Radiation technology for new concrete material development that significantly increases productivity

用于新型混凝土材料开发的辐射技术可显着提高生产率

基本信息

批准号：
21H01402
负责人：
杉山隆文
金额：
$ 10.48万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

材料開発段階における生産性向上をはかるために、微小供試体を用いた短時間の実験から、マイクロメートルオーダーで分析できる放射線利用の有効性を調べることを目的としている。実験では、直径3㎜、高さ６㎜の微小円柱供試体のセメント水和物の溶脱に伴う劣化を短期間に再現して、非破壊CT－XRD連成法を用いて空隙構造の変化を調べた。30日間の溶出試験では、X線ＣＴ画像の解析結果から、微小供試体の円縁周辺部で水酸化カルシウムの溶出に伴い空隙が増加することを示した。溶出試験時間を200日まで延長すると、微小供試体の全断面で空隙率が増加していた。また、溶出試験の雰囲気温度を80℃へ高温とすると変質範囲が拡大して空隙率も増加した。さらに、変質領域と非変質領域における拡散係数の相違を、CT画像解析とランダムウォークシミュレーションから定量的に示した。これまで、セメントペーストと骨材の界面（遷移帯）の拡散係数は直接測定することが困難であったが、X線CT法から取得したデータの画像処置によって、遷移帯を抽出することで、拡散係数を求めることが可能になることを示した。これによって、水と接するコンクリートでは、水和物の溶脱によって拡散係数が10倍程度増加し、さらに遷移帯における溶出の進行が速まることを明らかにした。また、X線CT法と数値解析を組み合わせることで劣化の将来予測が可能となる手法の開発を行った。すなわち、CT画像のデジタルデータはモデル化に対して優れた親和性を有しており、コンクリートをセメントペースト、骨材、遷移帯の3相としてそれぞれの形状および寸法を忠実にモデル化できることを示した。このように放射線技術と数値演算処理を組み合わせることで、材料開発段階における生産性を著しく向上できることを示した。

为了提高材料开发阶段的生产率，目的是通过使用微小样本的短期实验来研究使用可在微米级进行分析的辐射的有效性。实验中，我们在直径为3 mm、高度为6 mm的微圆柱试件中，在短时间内再现了水泥水合物浸出引起的劣化，并采用无损CT-XRD耦合方法检查孔隙结构的变化。在30天的洗脱测试中，X射线CT图像分析的结果显示，随着氢氧化钙的洗脱，微型样本的圆形边缘周围的空隙增加。当洗脱测试时间延长至200天时，显微样品整个横截面的孔隙率增加。此外，当洗脱试验的气氛温度升高至80℃时，变化范围扩大并且孔隙率增加。此外，我们使用 CT 图像分析和随机游走模拟定量证明了改变区域和未改变区域之间的扩散系数差异。迄今为止，直接测量水泥浆与骨料之间界面（过渡区）的扩散系数还很困难，但通过对 X 射线 CT 获得的数据进行图像处理来提取过渡区，结果表明：可以确定扩散系数。结果表明，在与水接触的混凝土中，由于水合物的淋滤，扩散系数增加了约10倍，而且过渡区的淋滤进度加快。我们还开发了一种通过结合 X 射线 CT 和数值分析来预测未来恶化的方法。换句话说，CT图像的数字数据对建模具有极好的亲和力，可以将混凝土的形状和尺寸忠实地建模为水泥浆、骨料和过渡区Ta三个阶段。通过这种方式将辐射技术与数值处理相结合，我们已经证明可以显着提高材料开发阶段的生产率。