびＳＦ後添加で、ＧＰモルタルを作製し、その練り混ぜ温度、始発時間、圧縮強度により各ＧＰ作製方法を評価した。配合および養生条件を以下に示す。
配合は、アルカリ／水（モル）＝０．１６５、Ｓｉ／アルカリ（モル）＝０．３５０、粉体部は、ＦＡ９０％、ＢＳ１０％であり、粉体：細骨材比は１：２である。養生温度・時間は８５℃、１０時間とした。それぞれの作製手順は以下の通りである。
【００１６】
（１）従来法：市販ＪＩＳ１号ＷＧとＮａＯＨ溶液を混合して作製したケイ酸Ｎａ溶液を粉体と骨材の混合物に投入しＧＰモルタルを作製する。
（２）ＳＦ後添加法：ＮａＯＨ溶液と活性フィラーを混合後、ＳＦを添加、最後に骨材を投入してＧＰモルタルを作製する。
図３は従来法とＳＦ後添加法の始発時間（分）特性図、図４は従来法とＳＦ後添加法の練り上がり温度（℃）と圧縮強度（ＭＰａ）特性図である。
【００１７】
これらの図から明らかなように、ＳＦ後添加法では従来法と比較して、始発時間が伸延し、可使時間が長くとれることがわかった。一方、圧縮時間に関しては練り上がり時間の影響を受け、３５℃程度の練り上がり温度を維持することで、ＪＩＳ１号ＷＧを使用して作製した従来方法と同等の強度が得られることがわかった。
なお、始発時間の伸延は、練り混ぜ初期にＮａＯＨ溶液によりＦＡが溶解し、ｐＨが下がることにより、ＳＦの溶解速度が遅くなるためと考えられる。一方、練り混ぜ時間が低いときは、ＳＦの溶解が進まないため、圧縮強度の低下が起こるものと推察される。
【００１８】
本発明によれば、高炉スラグを添加すると圧縮強度が上がるため同一強度なら低コストで製造することができる。今まで、可使時間が短く作製不可であったが、本発明により、安価にジオポリマー硬化体を製造することができるようになる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のジオポリマー硬化体の製造方法は、高炉スラグを利用した系においても、可使時間を長くとれるようにすることにより、ジオポリマー硬化体の工業的レベルでの製造を可能とするジオポリマー硬化体の製造方法として利用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１    水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）
２    石炭灰（フライアッシュ）
３    高炉スラグ（ＢＳ）
４    シリカヒューム（ＳＦ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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