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Melting behavior and thermal conductivity of solid sodium-concrete reaction product

ナトリウム-コンクリート反応生成物の融解挙動及び熱伝導率

河口 宗道; 宮原 信哉; 宇埜 正美*

Kawaguchi, Munemichi; Miyahara, Shinya; Uno, Masayoshi*

本研究はナトリウム-コンクリート反応(SCR)によって発生する生成物について、融点及び熱伝導率を明らかにしたものである。試料は次の2種類の方法で作製した。1つ目は加熱炉内でナトリウムとコンクリート粉末の混合物を加熱したものである。2つ目はSCR実験を行い、その堆積物をサンプリングしたものである。前者は、過去の実験からナトリウムとコンクリートの混合割合を決定しており、後者は温度履歴やナトリウムとコンクリートの分布等、より現実的な条件を模擬している。熱重量・示唆熱(TG-DTA)測定から、試料の融点は865-942$$^{circ}$$Cであることが示されたが、金属ナトリウムを含む試料の融点は明確には分からなかった。そこで、より現実的な2つの試料については加熱炉内におけるその圧縮成型体の観察を行った。その観察により軟化温度は800-840$$^{circ}$$C、融点は840-850$$^{circ}$$Cであることが分かった。融点はTG-DTAの結果から10-20$$^{circ}$$C低い温度となった。FactSage 7.2による熱力学計算から、融解が始まる温度はNa$$_{2}$$SiO$$_{3}$$やNa$$_{4}$$SiO$$_{4}$$等の構成物質の融解により起きることが分かった。反応生成物の熱伝導率は$$lambda$$=1-3W/m-Kとなった。これは、xNa$$_{2}$$O-1-xSiO$$_{2}$$ (x=0.5, 0.33, 0.25)の熱伝導率と同程度であった。700$$^{circ}$$Cにおけるこの熱伝導率は非架橋酸素数(NBO/T)の式によって説明されることが分かった。

This study revealed melting points and thermal conductivities of four samples generated by sodium-concrete reaction (SCR). We prepared the samples using two methods such as firing mixtures of sodium and grinded concrete powder, and sampling depositions after the SCR experiments. In the former, the mixing ratios were determined from the past experiment. The latter simulated the more realistic conditions such as the temperature history and the distribution of Na and concrete. The thermogravimetry-differential thermal analyzer (TG-DTA) measurement showed the melting points were 865-942$$^{circ}$$C, but those of the samples containing metallic Na couldn't be clarified. In the two more realistic samples, the compression moldings in a furnace were observed. The observation revealed the softening temperature was 800-840$$^{circ}$$C and the melting point was 840-850$$^{circ}$$C, which was 10-20$$^{circ}$$C lower than the TG-DTA results. The thermodynamics calculation of FactSage 7.2 revealed the temperature of the onset of melting was caused by melting of the some components such as Na$$_{2}$$SiO$$_{3}$$ and/or Na$$_{4}$$SiO$$_{4}$$. Moreover, the thermal conductivity was $$lambda$$=1-3W/m-K, which was comparable to xNa$$_{2}$$O-1-xSiO$$_{2}$$ (x=0.5, 0.33, 0.25), and those at 700$$^{circ}$$C were explained by the equation of $$NBO/T$$.

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