2019 Fiscal Year Research-status Report
Evaluation of freezing damage of soil pavement using X-ray CT image analysis and pore size measurement
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18K04300
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
河村 隆 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (50324231)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅崎 健夫 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50193933)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 舗装工学 / 歩行者系舗装 / 土系舗装 / 積雪寒冷地 / X線CT / 凍結融解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①表面（凍結面）から内部への凍結速度の定量評価，②表面から内部への凍害劣化進行の定量評価：ベンチマーク試験として，測点の無い供試体を用いて周面から一様に凍結が進行する簡易凍結融解試験を実施した．撮影したX線CT画像より，供試体内部における凍結に伴うクラックの進展を可視化することはできた．しかし，内部ひずみを定量的に評価することは困難である．内部ひずみの進展を定量評価するために，当初計画した樹脂ボールから，土やコンクリートと熱伝導率が同等で，より密度が大きいセラミック系のジルコニア製ビーズに変更して，簡易凍結融解試験を実施した．測点の距離の変化に基づいて，内部ひずみの定量評価が可能となった．一方，原位置を模擬したペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置（申請備品）が7月に納入され，付属部品・外部冷却装置との接続および検定を行い，冷却性能（-20℃）の確認を行った．
③凍害劣化と材料特性の関係：材料特性として単位セメント量（C=144～457kg/m3）に着目して，前年度と同様に簡易凍結融解試験した．凍結・融解後に撮影したX線CT画像より，単位セメント量が異なる場合の凍害劣化について検討した．その結果，(1)単位セメント量が異なる条件においても，細粒分含有率が異なる場合と同様に，凍結膨張による鉛直ひずみが2%程度よりも大きくなると，土系舗装の内部においてクラックの発生が顕著となる．(2)単位セメント量を現場実績の2倍以上に増加させた場合においても，粒径0.02mm未満の土粒子が30%よりも多くなると，凍結融解の影響を大きく受け，凍害による劣化が顕著となる，ことを明らかにした．
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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表面（凍結面）から内部への凍結速度の定量評価，②表面から内部への凍害劣化進行の定量評価：凍結時における供試体内の温度分布の不均一化を低減するために，断熱密閉容器を角型から丸型に変更した．そのため，ペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置（申請備品）の納入が7月となった．その後，ペルチェ素子冷却部に合わせた付属部品（アルミ製ペデスタル，アクリル製モールド）の作製，外部冷却装置との接続および検定を行い，冷却性能（-20℃）の確認を行った．内部ひずみの進展を定量評価するための測点を，当初計画した樹脂ボールからジルコニア製ビーズに変更した．測点の距離の変化に基づいて，内部ひずみの定量評価が可能となった．簡易凍結融解試験において，供試体内部における凍結に伴うクラックの進展を可視化できることまでは明らかにした．
③凍害劣化と材料特性の関係：材料特性のうち単位セメント量に着目した簡易凍結融解試験を実施し，データの蓄積を行った．
④凍害劣化に影響する細孔径分布の同定：予備試験において測定の実績があるため，次年度に適切な条件を選定して行うこととした．
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| Strategy for Future Research Activity |
①表面（凍結面）から内部への凍結速度の定量評価，②表面から内部への凍害劣化進行の定量評価，③凍害劣化と材料特性の関係：過去2年の実績から選定した適切な条件に対して，打設時に測点としてジルコニア製ビーズを添加して作製した土系舗装供試体を作製する．原位置を模擬したペルチェ素子型一次元凍結融解試験装置を用いて，一次元凍結融解試験を実施する．凍結過程において，所定の間隔でX線CTスキャナによる撮影を行い，クラックの進展とともに内部ひずみの定量化を行う．得られた結果に基づいて①～③について検討を行う．
④凍害劣化に影響する細孔径分布の同定：①～③の供試体の凍結融解試験前後の試料に対して，水銀ポロシメーターによる細孔径分布の測定を外注にて実施する．凍害劣化を生じる前後の細孔径分布を比較し，細孔径分布および全空隙体積の変化を求めることにより，④について検討する．
⑤凍害劣化現象およびその機構：①～③のクラックの進展と内部ひずみの定量化に関する検討結果と④の細孔径分布の範囲および全空隙体積に関する検討結果を関連づけることにより，⑤について検討する．
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| Causes of Carryover |
（次年度使用額が生じた理由）
供試体内の温度分布の不均一化を低減するために，断熱密閉容器を角型から丸型に変更した．それに伴う冷却システムの追加調整が必要となった．さらに，外部冷却装置には中古品を使用する予定であったが，凍結融解試験では凍結融解を20～50回繰り返すために試験時間が非常に長くなることから，外部冷却装置の耐久性・安定性を考慮して，新品の外部冷却装置（冷却水循環装置CA-1116A）を購入することとなった．以上の理由によって必要経費が増加し，予算の前倒し支払を申請した．その残金を次年度に繰り越すこととした．
（使用計画）
次年度使用額（前倒し支払分の残金）と令和2年度請求額は，当初の予定通り，水銀ポロシメーター（外注），消耗品費，論文投稿料や旅費として使用する計画である．
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