中性子回折法による溶融亜鉛めっき鉄筋を用いた鉄筋コンクリートの付着性能評価

小林 謙祐*; 鈴木 裕士; 西尾 悠平*; 兼松 学*

日本建築学会構造系論文集, 86(785), p.1026 - 1035, 2021/07

https://doi.org/10.3130/aijs.86.1026

本研究では、亜鉛溶融めっき鉄筋を用いた鉄筋コンクリートの付着性能を評価することを目的として、基本的な応力場である圧縮応力場・引張応力場に加え、より実構造に生じる応力場に近い曲げ・せん断応力場の計3種類の応力場における付着応力の検証を行った。その結果、中性子回折法により、鉄筋コンクリートの高精度な付着性能評価が可能であり、さらにひび割れ等の破壊状況に応じた鉄筋応力の変化も精度よく測定が可能であることを確認した。また、圧縮応力場,引張応力場、そして曲げ・せん断応力場において、鉄筋応力分布の傾向および付着応力度より、めっき鉄筋は普通鉄筋と同等の付着性能を有していることが明らかになった。

小型加速器中性子源RANSを使用した鋼材特性の分析技術開発; ものづくり現場で中性子線を使った材料分析が可能に

徐 平光; 高村 正人*; 岩本 ちひろ*; 箱山 智之*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士

Isotope News, (774), p.7 - 10, 2021/04

https://www.jrias.or.jp/books/cat3/2021/774.html

近年、地球温暖化対策として、自動車などの軽量化に求められている中、高張力鋼板の成形性向上は重要な開発課題となっている。破断まで優れた伸び特性を持たせた高張力鋼板の開発には、オーステナイト組織の相分率と各構成相の集合組織を正しく制御することは極めて重要である。透過能に優れた中性子回折法は、鋼材内部の結晶情報をバルク平均で得られる特徴を持つことから、相分率と集合組織を測定する上で有力な手段である。しかし、現状では中性子回折測定が可能な中性子源は、研究用原子炉や大型加速器施設などの大型実験施設に限られ、これらは共用施設のため利用者が頻繁に測定する機会を得ることは困難である。そこで、理化学研究所では、大学や企業の研究室、工場などの現場で手軽に使える小型中性子源として「理研小型加速器中性子源RANS」を構築し、日本原子力研究開発機構と協力しながら鋼材特性の分析技術に関する一連の研究開発を進めてきた。本解説論文では、大型実験施設と比べるとビーム強度の低い小型加速器中性子源を用いて実施した、中性子回折法による相分率と集合組織測定に関する共同研究成果と、今後の展望を紹介する。

Determination of atomistic deformation of tricalcium silicate paste with high-volume fly ash

Jee, H.*; Im, S.*; 兼松 学*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 小山 拓*; 町田 晃彦*; Bae, S.*

Journal of the American Ceramic Society, 103(12), p.7188 - 7201, 2020/12

https://doi.org/10.1111/jace.17404

We examined the influence of incorporating high-volume fly ash (FA) on the atomic structure and deformation behavior of calcium silicate hydrates (C-S-H) in tricalcium silicate (CH) paste upon exposure to external forces. Atomic structural changes and strains under compressive load were assessed using synchrotron in situ high-energy X-ray scattering-based atomic pair distribution function (PDF) analysis. Three different strain types, namely macroscopic strains, measured by a gauge attached to the specimen, strain in reciprocal space, (Bragg peak shifts), and strain in real space (PDF peak shift), were compared. All monitored and calculated strains for CH-FA (50 wt.% FA) paste were compared with those of pure CH paste. In the range of 10 , PDF analysis showed that CH-FA had a similar atomic structure to synthetic C-S-H followed by pure CH paste. The atomic strain of CH-FA in real space ( 20 ) was smaller than that of CH under compression, which suggests that the incompressibility of C-S-H on an atomistic scale is enhanced by fly ash incorporation. This may be caused by increased silicate polymerization of C-S-H due to the additional silicate provided by the fly ash.

Residual stress distribution in water jet peened type 304 stainless steel

林 眞琴*; 大城戸 忍*; 鈴木 裕士

Quantum Beam Science (Internet), 4(2), p.18_1 - 18_12, 2020/06

https://doi.org/10.3390/qubs4020018

In materials with a surface treatment such as shot peening, the residual stress gradient in the surface layer is severe. When measuring the residual stress distribution near the surface with a severe stress gradient by the neutron diffraction method, the gauge volume must be removed from the measurement sample. However, when the gauge volume deviates from the sample, a pseudo peak shift occurs and accurate stress distribution cannot be evaluated. Therefore, it is necessary to evaluate the pseudo peak shift in advance under the same conditions, as in the case of actual residual stress measurement, using a sample in an unstressed state. In this study, the stress distributions in the surface layer of a type 304 stainless steel plate and bar with simulated stress-corrosion cracks which were subjected to water jet peening - giving a surface layer residual stress equivalent better than that of normal shot peening - were evaluated considering the pseudo peak shift. As a result, the residual stress distributions in the surface layer were measured in good agreement with the measurement result obtained by the sequential polishing X-ray diffraction method. It was clarified that the residual stress distribution in the near surface with steep stress gradient can be evaluated by the neutron diffraction method.

In-house texture measurement using a compact neutron source

徐 平光; 池田 義雅*; 箱山 智之*; 高村 正人*; 大竹 淑恵*; 鈴木 裕士

Journal of Applied Crystallography, 53(2), p.444 - 454, 2020/04

AA2019-0242.pdf:2.9MB

https://doi.org/10.1107/S1600576720002551

In order to improve the instrumental accessibility of neutron diffraction technique, the emerging compact neutron sources and in-house neutron diffractometers as a good complementary way have caused wide attention while their analysis precision seems problematic for the practical application. As a challenging project, the RIKEN accelerator-driven compact neutron source (RANS) was employed to establish the technical environment for texture measurement, and the recalculated pole figures and the orientation distribution function (ODF) of an interstitial-free (IF) steel sheet obtained from RANS were compared with the results from another two neutron diffractometers well-established for texture measurement. Moreover, the parameter "square integration of ODF difference" originally for evaluating the numerical error between the measured and simulated textures was generalized here to examine the reliability of RANS texture measurement. These quantitative comparisons revealed that the precise neutron diffraction texture measurement at RANS has been realized successfully and the following technical optimizations are much valuable, including the thickness selection of polyethylene moderator, the sample-to-detector distance, the BC shielding sheets for the reduced background noise, and the fine region division of the neutron detector panel. Moreover, the Rietveld texture analysis improves the texture reliability through avoiding the unfavorable influence of the uncertain diffraction intensity involved in the low counting, long wavelength incident neutrons at large scattering angles. Above technical results may accelerate the development of other easily accessible engineering materials evaluation techniques using compact neutron source, and also help to improve the data-collecting efficiency for various time-sliced scattering experiments at large neutron facilities.

コンター法を用いた実構造物の残留応力計測

生島 一樹*; 柴原 正和*; 河尻 義貴*; 沖見 優衣*; 内田 友樹*; 秋田 貢一*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

日本船舶海洋工学会論文集, (30), p.123 - 130, 2019/12

https://doi.org/10.2534/jjasnaoe.30.123

本研究では、コンター法を用いてビードオンプレート試験片の残留応力分布を測定した。測定した残留応力分布を中性子回折法で測定した残留応力分布と熱弾性塑性有限要素法で計算した残留応力分布を比較した。その結果、これら3つの方法で得られた残留応力分布は良好に一致していることがわかった。また、実構造物の測定で想定される非対称切削における残留応力を測定するためのコンター法では、切削面上の反力の平衡を考慮した。提案手法をマルチパス溶接継手の残留応力測定に適用した。測定結果から、提案手法は非対称試験片におけるマルチパス溶接継手の残留応力分布を測定できることが示した。

中性子ビーム技術を用いた鉄筋コンクリートの変形破壊挙動の評価

上野 一貴*; 鈴木 裕士; 小山 拓*; 西尾 悠平*; 兼松 学*

コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集(CD-ROM), 18, p.647 - 650, 2018/10

本研究では、中性子イメージング技術と画像処理技術を組み合わせることで、コンクリート内部に分散したガドリニウムマーカの動きを精度よく評価できる技術を開発した。次に、中性子イメージング技術と中性子回折法を組み合わせて、鉄筋コンクリートの引張載荷時の付着劣化挙動を評価した。その結果、中性子イメージング技術により得られるコンクリートの変形挙動と、中性子回折により得られる鉄筋の応力分布を比較・検討することで、鉄筋コンクリートの付着劣化挙動の評価が可能になることを示した。

中性子回折法を応用した新しい付着応力度測定技術

鈴木 裕士; 楠 浩一*; 兼松 学*; 向井 智久*

コンクリート構造物の非破壊検査シンポジウム報文集,6, p.343 - 348, 2018/08

中性子回折法は材料深部の応力を非破壊・非接触で測定できる手法として良く知られている。われわれは、世界で初めて鉄筋コンクリートの付着力評価に中性子回折法を応用し、コンクリートに埋設された鉄筋の付着応力度分布の非破壊・非接触測定に成功した。これまでに、鉄筋コンクリートの定着力や曲げ付着力の評価、また、ひび割れや鉄筋腐食に伴う付着劣化の評価などに応用してきた。最近では、あと施工アンカーの付着性能評価など、新しい施工技術の開発研究にも応用が広がっている。本稿では、これまでに得られた成果を総括して紹介する。

Determination approach of dislocation density and crystallite size using a convolutional multiple whole profile software

村澤 皓大*; 高村 正人*; 熊谷 正芳*; 池田 義雅*; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*; 浜 孝之*; 鈴木 進補*

Materials Transactions, 59(7), p.1135 - 1141, 2018/07

https://doi.org/10.2320/matertrans.M2017380

Neutron diffraction profile analysis using the whole profile fitting method is useful for obtaining microscopic information on metallic materials. To determine an appropriate fitting approach for obtaining reasonable and non-arbitrary results, we applied diffraction line profile analyses using the Convolutional Multiple Whole Profile (CMWP) method to diffraction patterns obtained using the Engineering Materials Diffractometer (TAKUMI, BL19) at the Materials and Life Science Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The tensile specimens of 780 MPa grade bainitic steel were uniaxially stretched until the plastic strain reached a value of 0.05. We performed CMWP analyses on the obtained diffraction patterns during tensile test with various initial parameters of dislocation density and crystallite size. These parameters were optimized in the fitting procedures to minimize the weighted sums of squared residuals (WSSRs). Following this approach, we found that unsuitable initial parameter values resulted in unreasonable convergence. Therefore, initial fitting parameters should be chosen to ensure that the initial profiles are as broad as possible. Reasonable results were obtained following this suggestive approach even when the strain anisotropy parameter is set to arbitrary values.

Deformation analysis of reinforced concrete using neutron imaging technique

小山 拓*; 上野 一貴*; 関根 麻里子*; 松本 吉弘*; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 飯倉 寛; 鈴木 裕士; 兼松 学*

Materials Research Proceedings, Vol.4, p.155 - 160, 2018/05

https://doi.org/10.21741/9781945291678-24

We developed, in this study, a novel method to observe internal deformation of concrete by the neutron transmission imaging technique. In order to visualize the internal deformation of concrete, the cement paste markers containing GdO powder were two-dimensionally dispersed around the ferritic deformed rebar in the reinforced concrete. This experiment was conducted using BL22, RADEN, in the Material and Life Science Experimental Facility of the Japan Proton Accelerator Research Complex. The transmission images of the reinforced concrete sample were taken at several positions on the vertical sample stage, and the displacement of the marker from the initial position was successfully evaluated within approximately 0.1 mm accuracy by image analysis for selected markers with higher contrast and circularity. Furthermore, concrete deformation under pull-out loading to the embedded rebar was evaluated by the same way, and its reaction compressive deformation was successfully observed by analyzing the displacement of the markers. The results obtained in this study bring beneficial knowledge that the measurement accuracy of the marker displacement can be improved more by choosing a spherical shape of the marker and by increasing the contrast of the marker.