著者名：Mukund Lahoti, Kang Hai Tan, En-Hua Yang
論文タイトル：A critical review of geopolymer properties for structural fire-resistance applications
掲載誌名：Construction and Building Materials
出版年：2019
巻数：221
ページ範囲：514–526
研究の背景と動機
構造物を火災から保護することは非常に重要です。ジオポリマーは幅広い用途を持つ新しい材料であり、本レビュー論文では、高温暴露下でのジオポリマーの特性を批判的に検討することにより、ジオポリマーが構造物の耐火性を向上させる可能性を評価することに重点を置いています。
ジオポリマーの特性は、マイクロスケール、メソスケール、マクロスケールの3つの尺度で分類され、詳しく議論されています。ジオポリマーは化学的に安定しており、OPC水和生成物とは異なり、化学構造の崩壊は起こらないことが注目されています。マクロクラックを引き起こすジオポリマーで発生する熱変形について議論します。
ジオポリマーの圧縮強度は、微細構造の変化（クラック形成、細孔構造の変化、緻密化、焼結、溶融など）と相組成の変化（結晶の成長または破壊、ジオポリマーペーストの変態など）の影響を受けることが観察されています。ジオポリマーベースのバインダーは、ポルトランドセメントベースのバインダーと比較して、本質的に優れた耐火性を示します。ただし、優れた化学的安定性、体積変化の抑制、強度耐久性、剥落抵抗を達成するには、慎重な混合設計が必要です。前駆体の選択、骨材の使用、ジオポリマー中の全アルカリ量、水量などは重要であり、制御する必要があります。これらの要因の影響について、この記事では詳しく説明します。高温耐性や耐火性を実現したジオポリマーの最新の応用例についても簡単に紹介します。
解決できたこと
ジオポリマーは化学的に安定しており、高温暴露下でも化学構造の崩壊を起こしません。これは、OPC水和生成物（水酸化カルシウム、ケイ酸カルシウム水和物など）が熱暴露によって深刻な劣化を起こすのと対照的です。
ジオポリマーの熱変形は、ジオポリマーの組成や混合設計、合成手順によって異なります。ジオポリマーは、マイクロスケール（化学構造の安定性）、メソスケール（変形に対する抵抗）、マクロスケール（強度耐久性と剥落抵抗）において良好な性能を発揮する必要があります。多くの研究者がジオポリマーのマイクロスケールでの性能を報告しており、ジオポリマーは化学的に安定しており、OPC水和生成物とは異なり、化学構造の崩壊を起こさないことが注目されています。
ジオポリマーの圧縮強度は、微細構造の変化（クラック形成、細孔構造の変化、緻密化、焼結、溶融など）と相組成の変化（結晶の成長または破壊、ジオポリマーペーストの変態など）の影響を受けます。ジオポリマーの圧縮強度は、高温暴露下で、前駆体の選択、骨材の使用、ジオポリマー中の全アルカリ量など、多くの要因の影響を受けます。
ジオポリマーベースのバインダーは、ポルトランドセメントベースのバインダーと比較して、本質的に優れた剥落抵抗を示します。ジオポリマーは、適切な混合設計により、優れた化学的安定性、体積変化の抑制、強度耐久性、剥落抵抗を達成できます。
研究の貢献
著者らは、構造物の耐火性を向上させるためのジオポリマーの特性について、批判的にレビューしました。ジオポリマーは、化学的に安定しており、高温暴露下でも化学構造の崩壊を起こさないことを発見しました。また、ジオポリマーの熱変形とマクロクラックは、ジオポリマーの組成や混合設計、合成手順によって異なることも明らかにしました。さらに、ジオポリマーの圧縮強度は、微細構造の変化と相組成の変化の影響を受けます。ジオポリマーベースのバインダーは、ポルトランドセメントベースのバインダーと比較して、本質的に優れた剥落抵抗を示します。ジオポリマーの性能を向上させるためには、前駆体の選択、骨材の使用、全アルカリ量、水量など、多くの要因を考慮する必要があります。
実世界への応用と影響
ジオポリマーは、セメントやコンクリート、耐熱・耐火材料、断熱材、熱エネルギー貯蔵コンクリート、耐火材、鋼鉄の耐火保護のための発泡コーティング、セラミック形成のための前駆体など、幅広い用途があります。ジオポリマーは、耐熱軽量コンクリートや耐摩耗・耐熱工業用機器の製造に用いられています。ジオポリマーは、軽量充填剤（バーミキュライトやパーライト）を充填した複合材として、高温機器の断熱材に使用されています。また、エレベーターの耐火扉や、ストーブの熱面に耐熱気泡コンクリートタイルを接着するための耐熱接着剤として使用されています。
今後の展望と未解決の課題
ジオポリマーは、構造用途に適した、耐火性と機械的性能に優れた、環境に優しい建設材料として期待されています。しかし、ジオポリマーが高温暴露下で良好な構造性能を発揮するためには、マイクロスケール（化学構造の安定性）、メソスケール（変形に対する抵抗）、マクロスケール（強度耐久性と剥落抵抗）において良好な性能を発揮する必要があります。
今後の研究では、マイクロスケール、メソスケール、マクロスケールの特性間の相互関係、高温暴露下でのジオポリマーの反応メカニズム、高温暴露下での最良の性能を実現するためのジオポリマーの最適な配合について、より深く理解する必要があります。
学術的位置付けと読者へのインパクト
本研究は、構造物の耐火性を向上させるためのジオポリマーの特性を、批判的に検討したものです。本研究は、ジオポリマーの化学的安定性、熱変形、圧縮強度、剥落抵抗などの特性について、多くの新しい知見を提供しています。また、ジオポリマーの混合設計に関する重要な指針を提供しており、読者がジオポリマーの耐火性能を向上させるための最適な混合設計を選択するのに役立ちます。
本研究は、ジオポリマーの耐火性能に関する学術的な理解を深めるとともに、読者の専門知識向上に貢献するものです。また、今後のジオポリマー研究の発展に貢献するものであり、より安全で持続可能な建築材料の開発に貢献すると期待されます。
本記事は学術論文の要約であり、原著作者および出版社の権利を尊重しています。詳細な情報や正確な引用については、原論文を参照してください。