下水管路の維持管理のためのセメント系およびジオポリマー系材料の劣化現象の解明

阐明用于下水道维护和管理的水泥基和地质聚合物基材料的劣化现象

• 批准号: 22K04276
• 负责人: 吉田 夏樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: General Building Research Corporation of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04276/
• 关键词: 下水管路; セメント; ジオポリマー; 硫酸劣化; 海水; 塩酸劣化; EPMA; デジタル画像相関法; 硫酸

下水管路では、下水から発生する硫化水素を起源として硫酸が発生し、コンクリートの硫酸劣化が生じる。大阪市内の沿岸部地域では、下水管路に海水が侵入し、硫酸劣化を促進させる可能性が懸念された。2022年度の研究では、海水の主要成分であるNaClを0.1mol/L 硫酸に添加し、セメント硬化体を浸せきさせた。その結果、NaClの添加量が多くなるにつれて、硬化体の劣化度合いは大きくなった。Clを2%添加した条件では、Caの溶脱が促進されて侵食速度が速くなり、硬化体表面では二水石膏が隆起するように生成して剥離した。Caの溶脱が速くなるのは塩酸による劣化、二水石膏が生成するのは硫酸による劣化現象の特徴であり、NaClが混ざると硫酸と塩酸の複合劣化が生じた。以上の結果は、沿岸部地域における下水管路の劣化メカニズムを説明できる重要な知見であり、下水管路の高耐久化や維持管理計画に役立つ。加えて、コンクリートの補修・補強計画を立案するには、酸で劣化したコンクリートについて、深さ方向への劣化状況を診断することが重要である。2022年度の研究では、コンクリートの深さ方向への化学的変化と力学的変化を同時に捉えることを目的として、電子線マイクロアナライザ（EPMA）およびデジタル画像相関法（DIC法）により、硫酸劣化したジオポリマーおよびセメント硬化体を分析した。その結果、活性フィラーをフライアッシュおよび高炉スラグ微粉末の混合としたジオポリマーでは、表層に非晶質シリカ層が形成され、この層のひずみは圧縮載荷直後から大きくなった。活性フィラーをフライアッシュのみとしたジオポリマーでは、Na の溶脱は認められたが、ひずみ分布は健全部と同等であった。セメント硬化体では、圧縮応力度が増すにつれ、表層の二水石膏層のひずみが大きくなった。以上の結果は、下水管路コンクリートの診断技術に役立つ重要な知見である。

在污水管道中，污水产生的硫化氢会生成硫酸，导致混凝土的硫酸劣化。在大阪市沿海地区，有人担心海水可能进入污水管道，加速硫酸的变质。在2022年的研究中，将硬化水泥浸入0.1mol/L的硫酸（海水的主要成分氯化钠）中。结果，随着NaCl添加量的增加，固化产物的劣化程度增加。在添加2%Cl的条件下，促进了Ca的浸出，侵蚀速度加快，在硬化物表面形成隆起状的二水石膏并剥落。 Ca的快速浸出是盐酸引起的劣化的特征，二水合物的形成是硫酸引起的劣化的特征，当与NaCl混合时，发生硫酸和盐酸的复合劣化。上述结果是解释沿海地区污水管道劣化机理的重要发现，对于提高污水管道的耐久性和规划维护管理具有重要意义。此外，为了制定混凝土修复和加固计划，诊断酸劣化混凝土深度方向的劣化状态也很重要。在2022年的研究中，我们将使用电子束显微分析仪（EPMA）和数字图像相关法（DIC法）研究硫酸的地热降解，目的是同时捕获聚合物和混凝土深度方向的化学和机械变化。分析了水泥硬化体。结果，在活性填料为粉煤灰和高炉矿渣粉的混合物的地质聚合物中，在表面层上形成无定形二氧化硅层，并且该层中的应变在压缩加载后立即增加。在仅用粉煤灰作为活性填料的地质聚合物中，观察到Na的浸出，但应变分布与健康部分相同。在硬化水泥体中，随着压应力程度的增大，二水石膏表层的应变增大。上述结果是对混凝土污水管道诊断技术有用的重要发现。

项目成果

セメント硬化体のH2SO4劣化に及ぼすNaClの影響

NaCl对硬化水泥H2SO4劣化的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 吉田夏樹;中山健一
• 通讯作者: 中山健一