| 研究課題/領域番号 |
21K04208
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22010:土木材料、施工および建設マネジメント関連
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
井上 真澄 北見工業大学, 工学部, 教授 (00388141)
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| 研究分担者 |
崔 希燮 北見工業大学, 工学部, 准教授 (70710028)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 亜硝酸リチウム / グラウト / 寒中施工 / 強度発現 / 凍結点降下作用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
寒中のグラウト工事では、低温がもたらすグラウトの初期凍害や強度発現の遅れが問題となるためグラウト施工を避けざるを得ないケースが多く、通年施工の大きな障害となっている。
本研究は、氷点下において特別な養生をしなくても凍結しない耐寒性を有する高機能なグラウトの開発を目的とする。亜硝酸リチウム(LN)の添加したグラウトを打込み直後から前養生せず氷点下において養生した場合の強度発現性や膨張収縮挙動などに及ぼす影響とともに、LNによる鋼材の腐食抑制効果を明らかにする。これらの結果に基づき寒中工事におけるLN添加グラウトの材料設計手法を確立した上で、厳冬期の屋外環境下における現場適用性を検証する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、亜硝酸塩を添加したセメントペーストの氷点下における物理化学的性質を明らかにするため、水セメント比と亜硝酸塩の添加量をパラメータとしたセメント系材料のフレッシュ性状とその経時変化を確認するとともに、型枠への打込み直後から前養生せずに氷点下において養生した場合の温度履歴、強度発現性、微細空隙構造などの物理的検討を行った。亜硝酸塩には、亜硝酸リチウム(LN)と亜硝酸カルシウム(CN)を選定し、比較検討した。養生温度条件は、低温において恒温養生(-5℃、-10℃、-15℃一定)するケースに加えて、冬期の温度変化を想定して0℃から-20℃の範囲で温度サイクル(数パターン設定)を与え所定試験材齢まで養生した。一方、化学的側面からはLNが低温環境下での強度発現に寄与する水和反応機構を明らかにするため、LNに含有する硬化促進成分である亜硝酸イオンとセメント中のアルミネート相(C3A)やエーライト(C3S)との反応物質の同定および生成量評価を行い、強度発現との相関について検討した。
その結果、CNに対してLNは添加量の増加に伴うフロー値の変化は比較的小さく、同じ亜硝酸塩でもCNよりLNを添加した場合の方がセメントとの水和反応速度が遅いものと考えられる。また、練混ぜ直後から-10℃の氷点下において養生した場合，NO2－量が同じでもCNよりLNの方がペーストの凍結温度が低くなった。さらに、-10℃の氷点下においては、亜硝酸リチウムを6～9%添加したセメントペーストは凍結せず水和反応が進行し、亜硝酸系水和物を生成して緻密な硬化体組織を形成することで良好な強度発現性が得られたものと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の開始前年度に予備検討として既存のPCグラウト材を対象として亜硝酸リチウム(LN)や亜硝酸カルシウム(CN)などの亜硝酸塩の添加がグラウトの物性に及ぼす傾向の把握やいくつかの化学分析データが収集できていたことから、本年度は実験パラメータや化学分析項目を精査したことにより、おおむね計画通りのデータを抽出できた。ただし、LNやCNで同じ亜硝酸塩でもセメントに混合した場合の凍結点降下作用が異なる点については現データで十分な説明ができておらず、引き続き検討を要する。
一方、同時並行で検討を進めた亜硝酸塩に含有するNO2-イオンによるPC鋼材の防錆効果について腐食促進試験を行ったものの、防錆効果を明確に把握することができなかった。これは、シース内を模擬してPC鋼材をLN添加グラウトで被覆した試験体に発生したひび割れの影響と考えているが、今後原因を詳細に分析し、試験体の作製方法を再検討した上で、腐食促進試験の再実験を実施する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
亜硝酸リチウム(LN)を添加したPCグラウトが練混ぜ直後から前養生を経ずに氷点下履歴を受けた場合における凍結点降下作用のメカニズムの解明とともに、氷点下養生後に20℃の常温下において長期間追加養生した場合の強度回復や初期凍害の有無について検討を行う。
一方で、飛来塩分や凍結防止剤の作用に曝されるコンクリート構造物では鋼材腐食に対して十分な配慮が求められ、特に鋼材により積極的に力学特性を改善しているPC構造物では、シース内のPC鋼材を保護するPCグラウトが確実に充填されていても外部から躯体内に侵入した塩化物イオンの作用によりシースが腐食・消失し、PC鋼材の腐食に繋がる場合がある。LNは、耐寒性の付与だけでなく鋼材の腐食抑制効果も期待できることから、初年度の実験結果を踏まえて、シース内を模擬して鋼材をLN添加グラウトで被覆した試験体を対象に腐食促進試験を行い、LN添加量が鋼材の腐食抑制効果に及ぼす影響を明らかにする。
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