エネルギー的に改質されたセメント
火山岩から作られたEMC（ルレオ、スウェーデン、2020年）

エネルギー改質セメント（EMC）は、ポゾラン（フライアッシュ、火山灰、ポゾランなど）、シリカ砂、高炉スラグ、またはポートランドセメント（またはこれらの成分の混合物）から作られるセメントの一種です。[ 1 ]「エネルギー改質」という用語は、原料に適用されるメカノケミストリープロセス、より正確には「高エネルギーボールミル」（HEBM）と呼ばれるプロセスに由来します。簡単に言えば、これは「粉末をボールに繰り返し当てる」ことで、例えば回転ボールミルの低速回転運動と比較して、高速度運動を引き起こす粉砕方法を意味します。 [ 2 ]これにより、材料の熱力学的変化が引き起こされ、化学反応性が高まります。[ 3 ] EMCの場合、使用されるHEBMプロセスは、スウェーデンで発見され、セメント系材料にのみ適用される特殊な振動粉砕法であり、ここでは「EMC活性化」と呼ばれています。[ 4 ]

ポゾランの反応性を向上させることで、強度発現速度が向上します。これにより、コンクリートおよびモルタルの最新の製品性能要件（「技術基準」）への適合が可能になります。ひいては、コンクリートおよびモルタル混合物におけるポルトランドセメントの代替が可能になります。これは、それらの長期的な品質に多くの利点をもたらします。[ 3 ]

エネルギー改質セメントは幅広い用途に使用されています。例えば、EMCは米国の大規模インフラプロジェクトのコンクリートに使用されており、米国のコンクリート基準を満たしています。 [ 5 ]

正当化

スウェーデン、ルレオにあるルレオ工科大学(LTU) キャンパス

「エネルギー的に改質されたセメント」という用語は、1992年にスウェーデンのルレオ工科大学（LTU）で初めて発見された特殊な高強度粉砕プロセスを用いて製造されるセメントの一種を指すために、単純な熱力学的記述子を取り入れています。[ 6 ] [ 7 ]この変換プロセスは、材料を直接加熱するのではなく、完全に機械的に開始されます。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]機械化学的変換のメカニズムはしばしば複雑で、「従来の」熱的または光化学的メカニズムとは異なります。[ 10 ] [ 11 ] HEBMは物理的特性と熱力学的特性の両方を変換することができ、例えば「元素粉末混合物からのガラス形成や、金属間化合物粉末の非晶質化につながる可能性があります。」[ 12 ] HEBM変換の効果は、最終的に修正ギブスエネルギーとなる熱力学的変化を引き起こします。[ 13 ]このプロセスは、変換された材料の結合容量と化学反応速度を向上させます。[ 4 ] [ 14 ]

LTUでは、エネルギー的に改質されたセメントの「自己修復」特性に関する学術研究が継続的に行われています。[ 15 ]例えば、EMCはスウェーデンのElsa ō Sven Thysells stiftelse för konstruktionsteknisk forskning（エルザ＆スヴェン・ティセル建設工学研究財団）から賞を受賞しています。[ 16 ] EMCのメカノケミストリー分野への貢献も認められています。[ 17 ]

語源

「エネルギー改質セメント」という用語は、1992年にウラジミール・ロニンによって初めて使用され、1993年にロニンらが発表した論文で導入され、学術団体「​​北欧コンクリート研究グループ」の公式会議で発表されました。[ 18 ]このプロセスは、ロニンと、レナート・エルフグレン（現在、ロンドン工科大学土木・環境・天然資源工学科名誉教授）を含む他の人々によって改良されました。[ 19 ] 2023年、ロンドン工科大学は、エルフグレン氏の「特にコンクリート建設分野における新たな知識と理解の普及」に対する功績により、「卓越した功績に対する副学長功労賞」を授与しました。[ 20 ]

1996年にベルギーのブリュッセルで開催された第45回世界発明・研究・イノベーション博覧会において、EMCアクティベーションは「エネルギーの改変」で欧州政府間（研究開発）組織であるEUREKAから金メダルを受賞した。[ 21 ]

「エネルギー的に修正された」という用語は、他の場所、例えば2017年などでも使用されていますが、このような使用法は、ここで定義されているEMC活性化方法が使用されたことを意味するものではありません。[ 22 ]

概要

主張されているものは以下の通りである: [ 5 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

  • EMC は、処理される材料に応じて色が変化する微粉末 (すべてのセメントに共通) です。
  • EMC は、ポートランド セメントの製造で使用されるエネルギーの「ほんの一部」のみを使用して製造されます (主張されているエネルギーは ~100 KWh/トン、ポートランド セメントの <8%)。
  • このプロセスではCO2は排出されません。つまり「ゼロエミッション」です。
  • EMCの目的は、現在使用されているモルタルまたはコンクリートにおけるポルトランドセメントの必要量を代替することです。70%以上の代替が期待されています。
  • EMC アクティベーションはドライ プロセスです。
  • 有害なガスは放出されません。
  • EMC アクティベーションは、温度が「サブミクロン」スケールで「瞬間的に極端」になる可能性があるにもかかわらず、低温プロセスです。
  • EMC は熱力学的変換に化学物質を必要としません。
  • EMC には、変換される原材料に応じていくつかの種類があります。
  • ユーザーの要件に応じて、納品される乾燥製品には、少量の「高クリンカー」ポートランドセメントも含まれる場合があります。
  • 各タイプのEMCは、機械的負荷や強度発現など、独自の性能特性を持っています。EMCから鋳造されたコンクリートは、顕著な「自己修復」能力を発揮する可能性があります。
  • 最も頻繁に使用されるEMCは、フライアッシュと天然ポゾランから作られています。これらは比較的豊富に存在する材料であり、その性能特性はポルトランドセメントを上回ることがあります。
  • 2009 年、フライアッシュ EMC は、セメント系高炉スラグの中で最も反応性の高い形態である ASTM C989 の「グレード 120 スラグ」ベンチマークを超えることが実証されました。
  • 珪砂や花崗岩もこのプロセスで処理してポートランドセメントの代替として使用できます。
  • EMC 製品は、独立した研究所によって広範囲にテストされており、連邦道路管理局プロジェクトを含むいくつかの米国運輸省によって使用が認定されています。
  • EMC は、ASTM C618-19 (米国)、EN-197、EN-206、EN 450-1:2012 ( CEN地域、EEAを含む)、BS 8615‑1:2019 (英国)などの各技術規格に準拠しています。
  • ポルトランドセメントを使用する場合と比較して、EMC を使用したコンクリート混合物では、強度発現の要件を満たすために「総セメント含有量」を高くする必要がありません。
  • BASFによる試験では、ポルトランドセメントを天然ポゾラン系EMCで55%置換した場合の28日間の強度発現は14,000 psi / 96.5 MPa（C95以上）でした。これは、コンクリート混合物の「総セメント量」が335 kg/m^3（564ポンド/CY）に相当します。

「低炭素」セメントとしてのEMC

ポルトランドセメントとは異なり、EMCの製造では二酸化炭素が一切排出されません。そのため、EMCは「低炭素セメント」と呼ばれます。[ 8 ]

EMC のCO2削減能力に関する最初の主張は、1999 年になされたものであり、当時は世界のポートランドセメント生産量は年間 16 億トンでした。[ 23 ] [ 28 ] 2011 年から 2019 年にかけて、世界のポートランドセメント生産量は年間 36 億トンから 41 億トンに増加しました。[ 29 ] [注 1 ]エネルギー改質セメントが世界のCO2削減に貢献する可能性は、 2002 年以降外部から認識されており、継続しています。[ 6 ] [ 7 ] [ 9 ]最近の認識には、2019 年のエネルギー移行委員会(アデア・ターナー卿とスターン卿) の報告書「ミッション・ポッシブル セクター別焦点: セメント(2019)」が含まれます。[ 30 ]マッキンゼー・アンド・カンパニーは2020年の報告書「ゼロカーボンセメントの基盤を築く」の中で、「ゼロカーボン」の可能性を認識した。[ 31 ] 2023年には、EMCが「低炭素」材料の実現に貢献したことが、メカノケミストリーの学術分野でさらに認められた。[ 17 ]

生産と現場での使用

米国テキサス州のIH-10 (州間高速道路) における EMC の適用。

製造中に有害な排出物や有毒化学物質は発生しません

EMC活性化は純粋に機械的なプロセスです。加熱や燃焼、さらには化学処理は一切必要ありません。つまり、EMCの製造中に煙は一切発生しません。[ 23 ]

歴史

EMCは1992年以来、幅広い用途のプロジェクトで生産されてきました。[ 5 ] 2010年までに、EMCを含むコンクリートの注入量は約4,500,000立方ヤード（3,440,496 m 3）で、主に米国運輸省のプロジェクトで行われました。[ 5 ]これを文脈に当てはめると、これはフーバーダムと関連する発電所および付属施設の建設全体よりも多く、合計4,360,000立方ヤード（3,333,459 m 3）のコンクリートが注入されました。これは、サンフランシスコからニューヨーク市までの米国の標準的な高速道路に相当します。[ 32 ]

スウェーデンでの初期の使用

初期のプロジェクトでは、シリカ砂EMCを用いたポルトランドセメント50%代替コンクリートが使用されました。これは、1999年にスウェーデンの建設会社Skanskaと共同で、スウェーデンのカルンギにおける道路橋の建設に採用されました。カルンギ道路橋は、カルンギの厳しい亜北極気候と、年間および日中の気温差の激しい環境に耐えてきました。[ 23 ]

米国での使用

アメリカ合衆国では、エネルギー改質セメントは、ペンシルベニア州運輸省、テキサス州運輸省、カリフォルニア州運輸局など、多くの州の運輸局によって使用が承認されている。[ 25 ]

アメリカ合衆国では、フライアッシュ由来のEMCで作られたコンクリートを使用して高速道路の橋や数百マイルの高速道路舗装が建設されました。[ 5 ]これらのプロジェクトには、州間高速道路10号線の一部が含まれています。[ 5 ]これらのプロジェクトでは、コンクリートを流し込んだポートランドセメントの少なくとも50％がEMCで置き換えられました。[ 26 ]これは、エネルギー改質を使用しないプロジェクトで一般的に使用されるフライアッシュの量の約2.5倍です。[ 33 ]独立したテストデータによると、すべてのプロジェクトで28日間の強度発現要件を超えました。2009年には、フライアッシュEMCがASTM C989の「グレード120スラグ」ベンチマークを超えることが実証されました。[ 26 ]

もう一つのプロジェクトは、テキサス州ヒューストン港の旅客ターミナルの拡張であり、塩化物イオンや硫酸イオンの透過性（つまり、海水に対する耐性の向上）に高い耐性を示すコンクリートを生成するためにセメントを改良した能力が要因となった。[ 5 ]

2024年の動向

2024年2月には、アムステルダム港に「EMCセメント」とHESインターナショナルが共同で火山性物質を原料とするEMC製造工場を開発することが発表され、さらに「初期生産能力120万トンの全電化ゼロエミッション工場は、従来のポルトランドセメント工場の10%未満のエネルギーで、年間100万トンのCO2排出量を削減する」とされている。[ 34 ]

EMCから作られたコンクリートとモルタルの特性

図：コンクリートの耐久性試験法「バッチ法」。[ 35 ] [注2 ]

最終用途に合わせたカスタム設計

EMCから作られたモルタルやコンクリートの性能は、カスタム設計が可能です。例えば、EMCコンクリートは、一般的な用途（強度と耐久性）から、急速硬化型および超急速硬化型の高強度コンクリート（例えば、24時間で70 MPa / 10,150 psi以上、28日で200 MPa / 29,000 psi以上）まで、幅広い用途に対応できます。[ 24 ]これにより、エネルギー的に改質されたセメントから高性能コンクリートが得られます。[ 24 ]

EMCコンクリートおよびモルタルの耐久性

EMC活性化を受けたセメント質材料は、EMC活性化処理されたポルトランドセメントを含め、耐久性が向上する可能性が高い。[ 24 ]ポゾランEMCに関しては、ポゾランEMCから作られたコンクリートは、ポルトランドセメントから作られたコンクリートよりも耐久性が高い。[ 36 ]

EMC活性化処理を施したポルトランドセメントは、高性能コンクリート（HPC）を生成します。これらのHPCは、未処理のポルトランドセメントから作られたHPCと比較して、強度、耐久性、強度発現性において優れた特性を示します。[ 24 ]ポルトランドセメントをEMC活性化処理すると、強度発現性が約50%向上し、一般に認められた方法による測定で耐久性も大幅に向上する可能性があります。[ 24 ] [ 35 ]

塩水攻撃に対する耐性の強化

添加剤を含まない普通ポルトランドセメントから作られたコンクリートは、塩水に対する耐性が比較的低い。[ 35 ]一方、EMCは塩化物イオンおよび硫酸イオンに対する耐性が高く、アルカリシリカ反応性（ASR）が低い。[ 26 ]例えば、「バッチ法」に従って耐久性試験が行われた（図参照）。28日間養生した後、圧縮強度がそれぞれ180.3 MPa（26,150 psi）および128.4 MPa（18,622 psi）であるHPCサンプルをバッチ法で試験した。サンプルは、(a) EMC（EMC活性化処理済みのポルトランドセメントとシリカフュームを含む）と(b) ポルトランドセメントから作られた。耐久性を判定するために、得られた質量減少をプロットした。比較として、試験結果は以下の通りであった。

  • 一方、基準となるポートランドセメントコンクリートは「バチェ法による約16サイクル後に完全に破壊され、これはバチェ自身の高強度コンクリートに関する観察と一致している」[ 24 ] [ 35 ]。
  • EMC高性能コンクリートは、80バッチサイクルの試験期間全体を通じて「一貫した高レベルの耐久性」を示し、例えば「コンクリートのスケーリングはほとんど観察されなかった」。[ 24 ]

言い換えれば、ポルトランドセメントをEMC活性化プロセスで処理すると、強度の発達が約50％増加し、一般的に受け入れられている方法で測定した場合、耐久性も大幅に向上する可能性があります。[ 24 ]

EMCコンクリートの低浸出性

2001年、スウェーデンの発電会社から依頼を受け、LTUはフライアッシュを原料とするEMCで製造されたコンクリートの浸出性試験をスウェーデンで実施しました。この試験により、このコンクリートは「環境に関連するすべての金属」に関して「表面比浸出性が低い」ことが確認されました。[ 37 ] [ 38 ]  

火山性物質などのポゾランを使用したEMC

EMC の「自己修復」特性を実証します...介入がなければ、亀裂は4.5ヶ月後に完全に自然に埋まった[注3 ]

ポゾランEMCの自己修復特性

天然のポゾラン反応は、これらの材料を含むモルタルやコンクリートに「自己治癒」を引き起こす可能性があります。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] EMC活性化プロセスは、これらのポゾラン反応の発生確率を高める可能性があります。[ 43 ] [ 44 ]同じ傾向が、ビザンチン皇帝ユスティニアヌス（現在のトルコ、イスタンブール）のために建てられたアヤソフィアの様々な支持構造物でも観察され、研究されています。[ 45 ]そこでは、ほとんどのローマセメントと同様に、ポゾランを多く含むモルタルが使用されていました。これは、地震による応力の影響に対する耐性を高めるためと考えられていました。[ 46 ]

ポゾラン材料から作られたEMCは「生体模倣」自己修復能力を示し、その発達過程を写真に撮ることができる（写真挿入参照）。[ 39 ]

カリフォルニアポゾランを使用したEMC

ポルトランドセメントの少なくとも50％をEMCに置き換えて製造されたコンクリートは、大量使用において一貫した現場結果が得られています。[ 26 ]これは、天然ポゾラン（例えば、火山灰）から作られたEMCの場合にも当てはまります。[ 47 ]

南カリフォルニアの火山灰堆積物が独立機関によって試験され、ポートランドセメントを50%置換したコンクリートは、関連する米国規格の要件を上回りました。[ 48 ] 28日目の圧縮強度は4,180 psi / 28.8 MPa ( N /mm²)でした。56日目の強度は、アメリカコンクリート協会が推奨する安全余裕を考慮しても、4,500 psi (31.1 MPa)コンクリートの要件を超えました。[ 49 ]このようにして製造されたコンクリートは作業性が高く、十分な強度があり、 7日目と28日目の両方でポゾラン活性の75%基準を超えました。 [ 48 ]コンクリート中のポゾランの表面平滑性も向上しました。[ 48 ]

ポゾラン反応への影響

アメリカ合衆国南カリフォルニアにある火山灰堆積物。

EMC活性化は、ポゾランのポゾラン反応に対する化学的親和性を高めるプロセスです。[ 43 ] [ 44 ]これにより、未処理のポゾランよりも高い置換率で、得られるコンクリートの強度発現が速く、より大きくなります。[ 26 ] [ 47 ]これらの変換された（現在では高反応性ポゾランとなっている）ポゾランは、通常、様々な水和生成物を最終目標とする既知のポゾラン反応経路を用いることで、さらなる利点を示します。EMCに関するNMR研究では、EMC活性化によって「 C3S結晶の周囲に薄いSiO2層が形成される」ことが結論付けられ、これが「ポゾラン反応を加速し、より広範な水和生成物の網目構造の成長を促進する」ことが示されました。[ 50 ]

簡単に言えば、コンクリートにポゾランを使用することで、多孔質（反応性）のポートランド石を、通常のセメントで生成される多孔質で柔らかく比較的反応性の高い炭酸カルシウムではなく、硬くて不浸透性の（比較的非反応性の）化合物に変換することができます。[ 51 ]ポゾラン化学の最終製品の多くは、モース硬度スケールで7.0を超える硬度を示します。「自己修復」機能は、機械的ストレスが存在する可能性のある現場での耐久性の向上にも貢献する可能性があります。

ポゾランコンクリートの利点をより詳細に理解するには、コンクリート（EMCを含むコンクリートを含む）において、ポルトランドセメントが水と結合して複雑な一連の化学反応を経て石のような物質を生成するという理解から始まります。そのメカニズムは未だ完全には解明されていません。この化学反応は鉱物水和反応と呼ばれ、コンクリート中に2つのセメント化合物、すなわちケイ酸カルシウム水和物（CSH）と水酸化カルシウム（Ca(OH) 2）を形成します。この反応は、以下の3つの方法で説明できます。[ 52 ]

  • 標準表記:  カルシウム3SiO5+H2お⟶（酸化カルシウム）⋅（SiO2）⋅（H2お）+カルシウム（おお）2{\displaystyle {\ce {Ca3SiO5 + H2O -> (CaO) * (SiO2) * (H2O) + Ca(OH)2}}}
  • バランス：  2カルシウム3SiO5+7H2お⟶3酸化カルシウム⋅2SiO2⋅4H2お+3カルシウム（おお）2{\displaystyle {\ce {2Ca3SiO5 + 7H2O -> 3CaO * 2SiO2 * 4H2O + 3Ca(OH)2}}}

基礎となる水和反応により、次の 2 つの生成物が形成されます。

  1. コンクリートに強度と寸法安定性を与えるケイ酸カルシウム水和物（CSH）。セメントペースト中のCSHの結晶構造は未だ完全に解明されておらず、そのナノ構造については依然として議論が続いている。[ 53 ]
  2. 水酸化カルシウム（Ca(OH) 2 ）は、コンクリート化学ではポートランド石とも呼ばれます。ケイ酸カルシウム水和物と比較すると、ポートランド石は比較的多孔質で、浸透性があり、柔らかい（モース硬度2～3 ）です。[ 54 ]また、柔軟な劈開片を持つ切断性もあります。[ 55 ]ポートランド石は水に溶けやすく、アルカリ性溶液を生成するため、コンクリートの酸に対する耐性が低下する可能性があります。[ 36 ]

ポルトランド石は、ポゾランセメント系材料を含まないポルトランドセメントで作られたコンクリートの約25％を占めます。[ 51 ]このタイプのコンクリートでは、炭酸化と呼ばれるプロセスで、二酸化炭素がゆっくりと吸収され、ポルトランド石が不溶性の炭酸カルシウム（CaCO3 ）に変換されます。[ 51 ]

カルシウム（おお）2+二酸化炭素2⟶炭酸カルシウム3+H2お{\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O}}}

鉱物としての炭酸カルシウムは、その形成過程によって幅広い硬度を示します。最も柔らかい炭酸カルシウムは、コンクリート中でチョーク状（モース硬度1.0 ）に形成されます。ポートランド石と同様に、鉱物としての炭酸カルシウムは多孔質で透過性があり、酸に対する耐性が低いため、二酸化炭素を放出します。

しかし、EMCを含むポゾランコンクリートは、水和プロセスが続くにつれて柔らかく多孔質のポートランド石を消費し続け、炭酸カルシウムではなくケイ酸カルシウム水和物（CSH）としてさらに硬化したコンクリートに変えます。 [ 51 ]これにより、密度が高く、透水性が低く、耐久性のあるコンクリートになります。[ 51 ]この反応はポートランド石とケイ酸（H 4 SiO 4 ）の間の酸塩基反応であり、次のように表すことができます。[ 56 ]

カルシウム（おお）2+H4SiO4⟶カルシウム2++H2SiO42−+2H2お⟶カルシウム2SiO4⋅2H2お{\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + H4SiO4 -> Ca^2+ + H2SiO4^2- + 2H2O -> CaH2SiO4 * 2H2O}}} [注4 ]

さらに、多くのポゾランにはアルミン酸塩（Al(OH) 4 −）が含まれており、これがポートランド石と水と反応して次の物質を形成します。

ポゾランセメントの化学（高アルミネートセメントの化学と同様に）は複雑であり、それ自体は前述の経路に制約されません。例えば、ストレトリンガイトは様々な方法で生成され、コンクリートの強度を高める以下の反応式もその一つです。[ 59 ] [ 60 ]

C 2 AH 8   + 2CSH + AH 3   + 3H → C 2 ASH 8     （セメント化学表記）[ 61 ] [ 62 ]

コンクリートの化学的性質におけるポゾランの役割は完全には解明されていません。例えば、ストレトリンガイトは準安定であり、高温・高水分環境（コンクリートの硬化初期段階で発生する可能性があります）では、それ自体が安定なカルシウムアルミニウムガーネットを生成する可能性があります（上記の最初の箇条書きを参照）。[ 63 ]これは次の式で表すことができます。

3C 2 AH 8     → 2C 3 AH 6   + AH 3   + 9H（セメント化学表記）[ 64 ]

最初の箇条書きの通り、カルシウムアルミニウムガーネットの含有自体は問題ではないものの、前述の経路によって生成される場合、コンクリートに微小ひび割れや強度低下が生じる可能性があります。[ 65 ]しかし、コンクリート混合物に高反応性ポゾランを添加することで、このような変換反応を防ぐことができます。[ 66 ]つまり、ポゾランは硬化材料を形成するための様々な化学経路を提供しますが、高炉スラグ（GGBFS）などの「高反応性」ポゾランは、特定の経路を安定化させることもできます。この点において、フライアッシュから作られたEMCは、米国規格ASTM C989に準拠した「120スラグ」（すなわちGGBFS）を含むコンクリートと同じ特性を満たすコンクリートを生産することが実証されています。[ 26 ] [ 67 ]

ポートランド石は、低温、湿潤、結露にさらされると硫酸イオンと反応して白華現象を引き起こす可能性があります。一方、ポゾラン化学は利用可能なポートランド石の量を減らし、白華現象の進行を抑制します。[ 68 ]

EMCアクティベーション

非晶質化：HEBM中の衝突の瞬間を描いた図。[ 69 ]

EMC活性化の目的は、処理される物質の結晶構造を根本的に破壊し、非晶質にすることです。[ 43 ]この変化は処理される物質の化学反応性を高めますが、 EMC活性化のプロセス 中に化学反応は引き起こされません。

メカノケミストリーは、簡単に言えば、「機械的エネルギーの直接吸収によって開始または加速される化学反応を研究する分野」と定義できます。[ 17 ]より専門的には、「機械的エネルギーの影響によって生じるあらゆる凝集状態にある物質の化学的および物理化学的変化」に関わる化学の一分野と定義できます。[ 70 ] IUPACはメカノケミストリーという用語の標準的な定義を持っていませんが、「メカノケミカル反応」を「機械的エネルギーの直接吸収によって誘発される」化学反応と定義し、「せん断、伸張、粉砕は、反応部位をメカノ化学的に生成する典型的な方法」と述べています。[ 71 ] [ 72 ]

より狭義には、「機械的活性化」という用語は1942年に初めて「化学的に変化しない物質の反応能力を高めるプロセス」として定義されました。[ 73 ]さらに狭義には、EMC活性化は、セメント系材料への高エネルギーボールミル（HEBM）の適用に限定された特殊な形態の機械的活性化です。さらに狭義には、EMC活性化は振動ミルを使用し、その場合でも、独自の粉砕媒体のみを使用します。[ 43 ] 2023年に出版された機械化学に特化した学術教科書に記載されているように、EMC活性化は、代替セメント材料の反応性と、その結果として得られるコンクリートキャストの物理的特性に変化をもたらす効果を「印象的に実証」しています。[ 17 ]

熱力学的正当性

より具体的には、HEBMは物質の化学ポテンシャルエネルギーを増加させることで、その化学反応性を高めると説明できます。EMC活性化では、伝達された機械的エネルギーは、物質の結晶構造を破壊することで生じる格子欠陥として物質に蓄えられます。したがって、このプロセスは固体物質を熱力学的および構造的に不安定な状態へと変換し、その反応性の向上をギブスエネルギーの増加として説明することができます。[ 74 ]

ΔG＝GT∗−GT{\displaystyle \Delta G=G_{T}^{*}-G_{T}}  ここで、温度 の場合、および の項は、処理済み材料と未処理材料のそれぞれのギブス値です。T{\displaystyle T}GT∗{\displaystyle G_{T}^{*}}GT{\displaystyle G_{T}}

最も単純な場合、HEBMは結晶結合を破壊し、材料の反応性を高めます。[ 75 ]熱力学的な観点から見ると、その後の化学反応は活性化物質（すなわち反応物）の過剰エネルギーレベルを低下させ、より低い化学エネルギーとより安定した物理的構造の両方を備えた新しい成分を生成します。逆に、前処理された材料をより反応性の高い物理的状態にするために、HEBMプロセス中の無秩序化プロセスは、部分的に体積増加（嵩密度の低下）をもたらす脱結晶化（したがってエントロピー増加）と同等であると正当化できます。「緩和」と呼ばれることもある逆のプロセスは、ほぼ即座に（10 -7～ 10 -3秒）起こる場合もあれば、はるかに長い時間（例えば10 6秒）かかる場合もあります。[ 76 ]最終的に、保持される全体的な熱力学的効果は、そのような逆のプロセスが自発的に理想的な熱力学的終状態に到達できないという理由で正当化されます。その結果、鉱物の機械的活性化の過程において、逆「緩和」プロセスは、生成されたギブス自由エネルギーを完全に減少させることができない。したがって、エネルギーは物質内に残留し、生成された結晶格子欠陥に蓄えられる。[ 77 ] [ 78 ]

HEBMの正味熱力学的効果

全体的に、HEBMは正味の熱力学的効果をもたらす：[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]

  • 構造無秩序化はエントロピーとエンタルピーの両方の増加を意味し、熱力学的変化に応じて結晶特性を刺激します。活性化生成物の過剰エンタルピーのうち、表面積の拡大として説明できるのはごくわずか（約10%）です。
  • むしろ、過剰エンタルピーと変更された特性の主要部分は、主に材料の格子における熱力学的に不安定な状態の発達に起因すると考えられます（粒子サイズの縮小によるものではありません）。
  • 活性化された系は不安定であるため、活性化のプロセスは可逆的であり、結果として不活性化、再結晶化、エントロピー損失、そして系のエネルギー出力が生じる。この逆（「緩和」）プロセスは熱力学的平衡に達するまで継続するが、最終的には理想的な構造（すなわち欠陥のない構造）に到達することはない。
  • このような「活性化」プロセスのより完全な説明にはエンタルピーも考慮され、ギブス・ヘルムホルツの式に従って、活性化された固体と活性化されていない固体の間のギブスの自由エネルギーは次のように表すことができます。
ΔG＝ΔH−TΔS{\displaystyle \Delta G=\Delta HT\Delta S}   ここで、はエンタルピーの変化、はエントロピーの変化です。ΔH{\displaystyle \Delta H}ΔS{\displaystyle \Delta S}

結果として生じる結晶の乱れ

結晶の無秩序度が低い場合、ギブス自由エネルギーは非常に小さい（無視できるほどではないにしても）。対照的に、大きく変形し無秩序化した結晶では、の値がギブス自由エネルギーに大きな影響を与える可能性がある。活性化プロセス中に生じる摩擦などによって発生する熱を別にすれば、活性化された材料に保持される過剰なギブス自由エネルギーは、（）比表面積の増加と（）欠陥構造の増加という2つの変化によるものと説明できる。[ 82 ] [ 81 ] EMC活性化などの成功したHEBMプロセスでは、次のようになる。 [ 83 ] [ 84 ]ΔS{\displaystyle \Delta S}ΔS{\displaystyle \Delta S}私{\displaystyle \mathrm {I} }私{\displaystyle \mathrm {I} }私{\displaystyle \mathrm {I} }

  • （）に関しては、活性化された生成物の過剰エネルギーの約10％のみが表面積の変化として説明できる。私{\displaystyle \mathrm {I} }
  • （ ）に関しては、与えられたエネルギーのほぼすべてが、加工された材料の実際の構造欠陥に含まれています。私{\displaystyle \mathrm {I} }私{\displaystyle \mathrm {I} }

EMCアクティベーションの近似値

（）の比較的低い値と（）の高い値は、HEBMを一般的な粉砕や「粉砕」（処理される材料の表面積を増やすことのみを目的とする）とさらに区別するのに役立ち、これにより、レンダリングされた材料のエントロピーの変化が弾性エネルギー（格子欠陥に蓄積され、「緩和」するのに何年もかかることがある）の形で「過剰なギブスエネルギーとエンタルピーの源」となることを説明する。[ 82 ]エンタルピーに関しては、このような活性化プロセス中の全体的な変化の概要を示す4つの記述子を導くことができる。[ 83 ] [ 85 ] [ 86 ]私{\displaystyle \mathrm {I} }私{\displaystyle \mathrm {I} }私{\displaystyle \mathrm {I} }S{\displaystyle S}H{\displaystyle H}

ΔHT＝ΔHd+ΔHS+ΔHあ+ΔHp{\displaystyle \Delta H_{T}=\Delta H_{d}+\Delta H_{S}+\Delta H_{A}+\Delta H_{p}}  どこ：
  • ΔHd{\displaystyle \Delta H_{d}}転位密度  の尺度である。
  • ΔHp{\displaystyle \Delta H_{p}}  新しい相（多形変換）の尺度です。
  • ΔHあ{\displaystyle \Delta H_{A}}  非晶質物質の形成の尺度です。
  • ΔHS{\displaystyle \Delta H_{S}}  比表面積の尺度です。

EMC活性化プロセス中に発生する仕事の大部分は上記の側面（ ）に向けられるため、 は自明である。したがって、エンタルピー変化の主要な関数は次のように近似される。私{\displaystyle \mathrm {I} }私{\displaystyle \mathrm {I} }ΔHS{\displaystyle \Delta H_{S}}

ΔHEMC≊ΔHd+ΔHあ+ΔHp{\displaystyle \Delta H_{EMC}\approxeq \Delta H_{d}+\Delta H_{A}+\Delta H_{p}}

EMC活性化においては、観察される物理的構造の変化の性質上、前述の項とが特に重要であると考えられる。 [ 43 ]したがって、EMC活性化中に生じるエンタルピーの変化は次のように近似できる。[ 85 ] [ 86 ]ΔHd{\displaystyle \Delta H_{d}}ΔHあ{\displaystyle \Delta H_{A}}H{\displaystyle H}

ΔHEMC≈ΔHd+ΔHあ{\displaystyle \Delta H_{EMC}\thickapprox \Delta H_{d}+\Delta H_{A}}      すなわち、   ΔHEMC≈（ρMV）b2μs4πln⁡（2（ρ）1/2b）+CあEあ{\displaystyle \Delta H_{EMC}\thickapprox (\rho M_{V}){\frac {b^{2}\mu _{s}}{4\pi }}\ln \left({\frac {2(\rho )^{1/2}}{b}}\right)+C_{A}E_{A}}
どこ：

低温反応性

上記の熱力学的構成から、EMC活性化は高度に非晶質な相をもたらし、これは大きな増加と大きな増加の両方として正当化できる。[ 43 ] [ 85 ] [ 86 ] EMC活性化が大きな増加をもたらすことの利点は、EMCの反応性の温度依存性が低いことを意味する。あらゆる反応の熱力学的推進力に関して言えば、反応物全体の温度は依存しない。つまり、HEBMを受けて対応する温度上昇を経た物質は、より低い温度で反応できる（「活性化された」反応物は、その後の反応進行において温度依存性関数への依存度が低くなるため）。さらに、EMCの反応は、反応経路を助けるために「薄いSiO 2層の形成を伴う」極めて小さなスケールでの物理的メカニズムを示す可能性があり、これはEMC活性化が好ましい反応部位の比率を増加させることを示唆している。[ 50 ]他の研究では、HEBMはその後の反応を進行させるのに必要な温度を大幅に下げることができる（最大3分の1まで低下）ことが判明しており、これにより、全体的な反応ダイナミクスの主要な要素が「ナノ結晶またはアモルファス相」で開始され、化学反応を起こすのに必要な「見かけの活性化エネルギーの異常に低い値、あるいは負の値」を示す。[ 87 ]ΔHあ{\displaystyle \Delta H_{A}}ΔHd{\displaystyle \Delta H_{d}}H{\displaystyle H}H{\displaystyle H}T{\displaystyle T}H{\displaystyle H}TΔS{\displaystyle T\Delta S}

全体的に、EMCは化学反応の進行において温度依存性が低いと考えられ（上記のポゾラン反応のセクションを参照）、これがEMCが低温下でも自己修復効果を発揮する理由を説明できるかもしれない。 [ 88 ] [ 89 ]

物理的正当化（非晶質化）

の大きな変化、特に結果として得られる値との変化は、EMCアクティベーションの有効性に関する洞察を提供します。高圧条件下での結晶性材料の非晶質化は、「ほとんどの材料は実際には高圧条件下で非晶質から結晶質への逆転移を経験する」という単純な理由から、「むしろ珍しい現象」です。[ 90 ]非晶質化は、材料の格子要素の非常に歪んだ「周期性」を表し、比較的高いギブス自由エネルギーを含みます。[ 77 ] [ 79 ]実際、非晶質化は準溶融状態に例えることができます。[ 78 ] [ 80 ]ΔG{\displaystyle \Delta G}ΔHあ{\displaystyle \Delta H_{A}}ΔHd{\displaystyle \Delta H_{d}}

非晶質シリカが結晶性シリカよりも反応性が高い理由の考えられる説明として、熱力学的手法は、たとえそのようなアプローチでは現象を完全に説明できないとしても、更なる洞察を与える可能性がある。例えば、いわゆる「ガラス転移温度」は、冷却速度（すなわち、）の増加とともに上昇し、エネルギーが「凍結」したかのように蓄積される。[ 91 ]したがって、冷却速度を大幅に増加させることで、「初期の準安定過冷却液体とは大幅に異なる熱力学的特性を持つガラスを得ることができる」。[ 92 ]非常に高い冷却速度では、結果として得られるガラス化系に凍結されたエンタルピーは、冷却速度が10 6～ 10 9 K/s以上の場合、融解エンタルピーと同等（またはそれ以上）になる可能性がある。[ 93 ]したがって、EMC活性化プロセスの衝撃波ダイナミクスが成り立ち、焦点ナノスケールの温度変動が極めて過渡的であると仮定すると（次のセクションで概説するように）、HEBMプロセス中の冷却速度は少なくとも同様の桁数、あるいはそれ以上になることを意味します。したがって、 q0{\displaystyle q_{0}}dT＝±q0dt{\displaystyle dT=\pm q_{0}dt}Hメートル{\displaystyle H_{m}}q0{\displaystyle q_{0}}

ΔHあ≥ΔHメートル{\displaystyle \Delta H_{A}\geq \Delta H_{m}}（思い出しながら）ΔHEMC≊ΔHd+ΔHあ+ΔHp{\displaystyle \Delta H_{EMC}\approxeq \Delta H_{d}+\Delta H_{A}+\Delta H_{p}}

の上昇の結果、系の化学ポテンシャルが増加して「凍結」され、その後の反応性が増加します。つまり、他のHEBMプロセスと同様に、EMC活性化は、処理対象の材料のナノスケールで発生する極めて激しく破壊的な要因のために結晶破壊を引き起こします。[ 94 ]短時間で非常に集中的に行われるにもかかわらず、プロセスは高頻度で繰り返されるため、これらの要因は地球深部に存在する圧力と温度を模倣し、必要な相変化を引き起こすと考えられています。[ 3 ]例えば、ピーター・ティーセンは、様々な衝突点で10 3ケルビンを超える局所的な温度が生成され、材料内に瞬間的な励起プラズマ状態が誘発され、電子と光子の放出と励起フラグメントの形成が特徴付けられるというマグマプラズマモデルを開発しました（上図参照）。[ 95 ] EMC活性化の重要な要素である局所的な亀裂発生から収集された実験データは、1975年というかなり以前にこの地域の温度を確認しています。[ 96 ]Hあ{\displaystyle H_{A}}

振動ボールミル（VBM）

EMC活性化には、振動ボールミル（VBM）を用いたHEBM法が用いられる。[ 43 ] VBMは、垂直偏心駆動機構を用いて密閉チャンバーを毎分数百サイクルまで振動させる。チャンバー内には、処理対象物質と粉砕媒体と呼ばれる特殊な物体が充填される。最も単純な形態では、粉砕媒体は特殊なセラミックス製の単純なボールとなる。実際には、EMC活性化では、様々なサイズ、形状、複合材料からなる粉砕媒体を用いて、必要なメカノケミカル変換を実現する。[ 5 ]

VBMは回転式ボールミルの20～30倍の速度で粉砕するとされており、VBMの機構が特に貪欲であることを反映している。[ 97 ]

VBMの動態

簡単に言えば、 VBM内で衝突する2つの同一のボールの間に作用する圧縮力は次のように表すことができます。 [ 98 ]F{\displaystyle F}

F＝[（5メートル8）3/5（2r9π2け2）1/5]v6/5{\displaystyle F=\left[\left({\frac {5m}{8}}\right)^{3/5}\left({\frac {2r}{9\pi ^{2}k^{2}}}\right)^{1/5}\right]v^{6/5}}     どこ、け＝1−v2πE{\displaystyle k={\frac {1-v^{2}}{\pi E}}}
ここで、は両方のボールの質量、半径、衝突の絶対速度、ボールの材質のヤング率である。 [ 98 ]メートル{\displaystyle m}r{\displaystyle r}v{\displaystyle v}E{\displaystyle E}

見てわかるように、衝撃速度が増加すると も増加する。粉砕媒体のサイズと質量も寄与する。の分母の項にはが組み込まれているため、粉砕媒体に使用される材料の性質が重要な要因である（ は最終的に の二乗されるため、その負の値は重要ではない）。より根本的な原因は、急速な振動によって粉砕媒体に高い加速度が与えられ、その結果、負荷に対する継続的で短く鋭い衝撃によって粒子サイズが急速に縮小される。[ 97 ]さらに、高圧とせん断応力によって、衝突点だけでなく、衝撃自体よりもさらに大きな圧力を生み出す可能性のある衝撃波の伝達中にも、必要な非晶質状態への相転移が促進される。[ 94 ]F{\displaystyle F}F{\displaystyle F}け{\displaystyle k}E{\displaystyle E}け{\displaystyle k}F{\displaystyle F}

例えば、2つのボールの衝突の接触時間はわずか20μsで、3.3GPa以上の圧力が発生し、それに伴い周囲温度が20ケルビン上昇します。[ 94 ]衝突の持続時間が短いため、運動量の変化率は大きく、持続時間はわずか1～100μsの衝撃波が発生しますが、それに伴い10GPa以上の圧力が発生し、非常に局所的で焦点となる温度（つまり、ナノスケール）が最大数千ケルビンになります。[ 94 ]これを文脈に当てはめると、10GPaの圧力は約1,000キロメートルの海水に相当します。さらに別の例として、直径2.5cm、速度1m/sの同一の鋼球2個を衝突させると、衝突エネルギー密度は10⁻⁻ /m²を超え、同じく直径2.5cm、速度1m/sのアルミナ球ではさらに大きなエネルギー密度が発生します。[ 98 ]衝突は非常に短い時間スケールで発生するため、「比較的小さな接触面積におけるエネルギー放出率は非常に高くなる可能性があります」。[ 98 ]

参照

EMC活性化の背景科学:

アカデミック：

注記

  1. ^  2つの側面：  (I)   2011年の世界ポートランドセメント生産量は、米国地質調査所（USGS）（2013）のデータによれば約36億トンであり、推定値そのものというよりは、かなり正確な同化として拘束力がある。また、同報告書では、2012年の世界ポートランドセメント生産量は37億トン（前年比1億トン増）に増加すると推定されていたが、実際には2012年の実績値は38億トンであったことにも留意すべきである。   (II)   2011年の世界の総CO2排出量の推定値： 333億7600万トン（国際輸送を除く）。出典：EU欧州委員会、共同研究センター（JRC）/PBLオランダ環境評価機関。全球大気研究のための排出データベース（EDGAR）、リリースバージョン4.2。 2009～2011年の傾向は、エネルギー関連セクターについてはBP世界エネルギーレビュー2011（BP、2012年）の2009～2011年の化石燃料消費量に基づき推定された。セメント生産についてはUSGS（2012年）の予備データに基づき推定された。ただし、中国については中国国家統計局（NBS）（2009年、2010年、2011年）のデータを用いた。[2013年5月時点。EDGARの外部リンクセクションを参照]
  2. ^ コンクリートの耐久性試験法「バッチ法」は、塩水における日々の温度変化をシミュレートする。試験1または試験2のいずれか、あるいは48時間かけて連続的に実施する。この方法では、7.5%の塩水（つまり海水よりも高い濃度）で飽和させ、その後、24時間周期で凍結または加熱することで、日中の高温域をシミュレートする。選択されたサイクルは、質量損失を測定するために、うんざりするほど繰り返される。したがって、バッチ法は、耐久性の類似物として、コンクリートの最も厳しい試験方法の一つとして一般的に認められている。
  3. ^ 大きな写真は、スウェーデンのルレオ工科大学でRILEM 3点曲げ試験を受けているEMCから作製されたコンクリート試験梁（2013年2月）です。この処理により、ひび割れが生じ、「自己治癒」特性を試験します。ポルトランドセメント40%とフライアッシュ由来のEMC60%を含むコンクリート（総重量350 kg/m³）を使用しました。写真A：約3週間の水中養生後、平均幅150～200 μmのひび割れが生じました。写真B：何も介入せずに、高容積ポゾランコンクリートは、新たに合成されたCSHゲル（進行中のポゾラン反応の生成物）によってひび割れが徐々に充填される様子を示しました。これらは約4.5ヶ月後に完全に充填されました。観察期間中、進行中のポゾラン反応により、継続的な強度発現も記録されました。これは、観察された「自己修復」特性と相まって、コンクリートの耐久性にプラスの影響を与えます。すべての写真はV. Ronin博士と北欧コンクリート連盟によるものです。
  4. ^ ポゾラン化学に関する追加情報：( A ) Ca/Si（またはC/S）比と水分子の数は、CSHの化学量論を変化させるために変化する可能性があります。( B ) 多くの場合、結晶性水和物は、例えば三カルシウムアルミネートが溶解した硫酸カルシウムと反応して結晶性水和物（3CaO·(Al,Fe) 2 O 3 · CaSO 4 ·nH 2 O、一般的な簡略化式）を形成するときに形成されます。これはAFm（「アルミナ、酸化鉄、一硫酸塩」）相と呼ばれます。( C ) AFm相自体は排他的ではありません。一方で、硫酸塩は炭酸塩や塩化物などの他の陰イオンとともにAFm相に加わる、エトリンガイトが形成されるAFt相も引き起こす可能性があります (6CaO · Al 2 O 3 · 3SO 3 · 32H 2 O または C 6 S 3 H 32 )。 ( D ) 一般に、 AFm相はその後の水和プロセスで重要ですが、 AFt相は DEF として知られるコンクリートの破壊の原因となる可能性があります。DEF は、非ポゾランコンクリートで特に問題になることがあります (たとえば、Folliard, K. 他、「 Preventing ASR/DEF in New Concrete: Final Report」、TXDOT & US FHWA:Doc. FHWA/TX-06/0-4085-5、Rev. 06/2006 を参照)。 （ E ）Ca2 +イオンを利用するポゾラン化学経路によりAFt経路が相対的に抑制されると考えられる

参考文献

  1. ^ Mark Anthony Benvenuto (2015年2月24日). 『工業化学：上級者向け』De Gruyter. pp. 134–. ISBN 978-3-11-035170-5。
  2. ^ Pentimalli, M; Bellusci, M; Padella, F (2015). 「ナノ材料の合成と加工のための汎用ツールとしての高エネルギーボールミリング」 Aliofkhazraei, M (編).機械ナノ構造化ハンドブック. pp.  663– 679. doi : 10.1002/9783527674947.ch28 . ISBN 978-3-527-33506-0。
  3. ^ a b c Tole, Ilda; Habermehl-Cwirzen, Karin; Cwirzen, Andrzej (2019年8月1日). 「天然粘土鉱物のメカノケミカル活性化：持続可能なセメント系バインダー製造の代替手段 – レビュー」 .鉱物学・岩石学. 113 (4). Springer: 449– 462. Bibcode : 2019MinPe.113..449T . doi : 10.1007/s00710-019-00666-y .
  4. ^ a b Jean-Pierre Bournazel; Yves Malier (1998). PRO 4: International RILEM Conference on Concrete: From Material to Structure . RILEM Publications. pp. 101–. ISBN 978-2-912143-04-4。
  5. ^ a b c d e f g h Ronin, V (2010).エネルギー改質セメントを用いた高容積ポゾランコンクリートによる持続可能な舗装のための産業的に実証されたソリューション、EMC (PDF)。ワシントンD.C.、米国：全米科学アカデミー交通研究委員会。
  6. ^ a b Humpreys, K.; Mahasenan, M. (2002).持続可能なセメント産業に向けて サブスタディ8：気候変動ジュネーブ、スイス：持続可能な開発のための世界経済人会議（WBCSD）.
  7. ^ a b cハーヴェイ、D（2013）『エネルギーと新たな現実1：エネルギー効率とエネルギーサービスの需要』テイラー＆フランシス、ISBN 9781136542718。
  8. ^ a b Kumar, Rakesh; Kumar, Sanjay; Mehrotra, SP (2007年12月). 「フライアッシュの機械的活性化による持続可能な解決策に向けて」.資源・保全・リサイクル. 52 (2): 157– 179. Bibcode : 2007RCR....52..157K . doi : 10.1016/j.resconrec.2007.06.007 .
  9. ^ a b Hasanbeigi, Ali; Price, Lynn; Lin, Elina (2012年10月). 「セメント・コンクリート製造における新たなエネルギー効率とCO2排出削減技術：技術レビュー」 .再生可能エネルギー・持続可能エネルギーレビュー. 16 (8): 6220– 6238. doi : 10.1016/j.rser.2012.07.019 . S2CID 108511643 . 
  10. ^ Hickenboth, Charles R.; Moore, Jeffrey S.; White, Scott R.; Sottos, Nancy R.; Baudry1, Jerome; Wilson, Scott R. (2007). 「機械力による反応経路のバイアス」. Nature . 446 (7134): 423– 427. Bibcode : 2007Natur.446..423H . doi : 10.1038 / nature05681 . PMID 17377579. S2CID 4427747 .  {{cite journal}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)（サブスクリプションが必要です）
  11. ^ Carlier, Leslie; Baron, Michel; Chamayou, Alain; Couarraze, Guy (2013年5月). 「無溶媒合成による環境に優しい薬局：ジベンゾフェナジンの場合のメカニズムの検討」(PDF) . Powder Technology . 240 : 41– 47. doi : 10.1016/j.powtec.2012.07.009 . S2CID 97605147 . 
  12. ^ Banerjee, S; Mukhopadhyay, P (2007). 「凝固、ガラス化、結晶化、および準結晶およびナノ結晶構造の形成」. Pergamon Materials Series . 12 : 122–255 . doi : 10.1016/S1470-1804(07)80056-3 . ISBN 978-0-08-042145-2. ISSN  1470-1804 .
  13. ^ジヴァノヴィッチ、ディアナ;アンドリッチ、リュビシャ;セクリッチ、ジヴコ。ミロシェヴィッチ、シニシャ (1999)。 「雲母の機械的活性化」。焼結の先端科学技術。 pp.  211–217。土井: 10.1007/978-1-4419-8666-5_29。ISBN 978-1-4613-4661-6。
  14. ^ダニー・ハーヴェイ（2010年8月12日）『エネルギーと新たな現実1：エネルギー効率とエネルギーサービス需要』ラウトレッジ、385頁～。ISBN 978-1-136-54272-5。
  15. ^エフルグレン、レナート（2013年3月27日）「未来インフラフォーラム：スカンジナビアの視点」（PDF）未来インフラフォーラム、ケンブリッジ大学。
  16. ^ 「Stipendieutdelning」（スウェーデン語）。ルレオ技術大学。 2006 年 8 月 30 日。2013年 11 月 4 日のオリジナルからアーカイブ。2014 年3 月 24 日に取得。
  17. ^ a b c dコラチーノ, エヴェリーナ; ガルシア, フェリペ (2023).メカノケミストリーと持続可能な化学製造のための新興技術（第1版）. ラウトレッジ. p. 162. ISBN 9780367775018。
  18. ^ Ronin, V.; Jonasson, JE 「エネルギー改質セメント（EMC）を使用した新しいコンクリート技術」 . Proceedings: Nordic Concrete Research Meeting: Göteborg 1993. Oslo, Norway: Norsk Betongforening (Nordic concrete research): 53– 55. ISSN 0800-6377 . 
  19. ^ LTU ウェブサイト (2024 年 1 月 27 日)。「レナート・エルフグレン教授」。ltu.se。
  20. ^ LTUウェブサイト。「レナート・エルフグレンに副学長功労賞が授与される」 ltu.se。 2024年10月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年11月3日閲覧。
  21. ^ EUREKA. 「EMCセメントに対するEUREKAゴールド賞」(PDF) .
  22. ^ Krishnaraj, L; Reddy, YBS; Madhusudhan, N; Ravichandran, PT (2017). 「エネルギー的に改質されたフライアッシュがセメントモルタルの耐久性特性に及ぼす影響」 . Rasayan Journal of Chemistry . 10 (2): 423– 428. doi : 10.7324/RJC.2017.1021682 .
  23. ^ a b c dヘドランド、H;ローニン、V。ジョナソン、JE;エルフグレン、L (1999)。 「グロナーレ・ベトン」[グリーンセメント]。Bygg & Teknik (スウェーデン語)。91 (7)。ストックホルム、スウェーデン: Förlags AB Bygg & teknik: 12–13 . ISSN 2002-8350。 
  24. ^ a b c d e f g h i Elfgren, L; Justnes, H; Ronin, V (2004).エネルギー改質セメント（EMC）を使用した高性能コンクリート(PDF) . カッセル（ドイツ）：カッセル大学出版局. pp.  93– 102.
  25. ^ a b米国連邦道路局（FHWA）「EMCセメントプレゼンテーション 2011年1月18日」ワシントンD.C.
  26. ^ a b c d e f g EMC Cement BV.コンクリートにおけるCemPozz®（フライアッシュ）の性能概要（PDF） EMC Cement BV、2012年。
  27. ^ 「低炭素セメントホームページ」。EMCセメントの公式ウェブサイト。EMCセメント。 2024年6月9日閲覧。
  28. ^ 「セメントデータシート」（PDF） .米国地質調査所. USGS. 2001. 2020年8月14日閲覧。
  29. ^ 「セメントデータシート」（PDF） .米国地質調査所. USGS. 2020. 2020年8月10日閲覧。
  30. ^エネルギー移行委員会、ニコラス・スターン、アデア・ターナー（2019年）。「ミッション・ポッシブル：セクター別焦点：セメント」。エネルギー移行委員会。15ページ。 2022年1月1日閲覧。
  31. ^ Czigler, T; Reiter, S; Somers, K (2020年5月). 「ゼロカーボンセメントの基盤を築く」 . McKinsey & Co. 2020年9月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年8月24日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: bot: 元のURLステータス不明（リンク）
  32. ^ USBR. 「フーバーダムに関するよくある質問と回答」 .米国開拓局. 2020年8月10日閲覧。
  33. ^ Schneider, M.; Romer M., Tschudin M. Bolio C.; Tschudin, M.; Bolio, H. (2011). 「持続可能なセメント生産 - 現在と未来」.セメント・コンクリート研究. 41 (7): 642– 650. doi : 10.1016/j.cemconres.2011.03.019 .
  34. ^ EMCセメント (2024年2月26日). 「アムステルダム港に画期的なゼロカーボンセメント工場が建設へ」 . Low Carbon Cement . 2024年2月29日閲覧。
  35. ^ a b c d Bache, M (1983). 「高密度セメント／超微粒子ベース材料」.コンクリート用高性能減水剤に関する第2回国際会議議事録.
  36. ^ a b Chappex, T.; Scrivener K. (2012). 「混合セメントペースト中のCSHのアルカリ固定とアルカリシリカ反応との関係」セメント・コンクリート研究. 42 (8): 1049– 1054. doi : 10.1016/j.cemconres.2012.03.010 .
  37. ^プライベート研究、ルーレオ工科大学 (2001) 「セメント安定性フライガスカの拡散テスト」、LTU Rapport AT0134:01、2001-09-03
  38. ^ローニン、V;ジョナソン、JE;ヘドランド、H (1999)。「環境に有効な性能のポルトランドセメントベースのバインダー」、1999 年 6 月 20 ～ 24 日にノルウェーのサンネフィヨルドで開催された議事録。ノルウェー: Norsk Betongforening。1144–1153ページ 。
  39. ^ a b Ronin, Vladimir; Emborg, Mats; Elfgren, Lennart (2014). 「高濃度ポゾランを含むエネルギー改質セメントを用いたコンクリートの自己修復性能と微細構造特性」. Nordic Concrete Research . 51 : 131–144 https://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?dswid=-9911&pid=diva2%3A987595 .
  40. ^ Yang, Yingzi; Lepech, Michael D.; Yang, En-Hua; Li, Victor C. (2009年5月). 「湿潤-乾燥サイクル下におけるエンジニアリングセメント系複合材料の自己治癒」.セメント・コンクリート研究. 39 (5​​): 382– 390. doi : 10.1016/j.cemconres.2009.01.013 .
  41. ^ Li, Victor C.; Herbert, Emily (2012年6月28日). 「持続可能なインフラのための堅牢な自己修復コンクリート」 . Journal of Advanced Concrete Technology . 10 (6): 207– 218. doi : 10.3151/jact.10.207 . hdl : 2027.42/94191 .
  42. ^ Van Tittelboom, Kim; De Belie, Nele (2013年5月27日). 「セメント系材料の自己修復―レビュー」 . Materials . 6 (6): 2182– 2217. Bibcode : 2013Mate....6.2182V . doi : 10.3390/ ma6062182 . PMC 5458958. PMID 28809268 .  
  43. ^ a b c d e f g Justnes, Harald; Elfgren, Lennart; Ronin, Vladimir (2005年2月). 「エネルギー改質セメントと対応する混合セメントの性能比較メカニズム」セメント・コンクリート研究35 ( 2): 315– 323. doi : 10.1016/j.cemconres.2004.05.022 .
  44. ^ a b特許取得済み特許「二酸化炭素排出量を削減した混合セメントの製造方法」（公開番号：WO/2004/041746、国際出願番号：PCT/SE2003001009、公開日：2004年5月21日、国際出願日：2003年6月16日）の特許概要
  45. ^ Moropoulou, A.; Cakmak, A.; Labropoulos, KC; Van Grieken, R.; Torfs, K. (2004年1月). 「微細珪質源を用いたポゾランペースト中のカルシウムシリケート水和物（CSH）相の加速微細構造進化：従来のポゾランモルタルとの比較」セメント・コンクリート研究34 ( 1): 1– 6. doi : 10.1016/S0008-8846(03)00187-X .
  46. ^ Moropoulou, A.; Cakmak, AS; Biscontin, G.; Bakolas, A.; Zendri, E. (2002年12月). 「地震応力に耐える先進ビザンチンセメント系複合材：ユスティニアヌス帝のアヤソフィアにおける砕石レンガ／石灰モルタル」.建設・建築材料. 16 (8): 543– 552. doi : 10.1016/S0950-0618(02)00005-3 .
  47. ^ a b EMC Cement BV.コンクリートにおけるCemPozz®（天然ポゾラン）の性能概要（PDF） EMC Cement BV、2012年。
  48. ^ a b c Stein, B (2012).カリフォルニア産天然ポゾラン由来Cempozz®の技術評価および分析研究の概要(PDF) . サンフランシスコ、米国：Construction Materials Technology Research Associates, LLC.
  49. ^ ACI 318「構造コンクリートに関する建築基準法の要件と解説」
  50. ^ a b Johansson, K; Larrson, C; Antzutkin, O; Forsling, W; Rao, KH; Ronin, V (1999). 「メカノケミカル改質セメントを用いたセメントペースト中の水和反応速度論：SiマジックアングルスピニングNMR研究」 .セメント・コンクリート研究. 29 (10). Pergamon: 1575– 81. doi : 10.1016/S0008-8846(99)00135-0 . 2020年8月14日閲覧。
  51. ^ a b c d e Baroghel Bouny, V (1996). Bournazel, JP; Malier, Y. (編).普通および高性能セメント系材料のテクスチャと水分特性 (PRO 4: コンクリート: 材料から構造へ) . 144, 156: RILEM. p. 360. ISBN 2-912143-04-7。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)
  52. ^ 「セメントの水和」。セメントを理解する。
  53. ^ Thomas, Jeffrey J.; Jennings, Hamlin M. (2006年1月). 「CSHゲルの化学的老化のコロイド学的解釈とセメントペーストの特性への影響」セメント・コンクリート研究. 36 (1): 30– 38. doi : 10.1016/j.cemconres.2004.10.022 .
  54. ^ 「ポートランド石鉱物データ」www.webmineral.com。
  55. ^ 「鉱物学ハンドブック」（PDF） . rruff.geo.arizona.edu .
  56. ^ Mertens, G.; Snellings, R.; Van Balen, K.; Bicer-Simsir, B.; Verlooy, P.; Elsen, J. (2009年3月). 「一般的な天然ゼオライトと石灰のポゾラン反応および反応性に影響を与えるパラメータ」.セメント・コンクリート研究. 39 (3): 233– 240. doi : 10.1016/j.cemconres.2008.11.008 .{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  57. ^ Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3−x (OH) 4x、水酸化物(OH) がシリカ (SiO 4 )
  58. ^ Webmineral.com. 「ストラトリンガイト鉱物データ」 . 2013年12月6日閲覧。. また、Ding, Jian、Fu, Yan、Beaudoin, JJ（1995年8月）「高アルミナセメント-シリカフューム系におけるストラトリンガイト形成：ナトリウムイオンの重要性」も参照のこと。セメント・コンクリート研究25 ( 6): 1311– 1319. doi : 10.1016/0008-8846(95)00124-U。
  59. ^ Midgley, HG; Bhaskara Rao, P. (1978年3月). 「高アルミナセメントの水和反応とストラトリンジャイト（2CaO・SiO2・Al2O3・8H2O）の形成」セメント・コンクリート研究. 8 (2): 169– 172. doi : 10.1016/0008-8846(78)90005-4 .
  60. ^ Midgley, HG (1976年3月). 「X線回折による高アルミナセメントクリンカー中の相の定量分析」.セメント・コンクリート研究. 6 (2): 217– 223. doi : 10.1016/0008-8846(76)90119-8 .
  61. ^ Heikal, M.; Radwan, MM; Morsy, MS (2004). 「空冷スラグまたは水冷スラグを用いたカルシウムアルミネートセメントの物理機械的特性に対する硬化温度の影響」(PDF) . Ceramics-Silikáty . 48 (4): 185– 196.
  62. ^ Abd-El.Aziz, MA; Abd.El.Aleem, S.; Heikal, Mohamed (2012年1月). 「異なる硬化温度で水和したポゾランセメントペーストおよびモルタルの物理化学的および機械的特性」.建設・建築材料. 26 (1): 310– 316. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2011.06.026 .
  63. ^ Mostafa, Nasser Y.; Zaki, ZI; Abd Elkader, Omar H. (2012年11月). 「高温硬化したカルシウムアルミネートセメント複合材料の化学活性化」.セメント・コンクリート複合材料. 34 (10): 1187– 1193. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2012.08.002 .
  64. ^ Taylor,HFW、(1990)セメント化学、ロンドン：アカデミックプレス、pp.319-23。
  65. ^ Matusinović, T; Šipušić, J; Vrbos, N (2003年11月). 「カルシウムアルミネートセメントペーストにおける多孔度と強度の関係」.セメント・コンクリート研究. 33 (11): 1801– 1806. doi : 10.1016/S0008-8846(03)00201-1 .
  66. ^ Majumdar, AJ; Singh, B. (1992年11月). 「いくつかの混合高アルミナセメントの特性」.セメント・コンクリート研究. 22 (6): 1101– 1114. doi : 10.1016/0008-8846(92)90040-3 .
  67. ^ ASTM International (2010). 「ASTM C989: コンクリートおよびモルタルに使用するスラグセメントの標準仕様」 .規格集 第4巻(2). doi : 10.1520/c0989-10 .
  68. ^ Nhar, H.; Watanabe, T.; Hashimoto, C. & Nagao, S. (2007).インターロッキングブロック舗装用コンクリート製品の白華現象（第9回CANMET/ACI国際コンクリート技術会議：編集者：Malhotra, V., M., 第1版）, ミシガン州ファーミントンヒルズ：アメリカコンクリート協会. pp.  19– 34. ISBN 9780870312359。
  69. ^ Boldyrev, VV; Pavlov, SV; Goldberg, EL (1996年3月). 「微粉砕と機械的活性化の相互関係」. International Journal of Mineral Processing . 44–45 : 181–185 . Bibcode : 1996IJMP...44..181B . doi : 10.1016/0301-7516(95)00028-3 .
  70. ^ Heinicke, G.; Hennig, H.-P.; Linke, E.; Steinike, U.; Thiessen, K.-P.; Meyer, K. (1984). 「トライボケミストリー：H.P. Hennigらとの共同研究」[ピーター・アドルフ・ティーセンによる序文付き]. Acta Polymerica . 36 (7). ベルリン: Akademie-Verlag: 400– 401. doi : 10.1002/actp.1985.010360721 .
  71. ^ IUPAC ,化学用語集、第5版（「ゴールドブック」）（2025年）。オンライン版：（2006年以降）「メカノ化学反応」。doi：10.1351/goldbook.MT07141
  72. ^ピーター・バラシュ、アチモヴィチョヴァ、マルセラ。バラージュ、マテイ。ビリック、ピーター。チェルケゾワ・ジェレバ、ザラ。クリアド、ホセ・マヌエル。デログ、フランチェスコ。ドゥトコバ、エリカ。ガフェット、エリック。ゴトール、フランシスコ・ホセ。クマール、ラケシュ。ミトフ、イワン。ロジャック、タデイ;セナ、マモル。ストレレツキー、アンドレイ。ヴィエゾレック＝チウロワ、クリスティナ（2013）。 「メカノケミストリーの特徴: ナノ粒子からテクノロジーまで」。化学会のレビュー。42 (18): 7571–8137 .土井: 10.1039/c3cs35468g。hdl : 10261/96958。PMID 23558752。S2CID 205853500。  
  73. ^スメカル、A. (1942 年 4 月)。 「リッツヴォルガングと分子の祭典」。Die Naturwissenschaften。30 ( 14–15 ): 224–225。ビブコード: 1942NW....30....224S。土井：10.1007/BF01481226。S2CID 1036109。 
  74. ^ヒュッティヒ、グスタフ F. (1943)。 「Zwischenzustände bei Reaktionen im festen Zustand und ihre Bedeutung für die Katalyse」。ヘテロジーン カタライズ III。 pp.  318–577。土井: 10.1007/978-3-642-52046-4_9。ISBN 978-3-642-52028-0。{{cite book}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）
  75. ^ Zelikman, AN; Voldman, GM; Beljajevskaja, LV (1975). Teorija Gidrometalurgiceskich Processov [湿式冶金プロセスの理論] (ロシア語). Metallurgija.
  76. ^マイヤー、K (1968)。物理化学結晶学。 VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie。 p. 337. ASIN B0000BSNEK。 
  77. ^ a b Pourghahramani, P; Forssberg, E (2007年3月). 「機械的活性化がヘマタイト精鉱の還元挙動に及ぼす影響」. International Journal of Mineral Processing . 82 (2): 96– 105. Bibcode : 2007IJMP...82...96P . doi : 10.1016/J.MINPRO.2006.11.003 .
  78. ^ a b Pourghahramani, P; Forssberg, E (2007年3月). 「非等温法を用いた水素ガスによる機械的活性化ヘマタイト濃縮物の還元速度論」Thermochimica Acta . 454 (2): 69– 77. Bibcode : 2007TcAc..454...69P . doi : 10.1016/j.tca.2006.12.023 .
  79. ^ a b Pourghahramani, P; Forssberg, E (2006年5月). 「異なる粉砕環境下における機械的活性化ヘマタイトの微細構造特性と蓄積エネルギーの比較研究」. International Journal of Mineral Processing . 79 (2): 120– 139. Bibcode : 2006IJMP...79..120P . doi : 10.1016/j.minpro.2006.01.010 .
  80. ^ a b Pourghahramani, P; Forssberg, E (2006年5月). 「XRD線幅拡大法を用いた機械的活性化ヘマタイトの微細構造特性評価」. International Journal of Mineral Processing . 79 (2): 106– 119. Bibcode : 2006IJMP...79..106P . doi : 10.1016/j.minpro.2006.02.001 .
  81. ^ a b Pourghahramani, P; Forssberg, E (2007年9月). 「長時間乾式粉砕によるヘマタイトの構造変化と応力エネルギーとの関係」. Powder Technology . 178 (1): 30– 39. doi : 10.1016/j.powtec.2007.04.003 .
  82. ^ a b Pourghahramani, P (2007).構造変化と反応性に特に重点を置いた、異なる粉砕方法を用いたヘマタイトの機械的活性化(PDF) (論文). p. 242.
  83. ^ a b Tkáčová、K.;バラージュ、P.ミシュラ、B.ヴィグデルガウツ、VE;バージニア州チャントゥリヤ (1993 年 7 月)。 「機械的に活性化された複合Cu-Pb-Zn精鉱からの亜鉛の選択的浸出」。湿式冶金。33 (3): 291–300。土井: 10.1016/0304-386X(93)90068-O。
  84. ^ Baláž, P (2000).活性鉱物の抽出冶金学. アムステルダム: Elsevier Science BV p. 292. ISBN 9780080531533. 2020年8月21日閲覧。
  85. ^ a b c d e Tkáčová、K. (1989)。ミネラルの機械的活性化。アムステルダム：エルゼビア。 p. 170.ISBN​ 978-0444988287。
  86. ^ a b c d e Tromans, D.; Meech, JA (2001年11月). 「鉱物の溶解促進：蓄積エネルギー、アモルファス化、および機械的活性化」.鉱物工学. 14 (11): 1359– 1377. Bibcode : 2001MiEng..14.1359T . doi : 10.1016/S0892-6875(01)00151-0 .
  87. ^ Nepapushev, AA; Kirakosyan, KG; Moskovskikh, DO; Kharatyan, SL; Rogachev, AS; Mukasyan, AS (2015). 「Ni-Al系における高エネルギーボールミル処理の反応速度論への影響：電気熱電対法による研究」. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis . 24 (1): 21– 28. doi : 10.3103/S1061386215010082 . S2CID 136668210 . 
  88. ^ Ronin, V; Jonasson, JE (1994).エネルギー改質セメント（EMC）を用いた冬季コンクリートの有効性に関する研究 - 材料科学的側面, 報告書 1994:03, 24 pp (スウェーデン語). ルレオ大学 (LTU), 構造工学部.
  89. ^ Ronin, V; Jonasson, JE (1995).寒冷気候条件下におけるEMC硬化を利用した高強度・高性能コンクリート. 国際コンクリート学会論文集（過酷環境下コンクリートに関する国際会議）、札幌、ルレオ大学（LTU）、構造工学部。
  90. ^ハンドル、フィリップ・H.；ローティング、トーマス（2015年）「六方晶系氷の温度誘起アモルファス化」物理化学物理誌. 17 (7): 5403–5412 . Bibcode : 2015PCCP...17.5403H . doi : 10.1039/C4CP05587J . PMID 25613472. 2020年8月21日閲覧。 
  91. ^ Shi, Frank G. (1994-07-01). 「ガラス転移：統一的な扱い方」 . Journal of Materials Research . 9 (7): 1908– 1916. Bibcode : 1994JMatR...9.1908S . doi : 10.1557/JMR.1994.1908 . ISSN 2044-5326 . S2CID 137825323 .  
  92. ^ Gutzow, Ivan; Todorova, Snejana (2010-04-20). 「溶解度が高く、化学反応性が高く、蓄積エネルギー源としても機能するガラス」ガラスの物理化学 - ヨーロッパガラス科学技術誌 パートB . 51 (2): 83– 99.
  93. ^ Gutzow, Iwan; Schmelzer, J. Jürn; Gutzow, Ivan S. (2013). 『ガラス質の状態：熱力学、構造、レオロジー、結晶化』（第2版）. ベルリン・ニューヨーク: Springer. ISBN 978-3-642-34633-0。
  94. ^ a b c d Sobolev, Konstantin (2005年8月). 「高炉スラグを大量に添加したセメントのメカノケミカル改質」.セメント・コンクリート複合材料. 27 ( 7–8 ): 848– 853. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2005.03.010 .
  95. ^ Weichert, R.; Schönert, K. (1974). 「高速で移動するき裂の先端における温度上昇について」. Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 22 (2): 127– 133. Bibcode : 1974JMPSo..22..127W . doi : 10.1016/0022-5096(74)90018-0 .
  96. ^ Fuller, KNG; Fox, PG; Field, JE (1975). 「ガラス状ポリマーにおける高速移動クラックの先端における温度上昇」. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences . 341 (1627): 537– 557. Bibcode : 1975RSPSA.341..537F . doi : 10.1098 / rspa.1975.0007 . JSTOR 78609. S2CID 137104796 .  
  97. ^ a b Krycer, Ian; Hersey, John A. (1980年11月). 「回転式および振動式ボールミルにおける粉砕の比較研究」. Powder Technology . 27 (2): 137– 141. doi : 10.1016/0032-5910(80)85015-7 .
  98. ^ a b c d Venkataraman, KS; Narayanan, KS (1998年5月). 「ボールミルにおける粉砕媒体間の衝突のエネルギー論とメカノケミカル効果」. Powder Technology . 96 (3): 190– 201. doi : 10.1016/S0032-5910(97)03368-8 .
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Energetically_modified_cement&oldid=1324420535」より取得