| Project/Area Number |
22K04402
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23010:Building structures and materials-related
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
塚越 雅幸 福岡大学, 工学部, 准教授 (50579711)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 空隙構造 / ケイ酸塩 / 含水率 / 接着剤 / 明度 / 腐朽 / 鉄筋腐食 / 仕上材料 / 室内外 / 含浸材 / 撥水性 / 接触角 / 屋外暴露試験 / 促進暴露試験 / 防水材 / 表面保護材 |
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| Outline of Research at the Start |
躯体と内外装材料はそれぞれ個別最適化の考えで設計・管理され、使用部材としての全体最適化に基づいた材料設計・管理とはなっていない。そのため、保護仕上を施工したが逆に躯体の劣化が促進したり、保護仕上の早期劣化など思いがけない不具合が発生している。
本申請研究では部材レベルでの材料の性能と耐久性評価試験法を提案し、従来の材料単体での試験法での結果の有効範囲と限界について明らかにする。これにより材料単体では見つけることが出来ない不具合や劣化の生じる条件を明らかとし、部材構成と使用環境を考慮した新しい材料の性能の基準や耐久性評価システムを構築、使用状態に応じた躯体の高性能保護仕上材料の開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はRCおよびCLT部材の劣化について，特に外部からの水分移動に着目した研究を行った。
（１）躯体の表層品質が各種外壁の改質効果および水分浸透性に及ぼす影響
コンクリートの保護材料として用いられる，表面含浸材はコンクリート表面から含浸し，撥水性の付与やセメントと反応硬化し細孔構造を緻密化する材料である。表面含浸材は無色であるため，施工現場では塗布量で管理されている。しかし，コンクリート表層の空隙構造は，調合や施工，養生条件などの影響を受けて大きく異なることが報告されている。そのため，塗布量で管理した場合，同一部材であっても疎な部分と密な部分が存在する。本研究では，コンクリート表層の空隙構造をW/Cと材齢の違いで調整した供試体を用い，表面含浸材の浸透性に与える影響を検討した。
（２）Cross Laminated Timber (CLT)は，木材を小型のラミナ材に切り出し，これを繊維の直行方向に積層・接着した木質材料である。製材の弱点である，材質の不均一性や，狂いなどが克服され，強度が安定し，かつ大型部材の作製が可能なことから，国内外で建築用材料としての使用に向けた検討が進められている。しかし，木質材料であるため腐朽・虫害の抑制対策の観点から含水率の管理は重要1)である。また，製材では繊維方向によって水分拡散速度が異なることは知られているが2)，CLTではさらに水分移動抵抗性の高い有機系の接着剤が用いられるため，内部に浸入した水分の拡散挙動に影響を及ぼすことが考えられる。
そこで本研究のその１では杉製材およびCLT内の水分の移動特性を明らかにし，それが耐久性や強度に及ぼす影響について検討した。
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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
（１）コンクリートの空隙構造をW/Cによりコントロールした躯体RCの保護材料として塗布した含浸材とその後の水分浸透抑制効果について実験・解析的な検討を行った。細孔構造が粗となる高W/Cの方が浸透量は大きくなる傾向にあり，拡散係数の低減率も大きくなった。また，材齢の進行とともに細孔構造は緻密化されるため含浸材の浸透量は減少し，拡散係数の低減率も小さくなることを明らかとした。なお，実験により含浸材の水分浸透抑制効果を定量的評価するためには，実験開始時のコンクリート内の含水状態を把握が必要であるなど実験条件が非常に困難となる。そこで，シミュレーションによりコンクリートの吸水と乾燥，内部の水分の移動量の予測を行い，含浸材によるコンクリートの拡散係数の変化を評価した。
（２）杉製材とCLT供試体の片面水面浸漬と乾燥の繰り返し試験12サイクルを行った結果，層ごとでの含水率の変化は，製材と比べCLTは3層目以上の位置への水分の移動は制限されており，5層目の含水率は高くなった。また，製材は，含水率の高い水面浸漬側となる5層側が膨張したため，その裏面側は収縮した。CLTは水分が到達した5層部分の繊維方向に膨張がみられ4層目以上では変形はほとんどみられなかった。吸水により濡れ色となり，含水率に比例するように明度が低下した。また，12サイクル後の乾燥状態でも製材とCLTともに最も含水率の高くなった5層目は黒く変色し明度の低下が生じた。
また，CLTと金属固定部との接合部の評価試験として支圧試験を行った。その結果，暴露期間が長くなるほど浸漬位置に近い4層目および5層目で最大支圧応力度は低下した。最大支圧応力度と体積含水率には負の相関関係が得られた。しかし，本実験の暴露期間内では製材の最大支圧応力度の低下はCLTほど顕著ではなく，4層目と5層目は0週目に対して80%ほどの応力度低下に留まった。
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| Strategy for Future Research Activity |
コンクリートは，様々な原因によりひび割れが発生する。主な原因としては，調合や施工，養生条件の問題，ASRや凍害などの劣化，さらには外力の作用などがあげられる。またひび割れについても，目視できる程度の幅の大きなものから，マイクロクラックのように目視での観察が難しいものまで様々である。
コンクリートの維持管理のためには，コンクリートの状態を正しく評価し適切な補修工法を選択する必要がある。目視可能なひび割れについては，ひび割れの形態によってある程度はひび割れの発生原因が特定できるため補修工法の選定が可能であるが，マイクロクラックの場合はそもそもひび割れの発生の有無の判定も難しく見過ごしてしまうケースも考えられる。
予防保全の観点からは，固化型ケイ酸塩系含浸材の塗布工法が有効であると考えられる。本工法では，主成分であるケイ酸リチウムがコンクリート表層より含浸し，セメント成分と反応しC-S-Hゲルを生成し，未反応成分は乾燥により難溶性固化物となることで組織を緻密化する。ケイ酸リチウムがひび割れ内に含浸した場合，ひび割れ内で反応・硬化しひび割れを閉塞する効果が期待できる。一方で，含浸材の施工は面積当たりの塗布量で管理されるが，含侵材の浸透深さや含侵量はコンクリート表層部の細孔構造により大きく異なることをこれまでの研究で明らかにしてきた。そのため，コンクリート調合や養生，劣化状態の違いが，含浸材の浸透性状とその後の保護効果に影響を及ぼすものと考えられる。
そこで本研究では，コンクリートの細孔構造を調合や養生条件によりコントロールし，さらにマイクロクラックが発生した状態下での，ケイ酸塩系含浸材の浸透状況と，その後の躯体保護効果として水分の浸透性や鉄筋腐食速度に及ぼす影響ついて実験的・解析的手法を用いて明らかにする。
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