Study on Quantitative Prediction of Pressure in Porous Materials under Dry-Wet Cycles

干湿循环下多孔材料压力的定量预测研究

基本信息

批准号：
21K14301
负责人：
高取伸光
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

建造物や屋外文化財の多くはその材料内部に微細な空隙構造を有する多孔質材料であり，その空隙内には水や塩などの物質が出入りする．材料中の物質量やエネルギー量は熱や物質の移動に伴い変化し，それに応じた応力が材料実質部に加わる．このとき材料中の水は材料実質部を膨張あるいは収縮させるような力を生じるため，多孔質材料は乾燥と湿潤を繰り返すことで変形や破壊が生じる．本研究では多孔質材料中の水分状態とそれにより発生する応力の関係を明らかにすることを最終的な目標とし，その測定する手法を確立すること，乾湿繰り返し時における内圧の発生メカニズムを非平衡熱力学の理論をもとに解明することを目的とした．本年度は，多孔質材料が塩を含んだ際における湿潤時の変形挙動を明らかにすることを目的とし，事前に硫酸ナトリウムを含ませた試験体の吸湿時および吸水時のひずみ挙動の計測を行った．硫酸ナトリウムは無水和物であるThenarditeから十水和物であるMirabiliteへと変化する過程で応力が発生すること，またこの応力は水圧に依存することが知られていることから湿潤方法を吸湿と吸水で分け，各湿潤方法による比較を行った．また，昨年度同様純水を含ませた際の試験体の膨張挙動についても引き続き検討を行った．結果として，吸湿期間を3日とした塩の潮解実験では，直接純水を吸水させた溶解実験ほど大きなひずみは発生しなかった．ただし，本実験における吸湿期間では試験体内の塩が十分に平衡に達していなかった可能性があるため，吸湿期間含め今後さらなる検討が必要と考えられる．

许多建筑物和室外文化特性是多孔材料，材料内部具有细性的空隙结构，水和盐等物质进入并退出了空隙。物质中的材料和能量随热量和材料的运动而变化，并将应力应用于材料的大部分。目前，材料中的水会产生一种扩大或收缩材料大部分的力，因此当多孔材料反复干燥和润湿时，会发生变形和破坏。这项研究旨在阐明多孔材料中的水分状态与它们产生的应力之间的关系，并建立一种测量它们的方法，并根据非平衡热力学理论来阐明在重复干燥和湿干的过程中内部压力产生的机制。今年，当多孔材料含有盐时，弄清润湿过程中的变形行为的目的，以及当水样样品吸收和吸水时，预先测量含有硫酸钠的测试标本的应变行为。硫酸钠从赤铁矿的变化到脱水的mirabilite，众所周知，这种应力取决于水压，因此将润湿方法分为水分吸收和吸水，并使用每种润湿方法进行比较。此外，与上一年一样，当添加纯水时，我们继续检查样品的膨胀行为。结果，在盐熟食实验中吸收水分3天，没有产生更大的应变，因为在溶解实验中直接吸收了纯净水。但是，由于在该实验的水分吸收期间，样品中的盐可能无法达到足够的平衡，因此人们认为进一步的研究（包括水分吸收期）被认为是必要的。