Construction of Digitalized Microstructure of Cementitious Materials for Multiscale Large-Scale Mass Transport Analysis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04572
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ishida Tetsuya 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60312972)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 佑弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (10726805) ; 市村 強 東京大学, 地震研究所, 教授 (20333833) ; 高木 周 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30272371)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: マルチスケールモデル / セメント硬化体 / コンクリート / 拡散係数 / 微細構造 / 物質輸送解析

Outline of Final Research Achievements

A digital microstructure field encompassing nanoscale to micrometer scale was generated using a method combining convolutional neural networks and generative adversarial networks from 2D SEM images. Large-scale mass transport analysis was conducted using the lattice Boltzmann method. Comparing the diffusion coefficients of hardened cement pastes made with ordinary Portland cement and fly ash, it was revealed that the diffusion delay in the fly ash case is due to delays caused by the electric double layer and the connectivity of nanopores smaller than 10 nm.

Free Research Field

工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで、セメント・コンクリート材料を対象として、ナノ空間における分子レベルの挙動と、マイクロメートルオーダーの空間スケールで展開される物質輸送現象を直結して評価するマルチスケール解析技術が十分ではなかった。本研究によって、特に微細構造中のイオン拡散に与える支配的要因が明らかになった。これにより、コンクリート構造物の耐久性を損なう劣化因子の制御と、内部侵入を遮断する新しい材料開発や設計法の高度化につながる。