高分解能X線CTによるコンクリート微細組織の三次元構造解析

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微焦点(マイクロフォーカス)X線CTおよび大型放射光施設(SPring 8)における放射光X線CTを使用して、コンクリートの空隙構造の立体的可視化に向けた独創的で新規性のある技術を開発した。使用した装置は、それぞれ500ナノから10ミクロンまでの高分解能を有しており、これだけの広範囲かっ精度の高い分解能を有する装置を用いて、セメント硬化体の空隙構造を解析した研究は他には見当たらない。AEモルタルの空隙径分布および凍結融解作用によるひび割れ進展の様子を立体的に可視化することに成功した。実構造物コンクリートから採取したコア試料について、空隙構造を立体抽出し、空気量、空隙径分布、エントラップドエアに起因する粗大空隙の分布状況を調べた。また、竣工後6年半経過後であるがフライアッシュ粒子の存在を画像で捉えることができた。同一モルタル試料に対して、各装置を用いて空隙構造を解析して、耐凍害性の観点から空気量および空隙径分布を比較した。高分解能なほど微細空隙が抽出できるが、全体空気量に占めるこれら空隙体積割合は大きくないものの、気泡間隔係数の精度の良い算定に寄与すると考えられた。CT値やX線線吸収係数のヒストグラムから、空隙や水和物同定する際の閾値について調べ、さらに多様な材料特性を有する試料に対して、同一手法の有用性を調べることが必要であるとした。さらに、荷重作用によるひび割れ分布の様子を可視化して、その進展機構の解明および物質移動性を可視化する新しい研究を試行した。また、劣化したセメントペーストの空隙構造を可視化して、ランダムウォークシミュレーションを行い拡散屈曲度を計算し、これを用いて空隙構造を定量化することでセメント硬化体の劣化度を評価する手法を提案した。