特開 2024-113452 ジオポリマー組成物及びその製造方法、ジオポリマー硬化体及びその製造方法、並びにジオポリマー組成物調製用キット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113452

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】ジオポリマー組成物及びその製造方法、ジオポリマー硬化体及びその製造方法、並びにジオポリマー組成物調製用キット

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/26 20060101AFI20240815BHJP

   C04B 18/08 20060101ALI20240815BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20240815BHJP

   C04B 22/06 20060101ALI20240815BHJP

   C04B 22/10 20060101ALI20240815BHJP

   C04B 24/18 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

C04B28/26

C04B18/08 Z

C04B18/14 A

C04B22/06 Z

C04B22/10

C04B18/14 Z

C04B24/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018446

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】521297587

【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(72)【発明者】

【氏名】久保 雄暉

(72)【発明者】

【氏名】石田 剛朗

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112PA27

4G112PA28

4G112PA29

4G112PB03

4G112PB08

4G112PB23

(57)【要約】

【課題】安全性を向上するとともに圧縮強度を高くすることが可能なジオポリマー組成物の製造方法を提供すること。
【解決手段】
無機フィラー、シリカフューム、アルカリ源、水、遅延剤、減水剤、並びに消泡剤を含む原料を混合してジオポリマー組成物を得る混合工程を有し、アルカリ源は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む水酸化アルカリと、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリと、を含み、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率が０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物の製造方法を提供する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無機フィラー、シリカフューム、アルカリ源、水、遅延剤、減水剤、並びに消泡剤を含む原料を混合してジオポリマー組成物を得る混合工程を有し、
前記アルカリ源は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む水酸化アルカリと、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリと、を含み、
前記水酸化アルカリ及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率が、０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物の製造方法。

【請求項2】

前記無機フィラーは、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末を含む、請求項１に記載のジオポリマー組成物の製造方法。

【請求項3】

前記遅延剤は、グルコン酸ナトリウム、Ｌ－酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、リン酸二水素ナトリウム、スクロース、及びグルコースからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む、請求項１に記載のジオポリマー組成物の製造方法。

【請求項4】

前記減水剤はリグニン誘導体を含む、請求項１に記載のジオポリマー組成物の製造方法。

【請求項5】

前記無機フィラー、前記シリカフューム、及び前記遅延剤を含む固体組成物を調製する第１調製工程と、
前記水酸化アルカリ、前記水、前記減水剤、及び前記消泡剤を含む液体組成物を調製する第２調製工程と、を有し、
前記固体組成物及び前記液体組成物の少なくとも一方は前記炭酸アルカリを含み、
前記混合工程では、前記固体組成物と前記液体組成物とを配合して前記原料を混合し前記ジオポリマー組成物を得る、請求項１～４のいずれか一項に記載のジオポリマー組成物の製造方法。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の方法で製造されたジオポリマー組成物を硬化して得られるジオポリマー硬化体。

【請求項7】

請求項１～５のいずれか一項に記載の製造方法で得られたジオポリマー組成物を硬化する硬化工程を有する、ジオポリマー硬化体の製造方法。

【請求項8】

固体組成物を含む第１包装体と液体組成物を含む第２包装体とを有する、ジオポリマー組成物調製用キットであって、
前記固体組成物は、無機フィラー、シリカフューム、及び遅延剤を含み、
前記液体組成物は、水酸化アルカリ、水、減水剤、及び消泡剤を含み、
前記水酸化アルカリは、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、
前記固体組成物及び前記液体組成物の少なくとも一方は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリを含み、
前記水酸化アルカリ及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物調製用キット。

【請求項9】

無機フィラーと、ナトリウム及びカリウムの少なくとも一方を含むケイ酸アルカリ水溶液と、遅延剤と、減水剤と、消泡剤と、炭酸アルカリと、を含み、
前記炭酸アルカリは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、
前記ケイ酸アルカリ水溶液及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物。

【請求項10】

請求項９に記載のジオポリマー組成物を硬化して得られるジオポリマー硬化体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ジオポリマー組成物及びその製造方法、ジオポリマー硬化体及びその製造方法、並びにジオポリマー組成物調製用キットに関する。

【背景技術】

【0002】

石炭灰等の非晶質材料をアルカリ溶液で処理することによってコンクリートのように硬化するジオポリマー組成物が知られている。ジオポリマー組成物は、通常のセメントと比べて、製造時に発生するＣＯ_２を低減することができる。ジオポリマー組成物に用いられるシリカ源としては、水ガラス等の液体、及びシリカフューム等のフィラーが挙げられる。例えば、特許文献１では、水酸化ナトリウムと石炭灰及び高炉スラグの粉体とを攪拌した後、シリカフュームを徐々に溶かす処理を行う方法（以下、「その場溶解法」と称する。）によって、ジオポリマー組成物の凝結時間を稼ぎ、可使時間を確保する技術が提案されている。

【0003】

非特許文献１では、アルカリ溶液として水ガラス及び苛性ソーダ、無機フィラーとしてフライアッシュ及び高炉スラグ微粉末を使用する方法（アルカリ溶液に水ガラスを含む方法を以下、「一般法」と称する。）によって調製されたジオポリマーコンクリートのＣＯ_２排出量を１２８ｋｇ－ＣＯ_２／ｍ^３と試算している。これによって、同じ強度レベルのセメントコンクリートと比較して約６３～６８％のＣＯ_２排出量削減が可能であるとしている。その理由は、ＣＯ_２排出量の多いポルトランドセメントを使用していないことによるものである。なお、ジオポリマー組成物に用いられる各材料のＣＯ_２排出量の原単位は、非特許文献２，３にも記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－２３７５６１号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】原田耕司、一宮一夫、津郷俊二、池田攻、「ジオポリマーの諸特性に関する一考察」、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐｐ．１８９４－１８９９、２０１２

【非特許文献2】土木学会、コンクリート技術シリーズ６２、「コンクリートの環境負荷（その２）」、２００４

【非特許文献3】日本コンクリート工学会、「建設分野へのジオポリマー技術の適用に関する研究委員会報告書」、ｐ．６２、２０１７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の製造方法で用いられている水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムは高濃度になると安全性に対する配慮が必要になる。そこで、本開示では、安全性を向上するとともに圧縮強度を高くすることが可能なジオポリマー組成物及びその製造方法を提供する。また、このようなジオポリマー組成物を、簡便に調製することが可能なジオポリマー組成物調製用キットを提供する。また、製造時の安全性が高く且つ高い圧縮強度を有するジオポリマー硬化体及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、一つの側面において、無機フィラー、シリカフューム、アルカリ源、水、遅延剤、減水剤、並びに消泡剤を含む原料を混合してジオポリマー組成物を得る混合工程を有し、アルカリ源は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む水酸化アルカリと、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリと、を含み、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は、０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物の製造方法を提供する。

【0008】

上記製造方法では、アルカリ源の一部が炭酸アルカリであることから、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等の水酸化物を低減して安全性を向上することができる。そして、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率が０より大きく７０モル％以下であることから、ジオポリマー組成物の圧縮強度を高くすることできる。また、ＣＯ_２排出量を削減するとともにジオポリマー組成物のフレッシュ性状も良好にすることができる。

【0009】

上記無機フィラーは、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末を含むことが好ましい。これによって、圧縮強度が十分に高く、且つ良好なフレッシュ性状を有するジオポリマー組成物を製造することができる。

【0010】

上記遅延剤は、グルコン酸ナトリウム、Ｌ－酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、リン酸二水素ナトリウム、スクロース、及びグルコースからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。これによって、ジオポリマー組成物の可使時間（打込み、締固め、成型などの施工が可能な時間）を長くすることができる。

【0011】

上記減水剤はリグニン誘導体を含むことが好ましい。これによって、ジオポリマー組成物の粘性が低減され、流動性を一層高くすることができる。ケイ酸アルカリ水溶液には少なくともシリカフュームが溶解していることが好ましい。このようなケイ酸アルカリ水溶液は円滑に調製することができる。

【0012】

上記製造方法は、無機フィラー、シリカフューム、及び遅延剤を含む固体組成物を調製する第１調製工程と、水酸化アルカリ、水、減水剤、及び消泡剤を含む液体組成物を調製する第２調製工程と、を有し、固体組成物及び液体組成物の少なくとも一方は炭酸アルカリを含み、混合工程では、固体組成物と液体組成物とを配合して上記原料を混合しジオポリマー組成物を得ることが好ましい。このような製造方法であれば、例えば固体組成物と液体組成物とを別々に調製しておき、ジオポリマー組成物を使用する直前に固体組成物と液体組成物を配合して混合し、圧縮強度が高いジオポリマー組成物を簡便に調製することができる。したがって、この製造方法は、現場で実施し易く、作業性及び施工性にも優れる。

【0013】

本開示は、一つの側面において、上述のいずれかの製造方法で得られるジオポリマー組成物を硬化して得られるジオポリマー硬化体を提供する。このようなジオポリマー硬化体は、製造時の安全性が高く且つ高い圧縮強度を有する。また、ＣＯ_２排出量を削減することができる。

【0014】

本開示は、一つの側面において、上述のいずれかの製造方法で得られるジオポリマー組成物を硬化する硬化工程を有するジオポリマー硬化体の製造方法を提供する。この製造方法では、安全性を向上するとともに高い圧縮強度を有するジオポリマー硬化体を製造することができる。また、ＣＯ_２排出量を削減することができる。

【0015】

本開示は、一つの側面において、固体組成物を含む第１包装体と液体組成物を含む第２包装体とを有する、ジオポリマー組成物調製用キットであって、固体組成物は、無機フィラー、シリカフューム、及び遅延剤を含み、液体組成物は、水酸化アルカリ、水、減水剤、及び消泡剤を含み、
水酸化アルカリは、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、
固体組成物及び液体組成物の少なくとも一方は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリを含み、
水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物調製用キットを提供する。

【0016】

上記ジオポリマー組成物調製用キットは、固体組成物と液体組成物が別個の包装体に含まれている。このため、ジオポリマー組成物を使用する直前に固体組成物と液体組成物を混合して、ジオポリマー組成物を高い安全性で簡便に調製することができる。このようなジオポリマー組成物調製用キットは、取り扱いやすく、現場での作業性及び施工性に優れる。そして、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下であることから、高い圧縮強度を有するジオポリマー組成物を調製することができる。このジオポリマー組成物は、ＣＯ_２排出量を削減するとともに、良好なフレッシュ性状を有する。

【0017】

本開示は、一つの側面において、無機フィラーと、ナトリウム及びカリウムの少なくとも一方を含むケイ酸アルカリ水溶液と、遅延剤と、減水剤と、消泡剤と、炭酸アルカリと、を含み、炭酸アルカリは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、ケイ酸アルカリ水溶液及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物を提供する。

【0018】

上記ジオポリマー組成物は、炭酸アルカリを含むことから、ケイ酸アルカリ水溶液を低減して安全性を向上することができる。そして、ケイ酸アルカリ水溶液及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下であることから、高い圧縮強度を有する。また、ＣＯ_２排出量を削減することができ、フレッシュ性状も良好である。

【0019】

本開示は、一つの側面において、上述のジオポリマー組成物を硬化して得られるジオポリマー硬化体を提供する。このようなジオポリマー硬化体は、製造時の安全性が高く且つ高い圧縮強度を有する。また、ＣＯ_２排出量を削減することができる。

【発明の効果】

【0020】

本開示によれば、安全性を向上するとともに圧縮強度を高くすることが可能なジオポリマー組成物及びその製造方法を提供することができる。また、このようなジオポリマー組成物を、簡便に調製することが可能なジオポリマー組成物調製用キットを提供することができる。また、製造時の安全性が高く且つ高い圧縮強度を有するジオポリマー硬化体及びその製造方法を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。数値範囲で用いている「～」の記号は、上限及び下限の数値を含む数値範囲を示す。例えば、「Ｘ～Ｙ」は「Ｘ以上且つＹ以下」の数値範囲を示す。上限及び／又は下限を実施例に記載の数値で置換した数値範囲も本開示の開示内容に含まれる。複数例示される成分又は材料は、一種のみであってもよいし、複数を組み合わせてもよい。

【0022】

一実施形態に係るジオポリマー組成物は、無機フィラー（Ｆ）、ナトリウム及びカリウムから群より選ばれる少なくとも一つを含むケイ酸アルカリ水溶液、遅延剤（Ａｄ１）、減水剤（Ａｄ２）、消泡剤（Ａｄ３）、並びに、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリ、を含有する。無機フィラー（Ｆ）としては、フライアッシュ（ＦＡ）、高炉スラグ微粉末（ＢＳ）、及び炭酸カルシウム等が挙げられる。無機フィラー（Ｆ）のその他の成分としては、メタカオリン、下水汚泥、及び火山灰等、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａを含有する非晶質のフィラーが挙げられる。

【0023】

無機フィラー（Ｆ）は、フライアッシュ（ＦＡ）及び高炉スラグ微粉末（ＢＳ）を含む。無機フィラー（Ｆ）全体に対するフライアッシュ（ＦＡ）及び高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の配合比率の合計は、好ましくは８０質量％以上であり、より好ましくは９０質量％以上であり、さらに好ましくは９５質量％以上である。これによって、良好なフレッシュ性状と優れた強度を十分に高い水準で両立することができる。無機フィラー（Ｆ）は炭酸カルシウムを含んでもよい。炭酸カルシウムは、ＣＯ_２がＣａＯ等と反応して得られるものであることから、炭酸カルシウムを用いたジオポリマー組成物は、ＣＯ_２排出量を一層削減することができる。

【0024】

フライアッシュ（ＦＡ）は、ＪＩＳ Ａ６２０１：２０１５に規定されるＩ種～ＩＶ種のうち、ＩＩ種が好ましい。フライアッシュＩＩ種は、ＩＩＩ種やＩＶ種に比べて反応性が高いことから強度発現性に優れる。フライアッシュＩ種は、ＩＩ種より比表面積が大きいことから反応性は高いものの、粘性が増加することに加えて、価格が高く流通量が少ないため入手し難い傾向にある。高炉スラグ微粉末（ＢＳ）のブレーン比表面積は、好ましくは３５００～６０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは４０００～５０００ｃｍ^２／ｇである。高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が高いほど反応性が高く強度発現性に優れるものの、粘性が高く可使時間が短くなる傾向にある。無機フィラー（Ｆ）全体に対する高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の配合比率は、例えば０体積％を超え７５体積％以下であってよく、０体積％を超え５０体積％以下であってよく、１０体積％を超え５０体積％未満であってもよい。

【0025】

無機フィラー（Ｆ）の配合量は、ジオポリマー組成物１ｍ^３に対して、例えば４５０～６２０ｋｇ／ｍ^３であってよく、４６５～６０５ｋｇ／ｍ^３であってよく、４８０～５９０ｋｇ／ｍ^３であってもよい。

【0026】

ケイ酸アルカリ水溶液は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）からなる群より選ばれる少なくとも一つのアルカリ水酸化物を含む水溶液に、シリカフューム（ＳＦ）等を溶解させて得ることができる。ケイ酸アルカリ水溶液には、シリカフューム（ＳＦ）以外の材料が溶解されていてもよい。

【0027】

シリカフューム（ＳＦ）は、セメント組成物に用いられる一般的なものを用いることができる。シリカフューム（ＳＦ）のＢＥＴ比表面積は１０ｍ^２／ｇ以上であってよく、１４ｍ^２／ｇ以上であってよく、１６ｍ^２／ｇ以上であってもよい。ＢＥＴ比表面積の大きいシリカフュームは高い反応性を有するため、アルカリ水溶液中に早期に溶解し円滑にＳｉＯ_２を供給することができる。シリカフューム（ＳＦ）のＢＥＴ比表面積の上限は、入手の容易性の観点から２０ｍ^２／ｇ以下であってもよい。シリカフューム（ＳＦ）の配合量は、ジオポリマー組成物１ｍ^３に対して、例えば１０～１００ｋｇ／ｍ^３であってよく、２０～８０ｋｇ／ｍ^３であってよく、３０～７０ｋｇ／ｍ^３であってもよい。水酸化アルカリの配合量（固形分換算）は、ジオポリマー組成物１ｍ^３に対して、例えば１０～９０ｋｇ／ｍ^３であってよく、１５～８５ｋｇ／ｍ^３であってよく、２０～８０ｋｇ／ｍ^３であってもよい。このような量の水酸化アルカリを含むアルカリ水溶液を用いてもよい。

【0028】

ジオポリマー組成物における単位水量は、好ましくは１７０～２３０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１８０～２２０ｋｇ／ｍ^３であり、さらに好ましくは１９０～２１５ｋｇ／ｍ^３である。単位水量をこのような範囲にすることによって、優れた流動性と高い圧縮強度を十分に高い水準で両立することができる。ジオポリマー組成物中の水は、ケイ酸アルカリ水溶液として含まれてよい。

【0029】

炭酸アルカリは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。炭酸アルカリは、アルカリ水酸化物とともにジオポリマー組成物に含まれるアルカリ源の一種である。ジオポリマー組成物が炭酸アルカリを含むことによって、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等のアルカリ水酸化物の含有量を低減することができる。これによって、ジオポリマー組成物の安全性を向上することができる。また、ジオポリマー組成物において炭酸アルカリがアルカリ刺激剤として作用することによって、圧縮強度を向上することができる。

【0030】

ジオポリマー組成物における炭酸アルカリの配合量は、ジオポリマー組成物１ｍ^３に対して、例えば５～１００ｋｇ／ｍ^３であってよい。当該配合量は、安全性と圧縮強度を一層向上する観点から、１０ｋｇ／ｍ^３以上、２０ｋｇ／ｍ^３以上、３０ｋｇ／ｍ^３以上、又は４０ｋｇ／ｍ^３以上であってよい。このような範囲であれば、炭酸アルカリがアルカリ刺激剤として一層効果的に作用する。当該配合量は、微細なＣａＣＯ_３の生成によって粘性が増加するのを抑制し、ジオポリマー組成物のフレッシュ性状を一層向上する観点から、９０ｋｇ／ｍ^３以下、８０ｋｇ／ｍ^３以下、又は７０ｋｇ／ｍ^３以下であってよい。

【0031】

水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属（元素）全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属（元素）の比率は、０より大きく７０モル％以下である。当該比率は、６０モル％以下、５５モル％以下、又は５０モル％以下であってよい。これによって、微細なＣａＣＯ_３の生成によって粘性が増加するのを抑制し、ジオポリマー組成物のフレッシュ性状を一層向上することができる。当該比率は、１０モル％以上、２０モル％以上、３０モル％以上、又は４０モル％以上であってよい。これによって、ジオポリマー組成物の安全性を一層高めつつ、炭酸アルカリがアルカリ刺激剤として一層効果的に作用して硬化物の圧縮強度を一層高くすることできる。アルカリ金属としてはナトリウム及びカリウムが挙げられる。

【0032】

無機フィラー（Ｆ）全体に対して、配合されるシリカフューム（ＳＦ）、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリを含むアルカリ源、及び水の合計の体積比（Ｌ／Ｆ）は、好ましくは０．９～１．３であり、より好ましくは１．０～１．３である。このような範囲であることによって、優れた流動性と高い圧縮強度を十分に高い水準で両立することができる。

【0033】

ジオポリマー組成物は、細骨材（Ｓ）を含んでよい。細骨材（Ｓ）としては、川砂、山砂、陸砂及び海砂等の天然骨材、砕砂、珪砂、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材及び電気炉酸化スラグ細骨材等の人工細骨材、並びに再生細骨材等が挙げられる。細骨材として、これらは単独で又は複数組み合わせて用いることができる。細骨材（Ｓ）の表乾密度は、いずれも、２．２～２．９ｇ／ｃｍ^３であってよく、２．４～２．８ｇ／ｃｍ^３であってよく、２．５～２．７ｇ／ｃｍ^３であってもよい。細骨材の配合量は、ジオポリマー組成物１ｍ^３に対して、例えば１０００～１６００ｋｇ／ｍ^３であってよく、１２００～１５００ｋｇ／ｍ^３であってよく、１２５０～１４５０ｋｇ／ｍ^３であってもよい。

【0034】

遅延剤（Ａｄ１）としては、グルコン酸ナトリウム、Ｌ－酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、リン酸二水素ナトリウム、スクロース、及びグルコースからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むものが挙げられる。これらのうち、グルコン酸ナトリウムを用いることが好ましい。これによって、可使時間をより延長することができる。

【0035】

無機フィラー（Ｆ）全体に対する遅延剤（Ａｄ１）の配合比率（Ａｄ１／Ｆ×１００）は、０．５～３．５質量％である。このようなジオポリマー組成物は、良好なフレッシュ性状と高い圧縮強度を有する。フレッシュ性状と圧縮強度を一層高い水準で両立させる観点から、配合比率（Ａｄ１／Ｆ×１００）は、好ましくは０．５～３．０質量％であり、より好ましくは０．７～２．５質量％であり、さらに好ましくは０．８～２．０質量％である。

【0036】

減水剤（Ａｄ２）は、リグニン誘導体、ヒドロキシ系複合体、ナフタリンスルホン酸系化合物、アミノスルホン酸系化合物、及び、ポリカルボン酸系化合物からなる群より選ばれる少なくとも一つであってよい。本明細書におけるリグニン誘導体とは、リグニンから誘導される化合物であり、例えば、リグニンスルホン酸塩が挙げられる。減水剤（Ａｄ２）は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤からなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでよい。

【0037】

無機フィラー（Ｆ）全体に対する減水剤（Ａｄ２）の配合比率（Ａｄ２／Ｆ×１００）は、０．１～１．５質量％であってよい。このようなジオポリマー組成物は、良好なフレッシュ性状と高い圧縮強度を有する。フレッシュ性状と圧縮強度を一層高い水準で両立させる観点から、配合比率（Ａｄ２／Ｆ×１００）は、好ましくは０．２～１．０質量％であり、より好ましくは０．３～０．７質量％である。

【0038】

消泡剤（Ａｄ３）としては、セメント組成物に配合されるものを用いることが可能であり、例えば、非イオン界面活性剤タイプ、オイルタイプ、及びエマルションタイプ等が挙げられる。

【0039】

無機フィラー（Ｆ）全体に対する消泡剤（Ａｄ３）の比率（Ａｄ３／Ｆ×１００）は、好ましくは０．００２～０．１０質量％であり、より好ましくは０．００５～０．０５質量％であり、さらに好ましくは０．００８～０．０３質量％である。ジオポリマー組成物は、減水剤（Ａｄ２）を含むと気泡が発生して圧縮強度が低下する傾向にある。そこで、上述の比率で消泡剤（Ａｄ３）を含有することによって、ジオポリマー組成物の製造コストを維持しつつ強度発現性を十分に高くすることができる。

【0040】

ジオポリマー組成物は、上述の成分以外の成分を含んでもよい。そのような成分としては、例えば、炭酸カルシウム以外の炭酸塩、膨張材、収縮低減剤、防錆剤、及び防水材等が挙げられる。

【0041】

ジオポリマー組成物の１５打モルタルフローは、好ましくは１５０～２２０ｍｍであり、より好ましくは１７０～２１５ｍｍである。このようなジオポリマー組成物は流動性に優れ、施工性にも優れる。１５打モルタルフローは実施例に記載の方法で測定される。ジオポリマー組成物の可使時間は、好ましくは９０分以上であり、より好ましくは１２０分以上である。このようなジオポリマー組成物はフレッシュ性状に優れており、施工性に優れる。可使時間は実施例に記載の方法で測定される。

【0042】

ジオポリマー組成物は強度発現性に優れており、特に、封かん養生をしたときの強度発現性に優れる。温度２０±２℃、相対湿度６０±５％の恒温恒湿室で材齢２８日まで封かん養生を実施した場合のジオポリマー組成物の圧縮強度は、好ましくは４５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、より好ましくは５０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、さらに好ましくは５４Ｎ／ｍｍ^２以上である。また、ジオポリマー組成物は、蒸気養生をしたときの強度発現性にも優れる。最高温度６０℃で３時間保持する蒸気養生において、材齢２８日におけるジオポリマー組成物の圧縮強度は、好ましくは２０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、より好ましくは２５Ｎ／ｍｍ^２以上であり、さらに好ましくは２７Ｎ／ｍｍ^２以上である。各圧縮強度は実施例に記載の条件で測定される。このように、ジオポリマー組成物は、安全性に優れるとともに、良好なフレッシュ性状と優れた圧縮強度を有する。そして、炭酸アルカリを含有することから、ＣＯ_２排出量を削減することができる。このため、低炭素ジオポリマー組成物ということもできる。

【0043】

一実施形態に係るジオポリマー組成物の製造方法は、無機フィラー（Ｆ）、シリカフューム（ＳＦ）、アルカリ源、水（ｗ）、遅延剤（Ａｄ１）、減水剤（Ａｄ２）、並びに消泡剤（Ａｄ３）を含む原料を混合してジオポリマー組成物を得る混合工程を有する。これによって、上記実施形態に係るジオポリマー組成物を製造することができる。混合工程では、各材料を同時又は順次に混合してジオポリマー組成物を得てもよいし、一部の材料同士を配合して複数の配合物を調製した後、複数の配合物を混合してジオポリマー組成物を得てもよい。原料は、細骨材を含んでいてもよい。水の少なくとも一部とアルカリ源は、ＮａＯＨ水溶液及びＫＯＨ水溶液等のアルカリ水溶液として配合してもよい。

【0044】

アルカリ源は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む水酸化アルカリと、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリと、を含有する。アルカリ源は、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリのみからなっていてもよい。アルカリ源が炭酸アルカリを含むことから、取り扱いに注意が必要な水酸化アルカリの使用量を低減して安全性を向上することができる。

【0045】

水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属（元素）全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属（元素）の比率は、０より大きく７０モル％以下である。当該比率は、６０モル％以下、５５モル％以下、又は５０モル％以下であってよい。これによって、混合工程の際に微細なＣａＣＯ_３の生成によって粘性が増加するのを抑制し、ジオポリマー組成物のフレッシュ性状を一層向上することができる。当該比率は、１０モル％以上、２０モル％以上、３０モル％以上、又は４０モル％以上であってよい。これによって、製造時の安全性を一層高めつつ、炭酸アルカリがアルカリ刺激剤として一層効果的に作用して硬化物の圧縮強度を一層高くすることできる。

【0046】

水に対する、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属（元素）の合計のモル比（Ａ／Ｗ）は、好ましくは０．１～０．７であり、より好ましくは０．１～０．５であり、さらに好ましくは０．１５～０．３である。このような範囲であれば、フレッシュ性状と強度発現性のみならず、安全性も一層高くすることができる。水は、ジオポリマー組成物を調製する際に単独で配合してもよいし、水酸化アルカリ（ＮａＯＨ及びＫＯＨ）又は炭酸アルカリの水溶液として配合してもよい。上述の水の量は、これらの合計値として求められる。

【0047】

アルカリ源とシリカフューム（ＳＦ）は、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の合計（Ａ）に対する、シリカフューム（ＳＦ）に含まれるＳｉＯ_２のモル比（Ｓｉ／Ａ）が、好ましくは０．１～０．７、より好ましくは０．１５～０．６、さらに好ましくは０．２～０．５となるように配合する。このような範囲で配合することによって、シリカフューム（ＳＦ）に含まれるＳｉＯ_２が円滑に溶解してケイ酸アルカリ水溶液が安定的に生成する。したがって、圧縮強度とフレッシュ性状を一層向上することができる。

【0048】

本実施形態の製造方法では、水及び水酸化アルカリを含む液体組成物に、無機フィラー（Ｆ）及びシリカフューム（ＳＦ）等を含む固体組成物を添加して溶解する、所謂その場溶解法でジオポリマー組成物を製造することが好ましい。このとき、炭酸アルカリは、固体組成物及び液体組成物の少なくとも一方に含まれていればよい。シリカフュームと混合される前の液体組成物（アルカリ水溶液）は、一般法のように、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳｉＯ_３、Ｎａ_４ＳｉＯ_４、Ｎａ_２Ｓｉ_２Ｏ_５、Ｎａ_２Ｓｉ_４Ｏ_９等）、ケイ酸カリウム（Ｋ_２ＳｉＯ_３等）、及び水ガラスを含まなくてよい。これによって、シリカフューム（ＳＦ）及び無機フィラー（Ｆ）等と水酸化アルカリとの反応が阻害され難くなり、ジオポリマー組成物の強度発現を促進することができる。

【0049】

その他の各成分の配合量及び配合比は、ジオポリマー組成物の実施形態で説明したとおりであってよい。その場溶解法で各成分を混合すると、シリカフューム（ＳＦ）等が水酸化アルカリ、又は水酸化アルカリと炭酸アルカリを含むアルカリ水溶液中に溶解する。無機フィラー（Ｆ）及びその他の原料に含まれるＳｉＯ_２もアルカリ水溶液中に溶解してよいし、ＳｉＯ_２以外の成分もアルカリ水溶液中に溶解してもよい。このようにして、アルカリ金属としてナトリウム及びカリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むケイ酸アルカリ水溶液が生成する。

【0050】

上記製造方法は、混合工程の前に、無機フィラー（Ｆ）、シリカフューム（ＳＦ）、細骨材（Ｓ）、及び遅延剤（Ａｄ１）を含む固体組成物を調製する第１調製工程と、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む水酸化アルカリ、水、減水剤（Ａｄ２）、並びに消泡剤（Ａｄ３）を含む液体組成物を調製する第２調製工程とを有していてもよい。第１調製工程及び第２調製工程の少なくとも一方では炭酸アルカリを用い、固体組成物及び液体組成物の少なくとも一方には炭酸アルカリが含まれる。混合工程では、固体組成物と液体組成物とを配合する。このとき必要に応じて水を配合してもよい。これによって、原料が混合されてジオポリマー組成物を得ることができる。

【0051】

第１調製工程では、調製した固体組成物を包装して、固体組成物を含む第１包装体を得てもよい。第２調製工程では、調製した液体組成物を包装して、液体組成物を含む第２包装体を得てもよい。これによって、固体組成物を含む第１包装体と液体組成物を含む第２包装体とを有する、ジオポリマー組成物調製用キットを得ることができる。第１包装体及び第２包装体は、それぞれ、固体及び液体であることから、別々にすることによって運搬を円滑に行うことができる。混合工程を行うまで、シリカフューム等の溶解及び硬化反応が進行することを抑制できるため、長期間にわたって安定的に保管することもできる。したがって、固体組成物を含む第１包装体と液体組成物を含む第２包装体とを有する、ジオポリマー組成物調製用キットは、取り扱い性に優れる。

【0052】

固体組成物において、無機フィラー（Ｆ）全体に対する遅延剤（Ａｄ１）の比率（Ａｄ１／Ｆ×１００）は、０．５～３．５質量％である。このような固体組成物を用いて得られるジオポリマー組成物は、良好なフレッシュ性状を有しつつ圧縮強度にも優れる。フレッシュ性状と圧縮強度を一層高い水準で両立させる観点から、比率（Ａｄ１／Ｆ×１００）は、好ましくは０．５～３．０質量％であり、より好ましくは０．７～２．５質量％であり、さらに好ましくは０．８～２．０質量％である。

【0053】

混合工程では、固体組成物と液体組成物とを配合して混合する。このとき、固体組成物に含まれる無機フィラー（Ｆ）全体に対して、液体組成物に含まれる減水剤（Ａｄ２）の比率が０．１～１．５質量％、消泡剤（Ａｄ３）の比率が０．００２～０．１０質量％となるように、固体組成物と液体組成物とを配合することが好ましい。このようなジオポリマー組成物は、良好なフレッシュ性状を有しつつ圧縮強度にも優れる。フレッシュ性状と圧縮強度を一層高い水準で両立させる観点から、配合比率（Ａｄ２／Ｆ×１００）は、好ましくは０．２～１．０質量％であり、より好ましくは０．３～０．７質量％である。同様の観点から、無機フィラー（Ｆ）全体に対する消泡剤（Ａｄ３）の比率（Ａｄ３／Ｆ×１００）は、好ましくは０．００２～０．１０質量％であり、より好ましくは０．００５～０．０５質量％であり、さらに好ましくは０．００８～０．０３質量％である。また、固体組成物に含まれる各成分と、液体組成物に含まれる各成分とが、ジオポリマー組成物の説明において述べた配合量及び比率となるように、固体組成物と液体組成物とを混合することが好ましい。

【0054】

第１調製工程、第２調製工程、及び混合工程で用いる攪拌装置に特に制限はない。第２調製工程では、液体組成物を調製することから、通常の容器を用いて調製してもよい。第１調製工程及び混合工程では、例えば、モルタルミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ又はハンドミキサ等を使用することができる。このようにして、良好なフレッシュ性状を有しつつ圧縮強度にも優れるジオポリマー組成物を製造することができる。ジオポリマー組成物の好ましい例及び性状は、上記実施形態で説明したとおりである。

【0055】

一実施形態に係るジオポリマー組成物調製用キットは、固体組成物を含む第１包装体と液体組成物を含む第２包装体とを有する。固体組成物を含む第１包装体及び液体組成物を含む第２包装体は、上述の第１調製工程及び第２調製工程で得たものであってよい。固体組成物及び液体組成物の含有成分は上述したとおりである。ジオポリマー組成物調製用キットにおいて、水酸化アルカリ及び炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は、０より大きく７０モル％以下である。当該比率の範囲は、ジオポリマー組成物及びその製造方法で例示した範囲であってもよい。

【0056】

ジオポリマー組成物調製用キットは、固体組成物と液体組成物が別個の包装体に含まれている。このため、ジオポリマー組成物を使用する直前に固体組成物と液体組成物を混合して、ジオポリマー組成物を高い安全性で簡便に調製することができる。このようなジオポリマー組成物調製用キットは、取り扱いやすく、現場での作業性及び施工性に優れる。このようにして調製されるジオポリマー組成物は、良好なフレッシュ性状と高い圧縮強度を有する。また、ＣＯ_２排出量を削減することができる。

【0057】

一実施形態に係るジオポリマー硬化体は、上述のジオポリマー組成物又は上述の製造方法で得られたジオポリマー組成物を硬化することによって得ることができる。このジオポリマー硬化体は、製造時の安全性に優れるとともに十分に高い圧縮強度を有する。また、ＣＯ_２排出量を削減できることから、低炭素ジオポリマー硬化体ということもできる。

【0058】

一実施形態に係るジオポリマー硬化体の製造方法は、上述のジオポリマー組成物又は上述の製造方法で得られたジオポリマー組成物を硬化する硬化工程を有する。このようにして得られるジオポリマー硬化体は、製造時の安全性に優れるとともに、十分に高い圧縮強度を有する。また、ＣＯ_２排出量を削減することができる。

【0059】

ジオポリマー硬化体の用途としては、現場での施工の他に、例えば、二次製品が挙げられる。ジオポリマー組成物を硬化させてジオポリマー硬化体を作製するときには、例えば、封かん養生してもよく、蒸気養生してもよい。すなわち、硬化工程は、封かん養生で行ってもよいし、蒸気養生で行ってもよい。早期に強度を発現させることが求められる用途では蒸気養生が好ましい。一方、長期的な強度増進が求められる用途では封かん養生が好ましい。

【0060】

以上、幾つかの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、本開示は、以下の内容を含む。

【0061】

［１］無機フィラー、シリカフューム、アルカリ源、水、遅延剤、減水剤、並びに消泡剤を含む原料を混合してジオポリマー組成物を得る混合工程を有し、
前記アルカリ源は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む水酸化アルカリと、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリと、を含み、
前記水酸化アルカリ及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率が、０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物の製造方法。
［２］前記無機フィラーは、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末を含む、［１］に記載のジオポリマー組成物の製造方法。
［３］前記遅延剤は、グルコン酸ナトリウム、Ｌ－酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム二水和物、リン酸二水素ナトリウム、スクロース、及びグルコースからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む、［１］又は［２］に記載のジオポリマー組成物の製造方法。
［４］前記減水剤はリグニン誘導体を含む、［１］～［３］のいずれか一つに記載のジオポリマー組成物の製造方法。
［５］前記無機フィラー、前記シリカフューム、及び前記遅延剤を含む固体組成物を調製する第１調製工程と、
前記水酸化アルカリ、前記水、前記減水剤、及び前記消泡剤を含む液体組成物を調製する第２調製工程と、を有し、
前記固体組成物及び前記液体組成物の少なくとも一方は前記炭酸アルカリを含み、
前記混合工程では、前記固体組成物と前記液体組成物とを配合して前記原料を混合し前記ジオポリマー組成物を得る、［１］～［４］のいずれか一つに記載のジオポリマー組成物の製造方法。
［６］上記［１］～［５］のいずれか一つに記載の方法で製造されたジオポリマー組成物を硬化して得られるジオポリマー硬化体。
［７］上記［１］～［５］のいずれか一つに記載の製造方法で得られたジオポリマー組成物を硬化する硬化工程を有する、ジオポリマー硬化体の製造方法。
［８］固体組成物を含む第１包装体と液体組成物を含む第２包装体とを有する、ジオポリマー組成物調製用キットであって、
前記固体組成物は、無機フィラー、シリカフューム、及び遅延剤を含み、
前記液体組成物は、水酸化アルカリ、水、減水剤、及び消泡剤を含み、
前記水酸化アルカリは、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、
前記固体組成物及び前記液体組成物の少なくとも一方は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む炭酸アルカリを含み、
前記水酸化アルカリ及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物調製用キット。
［９］無機フィラーと、ナトリウム及びカリウムの少なくとも一方を含むケイ酸アルカリ水溶液と、遅延剤と、減水剤と、消泡剤と、炭酸アルカリと、を含み、
前記炭酸アルカリは、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、
前記ケイ酸アルカリ水溶液及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率は０より大きく７０モル％以下である、ジオポリマー組成物。
［１０］上記［９］に記載のジオポリマー組成物を硬化して得られるジオポリマー硬化体。

【実施例0062】

実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。

【0063】

［ジオポリマー組成物の調製］
ジオポリマー組成物の原料として、以下の表１に示す材料を使用した。また、シリカフューム（ＳＦ）、フライアッシュＩＩ種（ＦＡ）及び高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の化学成分は、表２に示すとおりであった。

【0064】

【表1】

【0065】

【表2】

【0066】

表１に示す材料を用いてジオポリマー組成物を調製した。具体的には、液体組成物と固体組成物とをそれぞれ調製した後、これらを、モルタルミキサを用いて混合してジオポリマー組成物を調製した。液体組成物は、苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）、水（ｗ）、減水剤（Ａｄ２）及び消泡剤（Ａｄ３）を配合して調製した。固体組成物は、炭酸ナトリウム（ＳＣ）、シリカフューム（ＳＦ）、フライアッシュＩＩ種（ＦＡ）、高炉スラグ微粉末（ＢＳ）、海砂（Ｓ１）、砕砂（Ｓ２）及び遅延剤（Ａｄ１）を、モルタルミキサ内に入れて、３０秒間空練りして調製した。その後、このモルタルミキサ内に、上述の液体組成物を加えて９０秒間練り混ぜた。かき落としを行った後、再度９０秒間練り混ぜた。このようにして、各実施例及び各比較例のジオポリマー組成物を調製した。

【0067】

各実施例及び各比較例で調製したジオポリマー組成物１ｍ^３当たりの各材料の単位量は表３に示すとおりとした。表３に示すとおり、炭酸ナトリウム（ＳＣ）を含有しない比較例を基準とした。なお、各実施例及び各比較例における無機フィラー（Ｆ）の配合量は、体積基準で一定となるようにした。遅延剤（Ａｄ１）、減水剤（Ａｄ２）及び消泡剤（Ａｄ３）のそれぞれの配合量は、表４に示すように無機フィラー（Ｆ）の質量に対して一定の質量比率になるように配合した。このため、表３では、遅延剤（Ａｄ１）、減水剤（Ａｄ２）及び消泡剤（Ａｄ３）の単位量が、実施例及び比較例毎にわずかに変わっている。

【0068】

【表3】

【0069】

表３中の記号「Ｌ」は、炭酸ナトリウム（ＳＣ）、苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）、水（ｗ）、及びシリカフューム（ＳＦ）の合計を示し、記号「Ｆ」は、フライアッシュＩＩ種（ＦＡ）及び高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の合計（無機フィラーの合計）を示し、記号「Ｓ」は、海砂（Ｓ１）及び砕砂（Ｓ２）の合計（細骨材）を示し、記号「Ａｄ」は、遅延剤（Ａｄ１）、減水剤（Ａｄ２）、及び消泡剤（Ａｄ３）の合計を示す。表３に示すように、Ｎｏ．２～７は、比較例（基準）のＳＨの一部をＳＣで置換している。表４には、上記記号を用いて、ジオポリマー組成物に含まれる各成分及び各材料の比又は割合を示す。

【0070】

表４中、「Ａ／Ｗ」は、Ｌに含まれる水に対するアルカリ金属のモル比を示す。Ｌに含まれる水は、苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）に含まれる水と、上水道水（ｗ）の合計である。表４に示すように、Ｎｏ．１～７は、いずれも「Ａ／Ｗ」を一定にしつつ、炭酸ナトリウム（ＳＣ）と苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）の配合比を変えて調製したものである。「Ｓｉ／Ａ」は、Ｌに含有されるアルカリ金属に対する二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のモル比を示し、「単位水量」は、苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）に含まれる水と、水（ｗ）の合計の単位量である。「アルカリ構成比」は、アルカリ源（ＳＣ＋ＳＨ）に含まれるアルカリ金属の合計量を基準（１００モル％）としたときの、炭酸ナトリウム（ＳＣ）に含まれるアルカリ金属（Ｎａ）と苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）に由来するアルカリ金属（Ｎａ）の各モル％である。表４中、「ＮａＯＨ濃度」は、Ｌに含まれる水に対するＮａＯＨの質量比率である。

【0071】

【表4】

【0072】

［ジオポリマー組成物の評価］
各比較例及び各実施例で得られたジオポリマー組成物のフレッシュ性状（流動性及び可使時間）、並びに、圧縮強度を以下の手順で評価した。

【0073】

＜流動性の評価＞
流動性試験として、１５打モルタルフローを測定した。モルタルフロー試験は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」に準じて実施した。測定結果は表６に示すとおりであった。

【0074】

＜可使時間の評価＞
硬度計（全長：２３ｃｍ、貫入部位：円錐形）を用いて可使時間の評価を行った。直径１８．５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円筒型の容器に、ジオポリマー組成物を入れ、５分ごとに硬度計を挿入して貫入抵抗値を測定した。打ち込み・成形可能な貫入抵抗値を１．０Ｎ／ｍｍ^２とし、この値を超えない時間を可使時間とした。測定結果は表６に示すとおりであった。

【0075】

＜圧縮強度の評価＞
ジオポリマー組成物を所定の型枠に流し込んで、封かん養生及び最高温度６０℃での蒸気養生を行った。封かん養生は、温度２０±２℃、相対湿度６０±５％の恒温恒湿室で材齢２８日まで実施した。蒸気養生は、２０℃で３時間の前置きの後、昇温速度１３．３℃／ｈｒで６０℃に昇温して３時間保持し、降温速度１３．３℃／ｈｒで２０℃に降温した。なお、蒸気養生は、材齢１日で脱型し、それ以降は温度２０±２℃、相対湿度６０±５％の恒温恒湿室で気中養生を行った。このようにして得られた円柱試験体（Φ５ｃｍ×高さ１０ｃｍ）を用いて、材齢２８日における圧縮強度を測定した。測定結果は表６に示すとおりであった。

【0076】

＜ＣＯ_２排出量の算出＞
ジオポリマー組成物のＣＯ_２排出量については、表５に示す各材料のＣＯ_２排出量原単位と配合量を用いて算出した。算出結果は表６に示すとおりであった。表５中の※１～４の意味内容は以下のとおりである。
※１）フライアッシュＩＩ種（ＦＡ）、高炉スラグ微粉末（ＢＳ）、海砂（Ｓ１）及び砕砂（Ｓ２）のＣＯ_２排出量原単位は、非特許文献２の記載値を使用した。
※２）苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）のＣＯ_２排出量原単位については、非特許文献３の記載値を使用材料の濃度に換算して使用した。
※３）シリカフューム（ＳＦ）については、フライアッシュＩＩ種（ＦＡ）と同様に産業副産物であり、ＣＯ_２排出源も同様に製造時の分級電力と考えられることから、フライアッシュＩＩ種（ＦＡ）とＣＯ_２排出量原単位が同じと仮定した。
※４）炭酸ナトリウム（ＳＣ）のＣＯ_２排出量原単位については、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）中のＣＯ_２の割合から算出した。水（ｗ）、遅延剤（Ａｄ１）、減水剤（Ａｄ２）、及び消泡剤（Ａｄ３）のＣＯ_２排出量原単位については、非特許文献２での取扱いを参考に０とした。

【0077】

【表5】

【0078】

【表6】

【0079】

表６には、アルカリ源として炭酸ナトリウム（ＳＣ）を含まず苛性ソーダ水溶液（ＳＨ）のみを用いた比較例（Ｎｏ．１）を基準（１００％）としたときの圧縮強度及び１５打フローの比率を、それぞれ、「圧縮強度比」及び「１５打フロー比」として示した。

【0080】

表４及び表６に示す結果から、水酸化アルカリ及び前記炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリ金属の比率（以下、モル比率という。）に応じて以下のような傾向が確認された。
・ＮａＯＨ濃度：モル比率が高くなると低くなる傾向にある。
・１５打フロー比：モル比率が０を超え５０モル％（Ｎｏ．２～５）の範囲では、ＳＣを用いていないＮｏ．１の比較例（基準）と同等であり、７０モル％以上（Ｎｏ．６～７）になると低下する傾向にある。
・圧縮強度比（封かん養生）：モル比率が０を超え７０モル％（Ｎｏ．２～６）の範囲では、Ｎｏ．１の比較例（基準）よりも高い。一方、モル比率が９０モル％（Ｎｏ．７）では低下する傾向にある。
・圧縮強度比（蒸気養生）：モル比率が０を超え５０モル％（Ｎｏ．２～５）の範囲では、Ｎｏ．１の比較例（基準）よりも高い。一方、モル比率が７０モル％以上（Ｎｏ．６～７）になると低下する傾向にある。
・ＣＯ_２排出量：モル比率が高くなると少なくなる傾向にある。

【0081】

ジオポリマー組成物は、安全性の観点からＮａＯＨ濃度が低く、ＣＯ_２排出量も少ないことが望ましい。一方で、ＮａＯＨ濃度を低減するとともに、施工性（流動性）及び圧縮強度を確保することも必要である。モル比率が７０モル％までは、１５打フロー比は良好な範囲であった。圧縮強度比は、封かん養生ではモル比率が７０モル％まで比較例（基準）よりも向上しており、蒸気養生では適切な範囲であった。したがって、Ｎｏ．２～６の実施例を総合評価「〇：良好」とした。これらの結果から、アルカリ源に含まれるアルカリ全体に対する、炭酸アルカリに含まれるアルカリの比率が０より大きく７０モル％以下であるジオポリマー組成物は、良好なフレッシュ性状を有し、封かん養生では、圧縮強度を比較例（基準）より向上させることができ、蒸気養生では、適切な圧縮強度を維持することができる。さらに、このようなジオポリマー組成物はＮａＯＨの使用量を低減して安全性を向上しつつ、ＣＯ_２排出量を削減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本開示によれば、安全性を向上するとともに圧縮強度を高くすることが可能なジオポリマー組成物及びその製造方法が提供される。高い圧縮強度を有するジオポリマー硬化体が提供される。また、安全性を向上するとともに圧縮強度を高くすることが可能なジオポリマー組成物を簡便に調製することが可能なジオポリマー組成物調製用キットが提供される。

【手続補正書】

【提出日】2023-05-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項5】

前記無機フィラー、前記シリカフューム、及び前記遅延剤を含む固体組成物を調製する第１調製工程と、
前記水酸化アルカリ、前記水、前記減水剤、及び前記消泡剤を含む液体組成物を調製する第２調製工程と、を有し、
前記固体組成物及び前記液体組成物の少なくとも一方は前記炭酸アルカリを含み、
前記混合工程では、前記固体組成物と前記液体組成物とを配合して前記原料を混合し前記ジオポリマー組成物を得る、請求項１に記載のジオポリマー組成物の製造方法。