硬化ポルトランドセメントの機械的性能と熱安定性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2036 (2023) この記事を引用

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本研究では、普通ポルトランドセメント（OPC）の一部代替として再生ミョウバン汚泥（RAS）を異なる比率（5、10、15質量％）で使用する可能性を検討し、セメント生産が直面する問題の解決にも貢献することを目的としています。大量の水処理汚泥廃棄物の備蓄として。 MnFe2O4 スピネル ナノ粒子 (NMF) を使用して、さまざまな OPC-RAS ブレンドの機械的特性と耐久性を詳しく調べました。 圧縮強度、嵩密度、吸水性、および焼成試験に対する安定性の結果により、OPC の代替として RAS 廃棄物を利用することの適合性が確実になりました (上限 10%)。 OPC-RAS ペースト内に異なる用量の NMF ナノ粒子 (0.5、1、2 質量 %) を含めることで、物理機械的特性と焼成に対する安定性が向上した硬化ナノ複合材料の構成が促進されます。 90% OPC、10% RAS、0.5% NMF で作られた複合材料は最良の特性を示し、一般建設用途に最適な選択と考えられます。 熱重量分析 (TGA/DTG)、X 線回折分析 (XRD)、および走査型電子顕微鏡 (SEM) 技術。 NMF 粒子は、イルバイト (CFSH)、ケイ酸カルシウム水和物 (CSH)、MnCSH、ヌシュワニンガイト [Mn2 SiO3(OH)2 H2O]、[(Mn, Ca) Mn4O9⋅ などの巨大な相の形成を実証したため、NMF 粒子のプラスの影響を確認しました。 3H2O]、アルミノケイ酸カルシウム水和物（CASH）、緑黄緑石[(Ca, Mn)2SiO4]、およびカルシウムフェライト水和物（CFH）。 これらの水和物は、焼成時の硬化したナノ複合材料の堅牢性と耐劣化性を高めました。

最近、建設分野で大きな飛躍が見られ、研究者の試みは非常に大きくなり、コンクリート中のセメントの便利な代替品（部分的または完全に代替）を見つける方法に焦点が当てられています1。 世界の温室効果ガス排出量の約 5% はセメント産業から生じます (1 トンのポルトランド セメントの製造中に、約 1 トンの CO2 が生成されます)。 さらに、セメント産業は非常に高価になり、エネルギーと天然資源を大量に消費します。 したがって、セメント生産産業の経済的および環境的問題の解決が非常に緊急になっています2,3。

幸いなことに、一部の産業廃棄物のリサイクルは、将来的に重要な課題のリスクを軽減するために不可欠な方法になります。 したがって、建築産業分野でこれらの廃棄物を使用すると、主に埋め立て面積の削減、コストの削減、エネルギーの節約、人間の健康への危険が最小限に抑えられる環境保護、および資源の節約といったいくつかの利益がもたらされます4、5、6。 多くの研究者による以前および最近の研究では、多くの固形副産物（産業廃棄物または農業廃棄物）が持続可能な建設分野で再利用されてきました。 これらの固体副産物の有名な例としては、セラミック廃棄物 7,8、廃大理石ダスト 9,10、ガラス廃棄物 11、フライアッシュ 12,13、レンガ廃棄物 14、バガス灰 15、もみ殻灰 16、スラグ (GGBFS)17 およびシリカフューム (SF) が挙げられます。

水処理汚泥（WTS）の処分は深刻な国際問題となっている19。 一般に、水処理中に得られる余剰汚泥を水路に降ろしたり埋め立て地に排出したりすることは、大きな環境問題と考えられています20。 水処理スラッジの特殊な特性を利用して、環境リスク、費用対効果を最小限に抑え、持続的な建材生産における協力を図るために、クリンカーやその他の焼結セラミック材料の製造に必要な粘土を部分的に置き換える際にその使用が強く推奨されます21。 いくつかの研究では、コンクリート 22 およびモルタル 23 の補助セメント質材料に水処理スラッジ (WTS) を使用する実現可能性を評価しました。

スピネル化合物は式 DT2O4 (一方、D は Ca、Mg、Cu、Ni、Fe、Mn、Co、Zn などの二価カチオンを表し、T は Al、Fe、Cr などの三価金属を表します) を持ち、技術的には物理的特性による実質的な材料。 スピネルフェライトは、[M2+-] テトラ [Fe3+] オクタ O4 の結晶構造を持ち、M2+ は Mg2、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+2 などの二価イオンを表します。