レッドマッドベースのジオポリマーグラウトの開発と性能：固形廃棄物の利用を可能にする

科学分野:

• ジオポリマー化学と材料科学; 土木工学と建設資材; 持続可能で低炭素なインフラ開発

背景:

• シールドトンネル建設には、安定性と耐久性のための特殊なグラウト材が必要です。; 従来のグラウト材は、しばしば大きな環境負荷を伴います。; 地下工学における持続可能で高性能なグラウトソリューションの必要性が高まっています。

研究 の 目的:

• レッドマッド（RM）と石炭系メタカオリン（CMK）を使用したジオポリマーグラウト材を開発および最適化し、シールドトンネルのテールグラウトに使用します。; 配合設計の主要パラメータがジオポリマーグラウトのフレッシュ性、機械的特性、微細構造、および電気的特性に与える影響を調査します。; 実用的な工学用途のための性能最適化配合と費用最適化配合の両方を特定します。

主な方法:

• RM/CMK比率、SiO2/Na2Oモル比率、Na2O含有量、および水の量とバインダーの比率の影響を体系的に研究するための直交実験計画（3水準、4因子）を使用しました。; グラウト特性に対する変数の影響を分析するために、2次多項式回帰モデルを使用しました。; 電気抵抗率および電気化学的インピーダンス分光法（EIS）を使用した電気的性能評価。; X線回折（XRD）および走査型電子顕微鏡（SEM）を使用した微細構造および鉱物学的特性評価。

主要な成果:

• 水の量とバインダーの比率（w/b）およびNa2O含有量は、グラウトの流動性、安定性、および凝固時間に大きな影響を与えます。; Na2O含有量とSiO2/Na2O比率の間の相乗効果は、N-A-S-Hゲル形成と機械的強度を高めます。; 最適化されたジオポリマーは、コンパクトな微細構造、制限されたイオン輸送、および優れた電気化学的安定性を示し、耐食性を保証します。; 性能最適化配合は28日強度9.12 MPaを達成し、費用最適化配合は1トンあたり20.76ドルで特定されました。

結論:

• 開発されたジオポリマーグラウト材は、シールドトンネルグラウトの要件を効果的に満たします。; この材料は、性能、経済的実行可能性、および環境上の利点のバランスを取り、工学用途に強力な可能性を示しています。; この研究は、レッドマッドのような工業副産物の利用を通じて、地下建設における持続可能な実践に貢献します。