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Clarification of C-S-H carbonation under different environmental conditions and quality assessment of concrete

Research Project

Project/Area Number 20K04644
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 22010:Civil engineering material, execution and construction management-related
Research InstitutionUniversity of the Ryukyus

Principal Investigator

Suda Yuya  琉球大学, 工学部, 准教授 (10636195)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords炭酸化 / ケイ酸カルシウム水和物 / 炭酸化収縮 / 相対湿度 / 損傷 / 拡散係数 / pH / 空隙構造 / C-S-H / 変質 / 自然環境 / 水和物 / ポルトランダイト / 炭酸カルシウム / ひび割れ
Outline of Research at the Start

本研究は,コンクリートの炭酸化時の温度や湿度の影響について,主要な水和物であるケイ酸カルシウム水和物(以下,C-S-H)に着目し,異なる環境条件下でのC-S-Hの炭酸化挙動を解明することを目的とする.さらに,炭酸化によって生じる体積変化(炭酸化収縮)と硬化体品質としての炭酸化による物質移動性状の変化をC-S-Hの微視的構造の観点から明らかにすることを目指す.特に,本研究では,炭酸化時の温度や湿度の影響を「C-S-Hが保有する水分量」と捉え,「C-S-Hの寸法変化」や「炭酸カルシウムの生成領域,生成起源」に着目し,各種セメント系材料の炭酸化機構とコンクリート品質との関係を体系的に整理する.

Outline of Final Research Achievements

In this study, the quality of carbonated concrete was investigated from the change of hydration products under different environmental conditions. As a result, it is clarified that carbonation of portlandite progresses at high humidity, while C-S-H progresses at low humidity. In addition, the hardened cement pastes with progressive carbonation of C-S-H tend to exhibit a coarser porosity and reduce pH in pore solution. Furthermore, the carbonation shrinkage and the diffusivity of gases on carbonated concrete specimens was also evaluated. It is revealed that microcrack is induced in mortar section due to restraint of the mortar by the coarse aggregate during carbonation shrinkage. Microstructural changes and the development of microcracks were indicated to be factors increasing the diffusivity of gases.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究結果から炭酸化によるコンクリートの変質に水和物相の構造変化とそれによる損傷が大きく影響していることが明らかとなった。特に、水和物相の炭酸化の進行程度の違いによって、セメント硬化体の空隙構造や液相中のpHが大きく変化することを示した点は新たな知見といえる。さらに、本研究では水和物の観点からコンクリートの変質の変化を評価していることから、構造物のおかれた環境におけるコンクリートの変質に対する適切な劣化診断技術の確立と効果的な維持管理計画の策定、新たな材料設計手法の構築へフィードバックすることも可能である。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] 炭酸化時の湿度条件がセメントペーストの微細構造に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      須田裕哉, 稲福亮, 富山潤
    • Journal Title

      コンクリート工学年次論文集

      Volume: 44 Pages: 448-453

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phase Assemblage, Microstructure and Shrinkage of Cement Paste during Carbonation at Different Relative Humidities2021

    • Author(s)
      Suda Yuya、Tomiyama Jun、Saito Tsuyoshi、Saeki Tatsuhiko
    • Journal Title

      Journal of Advanced Concrete Technology

      Volume: 19 Issue: 6 Pages: 687-699

    • DOI

      10.3151/jact.19.687

    • NAID

      130008057079

    • ISSN
      1346-8014, 1347-3913
    • Year and Date
      2021-06-25
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 炭酸化による混合セメント硬化体の微細構造変化に及ぼす相対湿度の影響2021

    • Author(s)
      須田裕哉 富山潤
    • Organizer
      令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 炭酸化したセメントペーストの水和物とpH の変化に及ぼす相対湿度の影響2021

    • Author(s)
      須田裕哉 富山潤
    • Organizer
      第75回セメント技術大会講演要旨
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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