JP2008275637A - セメント系硬化体の空隙率の測定方法 - Google Patents

セメント系硬化体の空隙率の測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】セメント硬化体について、空隙率を迅速にかつ精度良く測定する方法を提供する。
【解決手段】セメント系硬化体の断面を多数のピクセルに区画し、ピクセルごとにＣａＯ濃度とＳｉＯ２濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分、ＳｉＯ２濃度が基準値以上のピクセルを骨材部分、残余を空隙部分とし、さらにペースト部分のピクセルについて、そのＣａＯ濃度に基づいて空隙率を求め、骨材部分および空隙部分については一定の空隙率とし、上記断面において空隙率の平均値を求め、この空隙率の平均値に基づいてセメント系硬化体の空隙率を定めることを特徴とする測定方法。
【選択図】なし

Description

本発明は骨材を含有するセメント系硬化体、例えばコンクリート等について、その空隙率を分光学的に測定する方法に関する。
セメント系硬化体の空隙率については、従来、ポロシメータ等を用いた測定方法が知られているが、測定時間が長く、試料の調製に手間がかかる。
一方、例えば、コンクリート中の塩素含有状態を分析するのに、従来のスライス法や研削法といった化学的分析方法に代えて、最近は電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた方法が試みられている。この方法は供試体の深さ方向の断面についてＥＰＭＡ分析による元素マッピングを行う方法である。しかし、コンクリート等は骨材を多数含有しており、骨材とペースト部分では元素の拡散状態及び空隙率が大幅に異なるので、このＥＰＭＡ分析を空隙率の測定に適用したとしても、その測定値を単純に処理しただけでは、正確な空隙率を得ることは難しい。
本発明は、コンクリート等のように骨材を含有するセメント系硬化体の空隙率について、実測値に精度良く一致する正確な測定値を迅速に求めることのができる測定方法を提供するものである。
本発明によれば以下の構成からなるセメント系硬化体の空隙率の測定方法が提供される。
（１）セメント系硬化体の断面を多数のピクセルに区画し、ピクセルごとにＣａＯ濃度とＳｉＯ２濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分、ＳｉＯ２濃度が基準値以上のピクセルを骨材部分、残余を空隙部分とし、さらにペースト部分のピクセルについて、そのＣａＯ濃度に基づいて空隙率を求め、骨材部分および空隙部分については一定の空隙率とし、上記断面において空隙率の平均値を求め、この空隙率の平均値に基づいてセメント系硬化体の空隙率を定めることを特徴とするセメント系硬化体の空隙率の測定方法。
（２）ピクセルをペースト部分と判断するＣａＯの基準濃度が１８％であり、骨材部分と判断するＳｉＯ２の基準濃度が３０％である上記（１）の測定方法。
（３）骨材部分の空隙率を０体積％、空隙部分の空隙率を１００体積％として空隙率の平均値を求める上記（１）または（２）の測定方法。
（４）各ピクセルについて、ペースト部分と骨材部分を区別する判定元素として、ＣａＯ濃度に代えてまたはＣａＯ濃度と共に、イオウ濃度、炭素濃度、銅濃度、ニッケル濃度の何れかを用いる上記（１）〜（３）の何れかに記載の測定方法。
本発明の測定方法によれば、ＥＰＭＡ分析に加え、セメントペースト部分と骨材部分および空隙部分を区別して空隙率を求めるので、実測値に精度良く一致する正確な測定値を迅速に求めることができる
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。なお、特に示さない限り％は重量％である。
〔空隙率の測定〕
本発明の空隙率の測定方法は、セメント系硬化体の断面を多数のピクセルに区画し、ピクセルごとにＣａＯ濃度とＳｉＯ２濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分、ＳｉＯ２濃度が基準値以上のピクセルを骨材部分、残余を空隙部分とし、さらにペースト部分のピクセルについて、そのＣａＯ濃度に基づいて空隙率を求め、骨材部分および空隙部分については一定の空隙率とし、上記断面において空隙率の平均値を求め、この空隙率の平均値に基づいてセメント系硬化体の空隙率を定めることを特徴とする測定方法である。
セメント系硬化体について任意の方向の断面を図１に示す。この図示する断面の一部について、ＥＰＭＡによるＣａＯ濃度の測定結果を表１に示す。表１は試料断面上をｘ軸方向とｙ軸方向に区画したよって平面において、ｘ＝１４０〜１４９、ｙ＝５０〜５９によって定められた升目状のピクセルごとに測定したＣａＯ濃度を示したものである。また、ＳｉＯ２濃度の測定結果を表２に示す。表２は表１と同様のピクセル（ｘ＝１４０〜１４９、ｙ＝５０〜５９
によって定められたピクセル）について測定したＳｉＯ２濃度を示したものである。
通常のコンクリートは一般に、セメントペースト部分については、ＣａＯ濃度が概ね５０％以上であって、ＳｉＯ２濃度が２０〜２５％程度であり、骨材部分については、ＳｉＯ２濃度が概ね８０％以上であって、ＣａＯ濃度が１０％以下である。従って本発明の測定方法は各ピクセルについて判断基準の一例として、ＣａＯ濃度が１８％以上のピクセルをペースト部分とし、ＳｉＯ２濃度が３０％以上のピクセルを骨材部分とし、残余を空隙部分とする。表１においてペースト部分と判断されたピクセルを太枠で示す。また、表２において骨材部分と判断されたピクセルを太枠で示す。また表２の空欄は表１においてペースト部分とされた部分である。
ペースト部分の空隙率Ｐ（体積％）を次式［１］に従って求める。
Ｐ＝−１．６６×（ＣａＯ濃度）＋１００ ・・・［１］
表１のペースト部分について、上記式［１］に従って求めた空隙率を表３に示す。さらに骨材部分の空隙率を０体積％、空隙部分の空隙率を１００体積％とする。表１および表２に基づいて骨材部分および空隙部分と判断された部分の空隙率をペースト部分の空隙率と共に表３に示す。
表３に示す空隙率について平均値を求め、この平均値に基づいてセメント系硬化体の空隙率を求める。具体的には、ピクセルの行または列ごとに空隙率の平均値を求め、この空隙率の平均値に基づいてセメント系硬化体の空隙率を定める。例えば、表３のＸ列ごとに空隙率の平均値を求め、さらに各Ｘ列の値を加算し、その平均値を求めて、これを全体の空隙率とする。
コンクリートなどの骨材を含有するセメント系硬化体においては、セメントペースト部分と骨材部分では空隙率が大幅に異なるので、これらの部分を区別して処理しなければ正確な空隙率を求めるのが難しい。本発明の測定方法は以上のようにセメントペースト部分と骨材部分および空隙部分を区別し、ペースト部分については特定の経験式に基づいて個別に空隙率を求め、骨材部分と空隙部分については一定の空隙率を当てはめることによって全体の空隙率を算出するので、骨材部分および空隙部分の含有量に応じた正確な空隙率を求めることができる。
コンクリート試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７について、ポロシメータによる空隙率の実測値と本発明の測定方法に基づく算出値とを比較して表４に示した。この表に示すように、空隙率の高い試料および低い試料の何れについても、本発明の測定方法による値は実測値と良く一致する結果が得られる。
以上の測定方法において、各ピクセルについて、ペースト部分と骨材部分を区別する判定元素として、ＣａＯ濃度に代えてまたはＣａＯ濃度と共に、イオウ濃度、炭素濃度、銅濃度、ニッケル濃度の何れかを用いることができる。例えば、コンクリート等が石灰石骨材を含む場合には、骨材部分のＣａＯ濃度が高くなるが一般に炭素濃度は各部分において異なり、ペースト部分の炭素濃度は１０％以下、骨材部分は１０％より多く、空隙部分はほぼ０％である。従って、炭素濃度を基準にしてこれらの部分を区別することができる。また、銅スラグ骨材を含む場合には、骨材部分の銅濃度が多量であるのに対してペースト部分と空隙部分の銅濃度はほぼ０％であり、この銅濃度を基準にして各部分を区別することができる。また、フェロニッケル骨材を含む場合には、骨材部分のニッケル濃度が多量であるのに対してペースト部分と空隙部分のニッケル濃度はほぼ０％であり、このニッケル濃度を基準にして各部分を区別することができる。なお、本発明において、ピクセルの大きさは一辺の大きさ０．００１〜１．０ｍｍが好ましく、０．００５〜０．４ｍｍがより好ましく、０．０１〜０．２ｍｍが特に好ましい。
Figure 2008275637
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コンクリート供試体の断面の顕微鏡写真である。

Claims (4)

  1. セメント系硬化体の断面を多数のピクセルに区画し、ピクセルごとにＣａＯ濃度とＳｉＯ２濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分、ＳｉＯ２濃度が基準値以上のピクセルを骨材部分、残余を空隙部分とし、さらにペースト部分のピクセルについて、そのＣａＯ濃度に基づいて空隙率を求め、骨材部分および空隙部分については一定の空隙率とし、上記断面において空隙率の平均値を求め、この空隙率の平均値に基づいてセメント系硬化体の空隙率を定めることを特徴とするセメント系硬化体の空隙率の測定方法。
  2. ピクセルをペースト部分と判断するＣａＯの基準濃度が１８％であり、骨材部分と判断するＳｉＯ２の基準濃度が３０％である請求項１に記載のセメント系硬化体の空隙率の測定方法。
  3. 骨材部分の空隙率を０体積％、空隙部分の空隙率を１００体積％として空隙率の平均値を求める請求項１又は２に記載のセメント系硬化体の空隙率の測定方法。
  4. 各ピクセルについて、ペースト部分と骨材部分を区別する判定元素として、ＣａＯ濃度に代えてまたはＣａＯ濃度と共に、イオウ濃度、炭素濃度、銅濃度、ニッケル濃度のいずれかを用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント系硬化体の空隙率の測定方法。
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