2012 Fiscal Year Annual Research Report
透視技術の利用による機能性コンクリートの検査・健全度診断用物性学的評価手法の開発
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23360187
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
杉山 隆文 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70261865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志村 和紀 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60187474)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | コンクリート / ひび割れ / 透視技術 / 検査と診断 / 物質移動 / X線CT |
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| Research Abstract |
本研究課題の目標である「検査・健全度診断用物性学」の技術手法の研究開発において根幹をなすひび割れ検出に関して、透視技術を用いた３次元可視化に成功した。これは、これまで積み上げてきた数値演算技術を継続して深化させたことが大きな要因であり、主要な成果の一つである。すなわち、三次元画像を取得する技術では、既存ソフトであるImageJおよびX線CT研究会で開発された画像解析技術（Slice）を適宜改良、発展させながらセメント系硬化体の組織構造の定量化が可能なレベルにまで、解析技術を高度化することに研究の重きをおいてきたことが要因である。
ひび割れを有する硬化体構造では、強度や機能低下、ひび割れから有害物質が侵入して内部組織の劣化を早期にもたらすので、ひび割れ中の水分移動のメカニズムを定量評価して、移動機構を解明することが重要である。これまで基礎研究として炭酸セシウムをトレーサーとして、その移動状況をX線で追跡することで水分移動との連関を明らかにしようと試みてきている。その結果、曲げひび割れ中への水分移動を模擬することにある程度道筋を示すことができた。
物性学的評価を行うために、「イオン同時輸送モデル（SiTraM）」を更新したが、これを用いてひび割れ中の物質移動解析を実施した。境界条件を種々変化させて、実験結果との比較検討から、ひび割れ中の物質移動性を研究した。
大型放射光施設を利用した高分解能解析も実施して、セメント水和物、空隙、未水和粒子の同定とこれらの空間分布の抽出技術を研究した。これにより物性学的研究の範囲が拡大して、物理現象だけでなく化学作用による微細組織の状態把握を可能とする道筋を示すことができた。
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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
コンクリート構造物の検査・健全度診断に不可欠なひび割れ検出と可視化に関する実験測定手法、数値演算処理技術は順調に進んでおり、おおむね研究は進展している。ひび割れ幅は、通常の構造物の規制値に匹敵する100ミクロンメートル前後を対象としており、鮮明な画像解析技術の開発が進みつつある。機能性コンクリートの範囲については、フライアッシュコンクリートを主要な材料として研究対象としている。また、低水セメント比の高強度コンクリート、透水性ブロックまで範囲を広げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
透視技術は、実験室での測定に限定されているが、ひび割れ幅は構造物レベルの規制値に匹敵する100ミクロロンメートルである。測定では骨材寸法が制限されるので、ひび割れの幾何学分布については構造物レベルと相違があると考えている。したがって、一般化の道筋を示すことで、ひび割れの発生・進展の様子を実現象に照らして類推することができる手法の開発を推進する。このためには、ひび割れの数値指標として、屈曲度や狭隘度などを３次元で定量化する計算手法を開発する。また、これまで荷重作用や凍害に限定していたが、ひび割れの発生事由を拡大して、火害を受けた際のひび割れも含める。
イオンや水分の移動が劣化要因となるので、ひび割れ中での物質移動性を定量的に示して、ひび割れの幾何学指標との連関を定式化する。また、ひび割れの物性学研究を拡大するためにセメント水和物組織の化学情報を取得する研究も充実させる。
以上のように実験室レベルで取得したミクロ単位の物理化学情報の研究成果を、構造物レベルにまで一般化できる研究を推進する。
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