| Project/Area Number |
20F20367
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 22010:Civil engineering material, execution and construction management-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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| Host Researcher |
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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| Foreign Research Fellow |
WANG ZHAO 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
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| Keywords | 地球化学コード / イオン平衡 / 細孔空隙 / 二酸化炭素 |
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| Outline of Research at the Start |
火災時を想定して、1,000度に至る高温下におけるセメント系複合材料の固液相と気相変化と、鉄筋コンクリート構造部材の強度劣化と徐冷後の残存性能を評価する数値計算システムを開発する。高温に暴露されることによる固体中の水分の量と分布、溶存するイオンの濃度と沈着、徐冷時の水蒸気固定と自己修復を定量化し、都市部のインフラ施設の火災後の残存耐力と復旧性を求める。あわせて火災後の早期復旧計画の策定に資する形で、予測技術を維持管理システムに組み入れる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
受入れ研究者が保有するコンクリートのlife-span simulation法を高温時まで拡張するための、プログラムの改良を共同して実施した。高温時の水酸化カルシウム結晶の分解と空隙構造の変化を考慮する細孔構造形成モデルを構築した。ここに、二酸化炭素の溶存による影響を考慮することの必要性が明確になってきたので、アルカリ度の変化も併せて取り入れる仕組みを整えた。徐冷時においては、生成された生石灰と気中の水蒸気の急速反応により形成される水酸化カルシウム結晶を電子顕微鏡から確認した結果、コンクリート固体の空隙を埋め、微細ひび割れ内に展開することによる強度回復の可能性の検討を開始した。
数値計算においては、地球化学コードPHREEQCをイオン移動解析とリンクすることで、高温時のイオン平衡と無機固体への沈殿、沈着を考慮できるように、プログラムの修正と改良を行った。実験の準備として、コンクリート中の液状水に相当する模擬電解質を吸水性ポリマー以外の材料として、スターチを選定して高温暴露実験の詳細計画を詰めた。簡易電気炉によるモルタルの強度劣化と回復に関する既往のデータを用いで、解析システムの作動の検証を同時に進めることができた。電場とイオン移動と腐食反応を統合するプログラムの改良を進めた。多数の鉄筋を一括して扱うための空間平均化法をアップグレードし、多段配置した鉄筋間で電流が迂回することで、局所腐食が速く進展することが解析され、実験によって検証を行った。
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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
電解質材料として従来から考案された透明高分子材料以外にもスターチ（澱粉質）を検討した結果、コンクリート中の細孔溶液にに存在する複数イオンをコンクリート中と類似した環境を安定して維持できることが分かってきた。これにより、カルシウム、塩化物イオン、マグネシウム、水酸基、重炭酸イオンの空間分布と時間変化を計測できる目途がたった。これにより、複数イオンの数値解析の検証を進める目途がたったといえる。イオン移動とマクロセル腐食の混成を対象として、電場を変化させることで多角的に検証が可能となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値解析モデルの改良については、気中の二酸化炭素によるコンクリートの中性化モデルを応用する方向で進めたい。高温において急速な炭酸化（中性化）が進行すること、および徐冷後に中性化が水分の供給とともに再開することも十分に考慮して開発を進めたい。高温から徐冷に至る際に、急速な水蒸気圧の変化が起こるために、非線形解を求めるプロセスに工夫が必要と思われる。複数の化学反応と固体変形を同時並行で解析する方向と、ここの物理化学イベントを直列に解き、その順番を変化させることで連立解を求める方向も検討に含めたい。あわせて、実際のセメント系複合材料の物性との連結を進める。
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