C-S-Hの関与が疑われる硫酸塩劣化機構の解明とリスククライテリアの整理
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19H02208
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22010:Civil engineering material, execution and construction management-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宮本 慎太郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60709723)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
皆川 浩 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10431537)
斎藤 豪 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90452010)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | 硫酸塩劣化 / ettringite / thaumasite / 熱力学的相平衡計算 / カルシウムシリケート水和物 / Ettringite / 多変量解析 / XRD/リートベルト法 / C-S-H / 化学分析 / エトリンガイト / AFm相 / DEF / ソーマサイト / Thaumasite |
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| Outline of Research at the Start |
コンクリートの硫酸塩劣化の研究は，主に劣化原因であるettringiteの析出に関するAlの反応経路に関する研究が多い．一方，DEFと呼ばれる内在する硫酸塩の影響で生じる劣化が近年報告されているが，DEFにはセメントマトリックスの主鉱物相であるカルシウムシリケート水和物（C-S-H）が関与している可能性が指摘されている．さらに，TSAと呼ばれる硫酸塩劣化も，劣化の原因となるthaumasiteはSiを組成しているためC-S-Hが関与している可能性は高い．本研究では，C-S-Hがこれらの劣化にどのように関与しているのかを明確にし，当該劣化に対するリスククライテリアを整理することを目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
世界では硫酸イオンを組成したettringiteと類似した鉱物であるthaumasiteの析出に起因した劣化が度々報告されている．ただし，thaumasiteが析出する条件などは分かってきてはいるものの，そのメカニズムについては理論的に説明されている例はなく，当該劣化を理解する上でthaumasiteの析出メカニズムを解明することは非常に重要である．
今年度はこれまでに明らかになっていないthaumasiteの析出メカニズムを解明することを目的とした．本目的を達成するために実験とともに熱力学的相平衡計算を用いて数値計算側からもthaumasiteの析出メカニズムの解明にアプローチした．
その結果，まず，粉末X回折や示差熱－熱重量同時測定，走査型電子顕微鏡，フーリエ変換赤外線分光のいずれの分析においても，様々な報告と同様に硫酸ナトリウム溶液と比較して硫酸マグネシウム溶液がセメント硬化体に作用した系においてthaumasiteの析出が顕著であった．
一方で，熱力学的相平衡計算を適用した場合，硫酸ナトリウム溶液の方が硫酸マグネシウム溶液と比較してthaumasiteが析出し易い結果となった．この実験と計算の乖離について，熱力学的相平衡計算に対して結晶の安定条件を新たに追加することで硫酸マグネシウム溶液が作用した場合の方が硫酸ナトリウム溶液が作用した場合と比較してthaumasiteが析出し易くなることを明らかにした．この結果はthaumasiteの析出メカニズムの解明の一助になると考えられた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は熱力学的相平衡計算の硫酸塩劣化に対する適用の点について新たな考え方を導入して大幅に再現精度を向上することができたため，おおむね順調に進展していると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに，特に熱力学的相平衡計算による硫酸塩劣化の再現について大きな成果が得られた．ただし，熱力学的相平衡計算に使用するデータである平衡定数については温度依存性やイオンの状態などの影響を考慮し切れていないなどいくつかの問題が残されている可能性がある．
以上を踏まえて，今後は熱力学的相平衡計算に実装する平衡定数の算出等に関して基礎的な実験を通して再考していく予定である．
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)
