石像建造物における各種石材の風化特性とその地球科学的・工学的意義

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本研究では、歴史的遺産の保守や耐久性の高い建築物に用いられる石材の耐久性に関する資質評価を行うことを目的としている。劣化原因が塩類によることが多いため、その破壊メカニズムを調べるために、硫酸ナトリウム溶液および硫酸マグネシウム溶液を用いた実験を行った。用いた材料は、大谷石凝灰岩、芦野凝灰岩、インド砂岩、多胡砂岩である。インド砂岩以外は、すべて日本国内の石材であり、広く日本の建物あるいは装飾用石材として使用されているが、近年では採掘量が減り、入手困難な貴重なものもある。各石材の物性(細孔特性、一軸圧縮強度、鉱物分析)と、石材自体の初期吸水能力、硫酸ナトリウムの飽和溶液(20℃)に浸漬させた時の吸収能、および塩吸収量を測定した。塩溶液の供給方法としては、1)石材全体を溶液に浸し、乾湿繰り返し環境下で曝露したもの(CTI : Cyclic Total Immersion Method)、2)石材下部のみを溶液に浸し、乾湿繰り返し環境下で曝露したもの(CPI : Cyclic Partial Immersion Method)、の2種類の方法をとった。乾燥条件としては40℃あるいは105℃、湿潤条件としては10℃あるいは20℃を設定した。各石材を5×5×15cmの角柱に整形した供試体を実験に使用した。実験結果からは、完全浸漬実験では表面近傍にしか破壊が及ばないが、部分浸漬実験では内部から破壊が起こることが立証された。石材耐久性試験のほとんどが完全浸漬試験により評価されるが、この実験結果からはその試験方法が必ずしも正確に耐久性を評価できるものではないことが示された。また、ミラビライト(Na_2SO_4・10H_2O)/テナルダイト(Na_2SO_4)の相変化が破壊の主要因であるという従来の定説に疑問を呈し、十分な期間があればテナルダイトのみが析出する条件でも破壊の程度に差はないことが明らかになった。