(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物表面を壁面の一部とする気密容器を形成し，該気密容器内に，分子量が異なる高分子物質を溶媒に溶解して得た分子量分布既知の高分子溶液を圧入することにより，当該高分子溶液をコンクリートに圧入し，コンクリートに浸透しなかった残液中の分子量分布を計測し，圧入前の高分子溶液と該残液の分子量分布を対比してコンクリートの空隙構造を推定する方法。
【請求項２】
分子量が異なる高分子物質はポリエチレングリコールであり，溶媒は水である請求項１に記載のコンクリートの空隙構造を推定する方法。
【請求項３】
既設構造物コンクリートに原位置で高分子溶液を圧入する請求項１または２に記載のコンクリートの空隙構造を推定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，コンクリートの空隙構造を推定する方法に係り，より詳しくは，コンクリート構造物完成後の耐久性能を原位置で評価できるようにしたコンクリート空隙構造の簡易推定法に関する。本明細書で使用するコンクリートの空隙または空隙構造と言う用語は，コンクリートの細孔または細孔構造と同じ意味で使用する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート内の空隙はコンクリートを劣化させる物質の移動経路となる。したがって，コンクリートにどのような形態の空隙が存在するかを知ることは，コンクリート全体の耐久性能を評価する上で極めて重要且つ有用である。
【０００３】
従来より，コンクリート構造物の空隙構造の推定法として水銀圧入法が知られている。この方法は原位置測定はできないので，現地構造物からコンクリートサンプルを分離採取し，これを試験室に持ち帰り，最大４００ＭＰａ程度の高圧で該サンプルに水銀を圧入し，圧力・圧入量・圧入速度などの相関から空隙半径や空隙率を推定するものである。コンクリート空隙構造の推定法として，この水銀圧入法以外には，実用的なものは存在しないといって過言ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の水銀圧入法では，構造物にコンクリートサンプルの採取跡が残る，コンクリートサンプルを測定装置にセットするまでに煩雑な前処理を必要とする，空隙構造測定に熟練を必要とするといった問題があるほか，水銀圧入に高圧を必要とし且つ有害な水銀がコンクリート中に残存しやすいことから，原位置測定ができないという基本的な問題があった。
【０００５】
したがって，本発明はこのような問題を解決し，原位置でコンクリートの空隙構造を推定できる方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，コンクリート構造物表面を壁面の一部とする気密容器を形成し，該気密容器内に，分子量が異なる高分子物質を溶媒に溶解して得た分子量分布既知の高分子溶液を圧入することにより，当該高分子溶液をコンクリートに圧入し，コンクリートに浸透しなかった残液中の分子量分布を計測し，圧入前の高分子溶液と該残液の分子量分布を対比してコンクリートの空隙構造を推定する方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは，分子量の異なる高分子を溶媒に溶解させて得た適切な分子量分布をもつ高分子溶液をコンクリートに圧入または吸入すると，分子量の小さい高分子は通過・浸透するが，大きいものは通過・浸透しないという現象（いわゆるふるい現象）が生じ，圧入または吸入処理前後の分子量分布の変化を計測すればコンクリートの空隙構造を推定できることを見い出した。この場合，分子量分布の変化の計測は，コンクリート層を通過した液と通過前の液との相違を検出する方法（アウトプット法と呼ぶ）でもよいし，或いはコンクリート層を通過しなかった残液と圧入（または吸入）前の液との相違を検出する方法（インプット法と呼ぶ）でもよい。本発明ではこのうちインプット法を採用する。
【０００８】
図１は，コンクリート空隙構造の推定原理を図解的に示したものである。図１（Ａ）に示したように，比較的大きな空隙１を多く有したコンクリート２（円盤状コンクリート供試体）に高分子溶液３（溶媒に高分子を溶解した液）を圧入すると，大きなサイズの高分子も空隙を通過し，高分子の通過量も多くなるが，図１（Ｂ）のように，空隙１が小さく且つその数も少ない場合には，小さいサイズの高分子だけが空隙を通過し，通過高分子量も少ない。すなわち，コンクリート中の様々なサイズの細孔が，様々なサイズからなる高分子に対して「ふるい効果」を発揮して，圧入前後において，分子量分布に変化が生じる。
【０００９】
つまり，分子量分布が既知の溶液がコンクリートを通過するさいに，移動経路となる空隙の大きさによって，あるサイズ以下の高分子だけが通過できたり，あるサイズでは通過できなかったりして，空隙サイズと高分子サイズとの兼ね合いでふるい分けが生じ，コンクリートを通過した後の分子量分布は，通過したコンクリートの通過経路の影響を反映して変化する。これらの変化を比較することによって，通過する経路，すなわちコンクリートの空隙構造を推定することができる。
【００１０】
このふるい効果による高分子の分子量分布の変化は，コンクリートを通過した溶液だけに生じるものではなく，残液側にも生ずる。例えば図１（Ｂ）に示したように，分子量分布が既知の高分子溶液（ａ）をコンクリート２に圧入した場合，透過側の溶液（ｂ）の分子量分布を測定し，溶液（ａ）と（ｂ）の分子量分布を対比するアウトプット法のみならず，圧入残液（ｃ）の分子量分布を測定し，溶液（ａ）と溶液（ｃ）の分子量分布を対比するインプット法によっても，コンクリート中の細孔を通過した高分子のサイズと量を知ることができ，ひいては，その細孔の空隙構造を推定することができる。インプット法の場合には，コンクリートにどのようなサイズの高分子が浸透できるか否かを検出して，空隙構造を推定することになる。なお，図１では，分子量分布既知の高分子溶液をコンクリート中に圧入して通過する例を示したが，分子量分布既知の高分子溶液をコンクリート中に吸入して通過させても，アウトプット法，インプット法とも全く同様に細孔の空隙構造を推定できる。本発明ではインプット法を採用する。
【００１１】
ここで，高分子のサイズは，現状の化学分析・機器分析では困難であるが，高分子のサイズと分子量は溶液中では良い相関を示すので，その分子量の測定からサイズを評価できる。高分子溶液の分子量および分子量分布は，ゲル浸透クロマトグラフィー（Gel Permeation Chromatography)等で計測できる。
【００１２】
本発明法で使用する高分子は，溶媒に対して溶解性を有し且つ前記のアウトプット法・インプット法のいずれかの方法でコンクリートの作用を受けたさいに，その空隙構造を反映して分子量の分布が変化するものであればよい。使用に際しては，既知の分子量分布をもつ溶液とすることが必要であるが，この場合，同種の高分子で分子量分布を持たせてもよいし，異種の高分子で分子量分布をもたせてもよい。本発明を原位置で実施する場合には，作業者の安全確保と周囲環境への影響を考慮して，使用する高分子および溶媒とも人体または環境に無害なものを選択する必要がある。代表的な高分子物質として分子量レベルが異なるポリエチレングリコール群を挙げることができ，その場合の溶媒として水を使用することができる。
【００１３】
図２に空隙構造を推定する手順を示した。まず，高分子溶液を調整し，ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣと略称）等で分子量分布を測定する。濃度も併せて記録する。アウトプット法の場合には，この分子量分布および濃度が既知の高分子溶液を原位置でコンクリートに圧入（または吸入）し，コンクリート通過後の溶液を採取し，その溶液の分子量分布をＧＰＣで測定する。インプット法の場合には，該高分子溶液を原位置でコンクリートに圧入（吸入）し，入口側に残存した残液を採取し，その溶液の分子量分布をＧＰＣで測定する。いずれの方法でも採取した液の分子量分布と濃度が測定されれば，圧入（または吸入）前の液の分子量分布および分子の全体量の変化から，空隙構造が推定できる。
【００１４】
図３は，アウトプット法を実施する場合の１態様を図解的に示したもので，コンクリート構造物４の表面に適当な間隔をあけて形成した穿孔５と６（紙面の表裏方向に延びるスリット状の穿孔）の一方の穿孔５に高分子溶液７を圧入し，他方の穿孔６からコンクリート透過後の高分子溶液を採取するようにした状態を示している。８は高分子溶液７を圧入するポンプを示す。高分子溶液７を圧入する側の穿孔５の内壁には，穿孔６の方向に溶液が流れるように，穿孔６の側に向かう壁面だけをコンクリート露出面とし，その他の壁面はゴムシート等のマスキング材９で被覆しておくのがよい。また，穿孔５には図示のように詮１０を取付けて高分子溶液が穿孔５から溢れ出ないようにするか，高分子溶液の吐出管の開口を，穿孔５の全体を覆えるような広面の開口に形成し，この広面開口内に穿孔５を位置させたうえで，構造物表面に押圧した状態で高分子溶液を穿孔５内に圧入するようにする。
【００１５】
図４は，アウトプット法を実施する場合の他の態様を図解的に示したもので，コンクリート構造物４の表面に適当な間隔をあけて形成した穿孔５と６（紙面の表裏方向に延びるスリット状の穿孔）の一方の穿孔６に高分子溶液７を充填し，他方の穿孔５を負圧にすることによって，穿孔６内の高分子溶液を穿孔５に向けてコンクリート中を通過させ，その通過後の高分子溶液を採取するようにしたものである。穿孔５内を負圧にするために，図３の場合と同様に穿孔５に詮１０を取付けて穿孔５内を気密空間とし，この気密空間内の空気を真空ポンプ８’によって吸引する。そのさい，穿孔６と穿孔５のあい対する内壁面だけをコンクリート露出面とし，その他の壁面は図３の場合と同様にゴムシート等のマスキング材９で覆っておくのがよい。
【００１６】
図５は，本発明のインプット法を実施する場合の１態様を図解的に示したもので，コンクリート構造物４の表面を壁面の一部とする気密容器１１を形成し，この気密容器１１内に高分子溶液７を圧入する状態を示している。気密容器１１は，容器開口部を構造物４の壁面に押し当てることによって気密な内部空洞１３を形成するようにしたもので，この気密を保った状態で，内部空洞１３内に高分子溶液導入口１２から一定量の高分子溶液７を導入し，所定時間圧力を加えたあと，内部空洞１３内の残液を採取する。前述の図４の負圧法において，穿孔６内に充填した高分子溶液の残液の分子量分布を計測すれば，吸入法によるインプット法が実施できる。
【００１７】
アウトプット法，インプット法を問わず，高分子溶液を圧入（または吸引）する圧力は水銀法のような高圧は必要としない。むしろ，あまり高圧に過ぎるとふるい効果に誤差を生ずるようになるので，自然なふるい効果が生じるような低圧で行うのがよく実際には，使用する高分子溶液の種類と形態に応じて１.５〜１０Ｎ／ｍｍ2程度の適切な圧を選択すればよい。また，圧入または吸引処理後に原位置で採取した液は，特別な予備処理を要することなくゲル浸透クロマトグラフィー等にセットして分子量分布を測定すればよい。得られた分子量分布の測定結果は，当該高分子溶液を用いた場合の分子量分布の変化とコンクリート空隙構造との蓄積された相関（既知情報）と比較することにより，当該原位置でのコンクリート空隙構造を推定することができる。
以下に，実験例を示す。
【００１８】
〔実験例〕
原位置でのアウトプット法を想定して，図６に示したようにコンクリート供試体１４に対して高分子溶液圧入処理を行なった。図６において，１５は上下に開口をもつ金属製の筒状容器であり，この筒体１５内にコンクリート供試体１４をセットする。コンクリート供試体１４は，直径１００ｍｍ，厚さ２０ｍｍの円盤形状に整形したものであり，垂直にした筒体１５内にこの円盤状供試体を水平にセットし，容器壁と供試体との隙間はパッキンでシールする。この状態で，高分子溶液１６をポンプ１７で筒体１５の上部から３Ｎ／ｍｍ2の圧力で導入し，供試体１４を通過した高分子溶液１８を採取する。
【００１９】
高分子溶液１６は，ポリエチレングリコール（以下ＰＥＧと記す）の水溶液であり，次の低分子量側ブレンドと高分子量側ブレンドの２種類を用いた。使用したＰＥＧはいずれも工業製品であり，このため或る分子量分布を有している。
Ｎo.１（低分子量側ブレンド）：分子量６×１０3のＰＥＧ＋分子量２×１０4のＰＥＧ＋分子量５×１０5のＰＥＧを，それぞれ等重量割合で水に溶解してなる濃度が０.０１wt％の高分子溶液。
Ｎo.２（高分子量側ブレンド）：分子量２×１０4のＰＥＧ＋分子量５×１０5のＰＥＧ＋分子量４×１０6のＰＥＧを，それぞれ等重量割合で水に溶解してなる濃度が０.０１wt％の高分子溶液。
【００２０】
コンクリート供試体は，普通コンクリートの配合において，使用材料は同じで水セメント比だけを４０％，５５％，７０％と変化させた３種のものを，２０℃×４日＋６０℃×２４日の温水養生した硬化体である。
【００２１】
試験に際しては，通過初期の溶液中には供試体中の細孔に存在した液が浸出されている可能性が大きいので，最初の通過液量１００ｍＬは廃棄し，累積通過液量１００ｍＬから５００ｍＬまでの４００ｍＬについて，通過溶液中のＰＥＧ全量と分子量分布をゲル浸透クロマトグラフイー（ＧＰＣ）にて測定した。通過後のＰＥＧ溶液には微細な無機質微粒分が存在し，これがＧＰＣ測定の際のノイズの原因になるので，該溶液をクロロホルムにて脱無機質処理を行なってから，測定に供した。
【００２２】
図７にＮo.１の高分子溶液を用いた場合の測定結果を，また図８にＮo.２の高分子溶液を用いた場合の測定結果を示す。いずれも，ＰＥＧ圧入前の高分子溶液と，水セメントが４０％，５０％，７０％の供試体を用いた場合の通過後の溶液について行なったＧＰＣ測定結果を対比して示しており，横軸はＰＥＧの分子量を，縦軸はＰＥＧ濃度を表し，各曲線は分子量分布を表す。また分子量分布の曲線とＸ座標で囲まれた面積はコンクリート中を通過したＰＥＧの絶対量を示している。
【００２３】
図７の結果に見られるように，Ｎo.１の低分子量側ブレンドでは，圧入前の原液ＰＥＧ溶液の分子量分布は，約２.３万（２.３×１０4）と０.９万（９×１０3）にピークが現れ，通過溶液については，すべての分子量の範囲でＰＥＧ濃度が低下する結果となった。そして，水セメント比（以下，Ｗ／Ｃ）４０％の供試体が最も通過量が少なく，５５％，７０％と順に通過量が大きくなり，Ｗ／Ｃが大きいほどより多くのＰＥＧが通過する結果となった。
【００２４】
図８の場合，すなわちＮo.２の高分子量側ブレンドでは，圧入前の原料ＰＥＧ溶液の分子量分布は８０万（８×１０5）と２.３万（２.３×１０4）付近にピークが現れ，通過溶液については，Ｗ／Ｃ４０％と５５％では，分子量３万以上でＰＥＧ濃度がほとんど０となり，コンクリート中を通過していない結果となった。そして，分子量２.３万付近のＰＥＧ濃度ピークは，Ｗ／Ｃの低下につれて小さくなる結果となり，より通過しにくくなっていることが確認される。これに対して，Ｗ／Ｃ７０％の場合は，分子量３万以下のＰＥＧ濃度は圧入前とほぼ変化せず，この領域の分子量のＰＥＧはすべて通過しており，分子量３万以上でも１００万程度まではほぼ全量通過し，１００万付近以上になると急激に通過しない結果となった。このことから，ケースＮo.２の試験条件では，空隙サイズの相違を反映してＰＥＧの通過傾向が変化することが確認された。
【００２５】
比較のために，供試したコンクリート（Ｗ／Ｃ＝４０％，５５％および７０％のもの）について，水銀圧入法によって空隙構造を測定した。その結果を図９に示した。横軸は空隙の半径，縦軸は空隙量を示しており，各曲線は空隙半径の分布を示すが，Ｗ／Ｃが大きいほど大径側の空隙が多くなることがわかる。各供試体の総空隙量を累積換算すると，Ｗ／Ｃ＝４０％の供試体の空隙率は１３.６vol.％，同５５％のものでは１５.６vol.％，同７０％のものでは２２.２vol.％であり，Ｗ／Ｃの増加にともなって増加している。このことは，図７のＷ／Ｃが大きいほどより多くのＰＥＧが通過する結果によく対応しており，本例のコンクリート供試体では図７の測定条件でほぼその空隙構造が推定できると共に，図８の測定条件を加えれば，さらに細部までの空隙構造が推定できることを示している。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると，これまで水銀圧入法に頼っていたコンクリートの空隙構造の特定が，高分子溶液を用いた簡易な方法で実現できるようになり，従来では行なえなかった原位置でのコンクリート構造物の非破壊検査により，その耐久性能が評価できるという優れた効果を発揮できる。そして，本発明法は高分子溶液として無害物質の使用が可能で環境および人体に影響を与えない点，高分子溶液の圧入にさいして大きな圧力を必要としない点，構造物に対して非破壊または軽微な損傷で測定が可能である点，採取する試料はコンクリートではなく溶液であるから煩雑な前処理することなく簡易に取り扱える点等において，これまでにない有利なコンクリート耐久性能測定法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  コンクリート空隙構造の推定原理を図解的に示す略断面図である。
【図２】  空隙構造を推定する手順を示したフロー図である。
【図３】  アウトプット法を実施する場合の１態様を図解的に示す略断面図である。
【図４】  アウトプット法を実施する場合の他の態様を図解的に示す略断面図である。
【図５】  本発明に従うインプット法を実施する場合の１態様を図解的に示す略断面図である。
【図６】  実験に用いた試験装置を示す略断面図である。
【図７】  Ｎo.１（低分子量側ブレンド）の高分子溶液を用いた場合のＧＰＣ測定結果を示す図である。
【図８】  Ｎo.２（高分子量側ブレンド）の高分子溶液を用いた場合のＧＰＣ測定結果を示す図である。
【図９】  水銀圧入法で測定したコンクリート空隙構造を示す図である。
【符号の説明】
１  空隙
２  コンクリート
３  高分子溶液
４  コンクリート構造物
５  穿孔
６  穿孔
７  高分子溶液
８  ポンプ
９  マスキング材
１０  詮
１１  気密容器
１４  コンクリート供試体
１５  金属製の筒状容器（筒体）
１６  供試体に供給する高分子溶液
１８  供試体を通過した高分子溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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