2018 Fiscal Year Annual Research Report
カルシウムシリケート系水和物の特性に基づく無機材料と構造のマルチスケールモデル
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17H01284
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石田 哲也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60312972)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 佑弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10726805)
浅本 晋吾 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50436333)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コンクリート / カルシウムシリケート水和物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．フライアッシュのポゾラン反応モデルの検証と拡張
H29年度に提案した反応モデルにおける解析パラメータの妥当性を検証するために、成分を制御して合成ガラスを作製しアルカリ溶解試験を行った。さらに、JISフライアッシュII種灰から大きく異なる組成を有するインドで流通するフライアッシュ8種類について、解析モデルが適用可能か検討を行った。その結果、SiリッチおよびAlリッチなアモルファスの反応速度および温度依存性について妥当性が検証されるとともに、ガラス相の種類と割合を適切に入力することで、多様な品質のバラツキを有するフライアッシュの反応プロセスを概ね評価できることを確認した。また、探索的な検討ではあるが、天然ポゾランである火山灰の反応についても、フライアッシュと同様、ガラス相の割合と粉体粒径を入力した解析によって追跡可能であることを突き止めた。提案モデルの高い一般性を示す結果を得ることが出来た。
２．ポゾラン特有のC-S-Hの特性に基づく空隙構造モデルおよび時間依存挙動の検証
フライアッシュ混入率を変えた系に対して、FIB-SEMを用いた三次元空隙構造の測定を試みた。フライアッシュ近傍からFIBで試料を切り出し、10nmピッチで切削した2次元断面を三次元に再構築することで、フライアッシュ内部、セメント内部、および両者の近傍に生成される空隙の幾何構造を同定することに成功した。また、様々な配合および温湿度履歴条件下における、強度発現、水分逸散、空隙構造形成状況の検証を通じて、フライアッシュの近傍に生成されるC-S-Hと内部反応殻のイオン相互拡散の停滞現象を明らかにし、長期を含むポゾラン反応の精度向上を図ることに成功した。
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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
前年度に開発したフライアッシュに含まれる様々な相を分離・定量するキャラクタリゼーション手法を駆使して、日本のみならず海外（インド等）を対象としたフライアッシュのポゾラン反応モデルの検証を順調に行っており、研究は当初の予定通りの進展をみせている。また、探索的な検討ではあるものの、日本国内の火山灰（鹿児島・シラス）に対して本モデルを適用した結果、モデルによって火山灰を用いたコンクリートの強度発現が予測可能であることが分かった。フライアッシュのみならず、天然ポゾランに対しても本モデルが適用可能であることを示したことは、期待以上の大きな成果と認識している。さらに、反応プロセスのみならず、空隙構造形成に対しても的確なモデル化がなされており、乾燥条件下での水分逸散や強度発現性状も確認した。モデルの一般性を順調に確認・検証している状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果に基づき以下の項目について研究を行っていく
１．水和物のキャラクターに着目した微細構造中における水・イオンの移動機構の解明とモデル化
水の単分子としての振舞いと凝集バルク構造の両者並びにそれらの遷移的挙動が観察される数n～数十nm の微細組織構造を対象として水和物の組成、比表面積、層間距離、および空隙構造情報に基づき、乾湿繰り返し条件下における吸水・乾燥挙動を検証する。また空隙中のイオンについては特に塩素イオンを対象としてC-S-H およびC-A-S-H の表面錯体反応と電気二重層の形成といった水和物との電気化学的相互作用を考慮したモデルを検討する。検証データを得るために、フライアッシュおよび高炉スラグ微粉末を混和させた供試体を作製し養生条件を明確に変化させた系における塩分浸漬および現地暴露試験を実施する。
２．部材および構造物を対象とした解析モデルの総合的検証
高炉スラグ微粉末やフライアッシュを用いた配合を対象に、部材および構造物レベルでの試験や実構造物のモニタリングで得られた結果を用いて、本研究課題で開発した解析モデルの総合的検証を実施する。部材供試体を用いた様々な試験（強度発現、収縮・クリープ、水分・塩分浸透）について、C-S-Hのキャラクターに基づく物理化学モデルを全て統合させ、コンクリートの時系列での振る舞いを、精度よく追跡可能か否か検証を行う。また、高炉スラグ微粉末を用いた場合の収縮ひび割れリスクを低減するために、膨張材の活用が実設計・施工で進みつつある。現時点では膨張材の反応プロセスと膨張力学挙動の強連成問題を一般化した取り扱いができておらず、適用現場の条件（構造諸元や施工条件等）に応じて配合調整を余儀なくされている。膨張材の化学反応をモデル化し、力学的な拘束条件に応じたひずみエネルギーの蓄積およびひび割れリスク低減を数量的に扱えるモデルの構築を行う。
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Research Products
(8 results)
