圧縮強度と細孔空隙

- 79 -

(5) 細孔空隙

細 孔 空 隙 の 測 定 は ，Thermo Fisher Scientific Co.社 製(Pascal/140/440) の 水 銀 圧 入 式 ポ ロ シ メ ー タ ー を 使 用 し た ． こ の 装 置 の 測 定 可 能 な 細 孔 直 径 は ，100μm～3nm (水 銀 圧 力0.1～400MPa)で あ る ．測 定 試 料 は ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 後 の モ ル タ ル か ら ， ダ イ ヤ モ ン ド カ ッ タ ー を 用 い て3～5mmの 細 粒 試 料 を 切 り 出 し ， ア セ ト ン で 水 分 の 除 去 を 行 い ， 水 和 を 停 止 さ せ た 後 に ，D乾 燥 法 で3日 間 乾 燥 さ せ た も の で あ る ．

(6) 粉末X線回折

オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 高 強 度 の 発 現 要 因 と さ れ る11Å Tobermorite の 生 成 確 認 は ， 粉 末X線 回 折 に よ るCuKα線 に よ り 行 っ た ． 使 用 装 置 は ，(株)リ ガ ク 社 製 の 粉 末X線 回 折 装 置(型 式 ：MiniFlexⅡ)で ， 測 定 条 件 は ， 管 電 圧40kv， 管 電 流20mA， 走 査 範 囲2θ (5～60， 走 査 速 度 は2/minと し た ．

主 な 測 定 対 象 水 和 物 は ，結 晶 性 の11Å Tobermoriteで あ る ．そ こ で ， 他 の 水 和 物 の 回 折 ピ ー ク と 重 な ら な い11Å Tobermoriteの 第1ピ ー ク が 現 れ る 回 折 角7.8°(002面) ^3-14)に よ り ，生 成 の 有 無 を 確 認 し た ．な お ， 用 い た 試 料 は(5)「 細 孔 空 隙 」で 述 べ た3～5mmの 細 粒 試 料 を め の う 乳 鉢 で 粉 砕 し た も の で あ る ．

(7) 生成水和物の形態観察

生 成 水 和 物 の 形 態 観 察 は ， 日 本 電 子(株)社 製 の 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 (Carry Scope JCM-5700)に よ っ て 観 察 し た ． 観 察 試 料 は ，(5)「 細 孔 空 隙 」 で 述 べ た 細 粒 試 料 の 破 断 面 を 観 察 し た．な お ， 観 察 倍 率 は ， 3000，5000，10000倍 と し た ．

- 80 - 100

125 150 175 200 225 250 275

110℃ 130℃ 150℃ 180℃

圧縮強度(N/mm2 )

オートクレーブ養生温度(℃) 3ｈ

図3-27 オートクレーブ養生温度の違いによる圧縮強度の変化

(オートクレーブ養生3時間の場合)

結 果 を 図3 - 2 7に 示 す ． 圧 縮 強 度 は ， 特 に オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 温 度 が 高 く な る ほ ど 増 加 し て ， 養 生 温 度 が1 5 0Cの 場 合 は 2 3 8 . 4 N / m m²，1 8 0Cの 場 合 で2 4 1 . 4 N / m m²と ほ ぼ 同 等 の 圧 縮 強 度 が 得 ら れ た ．

こ れ に 対 し ， 養 生 温 度 が 低 い130Cの 場 合 は208.3N/mm²，110Cの 場 合 は195.3N/mm²と 養 生 温 度180Cな ら び に150Cに 比 し て 大 き く 低 下 し た ． そ の 圧 縮 強 度 の 低 下 率 を 表3-5に 示 す ． オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 温 度180Cの 圧 縮 強 度 を1.00に す る と130C，110Cは そ れ ぞ れ 0.86，0.81の 減 少 比 と な り ， 圧 縮 強 度 は 大 き く 低 下 し た ．

こ の こ と は ， 高 活 性 な シ リ カ フ ュ ー ム を 用 い る こ と に よ り ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 従 来 の 養 生 温 度180Cに 対 し て ，低 温 度 領 域 で あ る

表3-5 オートクレーブ養生温度の違いによる圧縮強度減少比

(オートクレーブ養生3時間の場合)

オートクレーブ 度

養生時間(hrs.) 養生温度(℃) 圧縮強度

(N/mm²)

180℃に対する 圧縮強度減少比

3

110 130 150 180

195.3 208.3

0.81 0.86 0.99 1.00 238.4

241.4

- 81 - 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

110℃ 130℃ 150℃ 180℃

空隙量(％)

オートクレーブ養生温度(℃)

図3-28 オートクレーブ養生温度の違いによる細孔空隙分布の変化

(オートクレーブ養生3時間の場合)

：1-10μm,

：500nm-1μm,

：100-500nm,

：50-100nm,

：10-50nm,

：6-10nm,

：3-6nm,

130Cお よ び110Cの 場 合 で は 圧 縮 強 度 が 大 き く 低 下 す る が ， 養 生 温 度 が150Cま で で あ れ ば 従 来 の オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 温 度 を 低 温 化 す る こ と が 可 能 で あ る こ と を 示 し て い る ．

次 に ，図3-28に 各 養 生 温 度 で オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 を 実 施 し た 細 孔 空 隙 量 の 空 隙 分 布 を 示 す ． こ の 結 果 か ら ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 温 度 が 高 く な る に つ れ て6-10nmお よ び10-50nmの 毛 細 管 空 隙 量 が 減 少 し ， 全 空 隙 量 は 約2.4%か ら 約2.0%に 減 少 し た ． こ れ に 対 し ， 全 空 隙 量 の う ち 大 部 分 を 占 め て い る3-6nmの ゲ ル 空 隙 量 は ，約1.2%か ら 約 1.6%に 増 加 し た ．

そ こ で ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が3時 間 の 場 合 に お け る 全 空 隙 量 に 対 す る 各 空 隙 量 が 占 め る 割 合 を 表3-6に 示 す ．

表3-6 オートクレーブ養生の違いによる各空隙が全空隙量に占める割合

(オートクレーブ養生3時間の場合)

(0.87) (1.51) (0.38)

2.08

(0.99) (1.18) (0.84)

77.1 10.9

(0.92) (1.37) (0.43)

2.20 70.3 12.4

(1.00) (1.00) (1.00)

2.40 51.2 29.1

全細孔

空隙量(%) 3-6nm 6-50nm オートクレーブ養

生時間(hrs.)

オートクレーブ 養生温度(℃)

各空隙量(%)

3

110

150

130 2.36 60.6 24.4

180

- 82 -

6-10nmと10-50nmの そ れ ぞ れ の 毛 細 管 空 隙 量 を 合 計 し た6-50nmの 空 隙 量 お よ び3-6nmの ゲ ル 空 隙 量 が 占 め る 割 合 は ，そ れ ぞ れ 全 体 の 約10

～30%，約51～77%と 両 者 で 空 隙 の 大 部 分 を 占 め て い る こ と が わ か っ た ．

(2) オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が 72時 間 の 場 合

オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 時 間 が72時 間 の 場 合 に お け る 各 養 生 温 度 で オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 を 実 施 し た 圧 縮 強 度 の 試 験 結 果 を 図3-29に 示 す ．な お 同 図 に は ，前 述(1)「 オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が3時 間 の 場 合 」 の 圧 縮 強 度 の 結 果 を 記 し て い る ．

従 来 の 養 生 時 間3時 間 の 場 合 と 同 様 に ，養 生 温 度 が 高 く な る ほ ど 圧 縮 強 度 は 増 加 し ，従 来 の 養 生 温 度180Cの 場 合 は271.8N/mm²，養 生 温 度150Cの 場 合 で269.8N/mm²と 同 等 の 圧 縮 強 度 が 得 ら れ た ．ま た ，養 生 温 度 が130C，110Cの 低 温 度 領 域 の 場 合 ，養 生 温 度130Cの 場 合 で 257.2N/mm²， 養 生 温 度110Cの 場 合 で235.0N/mm²と ， 養 生 時 間 が3時 間 の 同 様 に 従 来 の 養 生 温 度180Cお よ び150Cの 場 合 に 比 し て 圧 縮 強 度 が 低 下 し た ．

100 125 150 175 200 225 250 275

110℃ 130℃ 150℃ 180℃

圧縮強度(N/mm2)

オートクレーブ養生温度(℃) 3ｈ

72ｈ

図3-29 オートクレーブ養生温度の違いによる圧縮強度の変化

(オートクレーブ養生72時間と3時間の場合の比較)

- 83 -

こ こ で ， そ の 圧 縮 強 度 の 低 下 率 を 表3-7に 示 す ． オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 温 度72時 間 お よ び 養 生 温 度180Cの 圧 縮 強 度 を1.00と し た 場 合 ，従 来 の 養 生 時 間3時 間 に 比 し て 養 生 時 間72時 間 の 方 が 減 少 比 は 小 さ い 傾 向 が 顕 著 で あ っ た ． ま た ， 養 生 時 間3時 間 の 場 合 ， 養 生 温 度 130Cで0.86，養 生 温 度110Cで0.81ま で 圧 縮 強 度 が 低 下 し た 結 果 に 対 し ， 養 生 時 間 が72時 間 の 場 合 ， 養 生 温 度130Cの 場 合 に お い て も ， 従 来 の 養 生 温 度180Cな ら び に そ れ と 同 等 の 圧 縮 強 度 が 得 ら れ た 養 生 温 度150Cの 場 合 に 対 し0.95と ほ ぼ 同 等 の 圧 縮 強 度 が 得 ら れ た ． し か し ， 養 生 温 度 が110Cの 場 合 ，0.86と 圧 縮 強 度 は 大 き く 低 下 し た ．

次 に ，オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 時 間 が72時 間 と 従 来 の3時 間 の 場 合 で 比 較 を す る と ，養 生 時 間 が3時 間 に お い て 最 高 強 度 を 示 し た 養 生 温 度180Cに お い て も 減 少 比 は0.89と な り ，72時 間 で 強 度 が 最 も 低 か っ た110Cと ほ ぼ 同 等 と な る こ と を 示 し た ．

こ の こ と か ら ，従 来 の オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 温 度 が180Cよ り も50C低 い130Cの 場 合 に お い て も ，オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 を 長 時 間 実

表3-7 オートクレーブ養生温度の違いによる圧縮強度減少比

(オートクレーブ養生72時間と3時間の場合の比較)

オートクレーブ 養生時間(hrs.)

養生温度 (℃)

圧縮強度 (N/mm²)

オートクレーブ養生の養生条件 180℃-72時間に対する

圧縮強度減少比

72

110 235.0

150 3

110 195.3

180 241.4

130 257.2 0.95

0.86

180 271.8 1.00

269.8 0.99

0.72

130 208.3

150 238.4

0.77 0.88 0.89

- 84 -

施 す る こ と で 十 分 な 強 度 発 現 性 が 得 ら れ る こ と を 示 し た ． こ の こ と は ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 低 温 化 に は ， 養 生 温 度 の み な ら ず 養 生 時 間 も 包 括 し て 検 討 す る 必 要 性 を 示 し て い る ． 特 に ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 温 度 が130Cの 場 合 ， 槽 内 圧 力 は0.27MPaで あ り ， 従 来 の 養 生 温 度180Cの 場 合 に 比 べ て 約1/3の 圧 力 と な る ．こ れ に よ り ，オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 槽 に 要 求 さ れ る 耐 圧 力 が 軽 減 さ れ ， 養 生 槽 の 製 造 コ ス ト や メ ン テ ナ ン ス 等 に よ る コ ス ト 削 減 な ど ， 本 研 究 の 目 的 の 一 つ で あ る オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 低 温 化 に よ る 環 境 へ の 負 荷 低 減 以 外 の 貢 献 も 考 え ら れ る ． し か し ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 長 時 間 化 は ， 化 石 燃 料 を 長 時 間 燃 焼 す る こ と を 意 味 し て お り ， 一 義 的 に 判 断 す る の は 困 難 で あ り ， 化 石 燃 料 消 費 量 ， 装 置 へ の 圧 力 負 荷 ， さ ら に は 製 造 工 程 な ど ， 多 面 的 に 検 討 す る 必 要 が あ る ． そ の た め ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 時 間 の 長 時 間 化 の 実 用 化 は ， 今 後 の 検 討 課 題 と し た ．

次 に ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 時 間 が72時 間 の 場 合 に お け る 各 養 生 温 度 で オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 を 実 施 し た 細 孔 空 隙 の 分 布 を 図3-30 に 示 す ．な お 同 図 に は ，前 述(1)「 オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が3時 間 の 場 合 」 の 細 孔 空 隙 の 分 布 を 記 し て い る ．

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

110℃ 130℃ 150℃ 180℃ 110℃ 130℃ 150℃ 180℃

空隙量(％)

オートクレーブ養生温度(℃)

3h 72h ^：1-10μm,

：500nm-1μm,

：100-500nm,

：50-100nm,

：10-50nm,

：6-10nm,

：3-6nm,

図3-30 オートクレーブ養生温度の違いによる細孔空隙分布の変化

(オートクレーブ養生72時間と3時間の場合の比較)

- 85 -

こ の 結 果 に よ れ ば ， 養 生 時 間 が72時 間 の 場 合 も ， 従 来 の 養 生 時 間 3時 間 の 場 合 と 同 様 に ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 温 度 が 高 く な る に つ れ 全 空 隙 量 は 減 少 し た ．そ の 量 は ，養 生 時 間 が3時 間 の 場 合 に 比 し て ， 半 分 以 下 の 約1.1%か ら 約0.8%と 極 端 に 少 な く な っ た ．ま た ，こ れ と 同 様 に6-10nmと 10-50nmの そ れ ぞ れ の 毛 細 管 空 隙 量 を 合 計 し た 6-50nmの 空 隙 量 も 同 様 に ， 約0.33%か ら 約0.05%と 減 少 し た ． な お ， 3-6nmの ゲ ル 空 隙 量 は ， 約0.38%か ら 約0.56%と 増 加 し た ．

そ こ で ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が72時 間 の 場 合 に お け る 全 空 隙 量 に 対 す る 各 空 隙 量 が 占 め る 割 合 を 表3-8に 示 す ．6-50nmの 毛 細 管 空 隙 量 お よ び ゲ ル 空 隙 量 の 全 空 隙 量 に 対 す る 占 め る 割 合 は 両 者 と も 大 き く ， 全 空 隙 量 の う ち 約60～70％ が 毛 細 管 空 隙 と ゲ ル 空 隙 で あ る こ と が わ か っ た ．こ れ ら の 空 隙 量 は ，表3-7で 示 し た 養 生 時 間3時 間 の 場 合 に お け る 養 生 温 度 の 上 昇 に 比 例 し て 増 減 す る 割 合 は 異 な っ た ． な お ， 養 生 温 度 が 低 い110Cの 場 合 を1.00に す る と ，3-6nmの ゲ ル 空 隙 量 は 約2倍 に 増 加 し て い る ．ま た ，6-50nmの 毛 細 管 空 隙 量 の 減 少 の 割 合 は ， 養 生 時 間3時 間 の 場 合 に 比 し て 顕 著 に 異 な り ， 養 生 時 間 が3時 間 の 場 合 は 約1/3程 度 だ っ た の に 対 し ， 養 生 時 間 が72時 間 の 場 合 は 1/5ま で 減 少 し た ．

表3-8 オートクレーブ養生の違いによる各空隙が全空隙量に占める割合

(オートクレーブ養生72時間の場合)

(0.74) (1.99) (0.20)

(0.84) (1.70) (0.64)

180 0.83 67.9 6.1

(0.98)

150 0.94 57.8 19.4

(1.00)

130 0.97 44.2 29.6

72

110 1.12 34.1 30.1

(0.86) (1.30) (1.00) (1.00) オートクレー

ブ養生時間 (hrs.)

オートクレーブ 養生温度

(℃)

全細孔

空隙量(%) 3-6nm 6-50nm 各空隙量(%)

- 86 - R² = 0.905

0.0 0.5 1.0

150 175 200 225 250 275

空隙量(%)

圧縮強度(N/mm²)

3h 72h

図3-32 6-50nmの毛細管空隙量と圧縮強度の関係

(3) 細 孔 空 隙 と 圧 縮 強 度 の 関 係

全 空 隙 量 と 圧 縮 強 度 の 関 係 を 図3-31に 示 す ．こ の 結 果 に よ れ ば ，本 研 究 成 果 で 得 ら れ て い る 全 空 隙 量 が 少 な い 程 ， 圧 縮 強 度 が 高 く な る と い う 特 徴 的 な 傾 向 を 示 し た ． し か し ， そ の 傾 向 は 一 次 近 似 で 相 関 係 数 はR²=0.702に 留 ま っ た ．

こ れ に 対 し ，図3-32に 示 す6-50nmの 毛 細 管 空 隙 量 と 圧 縮 強 度 の 関 係 は ， 毛 細 管 空 隙 量 の 減 少 に 比 例 し て 圧 縮 強 度 が 大 き く な り ， 一 次 近 似 で 相 関 係 数 もR²=0.905と 高 か っ た ．

図3-31 全空隙量と圧縮強度の関係

R² = 0.702

0.0 2.0 4.0

150 175 200 225 250 275

全空隙量(%)

圧縮強度(N/mm²)

3h 72h

- 87 -

3 - 6 n mの ゲ ル 空 隙 量 と 圧 縮 強 度 の 関 係 を 図3 - 3 3に 示 す ． こ の 結 果 に よ れ ば ， 6 - 5 0 n mの 毛 細 管 空 隙 量 と 圧 縮 強 度 の 関 係 と は 異 な り ， 養 生 時 間 が3時 間 ，7 2時 間 の 場 合 と も 一 次 的 な 相 関 性 が 認 め ら れ た が ， 全 空 隙 量 お よ び 毛 細 管 空 隙 量 の 場 合 と は 違 い ， ゲ ル 空 隙 量 の 場 合 は ， 養 生 時 間 に よ っ て 相 関 性 が 異 な る こ と が わ か っ た ．

こ の こ と は ， 高 活 性 な シ リ カ フ ュ ー ム を 用 い た オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 コ ン ク リ ー ト の 高 強 度 化 は ， こ れ ま で に 筆 者 が 行 っ た 研 究 成 果3 - 1 8 ) , 3 - 1 9 )よ り 考 察 す る と ，生 成 し た ゲ ル 空 隙 量 の 増 加 に よ り 緻 密 化 し ， 全 空 隙 量 が 減 少 す る こ と が 主 な 要 因 で あ る と 示 唆 で き る ． し か し ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 養 生 時 間 の 違 い を 考 慮 し た 場 合 ，6 - 5 0 n mの 毛 細 管 空 隙 に 着 目 す る 必 要 が あ る ． こ の 理 由 に つ い て は 十 分 に 解 析 で き て い な い が ，2 0 0 N / m m²程 度 級 の 圧 縮 強 度 を 持 つ モ ル タ ル で は ， 全 空 隙 量 や3 - 6 n mの ゲ ル 空 隙 量 に よ る 密 実 さ だ け で な く ，微 細 な6 - 5 0 n mの 毛 細 管 空 隙 量 の 増 加 が ， 強 度 を 低 下 さ せ る 欠 陥 と し て 寄 与 す る な ら ば ， そ れ を 少 な く す る こ と が 必 要 と な る ．

R² = 0.899

R² = 0.878

0.0 1.0 2.0

150 175 200 225 250 275

空隙量(%)

圧縮強度(N/mm²) 3h

72h

図3-33 3-6nmのゲル空隙量と圧縮強度の関係

ドキュメント内 オートクレーブ養生温度の低温化に関する研究 (ページ 87-96)