Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

炭酸化 / 収縮・クリープ / 耐久性 / 細孔構造 / リーチング / 塩化物イオン / ひび割れ / 熱力学

1.種々に変動する実環境を模擬して,乾燥湿潤のパターンを変化させた条件のもとで,塩化物イオン浸透現象について実験・解析の両面から詳細な検討を行った.また環境条件を構造化するにあたり,塩化物イオン浸透に対して最も影響の大きい水分境界条件の相違に対して検討した.具体的には,水蒸気の移動が卓越する吸湿環境,サクションによる液状水の移動が卓越する浸漬環境を,様々な乾湿サイクルで実験的に模擬し,解析モデルとの比較・検証を行った.その結果,任意の水分および塩化物イオン境界に対して適用可能な手法を提案することに成功した.
2.任意の温湿度環境に適用可能な,水分移動・平衡モデルならびに細孔構造形成モデルの構築と,それらの強連成に関する解析的検討を行った.乾燥-湿潤の含水状態履歴挙動を説明するものとして,インクボトル形状の細孔内に存在する成分について統計的な処理を用いてモデル化を行っていたが,それらを温度依存の関数とすることで,任意の温度履歴に対して含水状態を予測する手法の開発を行った.さらに,生成される水和物のキャラクターの温度依存性を考慮することで,水和途上の温度変化を受けるセメント硬化体の細孔構造を表現するモデルの提案に成功した.
3.種々の環境条件(温度ならびに湿度)のもとでの炭酸化進行の予測を可能とするべく,モデルの一般化,高度化を図った.従来は水酸化カルシウムのみを反応種として考慮してたが,長期の炭酸化反応および低濃度自然環境下での炭酸化反応を精度良く追跡するために,C-S-Hの反応をも考慮し,さらに炭酸化反応前後の水和物の質量バランス,体積変化を考えることで,微視的な観点からの反応予測に成功した.

塩化物イオン / 炭酸化 / 固定塩化物 / 吸着塩化物 / 熱力学 / 複合劣化 / 耐久性 / 水分等温線

本年度得られた成果は以下に列挙される.
1.前年度で得られた研究成果をさらに発展させ,任意の温度環境下における塩化物イオン平衡一般則の提案を行った.20℃室温下では,微細空隙水中に存在する自由塩化物と,細孔壁面に吸着あるいは化学的に取り込まれる固定塩化物の両者には線形関係が認められることが昨年度の研究成果より明らかになったが,ここではさらに温度範囲を40℃,60℃と広げた際の平衡特性を実験により解明した.結果として,温度が上昇するにつれセメント硬化体の固定化能力は顕著に低下すること,また室温下において認められた自由-固定塩化物両者の線形関係が,高温環境下では崩れることが明らかになった.
2.研究代表者が過去に提案している,炭酸作用下におけるpH予測手法の改良を行った.本手法は,物質移動・平衡・反応を含む複雑なプロセスであるため,従来の解析手法では秒単位の時間差分を必要とした.ここでは,日〜週程度の差分であっても十分な精度を有する非線形求解法の開発に成功した.数十年〜百年のオーダーが対象となるRC構造物の耐久性照査においては,本開発技術が重要な要素となる.新しいアルゴリズムにより,PCを用いた短時間での計算が可能になったため,ビジュアルインターフェースを有する寿命予測ソフトの開発も行った.
3.空隙内のpH値と塩分平衡の相互依存性のモデル化を行った.二酸化炭素の作用により系内のアルカリ性が失われるにつれ,固定化塩分が解放されるとするモデルである.提案手法を用いることで,塩分と二酸化炭素が同時に作用することにより生じる複合劣化が解析可能であることを示した.
4.温度が変化する条件下において,微細空隙中に蓄えられる水分平衡モデルの提案を行った.空隙をマイクロスケールの毛細管空隙,ナノスケールのゲル空隙,オングストロームの寸法を有する層間空隙に分類し,各々の温度敏感性を実験により抽出・モデル化したものである.

塩化物イオン / 固定塩化物 / 吸着塩化物 / テンションスティフネス / 物質移動 / 相平衡 / 熱力学 / 非平衡熱力学 / 炭酸化 / ゲル構造 / 腐食 / 酸性雨 / 細孔組織 / 耐久性

(1)超長期の耐久性に関連のある,イオン溶出・浸透とCSHゲル組織の変成に関する機構の数値解析システムを,DuCOMシステム(熱水分-塩化物-炭酸化-酸化反応に関する高次連成解析システム)に組み込んだ。
あわせて既往の原位置データおよび促進イオン溶出試験データの収集を行った。
(2)セメント硬化体を形成する微細空隙構造内の水分に関する熱力学平衡を再構築し,低水セメント配合特有の持続的な水和反応プロセスを数値解析で予測することに成功した。
(3)普通セメントおよび高炉セメントに関する固定塩化物量と自由塩化物量に関する一般化熱力学平衡モデルを,系統的な実験(数百)を通じて構築することに成功した。従来の定説であった高炉セメントのフリーデル氏塩による固定成分は支配的ではなく,高い吸着力によって塩化物イオンの浸透を遅らせることが明確になった。
(4)通電によって強制腐食させたRC梁のせん断破壊実験ならびに腐食を内在するRC部材のtension-stiffness挙動を実験によって明らかにした。腐食位置が異なることによって,せん断耐力は上昇する場合もあることを実証するとともに,支点鋼材位置での鉄筋腐食は逆にせん断耐力の低下を支配することを見出した。
また,これらはRCゾーニング法と多方向ひび割れモデルによって解析予測が可能であることを検証した。
(5)膨張コンクリートの曲げ部材,一軸引張部材に対して除荷過程を含む繰り返し載荷を行い,引張応力下の膨張コンクリートに特有な非線形挙動を合理的に説明するコンセプトを提案した。ケミカルプレストレスト部材の高いひび割れ抵抗性は,プレストレスによる引張強度の増加のみならず,ひび割れ発生前の変形能力が大きいことにより著しく高くなることを示した。
(6)コンクリート標準示方書に準拠して,コンクリートの配合から基本物性を予測することに特化したシステムをDuCOMを基盤にして開発し,一般に公開を開始した。

【研究分担者】
石田哲也	東京大学	大学院・工学系研究科	講師	(Kakenデータベース)
安雪暉	東京大学	大学院・工学系研究科	助教授	(Kakenデータベース)
岸利治	東京大学	生産技術研究所	助教授	(Kakenデータベース)