JP2019219219A

JP2019219219A - 評価方法

Info

Publication number: JP2019219219A
Application number: JP2018115453A
Authority: JP
Inventors: 俊憲親本; Toshinori Chikamoto; 和田　環; Tamaki Wada; 環和田; 澤田　瑞恵; Mizue Sawada; 瑞恵澤田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-26

Abstract

【課題】コンクリートの評価を迅速且つ高精度に行うことができる評価方法を提供する。【解決手段】一実施形態に係る評価方法は、仕上材が塗布されたコンクリートを評価する評価方法であって、仕上材の顔料体積濃度を取得する工程と、顔料体積濃度から仕上材を通る気体の透過量を算出する工程と、を備える。すなわち、一実施形態に係る評価方法は、仕上材の顔料体積濃度を取得し、取得した顔料体積濃度から仕上材の気体の透過量を算出する。【選択図】図４

Description

本発明は、コンクリートを評価する評価方法に関する。

従来からコンクリートを評価する評価方法としては種々のものが知られている。特開２００３−１７２６８１号公報には、コンクリートの強度推定方法が記載されている。この強度推定方法では、非破壊的な試験方法によってコンクリートの圧縮強度を推定する。また、この強度推定方法では、コンクリートの表面の反発度をコンクリート・テスト・ハンマによって測定すると共に、中性化深さを中性化深さ試験機によって測定する。

特開２００５−４９２３５号公報には、補修されたコンクリート躯体の余寿命の予測方法、及び当該予測に用いる中性化速度係数を算出する方法が記載されている。この方法は、コンクリート躯体の空気中への暴露時間と中性化深さとの関係を示す中性化速度係数を算定する。また、中性化が進行したコンクリート躯体の表面をモルタル系補修材料で覆って補修するときに、補修後のコンクリート躯体の中性化速度係数を、補修されていないコンクリート躯体の中性化速度係数と、上記モルタル系補修材料の物性値とから求める。

特開２０１１−２５７２１２号公報には、コンクリート構造物の中性化深さ予測装置が記載されている。この中性化深さ予測装置は、統計的数式モデルを設定するステップと、中性化深さのデータをロードするステップと、推定対象のパラメータの事前分布と尤度関数を設定してベイズの定理を適用するステップと、ＭＣＭＣ（マルコフ連鎖モンテカルロ）法によって事後分布を数値的に生成するステップと、事後分布から当該パラメータを推定するステップと、を実行する。

特開２０１７−９２９０号公報には、中性化深さの測定方法、及び中性化深さ測定用のシールとが記載されている。このシールは、中性化する中性化領域と、中性化しない未中性化領域とを有する。この測定方法では、セメントコンクリート組成物構造体の表面に上記のシールを貼り、一定期間経過後にシールを剥がしシールの中性化領域の長さを測定することによって、セメントコンクリート組成物構造体の中性化深さを測定する。

特開２００３−１７２６８１号公報特開２００５−４９２３５号公報特開２０１１−２５７２１２号公報特開２０１７−９２９０号公報

ところで、コンクリートの中性化を抑制するために仕上材がコンクリートに塗布されることがある。仕上材の効果は、JASS 5の解説表3.6「仕上塗材、塗料などを用いた各種仕上げの中性化率」に示されている。しかしながら、この解説表は、安全側の評価となるように大きめの数値が採用されているため正確性の点で改善の余地があり、更に仕上材ごとに示されているわけではないため個々の仕上材が有する中性化抑制効果を知ることはできない。

また、コンクリートの試験体に仕上材を塗布し、促進中性化試験（ＪＩＳＡ１１５３）によって一定時間後の中性化深さを測定する方法が知られている。しかしながら、この方法は、結果が得られるまで８か月以上必要となることもあり、測定装置等が嵩張るために一度に多くの試験を行えないという問題がある。

また、仕上材を測定する方法として、フィルム等の透気性を調べる差圧法（ＪＩＳＫ７１２６−１）、カップ法（ＪＩＳＺ０２０８）又はボックス法が知られている。これらの方法では、仕上材をろ紙に塗布して測定を行うため、ピンホール又は塗りむらが生じることがある。よって、測定者の熟練度によって結果がばらつく可能性が高いという問題がある。更に、仕上材に含まれる樹脂の量と透気性との関係からコンクリートの仕上材を評価する方法も知られているが、この方法でも結果がばらつくことが多いという問題がある。従って、コンクリートの評価を迅速且つ高精度に行うことができないという問題がある。

本発明は、コンクリートの評価を迅速且つ高精度に行うことができる評価方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、仕上材の顔料体積濃度（ＰＶＣ：Pigment Volume Concentration、顔料容積濃度とも称される）と仕上材を通る気体の透過量とに強い相関があることを見い出した。そして、仕上材の顔料体積濃度から気体の透過量を求めることによって、仕上材が塗布されたコンクリートの評価を迅速且つ高精度に行えることを見い出した。本発明の一側面は、かかる知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明の一形態に係る評価方法は、仕上材が塗布されたコンクリートを評価する評価方法であって、仕上材の顔料体積濃度を取得する工程と、顔料体積濃度から仕上材を通る気体の透過量を算出する工程と、を備える。

この評価方法は、仕上材の顔料体積濃度を取得し、取得した顔料体積濃度から仕上材の気体の透過量を算出する。従って、仕上材を透過する気体の透過量と強い相関を持つ顔料体積濃度を予め取得して透過量を算出することにより、仕上材を透過する気体の透過量を迅速に算出することができる。その結果、仕上材が塗布されたコンクリートの評価を迅速且つ高精度に行うことができる。

また、気体の透過量を算出する工程では、透過量として気体の拡散係数を算出し、顔料体積濃度を取得する工程の前に、気体の拡散係数と顔料体積濃度との関係式を格納する工程を更に備えてもよい。この場合、気体の拡散係数と顔料体積濃度との関係式を予め格納しておくことにより、気体の透過量を算出するときに、顔料体積濃度から気体の拡散係数を迅速且つ高精度に算出することができる。従って、コンクリートの評価を更に迅速且つ高精度に行うことができる。

また、気体の透過量を算出する工程の後に、仕上材が塗布されたコンクリートの中性化の進行を予測する工程を更に備えてもよい。この場合、仕上材を通る気体の透過量を算出した後に、コンクリートの中性化の進行を予測する。従って、コンクリートの中性化の進行予測を迅速且つ高精度に行うことができる。

本発明によれば、コンクリートの評価を迅速且つ高精度に行うことができる。

図１は、コンクリートに塗布される仕上材の顔料体積濃度（ＰＶＣ）と中性化深さとの関係を示すグラフである。図２は、仕上材を通る気体の拡散係数と仕上材の顔料体積濃度との関係を示すグラフである。図３は、実施形態に係る評価方法を実行する評価装置の例を示すブロック図である。図４は、実施形態に係る評価方法の各工程の例を示すフローチャートである。

以下では、図面を参照しながら本発明に係る評価方法の実施形態について説明する。図面において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

本明細書において「仕上材」とは、コンクリートの中性化又は腐食を抑制するためにコンクリートへの気体（二酸化炭素又は酸素等）の通過を抑制するものを示しており、例えば、塗料、建築用仕上塗材及び防水塗膜等を含んでいる。「中性化」とは、二酸化炭素によって生じるコンクリートの劣化の一種であり、コンクリートへの炭酸ガスの侵入によってコンクリートがアルカリ性から中性になることを示している。コンクリートが中性化すると、鋼材の不動態被膜が失われて耐腐食性が低下するという問題が生じうる。

仕上材の「顔料体積濃度」（ＰＶＣ：Pigment VolumeConcentration）とは仕上材の顔料の体積を顔料とバインダーとの総体積で割った率を示しており、顔料容積濃度とも称される。以下では、顔料体積濃度をＰＶＣと称することがある。「顔料」は塗料等に含まれる着色顔料や体質顔料を示しており、「バインダー」は顔料を固定させるための結合材を示している。バインダーの材料はアクリル樹脂やウレタン樹脂等の合成樹脂を含んでいる。気体の「透過量」とは、あるものを気体が透過する量を示しており、単位時間あたりに透過する気体の量を含んでいる。気体の「拡散係数」とは、ある物質の中で気体がどの程度拡散するかについての指標を示している。

コンクリートには、中性化又は腐食の抑制のために仕上材が塗布される。本実施形態では、仕上材が塗布されたコンクリートの評価を行う。本実施形態では、コンクリートの表面に仕上材が塗布された場合におけるコンクリートの中性化の進行予測を行う。中性化の進行予測では、例えば、一定期間に進行する中性化深さを予測し、具体例として何年で中性化が何ｍｍ進行するかを予測する。また、本実施形態では、仕上材のＰＶＣと仕上材の気体の透過量（透気性）との関係に着目し、ＰＶＣが大きいと仕上材の透気性が大きくなるため、ＰＶＣが大きい場合には仕上材の中性化抑制効果が低下することを実験によって確認している。

図１は、仕上材のＰＶＣとコンクリートの中性化深さとの関係を示すグラフである。グラフの横軸はＰＶＣ（％）を示しており、グラフの縦軸は促進試験による８週中性化深さ（ｍｍ）を示している。グラフの点「Ｂ」及び「Ｃ」は水性塗料のＰＶＣと８週中性化深さとを示し、点「Ｄ」及び「Ｅ」は弱溶剤塗料のＰＶＣと８週中性化深さとを示し、点「Ｆ」は強溶剤塗料のＰＶＣと８週中性化深さとを示している。図１に示されるように、仕上材が水性塗料、弱溶剤塗料又は強溶剤塗料である場合のＰＶＣと８週中性化深さとの相関係数Ｒの２乗（決定係数）は０．９６９となっており、ＰＶＣと中性化深さとの関係に強い相関が出ていることが分かる。

図２は、仕上材を透過する気体の拡散係数とＰＶＣとの関係を示すグラフである。グラフの横軸はボックス法試験装置を用いて求めた拡散係数（ｍ^２／ｓ）を示している。ボックス法試験装置は、後述の電子技術情報の「迅速な建築用仕上塗材及び塗料の二酸化炭素透過性の評価方法」に記載されている。
電子技術情報：［online］、川村康晴、本橋健司、迅速な建築用仕上塗材及び塗料の二酸化炭素透過性の評価方法、日本建築学会技術報告集、Vol.19、No.43、pp.825-830、2013.10、［2018年5月29日検索］、インターネット<https://www.jstage.jst.go.jp/article/aijt/19/43/19_825/_pdf>。

図２のグラフの点「Ｃ」は水性塗料のＰＶＣと拡散係数とを示し、点「Ｄ」及び「Ｅ」は弱溶剤塗料のＰＶＣと拡散係数とを示し、点「Ｆ」は強溶剤塗料のＰＶＣと拡散係数とを示している。図２に示されるように、仕上材が水性塗料、弱溶剤塗料又は強溶剤塗料である場合のＰＶＣと拡散係数との相関係数Ｒの２乗（決定係数）は０．９９８１であり、ＰＶＣと拡散係数との関係に強い相関が出ていることが分かる。

以上のように、本実施形態では、仕上材のＰＶＣと拡散係数との関係に強い相関が出ていることを用いてＰＶＣから二酸化炭素の拡散係数を算出して中性化の進行予測を行う。図３は、本実施形態に係る評価方法を実行する評価装置の例を示している。図３に示されるように、本実施形態に係る評価装置１は、例えば、ＰＶＣが入力される顔料体積濃度入力部１１と、拡散係数及び中性化深さを算出する算出部２０と、算出部２０による算出結果を表示する表示部３０とを備える。

顔料体積濃度入力部１１には、測定等によって得られた仕上材のＰＶＣが入力される。仕上材のＰＶＣは、例えば、測定値又はメーカーによって示された値として取得される。ＰＶＣは、一例として、測定対象の仕上材を乾燥させることによって測定される。顔料体積濃度入力部１１において得られたＰＶＣの値は算出部２０に入力される。算出部２０は、入力されたＰＶＣから例えば拡散係数及び中性化深さを算出する。

算出部２０は、一例として、拡散係数算出部２１と、中性化深さ算出部２２と、記憶部２３とを備える。算出部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む記憶部２３とを備える。算出部２０の各機能は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって実現される。

記憶部２３には、例えば、仕上材を通る気体の拡散係数とＰＶＣとの関係を示す関係式（例えば図２に示される関係式に類似する関係式）と、ＰＶＣと中性化深さとの関係を示す関係式（例えば図１に示される関係式に類似する関係式）とが格納される。拡散係数算出部２１は、顔料体積濃度入力部１１から入力されたＰＶＣから記憶部２３に記憶された関係式を用いて拡散係数を算出する。

中性化深さ算出部２２は、顔料体積濃度入力部１１から入力されたＰＶＣから記憶部２３に記憶された関係式を用いて中性化深さを算出する。なお、中性化深さ算出部２２は、拡散係数算出部２１によって算出された拡散係数から中性化深さを算出してもよい。表示部３０は、例えば、算出部２０によって算出された拡散係数及び中性化深さを表示する。表示部３０は、一例として、ディスプレイを備えており、このディスプレイにＰＶＣ、拡散係数及び中性化深さが表示される。

次に、本実施形態に係る仕上材が塗布されたコンクリートを評価する評価方法について図４のフローチャートを参照しながら説明する。図４のフローチャートは、本実施形態に係る評価方法の各工程の一例を示している。一例として、本実施形態に係る評価方法は、設計又は現場からコンクリートの長寿命化又は再利用の要望があって、コンクリートの表面に仕上材を塗布することによってコンクリートの耐久性を高められることを提案する場合において、複数の仕上材の少なくともいずれかを選択するときに実行される。以下では、一例として、３種類の仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃを評価する例について説明する。

まず、ＰＶＣと拡散係数との関係を示す関係式、及びＰＶＣと中性化深さとの関係を示す関係式を記憶部２３に格納する（関係式を格納する工程、ステップＳ１）。これらの関係式は、仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃごとに実験等によって予め求めておく。実験等によって予め求めた関係式は例えば記憶部２３にアップロードされる。

そして、仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材ＣのＰＶＣを取得する（顔料体積濃度を取得する工程、ステップＳ２）。例えば、測定又はメーカー等からのＰＶＣの入手によって仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材ＣのそれぞれのＰＶＣを取得する。一例として、ビーカー等に仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃのそれぞれを入れて１日程度乾燥させた後に熱重量分析装置等によってＰＶＣを測定する。測定等によって取得された仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材ＣのそれぞれのＰＶＣの値は顔料体積濃度入力部１１を介して算出部２０に入力される。

次に、算出部２０に入力された各ＰＶＣから仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃのそれぞれの拡散係数を拡散係数算出部２１によって算出する（気体の透過量を算出する工程、ステップＳ３）。気体の拡散係数は気体の透過量に相当する。拡散係数算出部２１は、ＰＶＣの値から記憶部２３に予め格納された関係式を用いて拡散係数を算出する。

そして、仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃのそれぞれの中性化深さを中性化深さ算出部２２によって算出し、中性化の進行を仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃごとに予測する（ステップＳ４）。このとき、例えば仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃのそれぞれをコンクリートに塗布した場合における一定期間経過後の中性化深さを仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃごとに算出する。以上のように、拡散係数の算出、及び中性化の進行の予測を行った後に一連の工程を完了する。そして、仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃのうち、中性化抑制効果が最も高い仕上材を選択し、当該仕上材を提案することが可能となる。

次に、本実施形態に係る評価方法から得られる作用効果について詳細に説明する。本実施形態に係る評価方法は、仕上材のＰＶＣを取得し、取得したＰＶＣから仕上材の気体の透過量を算出する。従って、仕上材を透過する気体の透過量と強い相関を持つＰＶＣを予め取得して透過量を算出することにより、仕上材を透過する気体の透過量を迅速に算出することができる。その結果、仕上材が塗布されたコンクリートの評価を迅速且つ高精度に行うことができる。

具体的には、前述したボックス法試験装置を用いて評価を行う場合には２週間程度の期間を要するが、ＰＶＣを用いて気体の透過量を算出する本実施形態の評価方法では２、３日程度で評価を行うことができる。また、ボックス法試験装置を用いた方法等、従来の評価方法では、ピンホール又は塗りむらの影響によって試験結果にばらつきが生じることが懸念される。これに対し、本実施形態の評価方法では、取得したＰＶＣから関係式を用いて気体の透過量を算出することにより、試験結果のばらつきを抑えることができる。

また、気体の透過量を算出する工程では、透過量として気体の拡散係数を算出し、ＰＶＣを取得する工程の前に、気体の拡散係数とＰＶＣとの関係式を格納する工程を更に備える。よって、気体の拡散係数と仕上材のＰＶＣとの関係式を予め格納しておくことにより、気体の透過量を算出するときに、ＰＶＣから気体の拡散係数を迅速且つ高精度に算出することができる。従って、コンクリートの評価を更に迅速且つ高精度に行うことができる。

また、気体の透過量を算出する工程の後に、仕上材が塗布されたコンクリートの中性化の進行を予測する工程を更に備える。よって、仕上材を通る気体の透過量を算出した後に、コンクリートの中性化の進行を予測する。従って、コンクリートの中性化の進行予測を迅速且つ高精度に行うことができる。

また、関係式を格納する工程では、複数の仕上材のそれぞれに対して関係式を求めておき、複数の仕上材のそれぞれに対応する複数の関係式を記憶部２３に格納してもよい。この場合、複数の仕上材のそれぞれをより高精度に評価することができるので、評価を更に高精度に行うことができる。

以上、本発明に係る評価方法について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲において変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。すなわち、評価方法の各工程の内容及び順序は、各請求項の要旨を変更しない範囲において種々の変形が可能である。

例えば、前述の実施形態では、二酸化炭素によって生じるコンクリートの劣化の一種であるコンクリートの中性化の進行を予測する例について説明した。しかしながら、本発明に係る評価方法は、上記の例に限られず、例えば、酸素によって生じる鉄筋コンクリートの腐食を予測するものであってもよい。この場合、仕上材のＰＶＣと拡散係数との関係に強い相関が出ていることを用いてＰＶＣから酸素の拡散係数を算出し、鉄筋コンクリートの腐食の予測を行うことが可能となる。

また、前述の実施形態では、仕上材Ａ、仕上材Ｂ及び仕上材Ｃごとに関係式を求める例について説明した。しかしながら、複数の仕上材の全てに対して関係式を求めなくてもよく、代表的な仕上材のみの関係式を求めてもよい。また、仕上材の種類ごとに関係式を求めてもよく、例えば、建築用仕上塗材、防水塗膜及び塗料ごとに関係式を求めてもよい。

また、前述の実施形態では、ＰＶＣを取得する前にＰＶＣと気体の拡散係数との関係式を記憶部２３に格納する例について説明した。しかしながら、ＰＶＣと拡散係数との関係式は適宜変更可能であり、格納するタイミングについても適宜変更可能である。更に、前述の実施形態では、仕上材を通る気体の透過量として気体の拡散係数を算出する例について説明した。しかしながら、気体の透過量の指標として、拡散係数以外のパラメータを用いてもよい。

また、前述の実施形態では、顔料体積濃度入力部１１、算出部２０及び表示部３０を備える評価装置１を用いて評価を行う例について説明した。しかしながら、顔料体積濃度取得部、算出部及び表示部の構成は適宜変更可能であり、更に、評価装置の構成についても適宜変更可能である。

１…評価装置、１１…顔料体積濃度入力部、２０…算出部、２１…拡散係数算出部、２２…中性化深さ算出部、２３…記憶部、３０…表示部。

Claims

仕上材が塗布されたコンクリートを評価する評価方法であって、
前記仕上材の顔料体積濃度を取得する工程と、
前記顔料体積濃度から前記仕上材を通る気体の透過量を算出する工程と、
を備える評価方法。
前記気体の透過量を算出する工程では、前記透過量として前記気体の拡散係数を算出し、
前記顔料体積濃度を取得する工程の前に、前記気体の拡散係数と前記顔料体積濃度との関係式を格納する工程を更に備える、
請求項１に記載の評価方法。
前記気体の透過量を算出する工程の後に、前記仕上材が塗布された前記コンクリートの中性化の進行を予測する工程を更に備える、
請求項１又は２に記載の評価方法。