JP6189802B2 - コンクリートの細孔溶液の抽出方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの細孔溶液の抽出方法に関し、例えば、遠心力締固めによって製造されたコンクリートの細孔溶液の抽出方法に関する。

一般に、コンクリートは、大気中の二酸化炭素ガス等の影響により、時間の経過と共にコンクリート中の細孔溶液のｐＨが低下することが知られている。例えば、コンクリートは、コンクリートに含まれる水酸化カルシウムによってｐＨが高い状態（アルカリ性）が維持されているが、水酸化カルシウムが大気中の二酸化炭素に反応すると炭酸カルシウムが生成されるため、コンクリート中の水酸化カルシウムが減り、ｐＨが低下してしまう。

コンクリートの細孔溶液のｐＨの低下、すなわち細孔溶液の中性化は、コンクリートの劣化過程の一つの現象である。特に建築・土木に用いられる鉄筋コンクリートにおいては、コンクリートがアルカリ性であることにより、鉄筋の腐食を防止していることから、細孔溶液のｐＨが低下すると、鉄筋の腐食が始まる。

上述のように、コンクリート中の細孔溶液のｐＨが低下することによりコンクリートの劣化が進行することから、コンクリート中の細孔溶液のｐＨを調べれば、コンクリートの劣化具合を知ることができる。
コンクリートの中性化の評価方法としては、例えば、中性化の指示薬としてのフェノールフタレインによる呈色反応を利用したフェノールフタレイン法が、最も一般的、且つ簡便な方法として知られている。

しかしながら、フェノールフタレイン法は、ｐＨ≦７．８で無色、ｐＨ≧１０．０で鮮やかな紅色を示すというフェノールフタレインの性質を利用した方法であることから、具体的なｐＨ値を知ることはできない。

フェノールフタレイン法に代わって、コンクリート中の細孔溶液の具体的なｐＨ値を測定するための方法としては、圧縮試験装置（加圧抽出装置）に圧抽出用の治具を取り付け、コンクリートの細孔溶液を抽出し、細孔溶液のｐＨをｐＨメータで測定する方法が、例えば非特許文献１および非特許文献２に開示されている。

村上 あい、二村 誠二、乾 義尚、「アルカリシリカ反応における反応性鉱物の違いが細孔溶液の化学組成に及ぼす影響について」、 コンクリート工学年次論文報告集、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２、１９９８． 島袋 出、佐々木 崇、大下 英吉、「中性化によるｐＨ遷移が塩化物イオンの吸脱着性状に及ぼす影響に関する実験的研究」、 コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．１、２００４．

上述したように、上記非特許文献１および２に記載された従来の方法では、具体的なｐＨ値を測定するために、圧縮試験装置によってコンクリートの細孔溶液を抽出する必要がある。しかしながら、水セメント比の小さいコンクリートのｐＨ値を測定する場合、コンクリートの細孔溶液の抽出が困難であった。以下、詳細に説明する。

例えばコンクリート製造法の１つである遠心力締固めによって製造されたコンクリートは、コンクリートを回転させて水をしぼり出すことにより製造されるため、一般的な振動締固め等によって製造されたコンクリートに比べて、水セメント比が非常に小さくなる。ここで、「水セメント比」とは、コンクリートの強度を表す指標の一つであり、セメント混錬時のセメント重量に対する水重量の割合を表すものである。

例えば、振動締固め等によって製造された一般的なコンクリートは、水セメント比が５０％以上であるのに対し、遠心力締固めによって製造されたコンクリートは、水セメント比が２６〜２９％程度である。そのため、一般的なコンクリートの場合、圧縮試験装置によってコンクリート重量の１〜２％程度の細孔溶液を抽出することができるが、遠心締固めによって製造されたコンクリートの場合、従来と同じ要領で細孔溶液を抽出しようとしても、ｐＨ値を測定するのに十分な量を抽出することが困難であった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、水セメント比の小さいコンクリートから細孔溶液を容易に取り出せるようにすることにある。

本発明に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法は、評価対象のコンクリートを水中に浸し、水圧を加える第１工程（Ｓ１０１）と、前記第１工程の後に、前記水中から取り出した前記コンクリートを加圧することによって、前記コンクリートから細孔溶液を抽出する第２工程（Ｓ１０２）とを含むことを特徴とする。

上記コンクリートの細孔溶液の抽出方法において、前記第１工程は、水と試料を入れるための容器を有し前記容器内の水圧が調整可能な透水試験機（１００）を用いて水圧を加える工程を含んでもよい。

上記コンクリートの細孔溶液の抽出方法において、前記第１工程は、前記評価対象のコンクリートを粗砕きしてから水中に浸す工程を含んでもよい。

なお、上記説明において括弧を付した参照符号は、図面において当該参照符号が付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

本発明によれば、水セメント比の小さいコンクリートから細孔溶液を容易に取り出すことが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法を説明するためのフローチャートである。 図２は、本発明の一実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法において用いられる透水試験機の構成を模式的に示す図である。 図３は、図１における評価対象のコンクリートに水圧を加える工程の具体的な処理手順を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法において用いられる圧縮試験装置の構成を模式的に示す図である。 図５は、図１におけるコンクリートから細孔溶液を抽出する工程の詳細な処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法を説明するためのフローチャートである。
同図に示される各工程は、例えば、コンクリートの細孔溶液のｐＨ値を測定することによってコンクリートの劣化具合を評価する場合において、コンクリートから細孔溶液を抽出する際の工程を表している。また、本実施の形態では、評価対象のコンクリートが、遠心力締固めによって製造された水セメント比の小さいコンクリートである場合を一例として説明する。

図１に示されるように、先ず、評価対象のコンクリートを水中に浸し、水圧を加える（Ｓ１０１）。次に、水中から取り出したコンクリートを加圧することによって、コンクリートから細孔溶液を抽出する（Ｓ１０２）。以上の工程により、水セメント比の小さいコンクリートから細孔溶液を容易に抽出することが可能となる。以下、上記方法における各ステップについて、更に詳細に説明する。

先ず、ステップＳ１０１について説明する。
ステップＳ１０１は、例えば試験片として評価対象のコンクリートから切り出したコンクリート片を透水試験機に投入することによって行われる。

図２は、本発明の一実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法において用いられる透水試験機の構成を模式的に示す図である。
同図に示されるように、透水試験機１００は、水と試料を入れるための容器を有し、容器内の水圧が調整可能な装置であり、例えば、コンクリートの加圧透水試験を行うための装置である。具体的に、透水試験機１００は、試料と水を入れるための容器としての試料部１０１と、試料部１０１内の水圧を調整するための加圧駆動部１０２とを有する。透水試験機１００において、水で満たされた試料部１０１内に評価対象のコンクリート片１０を浸し、試料部１０１に水圧を加えることにより、コンクリート片１０の吸水を促進させる。なお、コンクリート片１０の形状は、図２に示される形状に限定されるものではない。

図３は、図１における評価対象のコンクリートに水圧を加える工程（Ｓ１０１）の具体的な処理手順を示すフローチャートである。
上記ステップＳ１０１では、先ず、水（Ｈ₂Ｏ）１０３で満たされた試料部１０２内に、評価対象のコンクリート片１０を投入する（Ｓ１０１１）。次に、加圧駆動部１０２によって、コンクリート片１０の重量が水中に浸す前の重量よりも２％以上増加するように、コンクリート片１０に対して所定の期間、所定の水圧を加える（Ｓ１０１２）。

ステップＳ１０１２における水圧の大きさおよび水圧を加える期間は、コンクリートの吸水によるコンクリートの重量増加率が２％以上となるように、評価対象のコンクリートの水セメント比に応じて、適宜設定することが好ましい。この理由は、詳細は後述するが、ｐＨ値の測定を行うのに十分な量の細孔溶液をコンクリートから抽出するためには、吸水によってコンクリートの重量が２％以上増加していることが目安となるからである。
例えば、遠心力締固めによって製造した水セメント比約２６％のコンクリート片に対して水圧１ＭＰａを加えた状態で９６時間放置した場合、水中から取り出したコンクリート片の表面の水分を拭き取って重量を測定すると、コンクリート片の重量が初期重量（水に浸す前の重量）よりも２．３０％増加するという実験結果が得られている。一方、上記実験結果の比較例として、上記と同様のコンクリート片を水中に浸漬し、常圧で３５日間放置した後、水中から取り出したコンクリート片の表面の水分を拭き取って重量を測定すると、コンクリート片の重量は初期重量よりも０．８５％しか増加しないという実験結果が得られている。これらの実験結果によれば、加圧した水中にコンクリートを浸漬することにより、コンクリートによる水分の吸収が促進されることがわかる。

また、ステップＳ１０１１において、評価対象のコンクリート片１０を粗砕きしたものを透水試験機１００の試料部１０２内に投入しても良い。例えば、コンクリート片１０をハンマー等で粗砕きし、砕かれたコンクリート片を透水試験機１００の試料部１０２に投入する。これによれば、ステップＳ１０１２において、コンクリートによる水分の吸収を更に促進させることができる。

次に、ステップＳ１０２について説明する。
ステップＳ１０２は、例えば圧縮試験装置によって、透水試験機から取り出したコンクリートを加圧することによって行われる。

図４は、本発明の一実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法において用いられる圧縮試験装置の構成を模式的に示す図である。
同図に示される圧縮試験装置（加圧抽出装置）２００は、試料を加圧することにより、試料に含まれる水分を抽出するための装置である。圧縮試験装置２００は、支持部２０１と、支持部２０１に支持された圧抽出治具２０２と、加圧棒２０３と、加圧棒２０３を支持する支持部２０４と、抽出管２０５と、抽出液２０７を溜めるための容器２０６とを含む。

圧抽出治具２０２は、内部に試料を載置するための加圧室２０２０が設けられている。加圧棒２０３は、加圧室２０２０内に載置された試料に圧力を加えるための部品である。排出管２０５は、加圧室２０２０の底面に設けられた穴に一端が接続されており、加圧室２０２０の試料からしみ出した抽出液（細孔溶液）２０７を容器２０６内に導くものである。

図５は、図１におけるコンクリートから細孔溶液を抽出する工程（Ｓ１０２）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
上記ステップＳ１０２では、先ず、透水試験機１００から取り出したコンクリート片１０を粗粉砕する（Ｓ１０２１）。例えばジョークラッシャー等によってコンクリート片１０を細かく粉砕する。次に、粉砕されたコンクリート片１１を圧抽出治具２０２の加圧室２０２０に投入する（Ｓ１０２２）。次に、加圧棒２０３により、所定期間、加圧室２０２内のコンクリート片１１を加圧する（Ｓ１０２３）。例えば、約５分間、約７８５Ｎ／ｍｍ²で加圧する。これにより、コンクリート片１１から抽出液２０７がしみ出し、容器２０６に溜まる。その後、容器２０６内に溜まった抽出液２０７、すなわち細孔溶液２０７を採取する（Ｓ１０２４）。

本実施の形態に係る方法による実験結果を以下に示す。
ここでは、遠心力締固めによって製造された水セメント比２６％程度のコンクリート片（円弧の長さｌ＝約１５ｃｍ、高さｈ＝約１５ｃｍ、および厚さｔ＝約５ｃｍ）を試験片として、圧縮試験装置２００によって細孔溶液を取り出す実験を行った結果を示す。
試験片としては、（１）水に浸していないコンクリート片、（２）３５日間、常圧で水中に浸したコンクリート片、および（３）本実施の形態に係る方法により、水圧１ＭＰａを加えた状態で９６時間放置したコンクリート片、（４）本実施の形態に係る方法により、粗砕きをしてから水圧１ＭＰａを加えた状態で９６時間放置したコンクリート片の４つの試験片を用いた。なお、上記（４）では、上記コンクリート片をハンマー等で約５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍの大きさまで粗砕きし、それらのコンクリート片を試験片として用いた。

実験の結果、上記（１）のコンクリート片と上記（２）のコンクリート片からは、細孔溶液を抽出することができなかった。これに対し、上記（３）のコンクリート片からは、コンクリートの重量約１９００ｇに対して、約１．３ｇの細孔溶液を抽出することができた。この約１．３ｇという量は、微量の溶液の測定が可能なｐＨ計によって、ｐＨ値を測定するのに十分な量である。

また、上記（４）のコンクリート片からは、コンクリートの重量約１６００ｇに対して、約２．７ｇの細孔溶液を抽出することができた。上記（３）の実験結果と上記（４）の実験結果とから、粗粉砕をせずとも細孔溶液は得られるが、より多くの量を得るためには粗粉砕をしてから水圧を加えることが有効であると判断することができる。上記（４）のコンクリート片から抽出された細孔溶液のｐＨの測定値は、１２．４６であった。この値は、正常なコンクリートのｐＨ値の範囲に収まっており、本実施の形態に係る方法を用いたｐＨ値の測定結果が妥当であると判断することができる。

本実施の形態に係る方法によって外部からコンクリートに水を注入した場合、加圧することによってコンクリート内に侵入した水によってコンクリートに含まれる水酸化カルシウムが溶け出すことにより平衡状態となるので、結果として浸水前後のコンクリート中の細孔溶液のｐＨ値は、ほぼ同じ値になると考えられる。したがって、外部からコンクリートに水を注入した後の細孔溶液のｐＨ値を測定することで、水を注入する前の細孔溶液のｐＨ値を測定する場合と同様に、コンクリートの劣化状態を精度良く評価することが可能となる。

以上、本実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法によれば、評価対象のコンクリートを加圧した水中に浸漬させた後に、当該コンクリートを加圧するので、水セメント比の小さいコンクリートであっても、容易に細孔溶液を抽出することが可能となる。特に、遠心力締固めによって製造される鉄筋コンクリートポールや鉄筋コンクリートパイル等に用いられるコンクリートから細孔溶液を抽出する場合に有効である。

また、本実施の形態に係るコンクリートの細孔溶液の抽出方法において、透水試験機を用いることにより、効率良く、コンクリートに水分を注入することが可能となる。

また、コンクリートを加圧した水中に浸漬させる際に、吸水によるコンクリートの重量増加率が２％以上となるように、水圧の大きさおよび水圧を加える期間を調整することにより、ｐＨ測定に十分な量の細孔溶液を抽出することが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態において、透水試験機を用いる場合を例示したが、水圧を加えることによって評価対象のコンクリートに水を注入することができる装置であれば、その他の装置であってもよい。

１０…コンクリート片、１１…粉砕されたコンクリート片、１００…透水試験機、１０１…試料部、１０２…加圧駆動部、１０３…水、２００…圧縮試験装置、２０１…支持部、２０２…圧抽出治具、２０２０…加圧室、２０３…加圧棒、２０４…支持部、２０５…抽出管、２０６…容器、２０７…抽出液（細孔溶液）。

Claims (3)

1. 評価対象のコンクリートを水中に浸し、水圧を加える第１工程と、
   前記第１工程の後に、前記水中から取り出した前記コンクリートを加圧することによって、前記コンクリートから細孔溶液を抽出する第２工程と、を含む
   ことを特徴とするコンクリートの細孔溶液の抽出方法。
2. 請求項１に記載のコンクリートの細孔溶液の抽出方法において、
   前記第１工程は、水と試料を入れるための容器を有し、前記容器内の水圧が調整可能な透水試験機を用いて、水圧を加える工程を含む
   ことを特徴とするコンクリートの細孔溶液の抽出方法。
3. 請求項１に記載のコンクリートの細孔溶液の抽出方法において、
   前記第１工程は、前記評価対象のコンクリートを粗砕きしてから水中に浸す工程を含む
   ことを特徴とするコンクリートの細孔溶液の抽出方法。

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