2018 Fiscal Year Annual Research Report
C-S-Hに基づくコンクリートの新しい材料・配合設計体系の構築
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17H01285
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
佐伯 竜彦 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90215575)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須田 裕哉 琉球大学, 工学部, 助教 (10636195)
佐々木 謙二 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (20575394)
斎藤 豪 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90452010)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | C-S-H / C/S比 / 高Ca/Si比C-S-H / 拡散係数 / 高温履歴 / 炭酸化収縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き，C/S=1.5以上のC-S-Hの合成条件に関する検討を行った．材料として塩化カルシウムまたは硝酸カルシウムとオルトケイ酸ナトリウムを用い，液相pHを高くした共沈法を用いることによって，固相C-S-Hの平均Ca/Si比が最大で1.95程度で，構造内に局所的に存在する微細なCHをも含まないC-S-Hを合成できる可能性を示した．
合成温度を変化させたC-S-Hの加圧成型体を作製し，酸素拡散係数および塩化物イオン拡散係数を測定した．その結果，合成温度が高いほど拡散係数が大きくなる傾向が見られ，温度によってC-S-Hの構造が変化し，それがマクロな物質移動抵抗性に影響していることを明らかにした．
前置時間，最高温度を変化させた初期高温履歴を与えたセメント系硬化体の相組成および硬化体性能（強度，弾性係数，拡散係数）のデータを取得し，初期高温履歴パターンが相組成および硬化体性能に及ぼす影響を明らかにした．
セメント硬化体の炭酸化収縮挙動について検討した．相対湿度が異なる場合，炭酸化によって生成された炭酸化カルシウム量が同程度でも低湿度ほど収縮量が大きくなった．TG-DTAの結果から，高湿度では水和物の中で水酸化カルシウムが他の水和物よりも先行して炭酸化したが，低湿度では水酸化カルシウムと同様にC-S-Hの炭酸化も進行した．また，相平衡計算から湿度の違いによる炭酸化挙動を評価し，炭酸化収縮は炭酸化によって分解するC-S-Hの水分が大きく影響することを示した．
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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
高C/S比のC-S-Hを得るための合成方法（共沈法）が明らかとなり，Ca源，Si源，それぞれの液相pH，撹拌温度，撹拌時間等の条件設定を行い，高C/S比を有するC-S-Hの合成が可能となっている．
C-S-Hの合成温度がC-S-H加圧成型体の物質移動抵抗性に及ぼす影響を評価し，養生温度がコンクリートの耐久性に影響を及ぼすメカニズムを水和物の構造から明らかにすることができた．
代表的な初期高温履歴を与えたセメント系硬化体の相組成および硬化体性能のデータが取得できており，C-S-Hの生成量・構造・物性と硬化体性能を結びつける関係式の定式化に向けた検討を進めるための基礎データが十分に得られている．
セメント硬化体の収縮挙動として炭酸化収縮の検討を行い，炭酸化収縮の湿度依存性を水酸化カルシウムとC-S-Hの炭酸化挙動から明らかにし，炭酸化収縮がC-S-Hが保有する水分量によって評価できることを示した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，共沈法以外の高C/S比C-S-Hの合成方法の検討を行う．共沈法による出発物質である高C/S比C-S-Hの合成により，焼成，その後の水和によってCHが共存しない高C/S比C-S-Hの再生が可能となったが，共沈法の特性上，反応系にアルカリを残存させる必要がある．そのため，錯体重合法および高温高圧な(250℃，15気圧程度)オートクレーブ法を利用することによりその実現を試みる．また，得られた水和生成物の原子配置や結晶・凝集体構造の解明を行う．
温度変化によるC-S-H構造の違いを考慮した物質移動抵抗性評価式を定式化する．また，合成C-S-Hとセメント系材料の水和で生成するC-S-Hの違いを把握し，実際のコンクリートの物質移動性評価に適用できる手法を構築する．
高温履歴がコンクリートの特性に及ぼす影響については，これまでの検討により，初期高温履歴パターンが相組成および硬化体性能に及ぼす影響がある程度明らかとなったが，配合，温度履歴パターンを変化させた硬化体により追加データの取得を行う．さらにはC-S-Hの生成量・構造・物性と硬化体性能を結びつける関係式の定式化に向けた検討行う．
炭酸化収縮挙動については，混和材を混和した系で検討を行い，C-S-Hの微細構造の違いに着目した検討を実施する予定である．また，XRD/Rietveld法やFT-IRより，カルサイト，バテライト，アラゴナイトの定性および定量分析を行い，炭酸化収縮の挙動を評価する．一方で，乾燥収縮については，混和材を含む長期材齢の試料の乾燥収縮量のデータが整備されており，今後は水蒸気吸着と窒素吸着の組み合わせからミクロからマクロの構造の定量評価を行う．
上記の結果を統合し，要求性能を満足するコンクリートを得るためのC-S-Hの組成を明らかにし，必要とされるC-S-Hの組成と量に基づく材料配合設計法を構築する．
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