JP2013224932A - 反射電子像におけるノイズ除去方法、当該ノイズ除去方法を使用したセメントの構成相比率の推定方法および製造方法並びに水和反応率の推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の粒子を含有する試料の反射電子像におけるノイズ除去方法であって、試料表面の損傷等により反射電子像中に混入したノイズを適切に除去し、各構成相を正確に分離・定量することができるノイズ除去方法を提供する。また、当該ノイズ除去方法を使用したセメントの構成相比率の推定方法および製造方法、並びに当該ノイズ除去方法を使用したセメント硬化体中の各構成相の水和反応率の推定方法を提供する。
【解決手段】複数種類の粒子を含有する試料と樹脂とを混合して試験片を作成し、電子顕微鏡によって当該試験片を観察して反射電子像を取得する。反射電子像中の各粒子について、粒子内に含まれる各構成相の面積率に基づいて、当該粒子の構成相を単一の構成相に置き換える。
【選択図】図２

Description

この発明は、反射電子像におけるノイズ除去方法、セメントの構成相比率の推定方法および製造方法、並びにセメント硬化体中の各構成相の水和反応率の推定方法に関する。

現在、複数種類の粒子を含有するセメントの構成相比率の推定は、「セメント協会標準試験方法Ｉ−６０−１９８２ 普通ポルトランドセメント中の高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ及び石灰石の含有率の推定方法」、ＸＲＤ／Ｒｉｅｔｖｅｌｄ法、選択溶解法等により行われている。しかしながら、これらの方法では、測定者の熟練度が推定結果に影響を与え、またスラグ、石炭灰（フライアッシュ）等の非晶質相が複数存在する場合、それらを分離・定量することが困難である。そのため、測定者の熟練度に影響されることなく、また非晶質相が複数存在する場合でも、各構成相を分離・定量することができる構成相比率の推定方法が望まれている。

非特許文献１には、電子顕微鏡によってセメント試料の反射電子像をグレイレベル画像として取得し、当該グレイレベル画像中の各粒子の輝度値が粒子の構成相に依存してそれぞれ異なることを利用して、セメントの構成相比率を推定する方法が記載されている。詳細には、反射電子像中の各画素をその輝度値に基づいて各構成相のいずれかに分類し、各構成相に分類された画素数をそれぞれカウントすることによって、セメントの構成相比率を推定する。この方法では、測定者の熟練度が推定結果に影響を与えることはなく、また非晶質相が複数存在する場合でも、各構成相を分離・定量することができる。
また、非特許文献２には、非特許文献１に記載の方法を使用することによって、セメント硬化体試料中の各構成相を分離・定量して未水和セメント粒子を抽出し、セメントの水和反応率を推定する事項が記載されている。

Karen L. Scrivener著、「Backscattered electron imaging of cementitious microstructures: understanding and quantification」、Cement & Concrete Compositions, 26, (2004), 935-945 H. S. Wong、N. R. Buenfeld著、「Determining the water-cement ratio, cement content, water content and degree of hydration of hardened cement paste: Method development and validation on paste samples」、Cement and Concrete Research, Vol.39, No.10, (2009), 957-965

しかしながら、非特許文献１に記載されている方法では、反射電子像を取得するための試料調製の際に試料表面が損傷すると、損傷部分の輝度値が本来の値から変化してしまい、反射電子像中の各画素を輝度値に基づいて各構成相に分類する際に、損傷部分の画素が当該領域における本来の構成相とは異なる構成相に分類されてしまう場合がある。これは言うなれば反射電子像中に混入したノイズであり、上記画素数のカウント処理に影響を及ぼすため、試料の構成相比率の推定精度が低下する原因となる。また、非特許文献２においても同様に、ノイズの混入によって試料の構成相比率の推定精度が低下すると、それに伴って水和反応率の推定精度が低下するという問題がある。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、複数種類の粒子を含有する試料の反射電子像におけるノイズ除去方法であって、試料表面の損傷等により反射電子像中に混入したノイズを適切に除去し、各構成相を正確に分離・定量することができるノイズ除去方法を提供することを目的とする。また、当該ノイズ除去方法を使用したセメントの構成相比率の推定方法および製造方法、並びに当該ノイズ除去方法を使用したセメント硬化体中の各構成相の水和反応率の推定方法を提供することも目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る複数種類の粒子を含有する試料の反射電子像におけるノイズ除去方法では、反射電子像中の各粒子について、粒子内に含まれる各構成相の面積率に基づいて当該粒子の構成相を単一の構成相に置き換えることを特徴とする。

好適には、試料には第１から第Ｎの構成相の粒子が含有され、反射電子像中の各粒子について、粒子内に含まれる第１構成相の面積率が第１所定値を超えていれば、当該粒子の構成相をすべて第１構成相に置き換え、以下順次、第２から第Ｎ構成相まで同様に繰り返す。

また、上記ノイズ除去方法を使用して、複数種類の粒子を含有するセメントの構成相比率を推定することができる。

また、上記ノイズ除去方法を使用して、セメント硬化体中の各構成相の水和反応率を推定することができる。

また、上記推定方法を使用して、混合材の添加率を調整するセメントの製造方法を得ることができる。

この発明に係る複数種類の粒子を含有する試料の反射電子像におけるノイズ除去方法によれば、試料表面の損傷等により反射電子像中に混入したノイズを適切に除去し、各構成相を正確に分離・定量することができる。また、当該ノイズ除去方法を使用して、セメントの構成相比率の推定および製造を行うことができる。また、当該ノイズ除去方法を使用して、セメント硬化体中の各構成相の水和反応率を推定することができる。

この発明の実施の形態１において取得されるセメント試料の反射電子像のグレイレベル画像の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１においてセメントの構成相比率を推定するために行われる画像処理の詳細を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１において作成される反射電子像中の輝度値のヒストグラムの一例を示す図である。 この発明の実施の形態１において作成される分類画像の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１において作成される２値画像の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１において算出される粒子内の各構成相の面積率の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１において行われる事前処理の様子を示す図である。 この発明の実施の形態１において行われるＮクリンカ粒子の抽出の様子を示す図である。 この発明の実施の形態１において行われる高炉スラグ微粉末粒子の抽出の様子を示す図である。 この発明の実施の形態１において行われる二水石膏粒子の抽出の様子を示す図である。 この発明の実施の形態１において行われるセメントの構成相比率の推定結果の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２において取得されるセメント硬化体試料の反射電子像のグレイレベル画像の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２においてセメント硬化体試料中の各構成相の水和反応率を推定するために行われる画像処理の詳細を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２において作成される反射電子像中の輝度値のヒストグラムの一例を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明に係るノイズ除去方法を使用して複数種類の粒子を含有するセメントの構成相比率を推定する方法について詳細に説明する。なお、以降の説明では、具体的にするために、Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、ニ水石膏という３種類の粒子を含有するセメント試料の構成相比率を推定する場合を例にとって説明するが、この発明はこのような実施例に限定されるものではなく、他の複数種類の粒子を含有する試料に対しても適用することができる。

［試料の調製］
まず、Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏の３種類の粒子を含有するセメント試料と所定の樹脂とを混合し、硬化した試験片を作成する。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、メタクリル系樹脂等が挙げられ、当該樹脂の硬化に際して低収縮であり、ひび割れの生じないものが好ましい。樹脂の混合割合は、特に限定されるものではないが、試料に対して重量比で０．８〜４．０とするのが好ましい。この範囲であれば、複数の粒子が接触することなく分散し、かつ次に述べる研磨実施後に多くの粒子の切断面を取得することができる。

次に、硬化した試験片の撮像面を研磨する。像面に凹凸ができていたり、あるいは粒子の切断面が十分に現れていなかったりすると、粒子の粒径、形状等の測定を正確に行うことができず、後述する画像解析の精度が低下してしまう。試験片の撮像面の研磨方法は、特に限定されるものではなく、通常使用される研磨装置によって行えばよい。また、研磨工程において使用可能な研磨材としては、シリコンカーバイト研磨材、ボロンカーバイト研磨材、ダイヤモンドペースト、アルミナ粉末等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、研磨材として粒径０．３〜３．０μｍのアルミナ粉末等を用いたバフ研磨加工を施すのが好ましく、さらに、アルゴンイオンビームを用いたクロスセクションポリッシャによる研磨を施すのが像面に凹凸が少なく好ましい。

次に、撮像面を研磨した試験片の表面に蒸着膜を形成し、試験片に導電性を付与する。次に述べる電子顕微鏡による反射電子像の取得に際しては、試験片に電子線を照射することになるが、試料および樹脂は導電性を有していないため、試験片に蒸着膜を形成せずに反射電子像を取得しようとすると試験片の表面が帯電し、正確な反射電子像を取得することができない。そこで、試験片の表面に導電性を有する蒸着膜を形成することによって、正確な反射電子像を取得することが可能となる。上記蒸着膜としては、試験片の表面に導電性を付与できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、炭素、白金パラジウム、金等が挙げられる。また、蒸着膜を形成する方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法により行うことができる。

［反射電子像の取得］
上記のようにして調製された試験片を電子顕微鏡によって観察し、試験片の反射電子像（ＢＳＥ）を取得する。反射電子像は図１に示されるようなグレイレベル画像として取得され、グレイレベル画像中の各画素は当該領域を構成する元素の平均原子番号が大きいほど高い輝度値を有し、明るく表示される。なお、電子顕微鏡としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等を用いることができる。

反射電子像を取得する際には、加速電圧を１０〜１５ｋＶ程度、照射電流を２００〜２，０００ｐＡ程度、観察倍率を２５０〜２，０００倍程度に設定するのが好ましい。この範囲であれば、解像度の高い反射電子像を取得することができる。

［画像の解析］
電子顕微鏡によって取得された反射電子像に対して画像処理を施すことによって、反射電子像中からＮクリンカ粒子、高炉スラグ微粉末粒子、二水石膏粒子をそれぞれ抽出し、セメント試料の構成相比率を推定する。以下、この画像処理の詳細について、図２に示されるフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１において、図３に示されるような反射電子像中の輝度値のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムに基づいて、反射電子像中においてＮクリンカ、高炉スラグ微粉末、ニ水石膏、不明瞭部、樹脂部をそれぞれ分離することのできる各閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を決定する。

ステップＳ２において、反射電子像中の各画素を上記閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４に基づいて、Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏、不明瞭部、樹脂部のいずれかに分類し、図４にその一部が示されるような分類画像を作成する。図４を参照すると、１つの粒子内に複数の構成相が含まれている。本来、各粒子は単一の構成相のみを含むはずであるが、上述した試験片の研磨工程等において試料表面が損傷すると、損傷部分の輝度値が本来の値から変化してしまい、損傷部分の画素が当該領域における本来の構成相とは異なる構成相に分類されてしまうためである。上述したように、これは言うなれば反射電子像中に混入したノイズであり、このようなノイズは以降のステップにおいて除去される。

ステップＳ３において、反射電子像に対して上記閾値Ｔｈ２を用いて２値化処理を行うことによって、粒子とそれ以外の部分（不明瞭部および樹脂部）とを分離し、図５にその一部が示されるような粒子のみを抽出した２値画像を作成する。

ステップＳ４において、上記分類画像と上記２値画像とに基づいて、各粒子内に含まれる各構成相の面積率をそれぞれ算出する。詳細には、まず、２値画像を参照することによって分類画像中の各粒子の外縁を特定した後、分類画像中の各粒子について、粒子内に含まれるＮクリンカに分類される画素数を粒子内の全画素数で割ることによって、当該粒子内に含まれるＮクリンカの面積率を算出し、同様に当該粒子内に含まれる高炉スラグ微粉末の面積率および二水石膏の面積率もそれぞれ算出する。例えば、図６に示される粒子の例では、Ｎクリンカの面積率が３．８３％、高炉スラグ微粉末の面積率が９２．３４％、二水石膏の面積率が３．８３％である。

ステップＳ５において、次に述べる各粒子の分類処理のための事前処理を行う。詳細には、分類画像中の各粒子について、粒子内のＮクリンカの面積率が１０％を超えていれば、当該粒子内に存在するニ水石膏を除去した後、粒子内の各構成相（Ｎクリンカおよび高炉スラグ微粉末）の面積率を算出し直す（図７参照）。

ステップＳ６において、分類画像中からＮクリンカ粒子を抽出する。詳細には、分類画像中の各粒子について、粒子内のＮクリンカの面積率が第１所定値である５０％を超えていれば、当該粒子をＮクリンカ粒子として分類し、粒子内の構成相をすべてＮクリンカに置き換えた後、分類画像中から除去する（図８参照）。

ステップＳ７において、分類画像中から高炉スラグ微粉末粒子を抽出する。詳細には、分類画像中に残った各粒子について、粒子内の高炉スラグ微粉末の面積率が第２所定値である３３％を超えていれば、当該粒子を高炉スラグ微粉末粒子として分類し、粒子内の構成相をすべて高炉スラグ微粉末に置き換えた後、分類画像中から除去する（図９参照）。

ステップＳ８において、分類画像中から二水石膏粒子を抽出する。詳細には、分類画像中に残った各粒子について、粒子内のニ水石膏の面積率が第３所定値である５０％を越えていれば、当該粒子を二水石膏粒子として分類し、粒子内の構成相をすべて二水石膏に置き換えた後、分類画像中から除去する（図１０参照）。

ステップＳ９において、上記ステップＳ６〜Ｓ８における各粒子の抽出結果に基づいて、反射電子像中における各粒子領域の割合（％）を算出する。詳細には、まず、ステップＳ６でＮクリンカに分類された各粒子に含まれる画素数の総和を求め、これを反射電子像中の全画素数で割ることによって、反射電子像中おけるＮクリンカ粒子領域の割合（％）を算出する。同様に、ステップＳ７で高炉スラブ微粉末に分類された各粒子に含まれる画素数の総和から、高炉スラグ微粉末粒子領域の割合（％）を算出し、ステップＳ８で二水石膏に分類された各粒子に含まれる画素数の総和から、二水石膏粒子領域の割合（％）を算出する。

ステップＳ１０において、上記各粒子領域の割合に基づいて、セメント試料の構成相比率（重量比率）を推定する。詳細には、まず、上記Ｎクリンカ粒子領域の割合（％）は、試験片の単位体積中に含まれるＮクリンカ粒子の割合（％）と見なすことができるため、これに一般的に知られているＮクリンカの密度（ｇ／ｃｍ^３）を乗じることによって、試験片の単位体積中に含まれるＮクリンカの重量（ｇ／ｃｍ^３）を推定する。同様に、高炉スラグ微粉末粒子領域の割合（％）から、試験片の単位体積中に含まれる高炉スラグ微粉末の重量（ｇ／ｃｍ^３）を推定し、二水石膏粒子領域の割合（％）から、試験片の単位体積中に含まれる二水石膏の重量（ｇ／ｃｍ^３）を推定する。そして、これらの推定値に基づいて、セメント試料中におけるＮクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏の重量比率を算出する。

以上のような処理を行うことによって、セメント試料中の各構成相の重量比率を推定することができる。なお、上記ステップＳ６〜Ｓ８における各粒子内の構成相をすべて単一の構成相に置き換える操作は、上述した反射電子像中に混入したノイズの除去操作に相当するものであり、これは換言すれば、反射電子像中の各粒子を各構成相に分類する際に、非特許文献１のように画素を単位として行うのではなく、粒子を単位として行っていることに相当する。これにより、各構成相を正確に分離・定量することができる。また、上記において、輝度値に基づく画素の分類、２値化、粒子の抽出、画素数のカウント等の各処理は、市販あるいはフリーの一般的な画像解析ソフトによって行うことができる。また、解析する粒子数は、解析誤差を低減するために１，０００以上に設定することが好ましい。さらに、上記ステップＳ５〜Ｓ８で使用した各所定値の値は一例であり、各構成相の種類や状態に応じて適宜調整して設定することが好ましい。

［実験結果］
次に、この発明に係るノイズ除去方法を使用してセメントの構成相比率を推定した実験結果の一例を諸元と共に以下に示す。
［試料の調製］
セメント試料の材料として、普通ポルトランドセメントクリンカ（以降、Ｎクリンカ）(太平洋セメント社製)、高炉スラグ微粉末(新日鉄社製エスメント)、ニ水石膏(試薬特級)の３種類の粒子を使用し、配合比を、Ｎクリンカ：高炉スラグ微粉末：ニ水石膏＝５７：４０：３(重量％)とした。また、電子顕微鏡による観察に用いる試験片は、試料と低粘性エポキシ樹脂とを重量比で３：８の割合で練り混ぜ、１インチの円筒形リングに注ぎ入れて成型した。樹脂の硬化後、５×５×２ｍｍ程度に試験片をカットし、クロスセクションポリッシャ（日本電子製ＳＭ−０９０２０）を用いて、加速電圧６ｋＶで１０時間に渡って研磨を実施した。その後、試験片に導電性を付与するためにカーボンを２０ｎｍ程度の厚さで蒸着した。

［反射電子像の取得］
上記のようにして得られた試験片を、反射電子検出器を備えた走査型電子顕微鏡（日本電子社製ＪＳＭ−７００１Ｆ）によって観察し、反射電子像を取得した。観察条件は、加速電圧１５ｋＶ、照射電流２，０００ｐＡ、ワーキングディスタンス１０ｍｍ、観察倍率５００倍とし、解析粒子数は５，０００とした。

［画像の解析］
電子顕微鏡によって取得された反射電子像に対して、図２のフローチャートに示されるステップＳ１〜Ｓ１０の画像処理を施すことによって、反射電子像中に含まれる各粒子を分離・定量して試料の構成相比率を推定し、図１１に示されるような結果を得た。なお、ステップＳ１０で使用するＮクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏の密度はそれぞれ３．１５（ｇ／ｃｍ^３）、２．９２（ｇ／ｃｍ^３）、２．３０（ｇ／ｃｍ^３）とした。図１１を参照すると、この発明によるセメントの構成相比率の推定方法では、非特許文献１に記載の従来方法に比べて各構成相をより正確に分離・定量することができており、構成相比率の推定精度が向上していることが分かる。

以上説明したように、この発明に係るノイズ除去方法を使用して複数種類の粒子を含有するセメントの構成相比率を推定する方法では、反射電子像中の各粒子について、粒子内に含まれる各構成相の面積率に基づいて当該粒子の構成相を単一の構成相に置き換える。これにより、試料表面の損傷等により反射電子像中に混入したノイズを適切に除去し、各構成相を正確に分離・定量することができるため、セメントの構成相比率の推定精度が向上する。

また、この発明に係る方法を使用してセメント工場あるいは粉体混合設備で製造されたセメントの混合材の添加率を推定し、セメントの品質管理を行うことができる。また、推定結果を元にして混合材が所望の添加率になるように調整することもできる。さらに、この発明に係る方法を使用して混合材の添加率を正確に調整することができるため、予め混合材の添加率と強度との関係を調査しておけば、所望の強度のセメントを製造することができる。

実施の形態２．
次に、この発明に係るノイズ除去方法を使用してセメント硬化体中の各構成相の水和反応率を推定する方法について詳細に説明する。なお、以降の説明では、具体的にするために、Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、ニ水石膏という３種類の粒子を含有する高炉セメントを使用したモルタル中における、Ｎクリンカ粒子の水和反応率および高炉スラグ微粉末粒子の水和反応率を推定する場合を例にとって説明するが、この発明はこのような実施例に限定されるものではなく、他の複数種類の粒子を含有するセメント硬化体試料に対しても適用することができる。

［試料の調製］
まず、セメント硬化体試料（高炉セメントを使用したモルタル）をダイヤモンドカッター等で適当な大きさに切断し、セメント硬化体試料の試験片を作成する。

次に、試験片をアセトンやイソプロピルアルコール（共に含量９９％以上のものを使用することが好ましい）等の有機溶媒に繰り返し浸漬した後、乾燥装置、好ましくは減圧装置で恒量となるまで乾燥させることによって、試験片中の自由水を除去して水和を停止させる。この際、有機溶媒に浸漬した試験片をアスピレーター等によって減圧状態になっているデシケーター等の内部に静置することによって、自由水と有機溶媒との置換を生じやすくすることできる。また、２８日材齢等の水和材齢が長期の試料の場合には、乾燥操作のみで水和を停止させ、有機溶媒に繰り返し浸漬する工程を省略してもよい。

また、上記セメント硬化体試料を切断する工程と水和を停止させる工程とは、反対の順序で行ってもよいが、作業効率の観点からは切断を先に行うことが好ましい。また、水和を停止させた試験片は、再水和が生じないように乾燥剤入りのデシケーターまたは真空デシケーターで保管することが好ましい。

次に、水和を停止させた試験片を底面にアルミ薄を接着した適当な大きさの円筒容器に入れ、そこに樹脂を注入して硬化させる。その際、真空樹脂含浸装置等を使用することによって、試験片の内部深くまで樹脂を含浸させることが好ましい。また、樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、メタクリル系樹脂等を使用することができる。

次に、樹脂を含浸させた試験片の撮像面を研磨する。試験片の撮像面の研磨方法は、特に限定されるものではなく、通常使用される研磨装置によって行えばよい。また、研磨工程において使用可能な研磨材としては、シリコンカーバイト研磨材、ボロンカーバイト研磨材、ダイヤモンドペースト、アルミナ粉末等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。さらに、研磨材として粒径０．３〜３．０μｍのアルミナ粉末等を用いたバフ研磨加工を施すのが好ましく、さらに、アルゴンイオンビームを用いたクロスセクションポリッシャによる研磨を施すのが像面に凹凸が少なく好ましい。

なお、セメント硬化体のような多孔質の試料は研磨によって表面に孔が表出しやすく、また水和材齢が短期である等の脆弱な試料の場合には、水和物の欠けや崩れが生じやすい。そのため、必要に応じて研磨の途中で樹脂の再含浸を行ってもよい。その際には、試験片の外周にビニールテープ等を巻いて壁を作り、その中に樹脂を少量流し込んだ後、真空樹脂含浸装置等を使用することによって、樹脂を含浸・硬化させる。

次に、撮像面を研磨した試験片の表面に蒸着膜を形成し、試験片に導電性を付与する。蒸着膜としては、試験片の表面に導電性を付与できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、炭素、白金パラジウム、金等が挙げられる。また、蒸着膜を形成する方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法により行うことができる。

［反射電子像の取得］
上記のようにして調製された試験片を電子顕微鏡によって観察し、試験片の反射電子像（ＢＳＥ）を取得する。反射電子像は図１２に示されるようなグレイレベル画像として取得される。なお、電子顕微鏡としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等を用いることができる。また、反射電子像を取得する際には、加速電圧を１０〜１５ｋＶ程度、照射電流を２００〜２，０００ｐＡ程度、観察倍率を２５０〜２，０００倍程度に設定するのが好ましい。この範囲であれば、解像度の高い反射電子像を取得することができる。

［画像の解析］
電子顕微鏡によって取得された反射電子像に対して画像処理を施すことによって、反射電子像中からセメント粒子としてＮクリンカ粒子と高炉スラグ微粉末粒子をそれぞれ抽出し、セメント硬化体試料中におけるそれらの水和反応率を推定する。なお、セメント硬化体中において、二水石膏は水和反応によって消費されてしまい、特別な場合を除いて存在しない。それに代えて、セメント硬化体中には水和物が存在し、またモルタルやコンクリートの場合には骨材も存在する。このような理由により、この実施の形態２に係る画像処理は、実施の形態１に係る画像処理とは細部において異なっている。以下、この実施の形態２に係る画像処理の詳細について、図１３に示されるフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ２０１において、図１４に示されるような反射電子像中の輝度値のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムに基づいて、反射電子像中においてＮクリンカ、高炉スラグ微粉末、ニ水石膏、その他の部分をそれぞれ分離することのできる各閾値Ｔｈ２’〜Ｔｈ４’を決定する。ただし、上述したように、セメント硬化体中には特別な場合を除いて二水石膏粒子は存在しないため、図１４のヒストグラムに基づいて二水石膏とその他の部分とを分離する閾値Ｔｈ２’を決定することはできない。そのため、閾値Ｔｈ２’は、この実施の形態２のセメント硬化体試料と同様の試料の調整方法による、未水和のセメント試料の樹脂での硬化体を作成し、当該試料の反射電子像から作成したヒストグラムに基づいて決定するか、或いは、渡辺等による「相対的閾値設定法」（土木学会第６３回年次学術講演会講演概要集５−３７８）を用いて決定する。

ステップＳ２０２において、反射電子像中の各画素を上記閾値Ｔｈ２’〜Ｔｈ４’に基づいて、Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏、その他の部分のいずれかに分類し、分類画像を作成する。

ステップＳ２０３において、反射電子像に対して上記閾値Ｔｈ２’を用いて２値化処理を行うことによって、セメント粒子（Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏）とその他の部分（樹脂部、不明瞭部、骨材等）とを分離し、セメント粒子のみを抽出した２値画像を作成する。

ステップＳ２０４において、上記分類画像と上記２値画像とに基づいて、各粒子内に含まれる各構成相の面積率をそれぞれ算出する。詳細には、まず、２値画像を参照することによって分類画像中の各粒子の外縁を特定した後、分類画像中の各粒子について、粒子内に含まれるＮクリンカに分類される画素数を粒子内の全画素数で割ることによって、当該粒子内に含まれるＮクリンカの面積率を算出し、同様に当該粒子内に含まれる高炉スラグ微粉末の面積率および二水石膏の面積率もそれぞれ算出する。

ステップＳ２０５において、次に述べる各粒子の分類処理のための事前処理を行う。詳細には、分類画像中の各粒子について、粒子内のＮクリンカの面積率が１０％を超えていれば、当該粒子内に存在するニ水石膏を除去した後、粒子内の各構成相（Ｎクリンカおよび高炉スラグ微粉末）の面積率を算出し直す。

ステップＳ２０６において、分類画像中からＮクリンカ粒子を抽出する。詳細には、分類画像中の各粒子について、粒子内のＮクリンカの面積率が第１所定値である５０％を超えていれば、当該粒子をＮクリンカ粒子として分類し、粒子内の構成相をすべてＮクリンカに置き換えた後、分類画像中から除去する。

ステップＳ２０７において、分類画像中から高炉スラグ微粉末粒子を抽出する。詳細には、分類画像中に残った各粒子について、粒子内の高炉スラグ微粉末の面積率が第２所定値である６０％を超えていれば、当該粒子を高炉スラグ微粉末粒子として分類し、粒子内の構成相をすべて高炉スラグ微粉末に置き換えた後、分類画像中から除去する。なお、実施の形態１の第２所定値は３３％であり、この実施の形態２の６０％とは値が異なるが、これは実施の形態１の未水和のセメント試料とこの実施の形態２のセメント硬化体試料とでは、研磨工程後の鏡面の状態が異なるためであると推測される。

ステップＳ２０８において、上記ステップＳ２０６〜Ｓ２０７における各粒子の抽出結果に基づいて、反射電子像中における各粒子領域の割合（％）を算出する。詳細には、まず、ステップＳ２０６でＮクリンカに分類された各粒子に含まれる画素数の総和を求め、これを反射電子像中の全画素数で割ることによって、反射電子像中おけるＮクリンカ粒子領域の割合（％）を算出する。同様に、ステップＳ２０７で高炉スラブ微粉末に分類された各粒子に含まれる画素数の総和から、高炉スラグ微粉末粒子領域の割合（％）を算出する。

ステップＳ２０９において、上記各粒子領域の割合に基づいて、セメント硬化体試料中の各構成相の水和反応率を推定する。詳細には、まず、上記Ｎクリンカ粒子領域の割合（％）は、試験片の単位体積中に含まれる未水和のＮクリンカ粒子の体積分率Ｖ_Ｃ−ＡＨと見なすことができる。同様に、上記高炉スラグ微粉末粒子領域の割合（％）は、試験片の単位体積中に含まれる未水和の高炉スラグ微粉末粒子の体積分率Ｖ_Ｓ−ＡＨと見なすことができる。また、実施の形態１のステップＳ９による、セメント硬化体の製造に使用されたセメントの各構成相の粒子領域の割合を、Ｎクリンカ粒子はＲ_Ｃと、高炉スラグ微粉末粒子はＲ_Ｓとすると、セメント硬化体製造に使用した高炉セメントの密度ρ_Ｂと配合比率（重量比）ｍ_Ｂから、未水和セメント粒子内のＮクリンカ粒子の体積分率Ｖ_Ｃは、Ｖ_Ｃ＝（ｍ_Ｂ／ρ_Ｂ）×Ｒ_Ｃに、高炉スラグ微粉末粒子の体積分率Ｖ_Ｓは、Ｖ_Ｓ＝（ｍ_Ｂ／ρ_Ｂ）×Ｒ_Ｓになる。これらに基づいて、セメント硬化体試料中のＮクリンカ粒子の水和反応率Ｍ_Ｃ、並びに、セメント硬化体試料中の高炉スラグ微粉末粒子の水和反応率Ｍ_Ｓは、以下の式によって求めることができる。

Ｍ_Ｃ＝１−（Ｖ_Ｃ−ＡＨ／Ｖ_Ｃ）
Ｍ_Ｓ＝１−（Ｖ_Ｓ−ＡＨ／Ｖ_Ｓ）

以上のような処理を行うことによって、セメント硬化体試料中のＮクリンカ粒子の水和反応率Ｍ_Ｃおよび高炉スラグ微粉末粒子の水和反応率Ｍ_Ｓを推定することができる。なお上記ステップＳ２０５〜Ｓ２０７で使用した各所定値の値は一例であり、各構成相の種類や状態に応じて適宜調整して設定することが好ましい。

その他の実施の形態．
上記の実施の形態１，２では、セメント試料中に含まれているのは、Ｎクリンカ、高炉スラグ微粉末、二水石膏の３種類の粒子であったが、この発明はその他の種類の粒子、例えばシリカヒューム等の粒子を含有する試料に対しても同様に適用することができる。この発明を適用可能なセメントの種類の一例を表１に示す。また、その際に使用する各構成相の密度の一例を表２に示す。ただし、これらはこの発明の適用可能な範囲を限定するものではない。

また、セメント試料中に石炭灰、石膏、石灰石が共に含まれている場合、反射電子像中におけるそれらの輝度値はほぼ等しいため、それらを輝度値に基づいて分離することは困難である。そのため、試料中に石炭灰、石膏、石灰石が共に含まれている場合には、それらの化学組成を事前に測定して各々を分離することのできる閾値を決定した後、エネルギー分散法（ＥＤＳ）によって試料の各位置における化学組成を取得し、当該各位置の化学組成と上記閾値とに基づいて、石炭灰、石膏、石灰石をそれぞれ分離することが有効である。そのような閾値の一例を表３に示す。

また、石炭灰粒子には、他の種類の粒子にはない以下のような形態的特徴が存在する。
１．外形が円形の粒子は石炭灰粒子である。
２．外形が円形でなくても内部に円形の空隙を有する粒子は石炭灰粒子である。
そのため、粒子画像中の各粒子の外形の大きさ（直径）および円形度を求め、大きさと円形度が例えば下記表４に示されるような所定の閾値の範囲内にある粒子を抽出することによって、外形が円形の石炭灰粒子を抽出することができる。

また、粒子画像中の各粒子の内部の空隙の有無、並びに空隙の大きさ（直径）および円形度を求め、大きさと円形度が所定の閾値の範囲内（例えば、大きさ（直径）が３μｍ以上かつ円形度が０．８５〜１．０の範囲内）にある空隙を有する粒子を抽出することによって、内部に円形の空隙を有する石炭灰粒子を抽出することができる。そして、これら２通りの方法による抽出結果を併合することによって、輝度値や化学組成に基づくことなく、各粒子の形状に基づいて石炭灰粒子を抽出することができる。なお、上記各閾値の値は一例であり、石炭灰の産出元あるいはロットに応じて適宜調整して設定することが好ましい。

Claims (5)

1. 複数種類の粒子を含有する試料の反射電子像におけるノイズ除去方法であって、
   前記反射電子像中の各粒子について、該粒子内に含まれる各構成相の面積率に基づいて該粒子の構成相を単一の構成相に置き換えることを特徴とする、ノイズ除去方法。
2. 前記試料には第１から第Ｎの構成相の粒子が含有され、
   前記反射電子像中の各粒子について、該粒子内に含まれる第１構成相の面積率が第１所定値を超えていれば、該粒子の構成相をすべて前記第１構成相に置き換え、以下順次、第２から第Ｎ構成相まで同様に繰り返すことを特徴とする、請求項１に記載のノイズ除去方法。
3. 請求項１または２に記載のノイズ除去方法を使用して、複数種類の粒子を含有するセメントの構成相比率を推定する方法。
4. 請求項１または２に記載のノイズ除去方法を使用して、セメント硬化体中の各構成相の水和反応率を推定する方法。
5. 請求項３に記載の方法を使用して、混合材の添加率を調整するセメントの製造方法。

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