Experimental investigation on concrete using cellulose nanofibers

纤维素纳米纤维混凝土的实验研究

• 批准号: 22KF0029
• 负责人: 西脇 智哉
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0029/
• 关键词: 超高強度セメント系複合材料; ナノ繊維; マクロ繊維; セルロースナノファイバー; 補強繊維; 力学特性; 微細構造; 耐久性

本研究課題では、圧縮強度が150 N/mm2程度以上の超高強度モルタルに対して、ナノレベルからマクロレベルまでの各種補強繊維を組み合わせて用いることにより、力学特性や耐久性の飛躍的な向上を実現するための調合設計方法の確立を目指した検討を行っている。ここでは、セルロースナノファイバー（CNF）をはじめとするナノサイズの補強繊維から、針状の構造を持つ鉱物であるワラストナイト、鋼繊維や合成樹脂繊維などに代表されるミクロン・ミリメートルオーダーの補強繊維を組み合わせて用いることを検討し、性能向上を実現できる調合を見出すための検討を、実験を中心に行った。圧縮・曲げ・引張・引抜試験などを実施し、それらの結果から異なるスケールの繊維間の相互作用により、マトリックス部分が補強されることでマクロ繊維（鋼繊維）の付着性状と引抜強度の向上することを確認した。ナノ繊維は微細ひび割れの発生とその成長を制御できる一方で、靭性への影響は極めて限定的であり、靭性の向上に寄与するミクロ繊維との組み合わせにより靭性の向上に寄与する。加えて、吸水性や塩化物透過性など耐久性に影響する項目についても、腐食促進試験により検討した。ナノ繊維とミクロ繊維を適切な量で組み合わせは、水和反応の継続に寄与してマクロ繊維とセメントマトリックス間の界面領域の改善に寄与することを確認した。これらの性状は、水和生成物中の微細構造の変化と生成相を、SEM観察、XRDなどの試験により評価した。一例として、ワラストナイトは養生期間中にケイ酸カルシウムイオンの放出などにより反応を促進して強度増進に寄与する。また、ワラストナイトの吸水性により、補強繊維とセメントマトリックス界面の緻密化に寄与するものと考えられる。また、反応性の高いCNFは核生成サイトとして機能し、セメント水和の初期段階を促進させて圧縮強度や曲げ強度の向上に寄与する。

This research topic is to discuss the establishment of a blending design method for ultra-high strength composites with compressive strength of 150 N/mm2 or more, and the application of various reinforcing components in the composite of mechanical properties and durability. CNF is a kind of composite resin, which is composed of steel and synthetic resin. CNF is composed of steel and synthetic resin. The results of the compression, tension and traction tests are different from those of the interaction between the two dimensions. The growth of micro-fracture is controlled by one side, the influence of toughness is limited by the other side, and the toughness is transmitted upward. The effects of additives, water absorbency and compound permeability on durability are discussed in the following items: corrosion promotion test To confirm the improvement of the interface area between the two components, the appropriate amount of the component is required to combine the components, water and water. The properties of the samples were evaluated by SEM, XRD and SEM. For example, during the maintenance period, the release of acid and the increase in the intensity of reaction For example, the water absorption, reinforcement and densification of the interface of the polymer are discussed. CNF is highly reactive and has the ability to generate nuclear energy, promote the initial stages of water and gas, and increase the compression and bending strength.