種別(Category) 卒業論文  
Graduation thesis
タイトル(Title) セメント改良土からのカルシウム溶脱現象の数量化
Quantification of Calcium Leaching from Cemented Soil
著者(Author) 秋岡洋平(日本)
AKIOKA Yohei(Japan)
主査(Supervisor) 石田哲也助教授
A. Prof. ISHIDA Tetsuya
キーワード(Keyword)  
 
掲載誌(Events Venue) 東京大学卒業論文
Graduation thesis of the Univ. of Tokyo
発表年・月(Published Year, Month) 2006.3
論文入手先(Name of Publication) 東京大学図書館
Library of the Univ. of Tokyo
要旨(Abstract) セメント硬化体の劣化現象の一つとしてカルシウム溶脱がある.従来,コンクリートの空隙率は小さく,また透水量が極めて小さいため,実際の劣化現象の要因として問題になることは少なかった.ただし近年,放射性廃棄物処理のための人工バリアやセメント改良土への利用など,セメントに求められる機能が多様化してきている.すなわち,人工バリアの設計では通常のコンクリートでは問題とならない数万年スケールでの性能担保が必要となり,またセメント改良土といった材料の場合,コンクリートと比較して実質的な水セメント比が高く,また粗大な空隙に富むため早い時期での劣化進行が予想される.従って,各々の対象とする工学的時間スケールにおいて,カルシウム溶脱現象を劣化をもたらす要因として陽に考慮する必要があるといえる. 現在,東京大学コンクリート研究室では,熱力学連成解析システム(DuCOM)の開発を行い,セメント系材料で生じる様々な劣化現象や材質の変成等について解析的予測を試みている.その一つに,セメント水和反応−水分移動−空隙構造を連成することで若材齢時の硬化過程を表現し,さらにイオン移動・平衡現象を熱力学理論に基づき定式化することで,セメント硬化体からのカルシウム溶脱現象を定量化するシステムがある.そこでは,微細空隙内に保持される水分は,その移動する流速に関わらず,固相カルシウムと溶存カルシウムイオンに関して準平衡状態を仮定している.しかしながらセメント改良土の場合,移流が卓越する条件下での溶液のカルシウムイオン濃度を測定した結果,必ずしも準平衡で仮定される飽和濃度に達していないことが咲村の研究より明らかになった.これは空隙を通過する流速が大きいために,溶液が完全に飽和状態に至る以前に排出されるためだと推定されている.そこで本研究では,空隙率が高く透水量が大きいセメント改良土に様々な動水勾配を与えることで,機構の解明と定量化を行うことを目的とした. 実験では円筒形状の供試体に様々な動水勾配を与えて,溶液中のカルシウム量を測定した.時系列で見た場合,動水勾配が大きくなるほど早い段階でカルシウムの濃度が低下しており,いずれの場合も解析で求めた値よりもはるかに早い段階での濃度低下がみられた.しかしながら,溶脱カルシウム総量とカルシウム濃度の関係で整理した場合,いずれの曲線も大まかにはBuilの平衡モデルに従っていることが分かった.Builの平衡モデルによると,最初の段階はセメント内の主要なカルシウム水和物である水酸化カルシウムが,飽和濃度で溶脱する.水酸化カルシウムは溶解度積が比較的大きいことからその間は,溶液は高濃度を保つ.その後,供試体中の水酸化カルシウム量が減少すると,もう一つのカルシウムの主要成分であるC-S-Hゲルが分解し溶脱する.そしてそれにしたがって溶液中の濃度が低下する.今回の実験も大体においてその平衡モデルに従った.しかしながら,動水勾配などの外部条件や,最大空隙径といった供試体の材料的な特性によってその曲線が変化することが分かった.これが本研究の最大の特徴である. 今回の研究では動水勾配の変化や最大空隙径の変化に対応するモデルの構築を行った.具体的には仮に水酸化カルシウム量を初期条件では少なめに考え,時間依存によってそれが本来の値に近づくというものである.本来の値に近づく速度は最大空隙径によるものとした.また,時間依存で考えることから動水勾配が大きいほうが仮の水酸化カルシウム量に達するのが早く,動水勾配の影響も含めることに成功した.熱力学連成解析システムに反映させることにより,移流という特殊な環境下によってもカルシウム溶脱現象を適切に把握することが出来ることとなった.空隙率などといった材料的な特性も検討することによってこのモデルのより高度化が期待される.