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論文

Emulsification of low viscosity oil in alkali-activated materials

Reeb, C.*; Davy, C. A.*; Pierlot, C.*; Bertin, M.*; Cantarel, V.; Lambertin, D.*

Cement and Concrete Research, 162, p.106963_1 - 106963_16, 2022/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:44.2(Construction & Building Technology)

Significant amounts of low viscosity mineral oil (20 %vol) are successfully immobilized in alkali-activated materials (AAM), either based on metakaolin or blast furnace slag. Surfactants are required to stabilize of the oil emulsion. Visual observation, torque measurement and rheology evidence two distinct groups of surfactants. One group contributes to structuring the oil/AAM fresh mix, with greater torque and viscosity than without surfactant; the other includes non-structuring surfactants, without change in torque or viscosity. Each group depends on the AAM considered. Whatever the AAM and the surfactant, the interfacial tension between oil/activating solution and the oil droplet size decrease significantly. Therefore, although contributing to stabilize the emulsion, interfacial tension alone does not explain the two distinct behaviors. Characterization of diluted ternary suspensions (solid particles-oil-AS) relates the structuring effect to interactions between oil and solid particles, through the surfactant polar head groups and non-polar hydrocarbon tails. An original mechanism explaining structuration is discussed.

論文

Geopolymer and ordinary Portland cement interface analyzed by micro-Raman and SEM

Cantarel, V.; 山岸 功

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(7), p.888 - 897, 2022/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:56.43(Nuclear Science & Technology)

Geopolymers are a class of material that could potentially be used for sealing and repair of damaged concrete structures. This application is important for both decommissioning activities and standard industrial applications. The purpose of this article is to investigate the interface between ordinary Portland cement and geopolymer. The surface microstructure of the cement is investigated by SEM, EDX, and micro-Raman after embedding in geopolymer or immersion in the activation solution of a geopolymer for various durations. It is found that immersion in the solution induces a dendritic carbonation profile into the cement structure following the CSH gel. On the contrary, embedding in the geopolymer creates a dense, impermeable interface with a thickness of a few micrometers. This interface is found to be dense and brittle and it decreases the permeability of the surface, preventing the penetration of silicates into the cement structure. However, this brittle interface is sensitive to dehydration and can rupture under intense drying. This phenomenon can be utilized to separate the geopolymer and cement but is concerning if the integrity of the material must be guaranteed under extreme conditions.

論文

Online measurement of the atmosphere around geopolymers under gamma irradiation

Cantarel, V.; Lambertin, D.*; Labed, V.*; 山岸 功

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(1), p.62 - 71, 2021/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:36.29(Nuclear Science & Technology)

セメントに類似したジオポリマーを原子力分野で用いる場合に、多孔質なジオポリマーに含まれる水が放射線により分解されて発生する水素に留意する必要がある。原子力機構では、放射線による水素の発生と再結合、ジオポリマー中の水素の拡散を考慮したPRDモデルを開発してきた。本研究では、ジオポリマー試料を特殊な容器に封入し、Co-60ガンマ線で照射中の容器内ガスの水素および酸素濃度をオンライン分析した。ジオポリマーの孔を満たす水のアルカリ性が強いほど水素収量が少ない傾向が観察され、水素が再結合して水に戻る反応が顕著になることを確認した。照射中の酸素消費率は一定であり、この結果をPRDモデルから考察した。

論文

On the hydrogen production of geopolymer wasteforms under irradiation

Cantarel, V.; 有阪 真; 山岸 功

Journal of the American Ceramic Society, 102(12), p.7553 - 7563, 2019/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:30.33(Materials Science, Ceramics)

放射性廃棄物固化において、固化体からの水素発生は安全上の主要な懸念事項である。ジオポリマー材で固化する場合、材の多孔質構造中に多量の水が存在するため、水の放射線分解による水素発生が重要な因子となる。本研究では、ジオポリマー材単独またはゼオライト(模擬廃棄物)を含むジオポリマー固化体を、水飽和度と試料サイズを変えて$$^{60}$$Co $$gamma$$線で照射し、水素放出量を測定した。試料が塊状でサイズが大きく(円筒形40cm長)かつ水で飽和している場合(円筒形40cm長)の水素ガス放出量は1.9$$times$$10$$^{-10}$$ mol/Jであり、粉末試料の放出量2.2$$times$$10$$^{-8}$$ mol/Jよりも2桁小さかった。測定結果をジオポリマー中での水素の発生、再結合および拡散挙動を考慮したモデルにより解釈した。ジオポリマー中の拡散係数が既知であれば、モデルは水素放出量を水飽和度の関数として再現でき、試料サイズ40cmまでの放出量を予測できることがわかった。

論文

3D X Ray micro-tomography as a tool to formulate metakaolin-based geopolymer-oil emulsions

Lambertin, D.*; Davy, C. A.*; Hauss, G.*; Planel, B.*; Marchand, B.*; Cantarel, V.

Proceedings of 1st International Conference on Innovation in Low-Carbon Cement and Concrete Technology (ILCCC 2019) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2019/06

ジオポリマー(GP)セメントと有機液体からなる複合材料は、放射性有機液体廃棄物の管理のために、または相変化材料(PCM)として、多孔性制御媒体を合成するのに有用である。GPセメントは、大量の有機オイルをエマルションで新鮮なペーストに閉じ込めることができる。そのエマルション(GEOIL)は、GP硬化中は安定なままである。本報告では、1ミクロン$$^{3}$$ (= 1$$times$$10$$^{-6}$$m$$^{3}$$)のボクセルサイズの3D X線マイクロコンピューター断層撮影(マイクロCT)を使用することによって、GEOILペーストの3D油滴構造に対する調合パラメータ(油の割合, Si/Alモル比,界面活性剤)の影響を調べた。試料は新鮮な状態で乳し、硬化した状態で画像撮影した。気孔率,油滴サイズ分布、および油滴間の平均距離の全てを定量的に決定した。界面活性剤の存在により、著しく小さい油滴の形成が観察された。Si/Al比の増加も油滴サイズを減少させるが、その程度はより少ない。

論文

Hydrogen production of Zeolite A containing geopolymers

Cantarel, V.; 有阪 真; 山岸 功

Proceedings of 3rd International Symposium on Cement-based Materials for Nuclear Wastes (NUWCEM 2018) (USB Flash Drive), 4 Pages, 2018/10

ジオポリマーは、種々の含水量およびゼオライト充填量(0-40重量%)で合成した。ゼオライトA,ジオポリマーおよびそれらの複合体を$$^{60}$$Co線源(1.5-2.5kGy/h)で10kGyまで照射した。照射後に水素量をGCで測定し、放射線分解による水素収量を求めた。収量の値から、照射中の水素再結合反応が示唆された。観測された挙動を理解するために実験系をモデル化し、より大きな試料の照射で発生する水素量を試算した。

報告書

Geopolymers and their potential applications in the nuclear waste management field; A Bibliographical study

Cantarel, V.; 本岡 隆文; 山岸 功

JAEA-Review 2017-014, 36 Pages, 2017/06

JAEA-Review-2017-014.pdf:3.37MB

十分な崩壊時間の後、水の除染に使用されたゼオライトは、最終的に長期保管のために処理される。ジオポリマーは、放射性セシウムおよびストロンチウム含有廃棄物の管理にあたり有望な固定基材と考えられている。このような用途のためには、バインダー構造、その巨視的性質、廃棄物との相互作用、および廃棄物形態で生じる物理化学的現象の正確な理解が、材料の健全性および安定性を判断する上で必要である。ジオポリマーは歴史の浅いバインダーであるが、この50年間に多くの研究が行われており、その特性とその用途の理解は急速に進んでいる。本レビューでは、ジオポリマーに関する研究から、ジオポリマー複合材料、核廃棄物固化材料、照射下のジオポリマーについて、実用的な情報を収集している。取集した情報は、今後の研究と実験のためのガイダンスとして活用する。

口頭

Scale up effect on geopolymer H$$_{2}$$ production under gamma irradiation

Cantarel, V.; 有阪 真; 山岸 功

no journal, , 

ジオポリマー廃棄体のガンマ線照射時に発生する水素が廃棄体内で消費され、その消費は水素拡散が遅く試料が大きいときに顕著になることをこれまでの実験結果により明らかにした。例えば、含水率が同じジオポリマーを照射した場合、長さ40cmの円筒試料の水素収量は粉末試料の100分の1以下に減少した。このような実験結果は、水の放射線分解により発生する水素、再結合反応により消費される水素、拡散により移動する水素に関する量的関係をモデル化することで解釈が可能となる。本発表では、照射試料からの水素放出量が試料の大きさに多大な影響を受けることを強調し、実規模廃棄体への適用可能性を報告する。

口頭

On the hydrogen production of geopolymers under gamma irradiation

Cantarel, V.; 有阪 真; 山岸 功

no journal, , 

We measured the hydrogen production of geopolymers under gamma irradiation and confront the experimental result to a simple model. Using a model, we were able to highlight the importance of hydrogen recombination.

口頭

Gas diffusion effect on H$$_{2}$$ release caused by water radiolysis in geopolymer

Cantarel, V.; 有阪 真; 山岸 功

no journal, , 

The hydrogen production of geopolymers under gamma irradiation was evaluated and confronted to a model considering hydrogen production, its diffusion and potential recombination reactions. We were able to highlight the importance of hydrogen diffusion and recombination to predict the hydrogen explosion risk accurately. An experiment is planned in FY2019 for its demonstration in collaboration with French CEA.

口頭

Investigation of the interface between cement and geopolymer

Cantarel, V.; 山岸 功

no journal, , 

Cementitious structure repair is one of the potential applications of geopolymer material. The context of decommissioning and decontamination efforts gives rises to several related applications. For instance, geopolymer could be used to manage cement waste, create seals to isolate a section of the decommissioning area, or cover contaminated concrete to protect workers. In that context, the property of geopolymer for immobilization of nuclides such as cesium grants additional benefits. Moreover, in maritime environments, technical studies showed low permeability properties of geopolymer coated concretes. However, the origin of that property was not fully explained and only loosely attributed to the interface between the two materials. The purpose of this study was to investigate the interface between ordinary Portland cement and geopolymer. Other materials, such as activated slags, use the same type of alkaline solution as geopolymer. We wanted to know if the properties achieved at the interface with concrete are related to the aggressive alkaline solution or specific to geopolymer. To this end, cement was either dipped in alkaline silicate solution for various duration or embedded in geopolymer. The immersion in activating solution induced a localized carbonation at the surface of the cement similar to what is observed with waterglass treatment of ordinary Portland cements. Contrary to standard carbonation, the carbonation progresses in a root-like pattern inward, following the CSH gel into the cement. When embedded in geopolymer, a 0.03 mm thick transition zone is formed at the interface with cement. The elemental evolution throughout the transition zone indicates that surface porosity of the cement is plugged by nanoaggregates of alumino-silicate. This phenomenon can explain both that the carbonation does not occur during or after the geopolymerization and the low permeability observed for geopolymer coated cements in other studies.

口頭

ジオポリマー廃棄体のセシウム保持特性

有阪 真; 加藤 友彰; 佐川 祐介*; Cantarel, V.

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所における汚染水処理により発生する水処理二次廃棄物の処理方法の確立が課題である。本研究では、Csを吸着した廃ゼオライトをNa系ジオポリマーにより固化処理する場合を想定し、ジオポリマー廃棄体のCs保持特性を調べるため浸出試験を行い、浸出性指数を得た。

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