| 研究課題/領域番号 |
15K14013
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
五十嵐 心一 金沢大学, 環境デザイン学系, 教授 (50168100)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 遷移帯 / 点過程 / 電気伝導率 / パーコレーション / シミュレーション / 間引き処理 / ポアソン分布 |
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| 研究実績の概要 |
透水性試験に代わる物質透過性試験として，電気伝導率試験を重点的に実施した．厚さを変化させたセメントペースト，モルタルおよびコンクリート供試体を作製し，所定材齢にて電気伝導率を計測した．また，ITZ（遷移帯）はセメント粒子の充填不足に起因するとの前提から，界面領域および界面の影響を受けないバルクセメントペースト領域におけるセメント粒子の分布を点過程として評価した．このとき，骨材が存在する視野内ではセメント粒子は凝集性配置に見えるというバイアスを排除するため，ランダム場としてセメントペーストマトリックスのみに完全ランダムな点過程を発生するシミュレーションを行い，これを空間分布の帰無仮説として実際の供試体中でのセメント粒子配置と比較した．その結果，セメント粒子が完全ランダム分布となるセメントペーストから骨材領域のセメント粒子点を単純に間引いた点過程と，実際のコンクリート中のセメント粒子の点過程はほぼ一致し，このことはITZを考慮してもしなくても同様であった．さらに，実際のコンクリート中では，骨材のせん断作用によってセメント粒子フロックが壊され，より完全ランダムに近い分布を示すことが明らかとなった．しかし，その場合であっても，実際の分布はランダム分布の95%信頼区間の変動の範囲内の分布であった．一方，電気伝導率の測定結果では，遷移帯の存在を示唆するような結果は得られず，コンクリートの電気伝導率は常に骨材による希釈率から推定される値よりも小さい値を示した．結局，電気伝導率とセメント粒子分布からは，ITZの存在を示唆するような証拠は得られないと結論づけられた．また，その他の重要な成果として，画像内のクラスター番号に着目して，ITZの連続経路を可視化する手順が見出され，このアルゴリズムの明確化を今後の研究計画に加えることにした．以上の成果は，現在，査読付き論文1編として投稿中である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初計画していた透水性試験の代わりに電気伝導率試験を実施することにしたことが，大きく研究を進捗させる結果をもたらした．電気伝導率試験実施に関してはこれまで多くの研究実績を有し，研究グループ内でのノウハウの蓄積がある．また，試験装置改良のため装置メーカー技術者との交渉も，これまでのやりとりの実績があるので，スムーズに行うことができた．このため，新しい取組みであった供試体厚さを変化させての電気伝導率測定では，問題を生ずることなく順調に実験データを蓄積していくことができた．また，このことが実験計画に時間的な余裕をもたらし，当初平成28年度に実施する予定であった点過程としての評価を，計画を前倒しして着手することを可能にした．この点過程としての取り扱いや解析に関しては，従来，画像解析ソフト，独自に開発してきた統計解析ソフトウェアおよびpythonプログラミングを組み合わせることで，定量評価や配置シミュレーションを行ってきた．しかし，より簡単でかつ汎用性があると判断して，これまで基礎知識の習得を行ってきた汎用統計解析ソフトRを，今年度初めて本格的に導入することにした．これに関しては，同じ研究機関に所属する数理工学を専門とする教員の指導，助言を仰ぐことができたのが大きな突破口となった．従来行ってきた解析の多くの過程をRに置き換えることになり，画像解析ソフトウェアからのデータ出力と点過程としてのモンテカルロシミュレーションが，一連の解析としてスムーズに進むようになった．この解析手順にはまだ改良の余地あろうが，解析結果の信頼性向上にも大きく寄与することになったと判断している．
以上の結果より，研究は当初計画以上に進展していることに疑いの余地はないと信ずる．
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| 今後の研究の推進方策 |
上述の通り，研究は当初の予定以上に順調に進行しているので，研究計画を前倒しして進めることになる．よって，当初計画にて平成29年度実施予定の総括に関して，総括が可能な範囲(項目）については取りまとめを行う．一方，上述のようにシミュレーションの手順が容易に行えるようになったことにともない，現在まで行ってきた実験の条件を変更して，セメント粒子配置の評価を行うことを考えている．一つの着目点は，水セメント比もしくは材齢を変化させることによるセメント粒子の見え方の相違を説明することである．セメント粒子を点で表現した場合，点密度が小さくなると，点過程シミュレーションの信頼区間が当然のように大きくなる．前年度まではなるべく打ち込み直後のセメント粒子配置を評価することを意図していたため，材齢1日という若材齢の供試体を詳細に調べてきた．しかし，材齢が進行するもしくは水セメント比が大きくなると，当然セメント粒子の点密度は小さくなり，結果として空間分布の変動が大きくなることが予想される．従来，ITZの存在を主張した研究では，もっと長期材齢の界面領域観察結果が用いられてきたことも考慮し，そのような場合にてITZと認識されたのは，不均質な界面の組織変動のためであることを統計的に論証していく．また，このことは低水セメント比ではITZが確認しにくくなることの説明も与えることになり，これらの結果を総括して，界面は局所的に弱い領域にはなるが，それはランダム変動の範囲内であることを主張する論文の執筆に着手する．
もう一点は，クラスター番号に着目した連続領域可視化の完成度を上げることである．現時点では，一部目視，手作業にて実施している部分の自動化を目指す．これが可能になれば，界面領域のパーコレーションの有無を視覚的に表示することが容易になり，このことはITZのみならず特定着目相の連続性評価にも適用しうる．
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