複雑系確率理論によるコンクリートの内部変動と耐久性

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875082
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 堀口 敬 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30094816)
• Keywords: コンクリート / ルナコンクリート / パーコレーション / 水和反応 / 物質移動

Research Abstract

コンクリートの耐久性を把握する場合には、従来から比較的巨視的な分野からのアプローチが多く用いられてきた。すなわちそれらは、圧縮強度であったり、水セメント比や、骨材の性質などのマクロ的な様々な配合因子であったり、或いは水密性や耐摩耗性などの物理的性質などであった。また、微視的なアプローチとして、内部の空隙構造や遷移帯の性質、微少ひび割れの存在などに関する検討もされたが、いずれの場合にも、コンクリートの耐久設計の資料となるに足る成果は得られていない。本研究では、コンクリートの微視的構造をモデル化し、的確な内部構造の経時的な変化や、遷移帯の欠陥構造の分布における物質移動現象を明らかにするものである。
複雑系確率理論の一つであるパーコレーション理論をコンクリートの内部構造に適用し、水和反応の経時的変化に伴う空隙構造の変化や遷移帯の状態などを考慮した材料モデルを構築した。構築した材料モデルの妥当性を検討するために、様々な状態における実際のコンクリートの微視的構造を測定し材料モデルの精度を検討した。得られた材料モデルを用いて簡単な物質の移動について実際の現象との相関性を検討した。
さらに、パーコレーション理論をコンクリートの内部構造に適用し、水和反応の経時的変化に伴う空隙構造の変化や遷移帯の状態などを考慮した材料モデルを構築し、得られた材料パラメータなどを用いて、コンピュータによるシミュレーションを行い妥当性の検討を行った。さらに、簡単な物質の移動についてシミュレーションを行い実際の現象との相関性を検討した。
以上の成果をまとめ、代表的な適用例として、ルナコンクリートの水和過程におけるコンクリートの内部変動について、コンピュータシミュレーションを含め検討した。ルナコンクリートのような、地球上での測定が不可能な月面下でのコンクリートの内部挙動についても予測が可能であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] T.Horiguchi, P.Staneva: "Computer 3D Microstructure Modeling and Prediction of Hydration and Strength Development of Lunar-Like Cement with Steam"9 th International Conference on Durability of Building Materials and Components. 17-21 (2002)
• [Publications] P.Staneva, T.Horiguchi: "Prediction of Hydration and Strength of Simulated Lunar Mortar by Computer-Based Model"Proceedings of 6^<th> CANMET/ACI International Conference on Recent Advances in Concrete Technology. 477-493 (2003)
• [Publications] 迫井 裕樹, 佐伯 昇, 堀口 敬, 志村 和紀: "超高真空下におけるセメント系材料の物性変化"宇宙利用シンポジウムプロシーディング. Vol.19. 2001-204 (2003)