研究課題
本研究では、１）土壌カラム実験で金属試料の腐食挙動と環境条件をモニタリングすることで、環境条件が金属の腐食挙動におよぼす影響を定量的に把握するとともに、２）遺跡地盤における熱・水分・酸素移動の解析モデルを構築することで、埋蔵環境下における金属製遺物の腐食挙動のモデル化を試みた。2018年度は細粒土と粗粒土を用いたカラム実験を実施した。カラム内に充填した乾燥土に対し、カラム下端から水を供給する浸潤過程、その後給水を停止し、カラム上端から水分蒸発を促進する乾燥過程の２過程において、カラム内部の水分状態と酸素濃度をモニタリングするとともに、炭素鋼製腐食センサの腐食速度をモニタリングすることで、土中環境が炭素鋼の腐食におよぼす影響について検討した。実験の結果、水分飽和領域では炭素鋼の腐食が緩慢である一方で、水分不飽和ながら高含水状態の領域において腐食速度が極大を示すことがあきらかとなった。水分飽和領域では炭素鋼の腐食においてカソード反応となる溶存酸素の供給が緩慢である一方で、不飽和領域では気相酸素の速やかな拡散、それらの土中水への移動によって溶存酸素が速やかに供給されると考えられる。さらに、アノード反応として溶解した鉄イオンは、土中の水膜を介して移動、金属表面から除去されるが、低含水領域では水膜が不連続であるため炭素鋼表面から効果的に除去されない。したがって、水分不飽和ながら高含水状態の領域において金属の腐食は極大値を示すと考えられる。以上の結果から、遺跡地盤における金属製品の腐食速度に対して、地下水位と溶存酸素濃度が大きく影響をおよぼすと考えられることから、平城宮跡で実測した地下水位と溶存酸素濃度を対象に、地盤内の地下水位変化を求めるモデルを作成し、さらに酸化還元状態を支配する溶存酸素の移動をあわせて計算し地盤の酸化還元状態を検討した結果、実測結果に良く対応する結果が得られた。
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Proceedings of the interim meeting of the ICOM-CC metals working group, 2019
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