2021 Fiscal Year Annual Research Report
Durability Mechanics of Cementitious Composites and Structural Performance under Broadband Environments
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20H00260
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
前川 宏一 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (80157122)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤山 知加子 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 准教授 (60613495)
千々和 伸浩 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (80546242)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高温履歴 / 耐久性 / セメント硬化体 / 炭酸化 / 脱炭酸化 / 靭性 / イオン平衡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中間メソスケール空間に展開する事象として、1)水分凍結と体積変化、2)アルカリ骨材反応とシリカゲルに関与するイオン平衡、3)鋼材腐食と腐食ゲル,4)水分吸着移動と圧力降下,5)中高圧下の水と水蒸気流動と固体疲労,6)蒸発と圧力上昇を対象とし、以下の実績を得た。
A)摂氏200-400度を超えた温度域でセメント硬化体から結晶水が脱落しはじめ、ゲル空隙が減少してキャピラリー空隙が増加する。さらに気中の二酸化炭素とポルトランダイトの炭酸化反応と、高温で生成される生石灰の気中水蒸気の固定、さらに再炭酸化反応による細孔組織の強化プロセスを実験とデータ同化解析で解明し、マルチスケール解析に組み込んだ。
B)せん断破壊先行型のRC部材の高温加熱実験を系統的に進め、上記のミクロ事象がマクロな構造事象に現れる様態を実験で求め、これを数値解析システムの検証データとして用いた。高温加熱実験は、大学と包括的協定を結んでいる大成建設技術研究所が所有する大型高温加熱炉を借用した。火災後の微細ひび割れによって、部材靭性とエネルギー吸収能力は数倍に増加することが解明できた。さらに、損傷した層がせん断破壊面と交差する状況において、せん断破壊が回避されることを煉瓦積構造による模擬実験から検証を行った。
C) 高サイクルせん断及び曲げ作用を受けるRC部材の破壊限界状態から、簡易的に疲労寿命を推定する方法を提案し、B)の成果を組み合わせて、火災等の損傷後のRC構造の残存耐力と寿命を推定するシステムを提示した。
D)高温時のイオン平衡と移動モデルを低温から常温状態においても検証する目的で、疑似コンクリート電解質を用いた多イオン泳動と平衡状態を実測し、数値解析モデルの精度と適用性の検証を行った。
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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
当初、予定していた研究項目の全てを実施し、実験データの取得並びに解析による分析を実施した。高温時の炭酸化現象については、水分が蒸発した後にも気中の二酸化炭素と高温生成された生石灰が再反応し、高温下で組織の崩壊と自己修復が同時に発生する温度域を見出すことができた。これを高温下の質量増加の計測と数値解析による予測から、両者は整合することを見出すことができたことは、当初、予見できなかった事象である。
この結果はセメント・コンクリートのカーボンニュートラル問題に適用できることが示唆されたことは、学術の複合の観点から嬉しい結果となった。さらに、火災を受けることで耐震靭性がかえって増加してせん断破壊を回避できることも判明し、以後の非常時対応に有益な結果をえることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）定性的に高温―常温―低温域での固体生成、崩壊、再構築の速度が異なることとが整理されたので、これを更に一般化し、モデルと高精度化に繋げたい。理論と計算モデルの検証に必要な小規模および中規模の部材実験を計画したい。
（２）モデルの適用範囲を広帯域温度に加えて、解析可能とするイオン種を増やすことで、multi-scale解析モデルの応用域を増やす方向で、学術と技術の展開を図りたい。具体的には海洋構造物および地下構造物に展開したい。
（３）総合化した提案multi-scaleモデルを実規模構造で検証することが不可欠と考え、荷重と環境作用が正確に記録された実規模橋梁を選定して、半世紀スパンでの挙動解析と実地記録を突き合わせてることとする。これにより、社会実装の扉を更に広げたい。
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Research Products
(7 results)
