JP6898164B2 - 多孔質体評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートを硬化させたコンクリート体などの多孔質体の中性化、塩害、透水性、透気性などの耐久性を評価するための多孔質体評価方法に関するものである。

コンクリートを硬化させたコンクリート体は、緻密さ（密実性）が不足すると二酸化炭素や塩分などの劣化因子が侵入しやすくなり、劣化が早期に進行することが知られている。そこで、成形されたコンクリート体の緻密さを評価するために、水銀圧入法、透気性試験、透水試験などが行われる（特許文献１-３など参照）。

特許文献１，２には、サンプルを採取することなくコンクリート構造物の緻密さを評価する方法として、色差などの特性値を測定する方法が開示されている。この色差の測定には、蛍光Ｘ線装置や測色装置及び分析装置などが使用される。
また、特許文献３には、コンクリート部材から採取したコアに対して水銀圧入法による試験を行うことで、塩害や中性化、アルカリ骨材反応などを要因とする耐久性の低下を探知させる劣化探知方法が開示されている。

特開２０１２−２６８８３号公報 特開２０１４−４４１７３号公報 特開２０１１−２１５００９号公報

しかしながら特殊な測定装置や時間をかけずに、簡易的な評価でもよいので短期間で簡単にコンクリート体の耐久性を評価したいという要望がある。
そこで、本発明は、短期間で簡単に実施可能な多孔質体の耐久性を評価するための多孔質体評価方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の多孔質体評価方法は、多孔質体の耐久性を評価するための多孔質体評価方法であって、評価対象となる多孔質体に対して可視化可能な浸透液を浸透させる工程と、多孔質体に前記浸透液を浸透させたときの浸透深さと耐久性の指標との関係である浸透−耐久性関係と前記評価対象となる多孔質体の浸透深さとから耐久性を評価する工程とを備えたことを特徴とする。

また、別の多孔質体評価方法の発明は、多孔質体の耐久性を評価するための多孔質体評価方法であって、多孔質体に可視化可能な浸透液を浸透させたときの浸透深さと耐久性の指標との関係を浸透−耐久性関係として求める工程と、評価対象となる多孔質体に対して前記浸透液を浸透させる工程と、前記評価対象となる多孔質体の浸透深さと前記浸透−耐久性関係とから耐久性を評価する工程とを備えたことを特徴とする。

さらに、別の多孔質体評価方法の発明は、セメント系材料を硬化させたセメント系硬化体の耐久性を評価するための多孔質体評価方法であって、水セメント比を変化させたセメント系材料によって成形されたセメント系硬化体に対して可視化可能な浸透液を浸透させて浸透深さとの関係を水セメント比−浸透関係として求める工程と、耐久性の指標と水セメント比との関係及び前記水セメント比−浸透関係から、浸透深さと耐久性の指標との関係を浸透−耐久性関係として求める工程と、評価対象となるセメント系硬化体に対して前記浸透液を浸透させる工程と、前記評価対象となるセメント系硬化体の浸透深さと前記浸透−耐久性関係とから耐久性を評価する工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記耐久性の指標として、中性化速度比又は塩化物イオン拡散係数を使用することができる。また、前記浸透液の浸透は、乾燥工程の後に行われることが好ましい。

このように構成された本発明の多孔質体評価方法は、評価対象となる多孔質体に対して可視化可能な浸透液を浸透させ、その浸透深さと耐久性の指標との関係である浸透−耐久性関係によって多孔質体の耐久性を評価する。
コンクリート体などの多孔質体に対する浸透液の浸透は、１〜３日など短期間で実施でき、浸透深さを計測するという簡単な方法で多孔質体の耐久性を評価することができる。

また、多孔質体に浸透液を浸透させたときの浸透深さと耐久性の指標との関係を浸透−耐久性関係として求める場合は、セメントなどの種類や配合などを実際に使用する材料に合わせることができるので、より精度の高い評価を行うことができるようになる。

さらに、水セメント比を変化させたセメント系材料を硬化させたセメント系硬化体に対して浸透液を浸透させて浸透深さとの関係を水セメント比−浸透関係として求める場合は、水セメント比と耐久性の指標との公知の関係があれば、それを利用して浸透−耐久性関係を作成することができるようになる。

また、耐久性の指標が中性化速度比又は塩化物イオン拡散係数であれば、中性化や塩害の評価を精度よく行うことができる。さらに、浸透液の浸透は、例えば比較的低温（50℃以下）で乾燥させる工程の後に行うことで、実際に使用される多孔質体の状態に近い評価にすることができる。

本実施の形態の多孔質体評価方法で使用する浸透深さと中性化速度比との関係を示した図である。 コンクリート体に着色液を浸透させたときの浸透深さを測定する試験結果の例示である。 水セメント比と浸透深さとの関係を示した図である。 本実施の形態の多孔質体評価方法で使用する浸透深さと塩化物イオン拡散係数との関係を示した図である。 水セメント比毎に測定された浸透深さ、中性化速度比及び塩化物イオン拡散係数の値を示した表である。

以下、本発明の実施の形態の多孔質体評価方法について図面を参照して説明する。
コンクリートやモルタルなどのセメント系材料を硬化させたセメント系硬化体は、表面に無数に形成された微小な孔から二酸化炭素、塩分などの劣化因子が徐々に内部に侵入していく多孔質体である。このような多孔質体であるコンクリート体によって構成される構造物は、周辺環境によっては時間の経過に伴って劣化が起き、耐久性が低下することがある。

多孔質体によって構成された構造物に、いつぐらいの時期にどの程度の劣化が起きるかは、成形後の緻密さ（密実性）を評価することで推定することができることが知られている。以下では、多孔質体であるコンクリート体を例にして、コンクリート体の耐久性を評価する方法について説明する。

一般的には、中性化、塩害、透水性、透気性などの中性化試験が知られているが、これらの試験は少なくとも半年以上の時間をかけて行われる。本実施の形態の多孔質体評価方法では、セメント系材料であるコンクリートが硬化したコンクリート体（セメント系硬化体、多孔質体）に、可視化可能な浸透液である着色液を浸透させたときの浸透深さに基づいて、短期間で評価を行う。

着色液には、例えば赤インク溶液が使用できる。赤インク溶液は、赤インクと水を１：１で混合して作成する。赤インクと水との比率は、これに限定されるものではなく、浸透深さが判別可能となる濃度であればよい。

コンクリート体に赤インクを浸透させる試験（以下、「赤インク法」という。）は、硬化したコンクリートを水中養生させた後に、乾燥工程で乾燥させた供試体に対して行う。すなわち湿潤状態の供試体では、赤インクが浸透しにくくなり、実際よりも高い評価（例えば密実性が高い）となる試験結果が出るのを避けるために、浸漬前に乾燥工程を実施する。

例えば、直径10cm×高さ20cmのコンクリート製の円柱供試体を、20℃の水中で２８日間の水中養生をした後に、比較的低温の50℃程度で３日間乾燥させて、直ちに赤インク溶液に浸漬させる。

乾燥工程の乾燥温度及び乾燥期間は、これに限定されるものではなく、任意に設定することができる。例えば105℃などの高温で乾燥させれば、短期間で乾燥させることができる。
乾燥したか否かの判定は、ＪＡＳＳ ５Ｎ Ｔ−６０１「コンクリートの乾燥単位容積質量試験方法」に準じて、供試体の質量変化が２日で3gになったときをもって乾燥と判断することができる。

一方、50℃などの低い温度で乾燥させた場合は、コンクリート体の細孔構造への影響を最小限に抑えることができる。赤インク法による浸透試験は、必ずしも絶乾状態のコンクリート体に対して行わなければならないわけではないため、コンクリート体の細孔構造への影響が少ない低温で、ある程度乾燥させた供試体によって試験を行うことができる。

赤インク溶液への浸漬期間は１日間とし、供試体を割裂して、図２に例示したように断面に露出した赤インクの浸透深さを測定する。図２（ａ）は水セメント比（Ｗ／Ｃ）が43％のケースの割裂させた供試体の断面を示しており、図２（ｂ）は水セメント比（Ｗ／Ｃ）が67％のケースの割裂させた供試体の断面を示している。ここで、断面の内部には、黒インクで浸透深さの位置をなぞった線が描かれている。

この赤インクの浸透深さの測定は、ＪＩＳ Ａ １１５２「コンクリートの中性化深さの測定方法」に準じて行った。この浸漬期間についても、１日に限定されるものではなく、例えば３日とすることもできる。

赤インク法による浸透試験は、水セメント比を変えた複数の供試体に対して行った。図３は、その試験結果をまとめた図である。この図を見ると分かるように、水セメント比と浸透深さとの間には相関関係がある。
すなわち、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が大きくなるほど浸透深さが深くなっている（図２(ａ)，（ｂ）参照）。水セメント比が大きいコンクリートによって構築されたコンクリート体は、硬化後（乾燥後）に緻密さ（密実性）が低い赤インクが浸透しやすい状態になっていると言える。

ここで、コンクリート体の耐久性を評価する指標には、中性化速度比、塩化物イオン拡散係数などがある。「コンクリート工学ハンドブック」（発行所：株式会社朝倉書店、2009年10月25日）には、水セメント比と中性化速度比との間には、ほぼ直線的な関係があるという知見（白山氏の提案）が記載されている。また、コンクリートの塩化物イオン拡散係数と水セメント比との間にも、水セメント比が大きくなると、塩化物イオン拡散係数が著しく大きくなるという関係があることを示す試験結果が記載されている。

そこで、図１には、浸透深さと中性化速度比との関係を浸透−耐久性関係として求めた結果を示した。すなわち上述した赤インク法で浸透深さが測定された供試体と同じ配合条件の供試体に対して、中性化速度を測定する試験を実施した。その結果、浸透深さと中性化速度比との間に、直線的な高い相関関係があることが確認できた。

また、図４には、浸透深さと塩化物イオン拡散係数との関係を浸透−耐久性関係として求めた結果を示した。すなわち上述した赤インク法で浸透深さが測定された供試体と同じ配合条件の供試体に対して、塩化物イオン拡散係数を測定する試験を実施した。その結果、浸透深さと塩化物イオン拡散係数との間に、関係曲線が引けるような高い相関関係があることが確認できた。

図５は、水セメント比毎に測定された浸透深さと、中性化速度比と、塩化物イオン拡散係数とを表形式にまとめた結果を示している。要するに、評価対象となるコンクリート体の水セメント比又は浸透深さが測定されれば、耐久性の評価指標となる中性化速度比や塩化物イオン拡散係数を求めることができるようになる。

次に、このようにして得られた知見に基づいて開発された本実施の形態の多孔質体評価方法について説明する。以下では、耐久性の指標となる中性化速度比や塩化物イオン拡散係数と浸透深さとの浸透−耐久性関係を実験によって求める場合と、水セメント比と耐久性の指標との公知の関係を利用する場合の２つのケースについて説明する。

１つ目の浸透−耐久性関係を実験によって求める場合は、予め水セメント比を変化させた複数のコンクリートの供試体に対して、上述した赤インク法により浸透深さを測定する試験を実施する。

一方、浸透深さの試験を行った供試体と同じ配合（セメントの種類、骨材、水セメント比などが同じ）の供試体に対して、中性化速度比や塩化物イオン拡散係数などの耐久性の指標を求める試験を実施する。その結果、図１に示した浸透深さと中性化速度比との関係を示すグラフ、図４に示した浸透深さと塩化物イオン拡散係数との関係を示すグラフ又はその両方が得られることになる。

これに対して２つ目の水セメント比と耐久性の指標との公知の関係を利用する場合は、次のような手順で図１，４に示したような浸透−耐久性関係を求める。
まず、水セメント比を変化させた複数のコンクリートの供試体に対して、上述した赤インク法により浸透深さを測定する試験を実施する。その結果、図３に示すような、水セメント比と浸透深さとの関係である水セメント比−浸透関係が求められる。

一方、水セメント比と中性化速度比との関係については、上述したように「コンクリート工学ハンドブック」において公知の関係が開示されている。
ｙ＝0.05ｘ-2.0
ここで、ｙは中性化速度比、ｘは水セメント比を示す。

すなわち、ある水セメント比に対して上式で一義的に中性化速度比を推定することができるので、図３の水セメント比−浸透関係に基づいて、図１に示すような浸透深さと中性化速度比との関係を示すグラフを作成することができる。

また、水セメント比と塩化物イオン拡散係数との関係についても、上述したように「コンクリート工学ハンドブック」において公知の関係が開示されている。
ｚ＝10^∧（-3.9ｘ²+7.2ｘ-2.5）
ここで、ｚは塩化物イオン拡散係数、ｘは水セメント比を示す。

すなわち、ある水セメント比に対して上式で一義的に塩化物イオン拡散係数を推定することができるので、図３の水セメント比−浸透関係に基づいて、図４に示すような浸透深さと塩化物イオン拡散係数との関係を示すグラフを作成することができる。

上述したいずれかの方法によって、図１，４に示すような浸透−耐久性関係によって浸透深さから耐久性の指標が求められるように準備した後に、評価対象となる多孔質体に対して、赤インク法により浸透試験を行う。

評価対象となる多孔質体は、実際に使用されるコンクリートと同じ配合によって製作された供試体（コンクリート体、セメント系硬化体）である。硬化後の水中養生及び乾燥工程を終えた供試体を、赤インク溶液に１日、浸漬させる。

浸漬後に供試体を赤インク溶液から取り出し、供試体を割裂して、断面に露出した赤インクの浸透深さを測定する。そして、測定された浸透深さに基づいて、図１に示した浸透深さと中性化速度比との関係から中性化速度比を読み取る。構築に使用されるコンクリートの中性化速度比が推定できれば、コンクリートの中性化に関する耐久性を評価することができるようになる。

また、測定された浸透深さに基づいて、図４に示した浸透深さと塩化物イオン拡散係数との関係から塩化物イオン拡散係数を読み取ることもできる。構築に使用されるコンクリートの塩化物イオン拡散係数が推定できれば、コンクリートの塩害に関する耐久性を評価することができるようになる。

次に、本実施の形態の多孔質体評価方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の多孔質体評価方法は、評価対象となるコンクリート体に対して赤インク溶液を浸透させ、その浸透深さと耐久性の指標（中性化速度比、塩化物イオン拡散係数など）との関係である浸透−耐久性関係によってコンクリート体の耐久性を評価する。

コンクリート体に対する着色液の浸透は、１〜３日など短期間で実施でき、浸透深さを計測するという簡単な方法でコンクリート体の耐久性を評価することができる。
すなわち従来の中性化試験は、少なくとも試験結果が出るまでに半年以上の時間がかかったが、本実施の形態の多孔質体評価方法であれば、短期間で簡単かつ経済的に実施できるので、評価頻度を増やすなどして、効果的な品質管理を行うことができるようになる。

また、コンクリートに赤インク溶液を浸透させたときの浸透深さと耐久性の指標との関係を浸透−耐久性関係として求める場合は、セメントなどの種類や配合などを実際に使用するコンクリートに合わせることができるので、より精度の高い評価を行うことができるようになる。

さらに、水セメント比を変化させたコンクリートに対して赤インク溶液を浸透させて浸透深さとの関係を水セメント比−浸透関係として求める場合は、水セメント比と耐久性の指標との公知の関係があれば、それを利用して浸透−耐久性関係を作成することができるようになる。すなわち、時間がかかる中性化試験の実施を省略することができて経済的である。

また、耐久性の指標が中性化速度比又は塩化物イオン拡散係数であれば、中性化や塩害の評価を精度よく行うことができる。さらに、赤インク溶液の浸透は、比較的低温の50℃程度で乾燥させた材料に対して行うことで、実際に使用されるコンクリートの状態と密実性が同等又は近似した状態の供試体によって試験及び評価を行うことができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、耐久性の評価指標として、中性化と塩害に関するものについて詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、透水性や透気性などに関する耐久性の指標も適用することができる。

また、前記実施の形態では、多孔質体としてコンクリート体を例に説明したが、これに限定されるものではなく、セメント系材料であるモルタルを硬化させたセメント系硬化体、又はタイル、レンガ若しくは石材などの多孔質体の耐久性の評価にも適用することができる。

さらに、前記実施の形態では、着色液を可視化可能な浸透液として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ブラックライトを当てると発光する蛍光物質が含有された浸透液を使用することができる。この場合、既存の構造物に浸透液を浸透させても目立たせないようにすることができる。また、浸透液が透明で、可視化用の液体を塗布又は噴霧することで、浸透深さの確認が可能となるような構成であってもよい。

Claims (3)

1. セメント系材料を硬化させたセメント系硬化体の耐久性を評価するための多孔質体評価方法であって、
   水セメント比を変化させたセメント系材料によって成形されたセメント系硬化体に対して可視化可能な浸透液を浸透させて浸透深さとの関係を水セメント比−浸透関係として求める工程と、
   耐久性の指標と水セメント比との関係及び前記水セメント比−浸透関係から、浸透深さと耐久性の指標との関係を浸透−耐久性関係として求める工程と、
   評価対象となるセメント系硬化体に対して前記浸透液を浸透させる工程と、
   前記評価対象となるセメント系硬化体の浸透深さと前記浸透−耐久性関係とから耐久性を評価する工程とを備えたことを特徴とする多孔質体評価方法。
2. 前記耐久性の指標は、中性化速度比又は塩化物イオン拡散係数であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質体評価方法。
3. 前記浸透液の浸透は、乾燥工程の後に行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質体評価方法。

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