セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究-概要-

Study on the alteration of hydrogeological and mechanical properties of the cementitious material

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 竹田 哲夫*; 横関 康祐*; 渡邊 賢三*

not registered; Owada, Hitoshi*; Fujita, Hideki*; not registered; not registered; Yokozeki, Kosuke*; not registered

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。本年度の研究成果を以下に示す。1.水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。実測の見かけ透水係数から劣化部の透水係数を計算により求めた結果、通水量が増すに従って透水係数は増大した。また、通水により空隙率は劣化の顕著な試料上部で増加した。圧縮強度は劣化の顕著な試料上部の値を示すものと考えられ、通水によりその値は低下した。空隙率、劣化部の透水係数、ビッカース硬度の各要因は、圧縮強度との間には相関が認められた。固相の化学的評価、通水液のpHやCa濃度から劣化過程はポルトランダイトが溶出する領域であると考えられ、固相物性の変化はポルトランダイトの溶出に起因するものと推測された。2.水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、浸漬12週の時点では溶出率が小さく、劣化が顕著に進んでいないものの、以下のことが分かった。空隙率は、浸漬12週で初期値より410%程度増加しており、水セメント比が大きいと空隙率の増加量が大きいことが分かった。また、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。各変遷指標間の関係を導くために、今後さらに整備が必要なデータセットが明らかとなった。

We acquired the water permeation properties and also mechanical characteristics of the altered specimen that produced by permeation or leaching as the fundamental data for the evaluation in "Study on the system development for evaluating long-term alteration of hydraulic field in Near Field" that had been carried out separately. The results in this year are shown below. (1)Hardened cement paste specimens with W/C=85% and 105% were altered and characterized after permeation. Permeability of altered part was increased, as permeated water increased. Porosity was increased at the upper part of altered specimens, and compressive strength that means the properties from altered part of specimens were decreased after water-permeation. Adequate correlations are estimated between compressive strength and porosity, permeability, Vickers hardness. From the chemical properties, it is presumed these physical changes were caused by dissolution of portlandite. (2)Hardened cement paste specimens with W/C=40 to 105% were immersed into deionized water and alteration behavior under diffusion condition was investigated. As a result, after 12 weeks, porosity was increasing and Vickers hardness was decreasing at the altered area. And the water permeability and the compressive strength at the deteriorated area were simulated from relations between water permeability, compressive strength, porosity, Vickers hardness and leaching ratio of calcium. These results suggest that two methods (permeation and leaching) make up for fault of each other. It is necessary to prepare additional data, to clarify the relations between each alteration factor.