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セメントを使用しない低炭素型・ 高耐久ジオポリマーコンクリート
大分高専 都市・環境工学科
教授 一宮 一夫
本技術の概要
日経コンストラクション ２０１２ ４．９
開発の背景
セメント製造で大量のＣＯ２が排出
国 内 処分場の不足 外 国 排出量の増加
国 内 総排出量の約５％ 全世界 総排出量の約１０％
フライアッシュの処分
ジオポリマー（GP）とは？
アルミナシリカ粉末（活性フィラー）と アルカリシリカ溶液（ＧＰ溶液）の反応で形成される非晶質の縮重合体（ポリマー）の総称
画像：クフ王のピラミッド (ギザの大ピラミッド) Wikimediaより引用
ピラミッド取材記
ピラミッドの巨大ブロック は人造石か 山口大学名誉教授 池田 攻 ｾﾒﾝﾄ・ｺﾝｸﾘｰﾄ No.767，768，2011
活性ﾌｨﾗｰ ＧＰ溶液 骨材
珪酸ナトリウム （水ガラス，珪酸ソーダ）
珪酸カリウム（珪酸カリ）
ＧＰコンクリートの構成
フライアッシュ
高炉スラグ微粉末
下水汚泥
もみ殻灰
水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）
水酸化カリウム（苛性カリ）
新技術の特徴・従来技術との比較
・ セメントに比べ、CO2を約８０％削減できる。
・ 産業副産物の有効利用が図れる。
・ 圧縮強度は、セメントコンクリートと同レベルまで発現可能。
・ 固化成分にＣａが少ないため，酸に対する抵抗性が高い。
・ アルカリ骨材反応が発生しにくい。
• 給熱養生が必要なため，主として二次製品（工場製品）として用いられる。
• 耐酸性に優れることから，下水道，酸性温泉地，地熱発電所などへの利用が考えられる。
想定される用途
実用化に向けた課題
・ 給熱養生が必要（常温で固化しない）。 ・ 可使時間が短い。 ・ 化学混和剤が使えない。 ・ 配合理論や設計法が確立していない。 ・ 製造コストが高い（OPCｺﾝｸﾘｰﾄの1.5倍）。
１．流動性（フロー値）
２．可使時間（フロー値の経時変化）
３．圧縮強度
実験１： 配 合
活性 ﾌｨﾗｰ
ＧＰ 溶液 標準砂
ＧＰモルタルの構成
※幅は容積を表す
フライアッシュ
高炉スラグ微粉末
珪酸ナトリウム（水ガラス）
水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）
水
11
実験項目
実験A GP溶液混合比（＝水ｶ゙ﾗｽ：苛性ｿー ﾀ゙） VS 流動性，可使時間，強度
実験B GP溶液／活性フィラー VS 流動性，可使時間，強度
実験C 練混ぜ時間 VS 流動性，強度
実験D BS置換率 VS 流動性，強度
実験E 材齢 VS 強度
実験F 蒸気養生時間VS 強度
12
使用材料
分類 項目 材料
GP ﾓﾙﾀﾙ
活性ﾌｨﾗｰ FA１種 + BS
GP溶液 水ガラス + 苛性ソーダ + 水
細骨材 標準砂
OPC
ﾓﾙﾀﾙ
ｾﾒﾝﾄ 普通ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ
水 水道水
細骨材 標準砂
BS
FA１種 BS MgO 1.51 5.87 Al2O3 32.34 16.84 SiO2 52.29 31.11 P2O5 0.67 ー SO3 0.76 2.84 K2O 1.03 0.83 CaO 2.53 41.44 TiO2 1.40 0.51 Fe2O3 7.37 0.31 MnO ー 0.26 SrO 0.11 ―
FA１種
使用材料：活性フィラー
BS混入率 (vol.%) GP溶液 FA BS 標準砂
0
244.2
533.6 0.0
1535.4 10 480.3 66.0 20 426.9 132.0 30 373.6 198.0
配合
水 セメント 標準砂
255.9 511.8 1535.4
GPモルタル
OPCモルタル ※赤文字(BS=10%）は基準配合
蒸気A
常温
養生（ＧＰモルタル）
蒸気B
9hr
60℃
6hr 3hr
60%RH
90%RH
20℃
60℃ 90%RH
20℃
所定時間
60%RH
90%RH 20℃
9hr 60%RH
実験結果：実験A__GP溶液混合比
フロー値(mm)
2 : 1 3 : 1 4 : 1 100
150
200
250
GP溶液混合比 （水ｶﾞﾗｽ：苛性ｿｰﾀﾞ）
フロー値(mm)
0 100
150
200
250
経過時間（分） 10 20 30 40 50 60
4:1 3:1 2:1
実験結果：実験A__GP溶液混合比
７日強度(N/mm2)
2 : 1 3 : 1 4 : 1
80.0
GP溶液混合比 （水ｶﾞﾗｽ：苛性ｿｰﾀﾞ）
60.0
40.0
20.0
0.0
蒸気
常温
蒸気 常温
圧縮
曲げ
実験結果：実験B__GP溶液/活性ﾌｨﾗｰ
フロー値(mm)
39.7 44.7 49.7 100
150
200
250
GP溶液 / 活性ﾌｨﾗｰ
フロー値(mm)
0 100
150
200
250
経過時間（分） 10 20 30 40 50 60
49.7%
44.7%
39.7%
実験結果：実験B__GP溶液/活性ﾌｨﾗｰ
７日強度(N/mm2)
39.7 44.7 49.7
80.0
GP溶液 / 活性ﾌｨﾗｰ
60.0
40.0
20.0
0.0
蒸気
常温
蒸気 常温
圧縮
曲げ
実験結果：実験C__練混ぜ時間
フロー値(mm)
0 10 100
150
200
250
練混ぜ時間（分） 5 15 20
７日強度(N/mm2) 80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
圧縮
曲げ
0 10 5 15 20
練混ぜ時間（分）
実験結果：実験D__BS置換率
フロー値(mm)
0 10 100
150
200
250
BS置換率（％） 20 30
７日強度(N/mm2) 80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
圧縮
曲げ
0 10
BS置換率（％） 20 30
実験結果：実験E__材齢
強度(N/mm2) 80.0
材齢（日）
60.0
40.0
20.0
0.0
OP 圧縮
曲げ
１ ３ ７ 14 28
GP
OP GP
実験結果：実験F__蒸気養生時間
強度(N/mm2) 80.0
蒸気Ｂ養生時間（時間）
60.0
40.0
20.0
0.0
圧縮
曲げ
24 48 72 0
実験１のまとめ
・ ＧＰ溶液混合比は，水ガラスの割合が大きいほど流動性は向上するが，強度は低下する。
・ ＧＰ溶液／活性フィラーが大きいほど流動性 は向上するが，強度は低下する。 ・ 練混ぜ時間は，流動性や強度に影響しない。 ・ ＢＳ添加率が高いほど圧縮強度が大きい。 ・ 材齢７日で圧縮強度は最大値に達する。 ・ 蒸気養生時間２４時間で圧縮強度は最大値 に達する。
実験２： 耐久性
１．耐酸性
２．アルカリ骨材反応性
試験方法
硫酸浸漬試験
供試体 ： d=5cm，h=10cm 硫酸濃度： 5% 浸漬材齢： １，２，４，８週
アルカリ骨材反応性試験
供試体 ： 4×4×16cm 養生条件： 60℃，90％RH 試験材齢： １２週
実験結果：硫酸浸漬試験（８週）
0
40 20
60 80
100 0 1 2 3 4 5 6 7 8
質量減少率(%)
浸漬材齢(週)
OPC
GP1 GP2
OPC GP1 GP2
※ ＧＰ１はＦＡ１種， ＧＰ２はＦＡ２種 を用いた。
実験結果：アルカリ骨材反応性試験
OPC
GP1
GP2
実験結果：アルカリ骨材反応性試験
膨張ひずみ(μ)
材齢(週)
0
400
800
1200
0 2 4 6 8 10 12 GP1 GP2
OPC
実験結果：アルカリ骨材反応性試験
OPC
GP
反応生成物
実験２のまとめ
・ GPの耐酸性は高く，硫酸浸漬（濃度５％，８週
間）後の形状変化は僅少である。 ・アルカリ骨材反応性に対する抵抗性は高く，促進材齢12週における寸法変化やひび割れの発生は確認できなかった。
企業への期待
・ 流動性や耐凍害性を改善できるＧＰ用の混和
剤を開発して欲しい。 ・ 新たな活用分野を提案して欲しい。
• 発明の名称 ： ジオポリマー組成物および その製造方法
• 出願番号 ： 特願2011-131074 • 出願人 ： 西松建設（株） 高専機構 日本興業（株） • 発明者 ： 原田耕司 一宮一夫 松山哲也
本技術に関する知的財産権
大分高専 総務課企画係
宮本
ＴＥＬ ０９７－５５２ － ６４５０
ＦＡＸ ０９７－５５２ － ６１０６
e-mail kikaku＠oita-ct.ac.jp
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