研究速報

ジオポリマーの物性および耐久性に関する検討

試験研究センター

材料部

材料試験室

1．はじめに

丹羽大地、中山健一、島根大学

吉田夏樹（2）pH 計の検討

建設業界におけるカーボンニュートラルへの取組みのアルカリ刺激剤で硬化させる GP は OPC より pH が高一つに、セメントに替わる材料として、CO2 排出削減

いものと推察され、pH 測定に一般的に用いるガラス電が期待できる「ジオポリマー」が注目されています。日

極式 pH 計では、高 pH 域で測定精度が不十分になるこ

本国内のジオポリマー（以下、GP）は、主にフライアッとや、ガラス電極を浸食する可能性が懸念されていましシュ（以下、FA）と高炉スラグ微粉末を活性フィラーとた。そこで、高 pH に対応する測定方法として、文献をし、ケイ酸ナトリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液参考 3）にして、酸化被膜を形成させた W（タングステン）などのアルカリ刺激剤を加えて製造されます。セメント

ワイヤーをセンサとし、Ag/AgCl を参照電極とした pHに比べて CO2 排出量が 80％程度削減できる可能性もあ計を作製しました（以下、W 型 pH 計と呼ぶ）。

り、研究報告が増加しています 。

（3）試料の pH 測定方法の検討

1）

また、GP は耐酸性や耐火性に優れることが知られてPlusquellec らの文献 4）において、OPC を用いたコンいますが、耐久性に関する検討は十分に行われておらず、クリートの pH 測定方法として、硬化体に圧力をかけて普通ポルトランドセメント（以下、OPC）を使用した鉄細孔溶液を抽出する方法（以下、圧搾法）や、粉体に水を筋コンクリートにおける基礎的な問題である中性化（炭加えて成分を溶出させ、吸引ろ過後に pH を測定する方酸化）についても不明な点が残されています。

法（以下、温水抽出法）などが提案されています。しかし、筆者らは、GP の耐久性試験方法を確立することを目

圧搾法は、ある程度の大きさの硬化体が必要なことや、的とし、各種検討を行っています 。本稿では、GP の抽出作業が簡易ではないことから、少量の粉体には不向中性化を評価するための準備として、GP の pH 測定方きです。一方、温水抽出法は簡易な方法ですが、OPC と法を検討した結果を報告します。

同じ方法が GP に適用できるか、不明な点があります。

2）

そこで本研究では、比較的簡易な温水抽出法を用い、2．実験方法（1）試料の作製粉体に対して加える水の割合を変化させることで妥当な水／粉体比（質量比）を検討しました。具体的には、水／硬化体には、活性フィラーに FA を使用した GP のペー

粉体比を 0.5、1、2、5、10、30 および 50 と変化させ、ストと、比較用として OPC のペーストを用いました。
各硬化体の配合条件を表-1 に示します。ペーストの練混ぜは JIS R 5201 に示す方法に準じ、φ 50×100 mmの型枠に打ち込みました。GP は、成型後に高温養生（60℃で 24 時間の封緘養生）を行ってから脱型し、20℃で材齢 28 日まで封緘養生を行いました。OPC 硬化体は、20℃で 24 時間の封緘養生を行ってから脱型し、材齢 28日まで 20℃の標準水中養生を行いました。
その後、硬化体を粉砕し、150 µm ふるいを通過した粉体を試験対象としました。

写真-1 W センサ

表-1 各硬化体の配合条件

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写真-2 細孔溶液測定用の試料

GBRC Vol.48 No.3 2023.7

図-1

ガラス電極式 pH 計の検量線

図-2 W 型 pH 計の検量線

図-3

水／粉体比と pH の関係

粉体に 40℃の蒸留水を加えて撹拌し、20℃まで冷却しを決定する主成分は NaOH と考えられます。NaOH のたものを試料溶液としました。

水への溶解度は 52.2 g/100 g（20 ℃）5）と非常に大きく、（4）検量線の作成および試料の pH の測定

水／粉体比を大きくした場合、水による希釈の影響でW 型 pH 計では、センサおよび参照電極を pH1.68～pH が小さくなったと考えられます。

15.0 の溶液に浸せきさせて検量線を作成しました。今

なお、GP では、水／粉体比が小さくなるほど pH は回の実験条件では、1 回の測定値が安定するまで 24 時一定値に近づき、実際の（細孔溶液の）pH 値に近くな間を要しました。なお、測定の際には溶液が蒸発しないるものと推察されます。これより、可能な限り水／粉体よう、溶液の表面に油を静かに加えました（写真-2）。

比を低くして pH を評価することが望ましいと言えます。

ま た、 比較用 と し て ガ ラ ス 電極式 pH 計（ 測定範囲：

ただし、本実験において、水／粉体比 0.5 では撹拌が困pH0～14、分解能：0.1）を使用しました。試料溶液の難になり、pH 測定は行えませんでした。水／粉体比 1

測定は、検量線と同様の方法で実施しました。

程度が妥当と考えられます。

3．実験結果および考察

4．まとめ

図-1 および図-2 に、ガラス電極式 pH 計および W 型

W 型 pH 計は pH13 以上の高 pH においても検量線のpH 計 の 検量線 を 示 し ま す。 ガ ラ ス 電極式 pH 計 は、直線の傾きが小さくならず、高 pH になる GP の pH 測

pH13 を超えるとその特性により直線性が失われて傾き定に適していることが分かりました。また、GP の pHが小さくなり、分解能が下がり望ましくない結果になりを温水抽出法で測定する場合、抽出時の水／粉体比を可ました。これは既知のとおりです。一方で、W 型 pH 計

能な限り低くする必要があり、水／粉体比 1 程度が妥当の検量線は、pH13 以上の高 pH であっても直線の傾きであることが分かりました。

は小さくならず、分解能が下がらないことがわかりました。

今後は、圧搾法と温水抽出法の比較、活性フィラーの図-3 に、水／粉体比を変化させて pH を測定した結果種類、配合条件の影響に関する実験や、W 型 pH 計の改を示します。OPC 硬化体は水／粉体比を変化させても良などに取り組みたいと考えています。

pH はほぼ同様の値でした。一方で、GP 硬化体は、pH計の種類に関わらず、水／粉体比が大きくなると pH が【参考文献】小さくなりました。これは、OPC と FA 系 GP では、pH1）一宮一夫，池田攻，上原元樹，コンクリート工学，Vol.59，No.9，pp.794-800，2021を決定する主成分が違うためと考えられます。OPC のpH を決定する主成分は、NaOH、KOH および Ca（OH）2と考えられます。この中の Ca（OH）2 の水への溶解度は0.129 g/100 g（25 ℃）5）と小さく、今回の実験条件の範囲では水／粉体比を変化させても、Ca（OH）2 が飽和状態で溶け残るため、水による希釈の影響はみられなかったと推察されます。それに対して、FA 系 GP には Ca（OH）
2はほぼ含まれず、Na 系の刺激剤で硬化させた GP の pH

2）吉田夏樹，中山健一，丹羽大地，コンクリート工学年次論文集，Vol.44，No.1，pp.1060-1065，2022
3）Mitja Kolar, Ales Doliska, Franc Svegl, Kurt Kalcher,
Acta Chimica Slovenica, Vol.57, pp.813-820, 20104）G.Plusquellec, M.R. Geiker, J. Lindgard, J.Duchesne,
B.Fournier, K. De Weerdt, Cement and Concrete
Research, Vol.96, pp.13-26, 20175）国立天文台，理科年表，202245