(57)【要約】【課題】セメント硬化体について、目的元素の濃度プロファイルと拡散係数ないし空隙率を迅速にかつ精度良く測定する方法を提供する。【手段】セメント系硬化体の探さ方向断面を多数のピクセルに区画してピクセルごとにＣａＯ濃度と目的元素の濃度を測定し、また、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、骨材部分と空隙部分の影響を排除してペースト部分の測定濃度から濃度プロファイルを求めて拡散係数を算出し、また各部分について空隙率を求め、そ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測定方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系硬化体の深さ方向断面を多数のピクセルに区画してピクセルごとにＣａＯ濃度と目的元素の濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分とし、上記断面において深さ方向のピクセル列ごとにペースト部分の目的元素濃度の平均値を求めてその深さの目的元素濃度とし、この各深さごとに得られた目的元素濃度に基づいて濃度プロファイルを求めることを特徴とするセメント系硬化体における濃度プロファイルの測定方法。
【請求項２】
請求項１の濃度プロファイルに基づいて拡散方程式から目的元素の拡散係数を求めることを特徴とするセメント系硬化体における拡散係数の測定方法。
【請求項３】
目的元素が塩素、イオウ、炭素またはアルカリ金属であり、これらの拡散係数を求める請求項１または２の測定方法。
【請求項４】
ピクセルをペースト部分と判断するＣａＯの基準濃度が１８％である請求項１、２または３の測定方法。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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５の測定方法。
【請求項７】
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５または６の測定方法。
【請求項８】
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請求項１〜７の何れかに記載する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、その空隙率あるいは目的元素の拡散係数を分光学的に測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート等に含まれる塩素は鉄筋を腐食し、構造物の耐用年数に大きな影響を与えるので、コンクリート中の塩素含有状態を把握することが必要になる。コンクリート等に含まれる塩素の拡散状態を測定する方法としては、コンクリート試料を薄く切断し、多数の切断片を化学分析して含有塩素量を測定する方法があるが、分析に多大な手間と時間を必要とし、しかも分析精度も低いと云う問題がある。また、スライス法に代えて塩素の浸透方向に供試体を研削して分析試料をサンプリングする研削法も知られているが、セメントペースト部分と骨材の比率が一定のサンプルを得るのが容易ではない。
【０００３】
このような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。この方法は迅速に目的元素の拡散係数を測定できる利点を有するが、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が大幅に異なるので測定値を単純に処理しても正確な拡散状態を把握することは難しい。また、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような分析方法を改良したものであり、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について、ペースト部分と骨材部分とに対応しておのおの測定値を整理することによって精度の高い分析結果を得ることができる測定方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決する手段】
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拡散係数の測定方法が提供される。
（１）セメント系硬化体の深さ方向断面を多数のピクセルに区画してピクセルごとにＣａＯ濃度と目的元素の濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分とし、上記断面において深さ方向のピクセル列ごとにペースト部分の目的元素濃度の平均値を求めてその深さの目的元素濃度とし、この各深さごとに得られた目的元素濃度に基づいて濃度プロファイルを求めることを特徴とするセメント系硬化体における濃度プロファイルの測定方法。
（２）上記（１）の濃度プロファイルに基づいて拡散方程式から目的元素の拡散係数を求めることを特徴とするセメント系硬化体における拡散係数の測定方法。
（３）目的元素が塩素、イオウ、炭素またはアルカリ金属であり、これらの拡散係数を求める上記（１）または（２）の測定方法。
（４）ピクセルをペースト部分と判断するＣａＯの基準濃度が１８％である上記（１）、（２）または（３）の測定方法。
【０００６】
さらに、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等が提供される。
（５）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。
（６）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（５）の測定方法。
（７）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（５）または（６）の測定方法。
（８）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）〜（７）の何れかに記載する測定方法。
【０００７】
【具体的な説明】
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。
【０００８】
〔濃度プロファイルと拡散係数の測定〕
本発明に係る濃度プロファイルおよび拡散係数の測定方法は、セメント系硬化体の深さ方向断面を多数のピクセルに区画してピクセルごとにＣａＯ濃度と目的元素の濃度を測定し、ＣａＯ濃度が基準値以上のピクセルをペースト部分とし、上記断面において深さ方向のピクセル列ごとに、ペースト部分の目的元素濃度の平均値を求めてその深さの目的元素濃度とし、この各深さごとに得られた目的元素濃度に基づいて濃度プロファイルを求めることを特徴とし、またこの濃度プロファイルに基づいて拡散方程式から目的元素の拡散係数を求めることを特徴とする。
【０００９】
セメント系硬化体について深さ方向の断面を図１に示す。この断面を多数のピクセルに区画してピクセルごとにＣａＯ濃度と目的元素の濃度を測定する。この測定手段としてＥＰＭＡを用いることができる。なお、測定手段はＥＰＭＡに限らず他の手段を用いても良い。本発明はピクセルごとに測定したＣａＯ濃度に基づいて各ピクセルをペースト部分とそれ以外の部分に区別する。なお、それ以外の部分は骨材部分と空隙部分であるが、空隙部分には元素が存在せず、また骨材内部への元素の拡散は極めて遅く無視できる程度であるので、元素の拡散係数を測定する場合にはペースト部分の範囲を把握すれば良い。
【００１０】
ここで、一般に通常のコンクリートではセメントペースト部分と骨材部分とはＣａＯ濃度とＳｉＯ２濃度が大幅に異なるので、この濃度を基準にしてセメントペースト部分と骨材部分とを区別することができる。すなわち、セメントはＣａＯを主体としているのでセメントペースト部分のＣａＯ濃度は概ね５０％以上であり、ＳｉＯ２濃度は２０〜２５％程度である。一方、骨材は砂利や岩屑などであるので、骨材部分のＳｉＯ２濃度は概ね８０％以上であり、ＣａＯ濃度は１０％以下である。従って、概ねＣａＯ濃度が１８％以上の部分は概ねペースト部分であると云える。本発明の測定方法はＣａＯ濃度を測定した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する。
【００１１】
セメント系硬化体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は深さ方向の試料断面上をｘ軸方向とｙ軸方向に区画した平面において、ｘ＝９〜１５、ｙ＝７〜１３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。ＣａＯ濃度が１８％以上の部分を太枠で示した。この部分がセメントペースト部分である。
【００１２】
拡散係数を測定する元素の一例として塩素濃度の測定結果を表２に示す。拡散係数を測定する元素としては塩素の他にイオウ、炭素、アルカリ金属などが挙げられる。表２は表１と同様のピクセル（ｘ＝９〜１５、ｙ＝７〜１３  によって定められたピクセル）について測定した塩素濃度を示したものである。この表２のピクセルごとの塩素濃度について、表１の測定結果に基づいてペースト部分と判断されたピクセルを太枠で示す。この太枠で囲まれた部分のみの塩素濃度を拡散係数の算出数値として用いる。
【００１３】
表２はｘ＝９からｘ＝１５に向かって試料の深さを示しているので、深さ方向のピクセル列、すなわちｘ＝９の列からｘ＝１５の列ごとに、ｙ＝７からｙ＝１３に沿って太枠で囲まれた部分（セメントペースト部分）のみの塩素濃度の平均値（表２平均値Ａ）を求め、この各Ｘ列の値をその深さにおける塩素濃度とする。この塩素濃度をｘ軸に沿ってプロットすれば、深さ方向の塩素濃度プロファイルが得られる。このグラフを図２に示す。なお、参考のため、ペースト部分とそれ以外の部分を区別せずに、各Ｘ列の全ピクセルの塩素濃度を加算して単純平均（表２平均値Ｂ）を求めた場合のＸ軸（深さ）方向の濃度プロファイルを図３に示す。参考図３のグラフでは骨材等の影響が排除されないために実際の塩素濃度より低い値となり、塩素濃度の変化が少ないプロファイルになっている。一方、本発明の測定方法に係る図２のグラフでは骨材等の影響が排除されているので塩素濃度の変化が明瞭に示されたプロファイルが得られる。
【００１４】
図２に示す塩素濃度のプロファイルに基づき、塩素の拡散係数を求めることができる。すなわち、次式に示す拡散方程式の解析解を、非線形最小二乗法を用いて拡散係数Ｄおよび表面濃度Ｃｏを可変パラメータとしてフィッテングさせることによって、図２に示す塩素濃度プロファイルの拡散係数Ｄおよび表面濃度Ｃｏを算出することができる。
【００１５】
【式】
2004301628.tif 000002
【００１６】
〔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。
【００１７】
セメント系硬化体について任意の方向の断面を図４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３に示す。表３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４に示す。表４は表３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。
【００１８】
先に述べたように、通常のコンクリートは一般にセメントペースト部分のＣａＯ濃度は概ね５０％以上であってＳｉＯ２濃度は２０〜２５％程度、骨材部分のＳｉＯ２濃度は概ね８０％以上であってＣａＯ濃度は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３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４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４の空欄は表３においてペースト部分とされた部分である。
【００１９】
ペースト部分の空隙率Ｐ（体積％）を次式［２］に従って求める。
Ｐ＝−１．６６×（ＣａＯ濃度）＋１００    …［２］
表３のペースト部分について、上記式［２］に従って求めた空隙率を表５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３および表４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５に示す。
【００２０】
表５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５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。
【００２１】
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。
【００２２】
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６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。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の測定方法によれば、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、各部分の影響を排除して目的元素の濃度プロファイルおよび拡散係数を求め、また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。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
【表３】
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【００２８】
【表４】
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【００２９】
【表５】
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【００３０】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート供試体の深さ方向断面の顕微鏡写真。
【図２】本発明の測定方法（表２平均値Ａ）による塩素濃度プロファイルのグラフ。
【図３】骨材等の影響を排除しない表２の平均値Ｂによる塩素濃度プロファイルのグラフ。
【図４】コンクリート供試体の断面の顕微鏡写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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