| 研究課題/領域番号 |
20K21026
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| 研究機関 | 仙台高等専門学校 |
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研究代表者 |
権代 由範 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (00553520)
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| 研究分担者 |
佐藤 徹雄 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (70369924)
迫井 裕樹 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30453294)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| キーワード | コンクリート / 耐凍害性 / 気泡組織 / 高吸水性高分子 / 粒度分布 / 吸水特性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、混和剤の添加による空気連行及び空気量管理に依存しない寒冷地対応型コンクリートの実現を目的に、高吸水性高分子（以下、SAP）を添加した非空気連行型耐凍害性コンクリートの開発を目指している。
今年度は、SAPの粒子径の違いが凍結融解抵抗性に及ぼす影響を検討するため、D50：400、140および15μmのSAPを対象に実験を行った。まず、対象とするSAPの粒度分布測定を乾湿にて実施した。乾式と湿式による粒度分布を比較すると何れの粒子径においても一様な吸水挙動を示し、ほぼ等倍率で粒子の膨張が見られ、粒子径が異なる場合においても吸水倍率はほぼ一定となることを確認した。しかし、SAPの吸水量を評価する方法として昨年度まで実施してきたティーバック法による吸水試験の結果、粒子径15μmのSAPでは吸水量が低下する傾向を示した。これは、試験溶液への浸漬と同時にSAP粒子が凝集し中心部のSAPの吸水を阻害したことが要因と考えられる。次に、上記のSAPを添加したコンクリートを対象に凍結融解試験を実施した。本実験では、消泡剤により空気量を1%以下に抑えたフレッシュコンクリートにSAPを添加しているが、気泡組織測定を実施した結果、硬化後空気量は目標空気量として設定した4.5%に近似する値が得られた。しかし、SAPを添加したコンクリートは、リファレンスとして作製した空気量4.5%のAEコンクリートと比較して圧縮強度が低下する様相が確認され、空隙特性の違いが圧縮強度に影響を及ぼす可能性が示唆された。凍結融解試験は、SAP粒径の違いに加えて、練り混ぜ時間を変化させた試験体を対象として実施した。その結果、粒子径が小さいほど、練混ぜ時間が長いほど、凍結融解抵抗性が向上することが明らかとなった。粒子の小ささに加えて、練混ぜによる粒子の分散や微細化が耐凍害性向上に寄与すると考えられる。
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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
今年度も交付申請書に記載した研究実施計画をベースに、随時研究計画の見直しを行いながら検討を進めてきた。昨年度まで抱えていた新型コロナウイルス感染症による研究の遅延はほぼ解消され、おおむね研究計画に沿った検討ができたと考えている。特に、今年度は、粒径および練混ぜ時間を変化させたコンクリートを対象とした凍結融解試験を実施し、耐凍害性の向上に寄与する有益なデータを得ることができた。しかし、本研究で提案する非空気連行型耐凍害性コンクリートの実用化を見据えるとデータの蓄積や再現性の検証が不十分であり、また、高性能なコンクリートを製造するための調合設計法を示すためのデータも不十分であるため、研究成果として公表するには至っていない。
これらの経緯に加えて、さらなる耐凍害性コンクリートの性能向上を目的とするポジティブな判断として「補助事業期間延長承認申請」を行い、事業期間の延長が認められている。事業期間の延長が認められた次年度は、各種データの蓄積を進めるとともに、非空気連行型耐凍害性コンクリートの性能の向上を目指す。また、これらの成果をまとめ、学会参加および論文投稿を行いたいと考えている。
以上より、今年度実施した研究の進捗度の自己評価は、「おおむね順調に進展している」とさせて頂きたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初研究計画の評価・改善を行いながら研究の遂行に努める。本研究計画を大別すると【STEP.1：空気連行型コンクリートの評価及び分析】、【STEP.2：非空気連行型耐凍害性コンクリートの開発】、【STEP.3：非空気連行型耐凍害性コンクリートの材料特性の検証】の3ステップとなる。これまでと同様に、得られた知見を総括し、課題の抽出および実験計画へのフィードバックを繰り返し、非空気連行型耐凍害性コンクリートの性能の向上を目指す。今年度までの検討により、一連の検討は遂行できたと考えているが、汎用的に扱うためのデータの蓄積は十分とは言えない。また、非空気連行型耐凍害性コンクリートの実用化を考える場合、さらに耐凍害性を向上させるとともに、様々な環境下における特性を理解し、信頼性を構築する必要があると考える。
次年度は，【STEP.2】および【STEP.3】について今年度実施した圧縮強度試験等の物性試験や凍結融解試験等の耐久性試験の再現実験を実施し、非空気連行型耐凍害性コンクリートの性能向上に資するデータの蓄積を図る。具体的には，SAP添加が圧縮強度の低下に及ぼす影響を明らかにするとともに、練り混ぜ時間と凍結融解抵抗性の関連性について再検証を行い、さらなる性能向上の方策を検討する。その他、中性化や塩化物浸透に対する抵抗性の評価等も追加実験として実施する。また、非空気連行型耐凍害性コンクリートの実用化を考えたうえで必要となる情報として、今年度も実施してきた汎用的調合設計手法の確立に向けた検討を継続する。SAPの添加方法（添加量の算出方法や適正な練り混ぜ方法など）やSAPの添加がコンクリートのフレッシュ性状に及ぼす影響を整理し、再現性および信頼性の高い耐凍害性コンクリートの作製方法について検討を進める。最終的に、これまでに得られた研究成果を整理・総括し、研究論文の執筆にあたる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は、より正確な工程により実験データを取得するために実験計画を見直すことで実験規模を縮小した。そのため、実験補助として人員を動員しなければいけない規模の実験を行っておらず、人件費の支出は生じなかった。また、試験体作製費（材料費・加工費等）についても、昨年度入手した材料等を使用したため、支出としては少なかった。さらに、次年度に実施予定の実験にかかる経費を見越して、意図的に支出を抑えたのも「次年度使用経費」が生じた要因として考えられる。
今年度未使用となった経費は，主に次年度実施予定の各種実験における試験体作製費や実験遂行にかかる費用（材料費，加工費，消耗品費）に充当する。また，関係研究機関への実験依頼や設備借用の可能性も考えられるため，実験依頼費，設備借用費，謝金としての支出も見込まれる。
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