2018 Fiscal Year Annual Research Report
積雪寒冷地における農業水利施設の新たな凍害検診技術と余寿命評価手法の開発
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18H02299
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
緒方 英彦 鳥取大学, 農学部, 教授 (90304203)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兵頭 正浩 鳥取大学, 農学部, 准教授 (60611803)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 凍害 / 余寿命 / 粗骨材かぶり / 気泡 / ひび割れ / 暴露試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，積雪寒冷地において他に類を見ない特徴的な凍害が発生する農業水利施設の開水路を対象に，凍害の発生過程および発生位置を特定し，余寿命評価を定量的に行うための新たな指標を探索して定義することを目的としている。平成30年度は，積雪寒冷地の開水路側壁から採取したコアの分析および新たなコアの採取，側壁の表面部から採取した薄層の分析，並びにコンクリート表面のモルタル層（粗骨材かぶり）がスケーリング抵抗性に及ぼす影響を評価するための暴露試験の実施を行った。
まず，積雪寒冷地で長期供用された開水路を対象に，凍結融解と乾湿の繰返しを受ける側壁の気中部からコアを採取し，EPMAによる元素の面分析結果からコンクリートの変質について考察を加えた。その結果，表面部では，凍結融解の繰返し作用で発生したひび割れを通して水が侵入し，ひび割れ周囲でのカルシウムの溶脱，ひび割れを介して侵入した二酸化炭素によるカルシウムの結晶化および硫黄の拡散が見られ，内部では，ひび割れ近傍の気泡内部に溶出したカルシウムが結晶化しており，閉塞した気泡が存在することを明らかにした。この結果を踏まえ，気泡およびひび割れを閉塞している結晶を特定するために，異なる開水路の側壁気中部から新たにコアの採取を行った。コアの微視的検討は，次年度に取り組む予定である。
次に，積雪寒冷地で長期供用された開水路側壁の表面部から薄層を採取し，薄層の形成について考察を加えた。その結果，薄層の厚さは，粗骨材かぶりとほぼ同じであること，薄層は凍結融解の繰返し作用を主たる要因とする層状ひび割れが表面部に発生したものであることを明らかにした。また，粗骨材かぶりがスケーリング抵抗性に及ぼす影響を評価するために，粗骨材かぶりを変えた供試体を作製し，中国山地の岡山県真庭市に位置する鳥取大学農学部教育研究林において暴露試験を開始した。
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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
本研究課題では，積雪寒冷地の開水路に特徴的に発生する凍害の発生過程および発生位置を特定することが大前提となる。そのためには，これまでの非破壊試験に基づく内部変状および採取コアによる力学的性状の評価だけではなく，コンクリート組織の変質に関する評価が必要となる。平成30年度は，採取したコアを対象に，主にEPMAによる元素の面分析からコンクリート組織の変質について考察を加えた。その結果，既往の研究において，側壁の気中部では炭酸化が，水中部ではカルシウム溶脱が生じ，気中部と水中部でコンクリートの変質が異なることが明らかになっているが，本研究により，側壁気中部のコンクリートの内部においても，凍結融解の繰返し作用で発生したひび割れを通して水が侵入し，ひび割れ周囲でカルシウムが溶脱していることが新たな知見として得られた。加えて，ひび割れ近傍の気泡内部に溶出したカルシウムが結晶化しており，閉塞した気泡が存在することを明らかにできたことは，寒冷地におけるコンクリートの耐久性確保において必要になる気泡の変化を知る上で重要な知見が得られたと考えられる。そして，得られた知見を更に深めるために，異なる開水路から新たなコアの採取も実施した。一方で，粗骨材かぶりがスケーリング抵抗性に及ぼす影響を評価するために，粗骨材かぶりを変えた供試体を作製し，中国山地の岡山県真庭市において暴露試験を開始することで，自然環境下におけるコンクリートの変質を長期的に評価するための準備を当初予定どおりに整えた。
このように，開水路に特徴的に発生する凍害の発生過程および発生位置を特定するための研究および暴露試験は当初予定どおりに順調に進められている。また，余寿命評価に関する研究については，指標の特定までには至っていないが，候補の選定までは進んでいることから，おおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度に実施した採取コアの分析からは，コアを採取する位置がコンクリート内部の変質を評価する上で非常に重要になることが明らかになった。当初予定では，凍害の発生過程および発生位置を特定するために，供用年数が異なり，目視調査により凍害劣化の程度が異なる開水路からコアを採取することを計画していたが，同じ側壁でも気中部と水中部ではコンクリートの変質形態が異なり，加えて，表面のひび割れにエフロレッセンスを伴う箇所と伴わない箇所で，内部のコンクリートの変質も異なることが想定されることから，平成30年度に判明した事項を踏まえて，今後のコア採取を行う。また，平成30年度は主にEPMAによる元素の面分析からコンクリート組織の変質について考察を加えたが，多角的に考察を加えるために，新たに採取するコアの分析においては，走査型電子顕微鏡（SEM）およびエネルギー分散型X線分光法（EDX），粉末X線回折法（XRD）の測定も実施する。一方で，明らかになった開水路側壁におけるコンクリートの変質の過程を継続して評価するために，新たに供試体を作製し，暴露試験を開始する。
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