JP6529847B2 - Diffusion coefficient estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、拡散係数推定方法に関する。 The present invention relates to a diffusion coefficient estimation method.
地盤(岩盤や土壌等)やコンクリート等の内部における物質移動の拡散係数を推定する場合がある。
例えば、コンクリート内に浸透した塩化物イオンの拡散係数を測定して塩化物イオンの移動性を評価すれば、コンクリートの塩害に対する耐久性を確認することができる。特に、補強材として鋼材が使用されているコンクリート部材(鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリートまたは鋼繊維補強コンクリート等)の場合は、塩分が浸透すると内部の鋼材が腐食により膨張し、コンクリートに亀裂が生じるおそれがあるため、塩化物イオンの移動性を把握しておく必要がある。
In some cases, the diffusion coefficient of mass transfer in the ground (bedrock, soil, etc.), concrete, etc. may be estimated.
For example, if the mobility of chloride ions is evaluated by measuring the diffusion coefficient of chloride ions infiltrated into concrete, the durability of concrete against salt damage can be confirmed. In particular, in the case of a concrete member (steel reinforced concrete, steel reinforced concrete, steel fiber reinforced concrete, etc.) in which steel is used as a reinforcing material, if salt penetrates, the steel inside will expand due to corrosion, and cracks may occur in the concrete. Therefore, it is necessary to understand the mobility of chloride ions.
コンクリート内の拡散係数の測定方法としては、例えば、コンクリートに電圧を印加し、非定常状態での塩分の移動を評価する方法(非特許文献1参照)や、定常状態での塩分の移動を評価する方法(非特許文献2参照)等がある。
また、特許文献1には、短期の拡散状態に基づいて長期の拡散状態を予測する方法として、コンクリートに化学種を浸透させた後、コンクリート中の化学種を呈色させて化学種の浸透深さを測定し、この測定結果に基づいて求めた化学種の濃度の予測式を用いて任意の距離および時間における化学種の濃度を算出する方法が開示されている。
As a method of measuring the diffusion coefficient in concrete, for example, a method of applying a voltage to concrete to evaluate the movement of salt in a non-steady state (see Non-Patent Document 1) or evaluating the movement of salt in the steady state Methods (see Non-Patent Document 2) and the like.
Further, in
非特許文献1は、通常のコンクリートに関する換算式を使用するものであるため、ポルトランドセメントのみを使用したコンクリートを対象として規定しているおり、ポルトランドセメント以外のセメント、例えば、高炉セメントやフライアッシュセメントなどの混合セメントを用いたコンクリートの拡散係数の測定には不向きであった。
また、非特許文献2の拡散係数の測定方法は、塩分がコンクリート供試体を貫通するまで溶液に浸らせる必要があるため、測定結果が得られるまでに時間を要する。特に高強度コンクリートのような緻密なコンクリート(拡散係数が普通コンクリートの1/20以下)場合には、塩分の浸透に1年以上かかってしまう。そのため、緻密なコンクリート部材の拡散係数の測定には不向きであった。
さらに、印加時間を短縮するために印加電圧を高くするとコンクリート供試体が発熱して正確な測定ができなくなる、電極の近傍で水が電気分解して水素ガスを発生する危険があった。
また、特許文献1の拡散係数の予測方法を高強度コンクリートのような緻密なコンクリート(拡散係数が普通コンクリートの1/20以下)に適用しても、呈色した領域の計測が困難なため、拡散係数を精度良く測定することは困難である。
Since Non-Patent
Moreover, since the measuring method of the diffusion coefficient of
Furthermore, if the applied voltage is increased to shorten the application time, the concrete sample generates heat and can not perform accurate measurement. There is a risk that water is electrolyzed near the electrodes to generate hydrogen gas.
Moreover, even if the prediction method of the diffusion coefficient of
このような観点から、本発明は、供試体の性状に限定されることなく、短期間で高精度に拡散係数を推定することを可能とした、拡散係数推定方法を提案することを課題とする。 From such a point of view, the present invention has an object to propose a diffusion coefficient estimation method which makes it possible to estimate the diffusion coefficient with high accuracy in a short period of time without being limited to the property of the specimen. .
前記課題を解決するために、本発明の拡散係数推定方法は、陰極および陽極が配設された試験用セル内において供試体をイオン溶液に浸せきする準備工程と、前記陰極および前記陽極に直流電圧を印加した状態で前記供試体に前記イオン溶液を所定期間浸透させる印加工程と、前記供試体に浸透した陰イオンおよび陽イオンの濃度分布を測定する測定工程と、陰イオンおよび陽イオンのうちのいずれか一方のイオンの拡散係数を推定する推定工程とを備える拡散係数推定方法であって、前記推定工程では、前記一方のイオンの対イオンである他方のイオンの濃度分布から、前記他方のイオンが浸透した深さを推定し、当該深さよりも深い範囲における前記一方のイオンの濃度分布を電位勾配によるイオンの浸透式にフィッティングすることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the diffusion coefficient estimation method of the present invention comprises a preparation step of immersing a specimen in an ion solution in a test cell in which a cathode and an anode are disposed; DC voltage applied to the cathode and the anode Applying the ion solution to the specimen for a predetermined period in the state of applying a voltage, measuring the concentration distribution of anions and cations having permeated the specimen, and And D. estimating the diffusion coefficient of one of the ions, wherein in the estimation step, the concentration distribution of the other ion, which is the counter ion of the one ion, is used in the estimation step. Estimate the depth of penetration of the ion and fit the concentration distribution of the one ion in a range deeper than the depth to the penetration formula of the ion by the potential gradient It is a symptom.
かかる拡散係数推定方法によれば、陰イオンおよび陽イオンが供試体を貫通するまで浸透させるのではなく、所定期間に区切って行うため、従来の拡散係数推定方法に比べて試験期間を大幅に短縮することができる。
また、他方のイオンが浸透した範囲における一方のイオンの濃度分布を除外して拡散係数を推定するため、より高精度なイオンの拡散係数の測定が可能となる。
なお、本発明に係る拡散係数推定方法は、コンクリート、岩盤、土壌、陶磁器等の拡散係数を推定する場合に適用できる。例えば、本発明によってコンクリートの拡散係数を推定すれば、コンクリート部材の塩害の進行状況を推定することができ、岩盤の拡散係数を推定すれば、岩盤への物質の移行状況(拡散状況)を推定することができる。
According to such a diffusion coefficient estimation method, since the anions and cations do not penetrate until they penetrate the specimen but are divided into predetermined periods, the test period is significantly shortened compared to the conventional diffusion coefficient estimation method. can do.
Further, since the diffusion coefficient is estimated by excluding the concentration distribution of one of the ions in the range in which the other ion penetrates, it is possible to measure the diffusion coefficient of ions with higher accuracy.
The diffusion coefficient estimation method according to the present invention can be applied to estimation of diffusion coefficients of concrete, rock, soil, pottery and the like. For example, if the diffusion coefficient of concrete is estimated according to the present invention, the progress of salt damage of a concrete member can be estimated, and if the diffusion coefficient of rock is estimated, the transition of material to the rock (diffusion state) is estimated can do.
前記測定工程の前に、前記陰イオンまたは前記陽イオンの浸透深さを確認する浸透確認工程を備えていてもよい。この供試体への対象イオンの浸透深さの確認方法としては、例えば、蛍光X線元素分析装置を用いて行えばよい。
なお、前記供試体がコンクリート供試体である場合に、前記準備工程において、前記試験用セル内の前記コンクリート供試体の前記陰極側に塩化ナトリウム溶液を満たし、前記コンクリート供試体の前記陽極側に水酸化ナトリウム溶液を満たせば、コンクリート内に浸透する塩化物イオンの拡散係数を推定することができる。
また、前記供試体がコンクリート供試体である場合の浸透確認工程では、前記コンクリート供試体に硝酸銀を噴霧して当該コンクリート供試体に浸透した塩化物イオンの浸透深さを確認してもよいし、蛍光X線元素分析装置を用いて前記コンクリート供試体への塩化物イオンの浸透深さを確認してもよい。
さらに、前記測定工程において、前記陰イオンおよび前記陽イオンの濃度分布を波長分散型電子プローブマイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)により測定すれば、供試体内のイオンの濃度分布を簡易かつ高精度に測定することができる。
Before the measurement step, a permeation confirmation step of confirming the penetration depth of the anion or the cation may be provided. As a method of confirming the penetration depth of the target ion into the sample, for example, a fluorescent X-ray elemental analyzer may be used.
When the specimen is a concrete specimen, the cathode side of the concrete specimen in the test cell is filled with a sodium chloride solution in the preparation step, and the anode side of the concrete specimen is filled with water. If the sodium oxide solution is filled, the diffusion coefficient of chloride ions penetrating into the concrete can be estimated.
In the permeation confirmation step in the case where the specimen is a concrete specimen, silver nitrate may be sprayed onto the concrete specimen to confirm the permeation depth of chloride ions infiltrated into the concrete specimen, The penetration depth of chloride ions into the concrete sample may be confirmed using a fluorescent X-ray elemental analyzer.
Furthermore, if the concentration distribution of the anion and the cation is measured by a wavelength dispersive electron probe microanalyzer (EPMA: Electron Probe Micro Analyzer) in the measurement step, the ion concentration distribution in the test body can be simplified and high. Accuracy can be measured.
本発明の拡散係数推定方法によれば、供試体の性状に限定されることなく、短期間で高精度に拡散係数を推定することが可能となる。 According to the diffusion coefficient estimation method of the present invention, it is possible to estimate the diffusion coefficient with high accuracy in a short period of time without being limited to the property of the specimen.
<第一の実施形態>
第一の実施形態では、緻密なコンクリート(高強度コンクリート等)における塩化物イオンの拡散係数を推定する場合について説明する。
本実施形態の拡散係数推定方法は、準備工程、印加工程、浸透確認工程、測定工程および推定工程を備えている。
準備工程は、図1に示すように、供試体1を試験用セル2に設置する工程である。本実施形態では、4つの供試体1,1,1,1について、それぞれ試験を行い、そのうち3つの結果を利用して拡散係数を推定する。
供試体1は、測定の対象となるコンクリート部材から採取する。具体的には、まず、コンクリート部材からコンクリートコアを採取し、その後、このコンクリートコアから円柱状の供試体1を切り出せばよい。本実施形態では、φ100mm×50mmの円柱状の供試体1を1つのコンクリートコアから4つ切り出す。なお、供試体1の形状寸法、形成方法および数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
First Embodiment
In the first embodiment, the case of estimating the diffusion coefficient of chloride ions in dense concrete (high strength concrete or the like) will be described.
The diffusion coefficient estimation method of the present embodiment includes a preparation step, an application step, a penetration confirmation step, a measurement step, and an estimation step.
The preparation step is a step of placing the
The
供試体1は、試験用セル2の中央を遮蔽するように設置する。供試体1の側面から溶液が浸透しないように、供試体1の柱面(側面)には、樹脂を被覆しておく。なお、供試体1の側面を被覆する樹脂の種類は限定されない。また、供試体1の側面の止水方法は樹脂の被覆に限定されない。
The
本実施形態の試験用セル2は、アクリル製の円筒状部材からなるが、試験用セル2を構成する材料や形状は限定されない。
試験用セル2には、直流電源3に接続された陰極4および陽極5が配設されている。
本実施形態では、供試体1の一面側(図1において左側)に陰極4が設けられており、他面側(図1において右側)に陽極5が設けられている。なお、陰極4および陽極5は逆に配置されていてもよい。
The
A cathode 4 and an
In the present embodiment, the cathode 4 is provided on one side (left side in FIG. 1) of the
試験用セル2に供試体1を設置したら、試験用セル2にイオン溶液6,7を注入して、供試体1をイオン溶液6,7に浸せきする。本実施形態では、供試体1の一面側(陰極4側)を塩化ナトリウム溶液(1.8mol/L)6で満たし、供試体1の他面側(陽極5側)を水酸化ナトリウム溶液(0.3mol/L)7で満たす。なお、試験用セル2に注入するイオン溶液の種類および各イオン溶液の濃度は限定されない。
イオン溶液6,7の深さは、供試体1の全体が浸る深さとする。
After placing the
The depth of the
印加工程は、陰極4および陽極5に直流電圧を印加する工程である。
陰極4および陽極5に直流電圧を印加すると、陰極4側から陽極5側に向う電位勾配によってイオン溶液(塩化ナトリウム溶液6)から供試体1の内部に向かって物質移動が始まる。
本実施形態では、30Vの電圧を14日〜91日間印加するが、電圧の大きさおよび電圧を印加する期間(イオン溶液を供試体1に浸透させる時間)は限定されない。なお、拡散係数の推定に使用する供試体1の印加時間(イオン溶液を浸透させる時間)は、浸透確認工程の結果(印加時間14日間の供試体1の塩化物イオンの浸透状況)に応じて設定する(表1参照)。
The applying step is a step of applying a DC voltage to the cathode 4 and the
When a direct current voltage is applied to the cathode 4 and the
In the present embodiment, a voltage of 30 V is applied for 14 days to 91 days, but the magnitude of the voltage and the period for applying the voltage (the time for the ion solution to permeate the specimen 1) are not limited. The application time of the
浸透確認工程は、塩化物イオン(陰イオン)およびナトリウムイオン(陽イオン)の浸透深さを確認する工程である。
本実施形態では、印加時間14日間の供試体1について浸透深さの確認を行う。
具体的な手順は次のとおりである。
まず、図2(a)に示すように、円柱状の供試体1を二つの供試体片10,10に切断する(図面には一方の供試体片10のみを表示している)。
次に、一方の供試体片10の切断面11に硝酸銀を噴霧する。切断面11に硝酸銀を噴霧すると、塩化物イオンと硝酸銀との呈色反応により、供試体1が変色する(図2(b)参照)。
The permeation confirmation step is a step of confirming the permeation depth of chloride ion (anion) and sodium ion (cation).
In the present embodiment, the penetration depth is confirmed for the
The specific procedure is as follows.
First, as shown in FIG. 2A, a
Next, silver nitrate is sprayed on the
続いて、切断面11に現れた硝酸銀による着色域12のおおよその深さ(浸透深さ)を確認(目視)する。そして、着色域12の平均浸透深さ(厚さ)により、拡散係数の推定に使用する供試体1の印加時間(印加工程においてイオン溶液を浸透させる期間)を設定する(表1参照)。
本実施形態では、印加時間14日の供試体1に対して、浸透深さの確認を行い、拡散係数の推定に使用する各供試体1に対する印加時間を表1に示すように設定した。なお、印加時間は、表1の時間(日数)に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、浸透確認工程に使用する供試体の印加時間は、14日間に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、塩化物イオンの浸透の確認方法は、硝酸銀噴霧に限定されない。なお、目視による確認が困難な場合には、ハンドヘルド型の蛍光X線元素分析装置により浸透の確認を行ってもよい。
Subsequently, the approximate depth (penetration depth) of the colored
In the present embodiment, the penetration depth was confirmed with respect to the
印加時間14日間の浸透深さが3mm以下の場合は、表1に示すように、印加時間56日、74日、91日の供試体1を使用して拡散係数を推定する。
ここで、印加時間14日間の浸透深さが3mm以下の場合は、印加時間56日の供試体1についても、硝酸銀を使用して塩化物イオンの浸透深さの確認(浸透確認工程)を実施する。なお、本実施形態では、印加時間56日での塩化物イオンの浸透深さが3mm以下の場合には、拡散係数は推定加減未満(本実施形態では6×10−15m2/s未満)と推定し、試験を終了する(印加時間74日、91日の試験は行わない)こととする。
When the penetration depth for 14 days of application time is 3 mm or less, as shown in Table 1, the diffusion coefficient is estimated using
Here, when the penetration depth for 14 days of application time is 3 mm or less, confirmation of the penetration depth of chloride ion (permeation confirmation step) is performed using silver nitrate also for
印加時間14日間の浸透深さが3mm超10mm以下の場合には、印加時間14日、28日、56日の供試体1を使用して拡散係数を推定する。
一方、印加時間14日間の浸透深さが10mm超20mm以下の場合には、印加時間14日、21日、28日の供試体1を使用して拡散係数を推定する。
さらに、印加時間14日間の浸透深さが20mmを超える場合には、従来の定常流による拡散係数測定により、拡散係数の推定を行う。
When the penetration depth for 14 days of application time is more than 3 mm and 10 mm or less, the diffusion coefficient is estimated using the
On the other hand, when the penetration depth for 14 days of application time is more than 10 mm and 20 mm or less, the diffusion coefficient is estimated using the
Furthermore, when the penetration depth for 14 days of application time exceeds 20 mm, the diffusion coefficient is estimated by the diffusion coefficient measurement by the conventional steady flow.
測定工程は、供試体1に浸透した塩化物イオン(陰イオン)およびナトリウムイオン(陽イオン)の濃度分布を測定する工程である。
本実施形態では、浸透確認工程において設定された印加時間により印加工程が実施された供試体1について、波長分散型電子プローブマイクロアナライザ(EMPA)を利用して塩化物イオンおよびナトリウムイオンの濃度分布を測定する。
なお、塩化物イオンおよびナトリウムイオンの濃度分布の測定方法(測定に利用する装置)は、EMPAを使用した方法に限定されるものではない。例えば、イオン溶液と接触する表面から内部に向かって順次、切断あるいは切削し、回収した試料を用いて対象元素に応じて、公知の湿式分析や機器分析の技術によって測定することができる。
ここで、着色域12の平均浸透深さが3mm〜20mmの範囲内の場合において、印加時間14日の供試体1について測定工程を実施する場合には、浸透確認工程において使用した供試体片10の対となる他方の供試体片10を利用する。
A measurement process is a process of measuring concentration distribution of chloride ion (anion) and sodium ion (cation) which penetrated
In the present embodiment, the concentration distribution of chloride ions and sodium ions is obtained using the wavelength dispersive electron probe microanalyzer (EMPA) for the
In addition, the measuring method (apparatus used for a measurement) of the concentration distribution of a chloride ion and a sodium ion is not limited to the method of using EMPA. For example, it can be measured by a known wet analysis or instrumental analysis technique according to the target element using a sample which has been cut or cut sequentially from the surface in contact with the ion solution and recovered.
Here, when the average penetration depth of the colored
本実施形態では、図2(a)に示すように、供試体片10の切断面11から切り出した、50×50×10mmの試験片13を濃度分布の測定に使用する。
まず、試験片13を真空乾燥して樹脂を含浸し、次に試験片13の分析面(表面)を鏡面研磨して炭素を蒸着した後、EMPAにより塩化物イオンおよびナトリウムイオンの濃度分布を測定する。
EMPAによると、図2(c)に示すように、陰極側から陽極側に向って塩化物イオン61が浸透していることを確認できる。
本実施形態では、濃度分布の測定結果からコンクリート中の骨材と判定される測定点を除去する。骨材と判定される測定点の除去方法は限定されるものではないが、例えば、骨材と周囲のセメント硬化体(セメントペースト)の元素の構成や濃度の違いにより判定することで除去することができる。なお、セメント硬化体(セメントペースト)の抽出作業は必須ではないが、骨材の有無による対象成分の含有量の変動を小さくすることができ、より高精度の推定が可能になる。
塩化物イオンおよびナトリウムイオンの濃度は、検量線法により求める。そして、陰極側表面から、0.1mmの距離ごとに平均化した塩化物イオンおよびナトリウムイオンの濃度を、図3(a)に示すように、塩化ナトリウム溶液の浸透面からの距離を横軸とし、塩化物イオン、ナトリウムイオンの含有率を縦軸とする図上にプロットする。
In this embodiment, as shown to Fig.2 (a), the 50x50x10
First, the
According to EMPA, as shown in FIG. 2 (c), it can be confirmed that chloride ions 61 permeate from the cathode side toward the anode side.
In this embodiment, measurement points determined to be aggregate in concrete are removed from the measurement result of concentration distribution. Although the removal method of the measurement point determined to be aggregate is not limited, for example, it is removed by determining based on the difference in composition and concentration of elements of aggregate and cement hardened body (cement paste) in the periphery. Can. In addition, although the extraction operation of a cement hardened body (cement paste) is not essential, the fluctuation | variation of content of the object component by the presence or absence of aggregate can be made small, and estimation with high precision is attained.
The concentrations of chloride ion and sodium ion are determined by the calibration curve method. Then, as shown in FIG. 3 (a), the concentration of chloride ions and sodium ions averaged at a distance of 0.1 mm from the surface on the cathode side is taken along the horizontal axis as the distance from the permeation surface of the sodium chloride solution. The contents of chloride ion and sodium ion are plotted on the vertical axis.
推定工程は、塩化物イオンの拡散係数を推定する工程である。
塩化物イオンの拡散係数の推定は、塩化物イオンの濃度分布を電位勾配によるイオンの浸透式(式1)にフィッティングすることにより行う。
The estimation step is a step of estimating the diffusion coefficient of chloride ions.
The estimation of the diffusion coefficient of chloride ion is performed by fitting the concentration distribution of chloride ion to the ion penetration formula (Formula 1) by the potential gradient.
塩化物イオン(Cl)の濃度分布の式1へのフィッティングには、塩化物イオンの対イオンであるナトリウムイオン(Na2O)が浸透した深さ(除外範囲A1)よりも深い範囲(フィッティング範囲A2)における濃度分布を利用する(図3参照)。
ナトリウムイオンが浸透した深さは、図3(a)に示すナトリウムイオンの濃度分布から推定する。本実施形態では、図3(b)に示すように、供試体1の陰極側端面から約4mmの範囲を除外範囲A1とし、陰極側端面から約4mmよりも深い範囲をフィッティング範囲A2として、塩化物イオンの濃度分布を式1にフィッティングする。
The fitting of the concentration distribution of chloride ion (Cl) to
The depth to which sodium ions permeated is estimated from the concentration distribution of sodium ions shown in FIG. 3 (a). In this embodiment, as shown in FIG. 3B, a range of about 4 mm from the cathode side end face of the
ここで、塩化物イオンの濃度分布が電位勾配のみを駆動力として浸透(拡散)する場合(式1に従う場合)、ナトリウムイオンは陰極側からは浸透(拡散)しないことになる。
ところが、図3(a)に示すように、EMPAによる測定の結果、陰極側からのナトリウムイオンの浸透が確認された。ナトリウムイオンの濃度は、供試体1の表面側で高く、それ以外の範囲ではほぼ一定となっている。また、ナトリウムイオンの浸入が顕著な範囲において塩化物イオンもナトリウムイオンと同様に著しい浸透が認められたことから、これは電気浸透により浸透したと考えるのが妥当である。なお、この原因について電気浸透に限定するものではなく、また、供試体の種類や試験に用いるイオン溶液の種類が異なる場合には異なる原因で、供試体1の表面に電極と反対の極性を有するイオンが浸透することを拒絶しない。
そのため、塩化物イオンの濃度分布の式1へフィッティングする際には、ナトリウムイオンが浸透した深さ(除外範囲A1)の塩化物イオンの濃度分布を除外する。
除外範囲A1の決定には、ナトリウムイオンの浸透が認められない内部濃度との比較や、分布状態を適用な関数で近似して、内部において一定の値である濃度と表面近傍で乖離が始まる地点を除外範囲の境界とすることができる。
Here, when the concentration distribution of chloride ions penetrates (diffuses) using only the potential gradient as a driving force (in accordance with Equation 1), sodium ions do not permeate (diffuse) from the cathode side.
However, as shown in FIG. 3A, as a result of measurement by EMPA, penetration of sodium ions from the cathode side was confirmed. The concentration of sodium ion is high on the surface side of the
Therefore, when fitting it to
In the determination of exclusion range A1, comparison with the internal concentration where permeation of sodium ion is not observed, or approximation of the distribution state by an applicable function, the point where divergence starts in the vicinity of the surface and concentration which is a constant value inside Can be the boundary of the exclusion range.
式1は、コンクリート中の塩化物イオンの輸送が、ネルンスト−プランクの式に従うと仮定することにより得られた式である。
すなわち、ネルンストープランクの式において、コンクリート内部の電位勾配が一定であると仮定し、移流項を無視すると、式2が成り立つ。
一方、任意の時刻t、位置xにおける塩化物イオンの濃度c(x,t)の変化は、流束Jを用いて、式3のように表わすことができる。
そして、式2および式3により、式4が得られる。
That is, assuming that the potential gradient inside the concrete is constant and ignoring the advection term in the Nernst-Prank equation, the
On the other hand, the change of the concentration c (x, t) of the chloride ion at an arbitrary time t and position x can be expressed as
And Formula 4 is obtained by
ここで、初期条件c(x,t)=0、x>0、t=0、境界条件c(x,t)=c0(陰極側表面のコンクリートの塩化物イオン濃度)、x=0、t>0、および、c(x,t)=0、x→∞、∞>t>0の条件で式4を解くと、式5が得られる。
本実施形態の印加電圧(30V)は十分に大きいため、式5の右辺の第一項は0とみなすことができる。よって、式5より、式1が得られる。
したがって、EMPA試験により得られた塩化物イオンの平均濃度分布を式1にフィッティングすることで、拡散係数Dを算出することができる。
Here, initial conditions c (x, t) = 0, x> 0, t = 0, boundary conditions c (x, t) = c0 (chloride ion concentration of concrete on the cathode side surface), x = 0,
Since the applied voltage (30 V) of the present embodiment is sufficiently large, the first term of the right side of
Therefore, the diffusion coefficient D can be calculated by fitting the average concentration distribution of chloride ions obtained by the EMPA test to
表1に示す印加時間により塩化物イオンを浸透させた供試体1について、それぞれフィッティングを行い、拡散係数Dを推定する。本実施形態では、印加時間を変化させた3つの供試体1について、それぞれ拡散係数Dを算出することで、コンクリート部材の拡散係数(平均値および範囲)を推定する。なお、拡散係数の推定に使用する供試体の数は限定されない。
Fitting is performed on each of the
本実施形態の拡散係数推定方法によれば、塩化物イオンが供試体1を貫通するまで浸透させるのではなく、所定期間(表1参照)に区切って浸透させるため、従来の拡散係数推定方法に比べて試験期間を大幅に短縮することができる。
また、ナトリウムイオンが浸透した範囲の濃度分布を除外して、塩化物イオンの拡散係数を推定するため、より高精度なイオンの濃度分布の測定が可能となる。
According to the diffusion coefficient estimation method of the present embodiment, the chloride ion does not penetrate until it penetrates the
In addition, since the concentration distribution in the range where sodium ions permeated is excluded to estimate the diffusion coefficient of chloride ions, it becomes possible to measure the ion concentration distribution with higher accuracy.
<第二の実施形態>
第二の実施形態では、岩盤内のヨウ素の拡散係数を推定する場合について説明する。
本実施形態の拡散係数推定方法は、準備工程、印加工程、浸透確認工程、測定工程および推定工程を備えている。
準備工程は、図1に示すように、供試体1を試験用セル2に設置する工程である。
供試体1は、岩石から切り出すことにより形成されている。
Second Embodiment
In the second embodiment, the case of estimating the diffusion coefficient of iodine in the bedrock will be described.
The diffusion coefficient estimation method of the present embodiment includes a preparation step, an application step, a penetration confirmation step, a measurement step, and an estimation step.
The preparation step is a step of placing the
The
試験用セル2に供試体1を設置したら、試験用セル2にイオン溶液6,7を注入して、供試体1をイオン溶液6,7に浸せきする。本実施形態では、供試体1の一面側(陰極4側)をヨウ化カリウム溶液(500mg/L)6で満たし、供試体1の他面側(陽極5側)をイオン交換水7で満たす。なお、試験用セル2に注入するイオン溶液の種類および各イオン溶液の濃度は限定されない。
この他の準備工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
After placing the
The details of the other preparation steps are the same as the contents shown in the first embodiment, so the detailed description will be omitted.
印加工程は、陰極4および陽極5に直流電圧を印加する工程である。
陰極4および陽極5に直流電圧を印加すると、陰極4側から陽極5側に向う電位勾配によってイオン溶液(ヨウ化カリウム溶液6)が供試体1に浸透する。
本実施形態では、15Vの電圧を印加するが、電圧の大きさおよび電圧を印加する期間(イオン溶液を供試体1に浸透させる時間)は限定されない。
The applying step is a step of applying a DC voltage to the cathode 4 and the
When a DC voltage is applied to the cathode 4 and the
In the present embodiment, a voltage of 15 V is applied, but the magnitude of the voltage and the period of applying the voltage (the time for causing the ion solution to permeate the specimen 1) are not limited.
浸透確認工程は、ヨウ素イオン(陰イオン)の浸透深さを確認する工程である。
本実施形態では、印加時間1日の供試体1について浸透深さの確認を、ハンドヘルド型の蛍光X線装置を用いて行う。なお、ヨウ素イオンの浸透の確認方法は限定されない。
印加時間1日のヨウ素イオンの浸透深さ(厚さ)により、拡散係数の推定に使用する供試体1の印加時間(印加工程においてイオン溶液を浸透させる期間)を設定する。
The permeation confirmation step is a step of confirming the permeation depth of iodine ion (anion).
In the present embodiment, the penetration depth of the
Application time The application time of the
測定工程は、供試体1に浸透したヨウ素イオン(陰イオン)およびカリウムイオン(陽イオン)の濃度分布を測定する工程である。
本実施形態では、浸透確認工程において設定された印加時間により印加工程が実施された供試体1について、波長分散型電子プローブマイクロアナライザ(EMPA)を利用してヨウ素イオンおよびカリウムイオンの濃度分布を測定する。
なお、ヨウ素イオンおよびカリウムイオンの濃度分布の測定方法(測定に利用する装置)は、EMPAを使用した方法に限定されるものではない。
EMPAを使用した濃度分布の測定方法の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
ヨウ素イオンおよびカリウムイオンの濃度分布を測定したら、ヨウ素イオンおよびカリウムイオンの濃度分布をヨウ化カリウム溶液の浸透面からの距離を横軸とし、ヨウ素イオン、カリウムイオンの含有率を縦軸とする図上にプロットする。
A measurement process is a process of measuring concentration distribution of iodine ion (anion ion) and potassium ion (cation ion) which penetrated
In the present embodiment, the concentration distribution of iodine ion and potassium ion is measured using the wavelength dispersive electron probe microanalyzer (EMPA) for the
In addition, the measuring method (apparatus utilized for a measurement) of the concentration distribution of an iodine ion and potassium ion is not limited to the method of using EMPA.
The details of the method of measuring the concentration distribution using EMPA are the same as the contents shown in the first embodiment, so the detailed description will be omitted.
When the concentration distribution of iodine ion and potassium ion is measured, the distance distribution from the permeation surface of potassium iodide solution is taken as abscissa and the concentration distribution of iodine ion and potassium ion is taken as ordinate. Plot above.
推定工程は、ヨウ素イオンの拡散係数を推定する工程である。
ヨウ素イオンの拡散係数の推定は、ヨウ素イオンの濃度分布を電位勾配によるイオンの浸透式(式1)にフィッティングすることにより行う。
ヨウ素イオン(I)の濃度分布の式1へのフィッティングには、ヨウ素イオンの対イオンであるカリウムイオン(K)が浸透した深さ(除外範囲A1)よりも深い範囲(フィッティング範囲A2)における濃度分布を利用する。
The estimation step is a step of estimating the diffusion coefficient of iodine ion.
The diffusion coefficient of iodine ion is estimated by fitting the concentration distribution of iodine ion to the ion penetration formula (Formula 1) by the potential gradient.
In fitting of the concentration distribution of iodine ion (I) to
本実施形態の拡散係数推定方法によれば、岩盤内のヨウ素の拡散係数を簡易に推定することができる。
なお、拡散係数推定方法により推定する物質は、ヨウ素に限定されるものではない。
According to the diffusion coefficient estimation method of the present embodiment, the diffusion coefficient of iodine in the rock can be easily estimated.
The substance to be estimated by the diffusion coefficient estimation method is not limited to iodine.
<第三の実施形態>
第三の実施形態では、土壌内の塩化物イオンの拡散係数を推定する場合について説明する。
本実施形態の拡散係数推定方法は、準備工程、印加工程、浸透確認工程、測定工程および推定工程を備えている。
準備工程は、図1に示すように、供試体1を試験用セル2に設置する工程である。
供試体1は、ベントナイト等を圧密することにより形成する。
Third Embodiment
In the third embodiment, the case of estimating the diffusion coefficient of chloride ions in the soil will be described.
The diffusion coefficient estimation method of the present embodiment includes a preparation step, an application step, a penetration confirmation step, a measurement step, and an estimation step.
The preparation step is a step of placing the
The
試験用セル2に供試体1を設置したら、試験用セル2にイオン溶液6,7を注入して、供試体1をイオン溶液6,7に浸せきする。本実施形態では、供試体1の一面側(陰極4側)を塩化ナトリウム溶液(1.8mol/L)6で満たし、供試体1の他面側(陽極5側)を水酸化ナトリウム溶液(0.3mol/L)7で満たす。なお、試験用セル2に注入するイオン溶液の種類および各イオン溶液の濃度は限定されない。
この他の準備工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
After placing the
The details of the other preparation steps are the same as the contents shown in the first embodiment, so the detailed description will be omitted.
印加工程は、陰極4および陽極5に直流電圧を印加する工程である。
陰極4および陽極5に直流電圧を印加すると、陰極4側から陽極5側に向う電位勾配によってイオン溶液(塩化ナトリウム溶液6)が供試体1に浸透する。
本実施形態では、15Vの電圧を印加するが、電圧の大きさおよび電圧を印加する期間(イオン溶液を供試体1に浸透させる時間)は限定されない。
The applying step is a step of applying a DC voltage to the cathode 4 and the
When a DC voltage is applied to the cathode 4 and the
In the present embodiment, a voltage of 15 V is applied, but the magnitude of the voltage and the period of applying the voltage (the time for causing the ion solution to permeate the specimen 1) are not limited.
浸透確認工程は、塩化物イオン(陰イオン)の浸透深さを確認する工程である。
本実施形態では、印加時間1日の供試体1について浸透深さの確認を、ハンドヘルド型の蛍光X線装置を用いて行う。なお、塩化物イオンの浸透の確認方法は限定されない。
印加時間1日の塩化物イオンの浸透深さ(厚さ)により、拡散係数の推定に使用する供試体1の印加時間(印加工程においてイオン溶液を浸透させる期間)を設定する。
The permeation confirmation step is a step of confirming the permeation depth of chloride ion (anion).
In the present embodiment, the penetration depth of the
Application time The application time of the
測定工程および推定工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
本実施形態の拡散係数推定方法によれば、土壌内の塩化物イオンの拡散係数を簡易に推定することができる。
なお、拡散係数推定方法により推定する土壌内に浸透する物質は、塩化物イオンに限定されるものではない。
The details of the measurement process and the estimation process are the same as the contents shown in the first embodiment, so the detailed description will be omitted.
According to the diffusion coefficient estimation method of the present embodiment, the diffusion coefficient of chloride ions in the soil can be easily estimated.
The substance permeating the soil estimated by the diffusion coefficient estimation method is not limited to the chloride ion.
<第四の実施形態>
第四の実施形態では、陶磁器内の塩化物イオンの拡散係数を推定する場合について説明する。
本実施形態の拡散係数推定方法は、準備工程、印加工程、浸透確認工程、測定工程および推定工程を備えている。
準備工程は、図1に示すように、供試体1を試験用セル2に設置する工程である。
供試体1は、1000℃程度で焼結した陶磁器からなる。なお、供試体1を構成する材料は限定されない。
Fourth Embodiment
In the fourth embodiment, the case of estimating the diffusion coefficient of chloride ions in ceramic will be described.
The diffusion coefficient estimation method of the present embodiment includes a preparation step, an application step, a penetration confirmation step, a measurement step, and an estimation step.
The preparation step is a step of placing the
The
試験用セル2に供試体1を設置したら、試験用セル2にイオン溶液6,7を注入して、供試体1をイオン溶液6,7に浸せきする。本実施形態では、供試体1の一面側(陰極4側)を塩化ナトリウム溶液(1.8mol/L)6で満たし、供試体1の他面側(陽極5側)を水酸化ナトリウム溶液(0.3mol/L)7で満たす。なお、試験用セル2に注入するイオン溶液の種類および各イオン溶液の濃度は限定されない。
この他の準備工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
After placing the
The details of the other preparation steps are the same as the contents shown in the first embodiment, so the detailed description will be omitted.
印加工程、浸透確認工程、測定工程および推定工程の詳細は、第三の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
本実施形態の拡散係数推定方法によれば、陶磁器内の塩化物イオンの拡散係数を簡易に推定することができる。
なお、拡散係数推定方法により推定する陶磁器内に浸透する物質は、塩化物イオンに限定されるものではない。
The details of the application process, the permeation confirmation process, the measurement process, and the estimation process are the same as the contents described in the third embodiment, and thus the detailed description is omitted.
According to the diffusion coefficient estimation method of the present embodiment, the diffusion coefficient of chloride ions in ceramic can be easily estimated.
In addition, the substance which permeates into the pottery estimated by the diffusion coefficient estimation method is not limited to the chloride ion.
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、浸透確認工程において、硝酸銀を供試体1に噴霧して、変色した部分の範囲を確認することで、塩化物イオンの浸透深さを確認する場合について説明したが、浸透深さの確認方法は限定されるものではない。すなわち、測定の対象となるイオンの材質に応じて、供試体1に噴霧または塗布する材料を決定すればよい。また、浸透確認工程では、必ずしも呈色した領域の確認により行う必要はない。さらに、浸透確認工程は、必要に応じて実施すればよく、省略してもよい。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and each component described above can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, silver nitrate is sprayed onto the
前記実施形態では、既設のコンクリート部材から供試体を採取する場合について説明したが、供試体の採取方法は限定されるものではない。例えば、所定の配合で形成された供試体を使用すれば、新設するコンクリート構造物のコンクリート内の拡散係数を予め推定することができる。
本発明の拡散係数推定方法により拡散係数を推定する材料(供試体)の性状および当該材料を浸透する物質は、前記各実施形態で示したものに限定されるものではない。
Although the said embodiment demonstrated the case where extract | collected a specimen from the existing concrete member, the collection method of a specimen is not limited. For example, if a specimen formed with a predetermined composition is used, it is possible to estimate in advance the diffusion coefficient in concrete of the concrete structure to be newly constructed.
The properties of the material (specimen) whose diffusion coefficient is to be estimated by the diffusion coefficient estimation method of the present invention and the substance that penetrates the material are not limited to those described in the above embodiments.
1 供試体
2 試験用セル
3 直流電源
4 陰極
5 陽極
6 塩化ナトリウム溶液(イオン溶液)
7 水酸化ナトリウム溶液(イオン溶液)
1
7 Sodium hydroxide solution (ionic solution)
Claims (6)
前記陰極および前記陽極に直流電圧を印加した状態で前記供試体に前記イオン溶液を所定期間浸透させる印加工程と、
前記供試体に浸透した陰イオンおよび陽イオンの濃度分布を測定する測定工程と、
陰イオンおよび陽イオンのうちのいずれか一方のイオンの拡散係数を推定する推定工程と、を備える拡散係数推定方法であって、
前記推定工程では、前記一方のイオンの対イオンである他方のイオンの濃度分布から、前記他方のイオンが浸透した深さを推定し、当該深さよりも深い範囲における前記一方のイオンの濃度分布を電位勾配によるイオンの浸透式にフィッティングすることを特徴とする、拡散係数推定方法。 In the test cell in which the cathode and the anode are disposed, a preparation step of immersing the specimen in an ionic solution;
Applying the ion solution to the sample for a predetermined period in a state where a direct current voltage is applied to the cathode and the anode;
Measuring the concentration distribution of anions and cations which have penetrated the specimen;
An estimation step of estimating a diffusion coefficient of any one of an anion and a cation.
In the estimation step, the depth of penetration of the other ion is estimated from the concentration distribution of the other ion which is a counter ion of the one ion, and the concentration distribution of the one ion in a range deeper than the depth is calculated. A diffusion coefficient estimation method characterized by fitting to a penetration equation of ions by a potential gradient.
前記準備工程において、前記試験用セル内の前記コンクリート供試体の前記陰極側に塩化ナトリウム溶液、前記コンクリート供試体の前記陽極側に水酸化ナトリウム溶液を注入することを特徴とする、請求項1の拡散係数推定方法。 The sample is a concrete sample,
In the preparation step, a sodium chloride solution is injected to the cathode side of the concrete specimen in the test cell, and a sodium hydroxide solution is injected to the anode side of the concrete specimen. Diffusion coefficient estimation method.
前記浸透確認工程では、前記コンクリート供試体に硝酸銀を噴霧または蛍光X線元素分析装置を用いて確認することを特徴とする、請求項4に記載の拡散係数推定方法。 Before the measurement step, a penetration confirmation step of confirming the penetration depth of the chloride ion that has permeated into the concrete specimen is provided,
5. The diffusion coefficient estimating method according to claim 4, wherein silver nitrate is sprayed to the concrete specimen in the permeation confirmation step, or the confirmation is performed using a fluorescent X-ray elemental analyzer.
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