下水管路の維持管理のためのセメント系およびジオポリマー系材料の劣化現象の解明

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下水管路では、下水から発生する硫化水素を起源として硫酸が発生し、コンクリートの硫酸劣化が生じる。大阪市内の沿岸部地域では、下水管路に海水が侵入し、硫酸劣化を促進させる可能性が懸念された。2022年度の研究では、海水の主要成分であるNaClを0.1mol/L 硫酸に添加し、セメント硬化体を浸せきさせた。その結果、NaClの添加量が多くなるにつれて、硬化体の劣化度合いは大きくなった。Clを2%添加した条件では、Caの溶脱が促進されて侵食速度が速くなり、硬化体表面では二水石膏が隆起するように生成して剥離した。Caの溶脱が速くなるのは塩酸による劣化、二水石膏が生成するのは硫酸による劣化現象の特徴であり、NaClが混ざると硫酸と塩酸の複合劣化が生じた。以上の結果は、沿岸部地域における下水管路の劣化メカニズムを説明できる重要な知見であり、下水管路の高耐久化や維持管理計画に役立つ。加えて、コンクリートの補修・補強計画を立案するには、酸で劣化したコンクリートについて、深さ方向への劣化状況を診断することが重要である。2022年度の研究では、コンクリートの深さ方向への化学的変化と力学的変化を同時に捉えることを目的として、電子線マイクロアナライザ（EPMA）およびデジタル画像相関法（DIC法）により、硫酸劣化したジオポリマーおよびセメント硬化体を分析した。その結果、活性フィラーをフライアッシュおよび高炉スラグ微粉末の混合としたジオポリマーでは、表層に非晶質シリカ層が形成され、この層のひずみは圧縮載荷直後から大きくなった。活性フィラーをフライアッシュのみとしたジオポリマーでは、Na の溶脱は認められたが、ひずみ分布は健全部と同等であった。セメント硬化体では、圧縮応力度が増すにつれ、表層の二水石膏層のひずみが大きくなった。以上の結果は、下水管路コンクリートの診断技術に役立つ重要な知見である。