振動させるとゲル状になり、振動をやめると硬化する次世代コンクリート

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岐阜大学は2020年2月27日、同大工学部化学・生命工学科の木村浩准教授と安部日鋼工業が、物理ゲルの性能を付与した次世代コンクリートを開発し、国内特許を出願したことを発表した。新素材は流動性と作業効率が高く、材料分離が起きず耐久性も高いという。

木村准教授らが開発した次世代コンクリートは、粘土鉱物であるクレイナノシート(合成ヘクトライト、合成スティーブンサイト、合成サポナイト、これらの変性品で直径が10μm未満のナノシート)をセメントに少量混ぜ、物理ゲル特性を付与したものだ。

クレイナノシートは微細な薄片状の形状をしており、水中においてはナノシートの平面部分が負の電荷、端の部分が正の電荷を帯びる。そのためクレイナノシート間では、静電気的な引力と斥力の相互作用が生じ、三次元的なネットワーク構造が形成される。

クレイナノシートが含まれたセメントは、振動させることで、ネットワークを形成していたナノシートがバラバラになり、流動性が高くなる。振動を止めると、ネットワークを形成して瞬時にゲル化する。


本開発技術は、フレッシュコンクリート(練混ぜ直後から、型枠内に打ち込まれて、凝結・硬化に至るまでの状態にあるコンクリート)や、硬化後のコンクリートがはらむ問題の解決に資するものだ。

フレッシュコンクリートは、流動性が低いと充填作業が難しく、流動性が高いと高価で材料分離しやすい。一方、硬化後のコンクリートの耐久性を高めるためには、気体や液体が侵入しにくい緻密な硬化体とする必要がある。

本開発技術によって物理ゲル性能を付与したフレッシュコンクリートは、適度な粘性を持ち、硬化前の状態でも形状を保持できる。振動を与えれば、流動性が高くなり、施工の作業効率が高くなる。材料分離は起きない。

物理ゲル性能を付与したフレッシュモルタル

また、硬化後のコンクリートでは、水分を取り込んだクレイナノシートにより、水和がコンクリート内側からも進み、継続的な水和反応が期待される。そのため、これまでのコンクリートに比べ、硬化体組織が緻密となり、耐久性が高くなる。

クレイナノシートは、入手しやすい自然界由来の無機系材料で、コンクリート練混ぜ時の添加量も少量(わずか数%)でよく、投入作業も簡単。そのため、特別な安全対策や大掛かりな設備投資の必要がない。一方、単位セメント量も従来型の流動性が高いコンクリートに比べて圧倒的に少なく、材料費を削減できる。

岐阜大学と安部日鋼工業は今後、特許技術を実用化し、さまざまな企業や機関と提携して、国内外に普及させることを目指すとしている。

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