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Chaerun, R. I.; 佐藤 淳也; 平木 義久; 吉田 幸彦; 佐藤 努*; 大杉 武史
Construction and Building Materials, 500, p.144270_1 - 144270_10, 2025/11
アルカリ活性化材料(AAMs)、特にメタカオリンを原料とするものは、その高密度な微細構造と化学的耐久性により、有害廃棄物の固定化に用いる持続可能なバインダーとして大きな注目を集めている。これらの非晶質アルミノケイ酸塩構造は、有害物質を効果的にカプセル化し、環境リスクを低減することができる。しかし、この非晶質ネットワークの安定性を維持することは容易ではなく、特にナトリウム(Na
))を多く含む前駆体を使用する場合、過剰なNaが結晶化を促進し、マトリックスの完全性を損なうことが知られている。本研究では、主にカリウム(K))で活性化されたメタカオリン系AAMsにおけるNa+濃度が構造安定性に与える影響を体系的に検討した。その目的は、非晶質構造を保持し化学的安定性を維持できるNa取り込みの閾値を明らかにすることである。透過型電子顕微鏡(TEM)、ラマン分光法、熱力学モデリングを用いて、さまざまなNa:Kモル比におけるK-AAMsの構造進化を解析した。その結果、Na:K比が高い場合には、ナノポアの形成やNaに富むゼオライト相の早期結晶化が生じ、マトリックスの安定性が低下することが明らかとなった。一方で、非晶質ネットワークを維持し、アルミノケイ酸塩骨格を保つ最適なNa:K比が特定された。これらの知見は、高耐久かつ先進的な廃棄物固定化技術に向けたK-AAMsの最適化に有用な指針を提供するものである。
Niu, X.*; Elakneswaran, Y.*; Li, A.*; Seralathan, S.*; 菊池 亮佑*; 平木 義久; 佐藤 淳也; 大杉 武史; Walkley, B.*
Cement and Concrete Research, 190, p.107814_1 - 107814_17, 2025/04
被引用回数：2 パーセンタイル：85.94(Construction & Building Technology)Metakaolin-based geopolymers have attracted significant interest in decontaminating radioactive debris from the Fukushima nuclear accident. This study explored the incorporation of boron (B) into geopolymers using boric acid as the source, with the goal of developing B-enriched geopolymers for enhanced radionuclide immobilisation and neutron capture potential.
谷口 拓海; 松本 早織; 平木 義久; 佐藤 淳也; 藤田 英樹*; 金田 由久*; 黒木 亮一郎; 大杉 武史
JAEA-Review 2024-059, 20 Pages, 2025/03
JAEA-Review-2024-059.pdf:1.0MB
廃棄物のセメント固化で求められる基本的な性能である硬化前の流動性および硬化後の強度特性は、廃棄物に含まれる物質や成分などの化学的作用の影響を受けることが予想される。硬化前の流動性および硬化後の強度特性はセメントの硬化速度に大きく影響されることから、セメントの硬化速度に影響を与える化学物質を対象に着目して既往の知見を調査し、取りまとめを行った。本報告書ではセメントの流動性に影響を及ぼす化学物質を大きく分類し、無機物質として(1)陰イオン種、(2)重金属等金属元素、(3)セメント混和剤として用いられる無機物質および(4)セメント混和剤として用いられる有機物質の4つに整理した。調査の結果、化学物質によって硬化を促進する効果と遅延する効果に大きく分類されることが分かったが、一部の化学物質ではその添加量によって硬化に与える影響が逆転するものも見られたことから、実際に化学物質を添加し、凝結時間測定を実施した。その結果、硬化促進に寄与するメカニズムが複数あることが分かった。セメントの硬化反応を阻害する化学物質を調査し、セメント固化における混入禁忌成分を検討するための情報を整理することができた。
平木 義久; 榎本 真由*; 寺澤 俊春*; 今泉 憲*; 加藤 潤; 大杉 武史; 曽根 智之; 黒木 亮一郎
no journal, ,
福島第一原子力発電所(福島第一)の汚染水処理から発生する廃棄物を、セメント等で固化処理した場合の固化体の最大温度を評価する目的で、様々な廃棄物保管容器を模擬し、放射線輸送コード及び熱伝搬コードを用いた解析を行った。解析概要及び得られた結果の一部を紹介する。
平木 義久; 齋藤 利充*; 角田 あやか; 大杉 武史; 曽根 智之; 黒木 亮一郎; 工藤 勇*; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*
no journal, ,
福島第一原子力発電所汚染水処理過程で発生する二次廃棄物の固化処理におけるK系アルカリ刺激材料(AAM)の適用可能性を示すため、実際の廃棄物処理における作業性に係る物性試験を実施した。模擬廃棄物を含まないK系AAMを作製し、粘度変化および凝結時間を測定した。得られたデータについて他の固化材料と比較した結果、流動性が高く、硬化が早いことが確認された。
平木 義久
no journal, ,
アルカリ刺激材料(AAM)は、粉体材料のメタカオリンとアルカリ溶液を練混ぜて作製される廃棄物固化の候補材料である。既往研究では、製造元の異なるメタカオリンを同一条件で練混ぜた場合に、AAMの硬化特性に差異が確認されている。硬化特性は廃棄物の混ぜ込みやすさや作業可能時間といった実処理の作業性に係る重要な特性である。そのため、材料を選定する際にどのような要因が硬化特性に影響を与えるのか把握する必要がある。本研究では、製造元の異なるメタカオリン間で粒度分布の傾向に差があった点に着目し、粉体材料の粒径がAAMの硬化特性に影響を与えていると予測した。粒径による影響を明らかにするため、ふるいと精密分級機によりメタカオリンを分級し、同一材料から粒度分布の異なる試料を用意した。これらのAAM硬化特性として振動式粘度計による粘度変化およびJISに基づく凝結試験によって硬化時間を測定した。
平木 義久; 角田 あやか; 齋藤 利充*; 曽根 智之; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*; 大杉 武史; 黒木 亮一郎
no journal, ,
福島第一原子力発電所で発生する水処理二次廃棄物の固化処理について、アルカリ刺激材料(AAM)の適用性検討を進めている。固化処理を行った廃棄体は、処分にあたって一定の基準を満足する必要がある。しかし本研究において、同一製造ロットの原料(メタカオリン)であっても、購入時期の異なるものを使用した場合に、AAMの粘性,圧縮強度等に差が生じることが分かった。AAMの物性に変化をもたらす原料に由来する要因が分かれば、固化処理に係る仕様検討に有用なデータが得られる。原料の分析を実施した結果、結晶相およびAlの溶出量の差異がAAMの物性に影響を与えている可能性が示唆された。
平木 義久; 田畑 光一; 谷口 拓海; 黒木 亮一郎; 大杉 武史
no journal, ,
汚染水処理から発生する様々な廃棄物に対して、低温処理技術(セメント固化等)による固化処理プロセスを適用する場合の適用可能性を簡易に検査するため、セメントの比熱および様々な化学物質の発熱量測定により、廃棄物を混練した固化体の温度予測値を算出した。これまでに開発した画像判定装置による熱画像と温度予測値の組み合わせにより、廃棄物混練時の固化体温度を簡易に判定できる方法を整理した。
谷口 拓海; 倉持 亮*; 平木 義久; 清水 恒輝; 大澤 紀久*; 金田 由久*; 吉田 幸彦; 大杉 武史
no journal, ,
In Japan, managing radioactive waste from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station has become a national priority. A key concern is secondary waste, such as slurry and sludge, produced during radioactive water treatment in the cooling and injection systems. This waste, with its high water content, poses risks of radioactive releases and hydrogen gas generation. However, safe disposal methods for secondary waste remain unestablished. Cement solidification, a common treatment method, involves extensive testing with various material mixtures to find optimal results. The purpose of developing a method to screen secondary wastes for suitability for cement solidification is to reduce worker exposure and the amount of waste generated from testing. This study also establishes clear criteria for measuring heat release during the process, supported by thermal imaging for screening.
角田 あやか; 大曽根 理*; 平木 義久; 大杉 武史; 曽根 智之; 黒木 亮一郎; 工藤 勇*; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*
no journal, ,
福島第一原子力発電所内の水処理二次廃棄物に対する、K系アルカリ刺激材料(AAM)の固化適用性検討に必要な物性データ取得のため、圧縮強度試験および
線照射による水素発生量の測定を行った。本試験項目において、K系AAM固化体は粉体材料の種類により異なる傾向を示すことが分かった。また、圧縮強度試験において、K系AAMは粉体材料の種類により他の固化材料と同程度の強度を有することが分かった。
平木 義久
no journal, ,
福島第一原子力発電所で発生する水処理二次廃棄物の固化処理について、カリウム系アルカリ刺激材料(AAM)の適用可能性を示すことを目的とし、カリウム系AAMの物性試験を行った。物性試験では固化体の製作時に係る物性として粘度,硬化時間及び保管時に係る物性として圧縮強度,水素ガス発生量の把握を行った。また他の固化材料(Na系AAM・OPC固化体)との物性の比較により、カリウム系AAMが高い流動性を有するといった特徴が明らかになった。
平木 義久; 谷口 拓海; 岡田 尚; 吉田 幸彦; 大杉 武史
no journal, ,
汚染水処理から発生する様々な廃棄物に対して、低温処理技術(セメント固化等)による固化処理の適用可能性を簡易に検査する手法を検討している。廃棄物混練時の材料分離は、固化体の品質に影響する。そのため画像判定装置を用いて、セメントと模擬廃棄物の沈降速度差を計測することで、材料分離の影響に関して、混練時に均一な固化体を作製可能か簡易に判定できる方法を整理した。
平木 義久; 佐藤 淳也; Chaerun, R. I.; Niu, X.*; Elakneswaran, Y.*; 吉田 幸彦; 大杉 武史
no journal, ,
In the process of decommissioning the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, a variety of radioactive wastes have been generated. As part of a national project in Japan, the exploration of cementation with solidification materials for waste management is underway. Alkali-activated materials (AAMs) are particularly significant in this context because they can be manufactured at room temperature and are highly effective at immobilizing radioactive materials. This project focusses on the application of potassium-based AAMs (K-AAMs) enhanced with boron to improve neutron absorption properties. The study investigates how the addition of boric acid affects the physical properties of K-AAMs and aims to optimize their performance for effective nuclear waste management.
平木 義久; 角田 あやか; 齋藤 利充*; 大杉 武史; 曽根 智之; 黒木 亮一郎; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*
no journal, ,
福島第一原子力発電所(1F)で発生する水処理二次廃棄物の固化処理について、K系アルカリ活性材料(AAM)の適用可能性を示すため、模擬廃棄物を混合させた際の物性に対する影響の把握を目的とし、粘度および圧縮強度を測定した。得られた物性について廃棄物を混合しない系(母材)および他の固化材料と比較を行った。K系AAMは廃棄物を混合した場合でも高い流動性があり、圧縮強度の低下が他の材料より小さい傾向が確認された。
平木 義久; 谷口 拓海; 岡田 尚; 吉田 幸彦; 大杉 武史
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故で発生した汚染水処理二次廃棄物(スラリー)について、脱水して一時保管することが計画されている。しかし、その保管環境がスラリーの性状に与える影響について知見が少ないため、確認をする必要がある。そのためスラリーの模擬物について、保管時の乾燥による含水率、硬さの変化に関するデータ取得、またスラリー脱水体の固化処理時の取扱いに関する検討を行った。
佐藤 努*; Islam, C.*; Elakneswaran, Y.*; 平木 義久; 大杉 武史; 曽根 智之; 黒木 亮一郎; Provis, J.*
no journal, ,
福島第一原子力発電所における汚染水処理で発生した鉄共沈スラリーは、その安全な保管や処分のため安定固化する必要がある。本研究では、アルカリ刺激材を用いて、鉄共沈スラリーに吸着している陰イオン(特にヨウ素やセレン)の保持性について調べた。その結果、ヨウ素に関しては硝酸銀の添加により、亜セレン酸に関してはアルカリ刺激材そのものに保持が期待できることが明らかとなった。
平木 義久; 寺澤 俊春*; 今泉 憲*; 谷口 拓海; 加藤 潤; 大杉 武史; 曽根 智之; 中澤 修; 黒木 亮一郎
no journal, ,
福島第一原子力発電所(1F)の汚染水処理から発生する廃棄物を、セメント等で固化処理する場合の放射性核種濃度による上限値を評価する目的で、固化する放射性核種量と廃棄体温度の関係について、放射線輸送コード及び熱解析コードを用いた解析を行った。試験概要及び得られた結果の一部を紹介する。
