従来の空気量管理に依存しない非空気連行型耐凍害性コンクリートの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K21026
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 権代 由範 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (00553520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 徹雄 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (70369924) ; 迫井 裕樹 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30453294)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: コンクリート / 耐凍害性 / 気泡組織 / 高吸水性高分子 / 粒度分布 / 吸水能

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、化学混和剤による空気連行および空気量管理に依存しない寒冷地対応型コンクリートの実現を目的とし、高吸水性高分子（以下SAP）を添加した“非空気連行型耐凍害性コンクリート”の開発を目指すものである。コンクリートの耐凍害性を確保するためには、コンクリート中に適切な径、適切な量の気泡を連行する必要があり、加えて、それら気泡の径や量は様々な要素により変動するため、制御・管理することは極めて難しい。一方、本研究で対象とするSAPは製造段階で粒度制御が可能であり、コンクリート中に分散したSAP粒子は吸水した水を放散した後に残存空隙として気泡の如く振る舞い、耐凍害性の向上に寄与することが期待される。
今年度は、現行の空気連行コンクリートの耐凍害性評価、研究対象であるSAPの物性評価およびモルタル試験体を対象とした予備実験を行った。まず、現行の空気連行コンクリートの耐凍害性評価では、総空気量に加えて空気量制御の方法（AE剤・抑法剤・消泡剤の組み合わせ）を変えたコンクリート試験体を作製し、気泡組織測定および凍結融解試験を実施した。その結果、総空気量が同一のコンクリートであっても空気量制御の方法によって気泡径分布が異なり、凍結融解抵抗性に差異が生じることを確認した。
SAPの物性評価に関しては、昨年度に引き続き、コンクリート中におけるSAPの吸水挙動を把握するため、純水、セメント溶解液および合成セメント濾液を用いたティーバック法による吸水試験を実施した。その結果、SAPの種類および試験水の種類（金属イオン濃度）によって、セメント液中の吸水挙動が異なる様相が確認され、今後、詳細な検討を行う必要性が示唆された。SAP添加コンクリートの汎用的な調合設計法を確立するためには、コンクリートの流動性や施工性等の要素を加味した調合（単位水量やSAP添加量等）の決定方法を確立する必要がある。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

交付申請書に記載した補助事業期間中の研究実施計画に基づき検討を進めてきたものの、やはり新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響により、当初計画通りの実験を行うことができなかった。感染拡大防止の観点から実験動員数を制限せざるを得ず、感染拡大時には実験を中断したケースもあった。コンクリートを対象とする実験は、凍結融解試験を始めとするほぼ全ての実験において、材齢（コンクリートの打ち込みからの日数）や劣化促進期間が評価指標の一つとなる。したがって、実験の中断は信頼性を有する実験データの取得といった観点から実験のやり直しを意味し、研究遂行において大きな痛手となった。
このような状況の中でも、当初実験計画の見直し・調整を行いながら、実施可能な範囲で実験を遂行した。これにより、研究の遅れは否めないものの、本研究の根幹をなす実験データ（コンクリートの耐凍害性を確保する上で有効と考えられる気泡組織等）の一部の取得ができた。しかし、当初予定の実験数には遠く及んでおらず、再現実験等を重ねてデータの信頼性を向上させる必要がある。また、上記の理由から、当初予定していた“非空気連行型耐凍害性コンクリートの材料特性の検証”に未着手であり、進捗状況の総合的な評価としては、「遅れている」と判断せざるを得ない。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究実施計画の評価・改善を随時行いながら研究の遂行に努める。本研究の遂行計画は大きく３STEPに整理でき、【STEP１．現行の空気連行型コンクリートの評価および分析】【STEP２．非空気連行型耐凍害性コンクリートの開発】【STEP３．非空気連行型耐凍害性コンクリートの材料特性に関する検証】という内容である。これらの一連の検討で得られた成果を総括し、新たな課題を抽出およびフィードバックしてさらに実験・検討を重ねることで、提案しようとする“非空気連行型耐凍害性コンクリート”の基本性能の向上を目指す。
次年度は、まず今年度に実施した【STEP１．現行の空気連行型コンクリートの評価および分析】および【STEP２．非空気連行型耐凍害性コンクリートの開発】に関する再現実験や追加実験を行う。今年度実施した実験は、COVID-19の影響により当初の予定実験数に遠く及んでおらず、実験データの信頼性を得るため、さらに実験を行い、データを蓄積する必要がある。感染状況により実施可能な状況と判断されれば、データの蓄積のため研究分担者の所属機関や協力研究機関と共に共通試験を実施する。
また、今年度は本格的に着手できなかった【STEP３．非空気連行型耐凍害性コンクリートの材料特性に関する検証】に関する実験を行う。これまで検討してきた“非空気連行型耐凍害性コンクリート”の実験サンプルを対象に、性能評価試験（強度、気泡組織、耐凍害性、透過性等）を実施し、STEP１およびSTEP２で得たデータと比較検討を行いながら改善点や問題点の抽出を行い基本性状の向上を図る。
これに加えて、SAP添加コンクリートの“合理的かつ汎用的な調合設計手法の確立”や“耐凍害性向上のメカニズム解明”に寄与する情報を得るために必要と判断された実験を、随時追加しながら検討を進めていく。

Causes of Carryover

今年度もCOVID-19の影響が継続しており、研究当初に予定していた実験を全て遂行する事ができなかった（一連の実験は行ったもの、実験動員数の制限等により、規模を縮小して実施した）ため、「材料費や消耗品費」および「謝金」等の支出が少なかった。加えて、気泡組織測定の実施のために計上していた計測機器のリース費用であるが、本校設備整備に対する補正予算措置により、リース予定だった気泡組織測定装置が導入されたため、「その他の経費」の支出が大幅に減少した。次年度使用が生じた経費の多くは、これらの要因によるものである。
今年度で未使用となった経費については、次年度実施予定のコンクリート実験における試験体作製費や実験遂行のための費用「材料費や加工費、消耗品費」に充当する。また、SAP添加コンクリートの“合理的かつ汎用的な調合設計手法の確立”や“耐凍害性向上のメカニズム解明”に向けて必要と判断された実験にかかる費用「物品費・消耗品費」として充当する。さらに、関係研究機関への実験依頼費や設備借用費、謝金として支出する。