Radiation technology for new concrete material development that significantly increases productivity

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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。