覆屋内環境下における磨崖仏の塩類風化抑制手法に関する研究

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本研究の目的は、塩類風化による劣化の恐れのある大分県大分市に存在する国指定史跡元町石仏を対象に、塩類風化を抑制する適切な保存環境及び環境制御方法の提案と浸透圧を用いた脱塩を行うための基礎理論を構築することにある。塩類風化の抑制のためには、塩の析出および析出した塩による応力発生を周辺の温湿度環境を制御することにより抑制する方法と、材料内の塩分を取り除く脱塩による方法の二つに分類される。本年度は、後者の脱塩による塩類風化抑制手法に着目し、脱塩量の定量的評価を目的とした多孔質材料中における熱と水分および塩の移動理論の構築に関する研究を行った。本年度に得られた研究成果は以下のようにまとめられる。まず、粘土のように電荷あるいは極性を有する粒子で構成される多孔質材料中における熱水分塩同時移動方程式を、松本の熱水分同時移動方程式を非平衡熱力学に基づき塩を含んだ場合に拡張する形で構築した。この方程式では電荷を有する多孔質材料中塩溶液の静電気力および塩濃度差による流れが溶液の電気二重層構造を考慮することで生じることを明らかにした。また溶液の浸透移動を引き起こす材料の半透膜性能の指標である反射係数を電気二重層構造と連成することでモデル化を行った。また、既往の粘土を用いた浸透による脱塩実験に対する数値解析により、本理論が粘土内における浸透現象を十分に再現できることと、粘土中の浸透現象が材料と塩溶液間の静電気力および塩溶液間の塩濃度差の連成問題として取り扱う必要があることを検証した。加えて、数値解析の結果から浸透を用いた脱塩を利用するためには、セロファン紙のような濾過膜よりも粘土のようなイオン交換により浸透現象を引き起こす材料を脱塩材と基材との間を挿入したほうが良いこと、脱塩材および粘土には浸透圧による材料変形が生じない程度の強度あるいは拘束力が求められるという課題を示した。