付録
圧縮強度 w／c・60％ s／c＝3り モルタル 材齢7日
供試体No． 直径（mm）
No．1 5027 N◎2 50．31 No．3 50．21
2
50．22 50．28 50．19
付録
圧縮強度 w／c：57，2％ コンクリート20oC 材齢4週
供試体N◎． 直径（mm）
No．1 100．19 No．2 99−44 No．3 99．78
2
99．44 99．86 99．79
平均
99．82 99．65 99．79
高さ
（mm）
197128 199．24 198，54
質量
（）
3507．61 3505．22 3552．76
荷重
（kN）
239，8 240．9 253．9
平均
圧縮強度 2N mm
30．6 30．9 32．5 31．3
密度
m3
2．3 2．3 2．3 2．3
材齢26週 供試体NoI
N◎．1 N◎．2 No．3
直径（mm）
100．16 99．96 99．70
2
99．72 99−51 99．89
平均
99．94 99．74 99．80
高さ
（mm）
198．88 198．32 199．45
質量
（）
3547．25 3549．03 3533．75
荷重
（kN）
264．4 226，8 245．O
平均
圧縮強度 2N mm
33．7 29．0 31．3 31．4
密度 セm3
2．3
23
2．3 2．3
圧縮強度 w／c・572％ コンクリート100℃
材齢4週 供試休No．
1
直径（mm）
No．1 99．52 N◎．2 99．48 N◎．3 99．68
2 100．28 100．42 99．88
平均
99．90 99．95 99178
高さ
（mm）
199．12 199．38
19894
質量
（）
3520．17 3526．02 3502．82
荷重
（kN）
226．8 217．1 231．4
平均
圧縮強度 2N mm
28．9 27．7 29．6 28．7
密度
m3
2．3 2．3 2．3 2．3
材齢26週 供試休N◎．
N◎．1 No．2 No．3
直径（mm）
99．96 99．76 99．54
2
99．39 100．03 100．12
平均
99．68 99．90 99．83
高さ
（mm）
196．74 198．40 199．32
質量
（）
3473．96 3538．50 3482．44
荷重
（kN）
264．2
2725
236．9
平均
圧，強度 2N mm
33．9 34−8 30．3 33．O
密度 t m3
2．3 2．3 2．2 2．3
圧縮強度 w／c＝572％ コンクリート200℃
材齢4週
供試体N◎． 直径（mm）
No．1 99．53 N◎2 99β7 No．3 99．75
2 100．35
99．90 99．61
平均
99．94 99．79 99．68
高さ
（mm）
198，79 197．49 196．68
質量
（）
3281．17 3248．85 3229．68
荷重
（kN）
265．3 265．7 277．5
平均
圧縮強度 2N mm
33．8
340
35．6 34．5
密度 t m3
2．1 2．1 2．1 2．1
材齢26週 供試体No．
No，1
No2
No．3
直径（mm）
99．74 100．31 99−49
2
99，76 99．25 99．53
平均
99．75 99．78 99．51
高さ
（mm）
199．23 198．67 197．03
質量
（）
3292．81 3222．91 3260．43
荷重
kN）
303．9 283．7 301．3
平均
圧縮強度 2N mm
38．9 36．3 38．7 38．0
密度 t m3
2．1 2．1 2，1 2．1
付録
圧縮強度 w／c：572％ コンクリート300℃
材齢4週
供試体N◎． 直径（mm）
No．1 99．24 No2 99．33 No．3 99．13
2 100．39 100，10 100．37
平均
99．82 99．72 99．75
高さ
（mm）
198．39 198．63 197，18
質量
（）
3291．40 3277．22 3276．19
荷重
（kN）
258．2 264．9 256，4 平均
圧縮強度 2N mm
33．0 33．9
328
33．2
密度 t m3
2．1 2．1
2．1 2．1
材齢26週 供試体No．
No．1 No．2 No，3
直径（mm）
100．13 100．36 99．78
2
99，46 99．21 99，44
平均
99．80 99．79 99．61
高さ
（mm）
198．21 195．88 198．51
質量
（）
3333．01 3259．91 3286．85
荷重
（kN）
274．4 271．5 281．0
平均
圧縮強度 2N mm
35．1 34．7 3611 35．3
密度
m3
2．1 2．1 2．1 2．1
圧縮強度 w／c＝572％ コンクリート500℃
材齢4週
供試体No． 直径（mm）
No．1 99．29 No．2 99．73 No．3 100．21
2 100．32
99．51 99．67
平均
99．81 99．62 99．94
高さ
（mm）
19623
199．51 197．73
質量
（）
3231．98 3243．03 3191．88
荷重
（kN）
202．4 191．9 180．1
平均
圧縮強度 2N mm
25．9 24．6 23，0 24．5
密度
m3
2．1 2．1 2．1 2．1
材齢26週 供試体No．
N◎．1 No．2 No．3
直径（mm）
10024
100．04 100．16
2
99．10 99．52 99．24
平均
99．67 99．78 99．70
高さ
（mm）
198．47 197，78 198．10
質量
（）
3203．10 3219．92 3269．59
荷重
（kN）
188．3 200．1 190．4
平均
圧縮強度 2N mm
24．1 25．6 24．4 24．7
密度
t r．3 2．1 2．1
2．1 2．1
圧縮強度 w／c＝57．2％ コンクリート800℃
材齢4週
供試体N◎． 直径（mm）
No．1 100．31 No．2 99．91 No．3 99．55
2
99．89 100．36 100．75
平均 100．10 100．14 100．15
高さ
（mm）
199．14 199．74 198．59
質量
（）
3192．69 3205．14 3094．44
荷重
（kN）
66．1 64．9 60．3
平均
圧縮強度 2N mm
8，4 8．2 7．7 8．1
密度
m3
2．O 2．0 2．0 2．0
材齢26週
供試体N◎．
No，1 一No．2 No．3
直径（mm）
100．31 100．62
2 100．28
99．71
平均 100．30 100．17
＃D1V／0！
高さ
（mm）
199．22 199．37
質量
（）
3112．57 3207．95
荷重
（kN）
52．7 56．O
平均
圧縮強度 2N mm
6．7 7．1
＃D1V／0！
6．9
密度 t m3
2．O 2．O
＃DlV／0！
2．O
付録
第3章モルタル
w／c（％） s／c 材齢（日） No． 50〜5000nmの総細孔量 Fc（N／mm2）
25 0．3 7 1 0．013977743 89．75363336 25 0．3 7 2 0．01213667 89．75363336 25 0．3 7 3 0．011423257 89．75363336
轟轟麓誰鰯灘轟灘鍛灘露踊漉鰯鰯鰯麟
80 80
3．0 3．0
91 91
0．030529884 42．19391606 0．031472931 42．19391606 0．03231656 42．19391606 0．068310484 15．63303237 0．067042894 15．63303237 0．06509819 15．63303237
0．042810821 23．9570204 0．041223808 23．9570204 0．044288906 23．9570204 0．08196307 13．06457704 0．082144821 13．06457704 0．080415661 13．06457704
付録
57，2 57，2 57．2
57，2 57，2 57．2
57，2 57，2 57．2
57，2 57，2 57．2
57，2 57，2 57．2
57，2 57，2 57．2
第4章モルタル（熱）
No 50〜5000nmの総細孔量
1 0．018433101
3 0．013314786
Fc（N／mm2）
31．33358587 31．33358587 31．33358587
0．019584775 28．73247845 0．023092125 28．73247845 0．014472685 28．73247845
第4章コンクリート（熱）
W／C（％） 材齢（週） No．
50〜5000nmの総細孔量
Fc（N／mm2）57．2 4 1 0．012300315 31．35275977
57．2 4 2 0．012322882 31．35275977
57．2 4 3 O．013764036 31．35275977
57．2 4 1 O．019620253 32．96444256
57．2 4 2 O．021656615 32．96444256
57．2 4 3 O．019442783 32．96444256
57．2 4 1 0．046335415 37．97021925
57．2 4 2 O．043773526 37．97021925 5712 4 3 O．041062701 37．97021925
57．2 4 1 O．046105205 35．28589967
57．2 4 2 0．046189414 35．28589967
57．2 4 3 0．044625645 35．28589967
57．2 4 1 0．028300154 24．70423714
57．2 4 2 0．027452867 24．70423714
57．2 4 3 O．024828248 24．70423714
57．2 4 1 O．057437004 6．888614074
首都大学東京大学院建築学域 平成24年度修士論文梗概
セメントペーストの反射電子像の画像解析に基づくコンクリートの強度推定手法に関する研究
10886413船越貴恵 指導教員 橘高義典 1．はじめに
現在，構造物を長期に渡り利用するという考え方が主流になって おり，改修工事などを行う際，既存構造物の耐久性を適切に評価す ることが重要となっている。鉄筋コンクリート造構造物に求められ る要求性能の中でも，強度は構造物の性能を表す最も重要な指標と して一般的に用いられており，構造物の基本性能確認に役立つ。強 度測定は，構造物からコア供試体を採取し，圧縮強度試験を行うこ とで評価する場合が多いが，構造体の耐力や意匠を大きく損なう場 合など，コア供試体の採取が困難な部位には適用できない。その場 合，5㎜以下のコンクリート試料を少量採取することで強度を推定 する手法は有効であると考えられる。
コンクリートやモルタルの大部分を占める骨材に対して，セメン トペーストの占める割合は多くはないが，結合材料であるセメント ペーストによってコンクリートの物性が決定される場合は多い。こ れまでに，水銀圧入法を用いてコンクリート中の細孔径分布や細孔 量を測定することにより細孔構造を評価し，圧縮強度との相関性が 高いことが明らかにされている1〕。一方，近年では，走査型電子顕 微鏡（SEM）を用いて撮影したコンクリート研磨面の反射電子像
（BEI）に画像解析手法を用い，細孔量の測定を行なう研究報告が なされている2〕。この解析結果とPowemの水和モデルを組み合わせ ることにより，セメントの水和度からコンクリートの水セメント比
（W／C）を推定する方法が提案されている3〕。BEIは，画素寸法以 下の情報を平均化してしまうため，厳密に各相の形や大きさを読み 取ることはできないが，その情報は画像の濃淡に反映されていると 考えられる。このように，BEIから得られる濃淡情報から様々な特 性を捉えることが可能であるが，圧縮強度との比較例は少ない。
また，さまざまな環境下に置かれる構造物が劣化する1つの要因 として熱影響が挙げられる。火災時や真夏の屋外に暴露された場合，
水和の促進や骨材膨張によるひぴ割れなどが発生する。熱影響を受 けた部分はコア採取試験も難しく，微小試験体のBEIによる強度推 定が期待できる。
本研究は，SEMで取得したBEIのヒストグラムから得られる情報 と圧縮強度の関係を把握し，コンクリートの強度推定式を提案する ことを目的とする。調合強度を変化させたぺ一スト，モルタルに加 えて加熱劣化の影響を受けた供試体について分析考察する。図一1 に本研究の概要を示す。
少量採取試料（モルタル部）から判断
べ一スト部分の強度推定Fcp 骨材の影響
反射電子撮（8割）の ヒストグラムを用いた画像解析
劣化を受けた場合について検討 コンクリートの強度推定
図一1本研究の概要 表一1実験の要因と水準 要因
W／C（％）
材齢（日）
水準
実験① 実験②
25， 40， 60， 80 1， 3， 7， 28， 91 7， 28， 91
表一2使用セメントの鉱物量（％）
C3S C2S C3A C4AF 合計
62 15 7 9 94
表一3 モルタルの閉合およびフレッシュ性状
2．セメント硬化体1こおける強度推定手法の基礎的実験 2．1供試体概要
表一1に実験の要因と水準を示す。本実験では，セメントペース ト供試体（以下，実験①）およびモルタル供試体（以下，実験②）
を作製し，BEIから圧縮強度を推定する手法について検討した。ま た，実験①と②を比較し，骨材有無の影響について考察を行なった。
質量（kg／m3） フロー値
i㎜1）
W／C
i％）
S／C
i一）
W C
S25 O．3 367 1469 441 181 40 1．2 341 851 1022 178
1．6 393 655 1048 231
60 2．3 334 557 1282 176
3．0 291 485 1455 111
80 3．0 354 442 1327 182
表一2に使用セメントの鉱物量を示す。実験①では，セメントは 普通ポルトランドセメント（密度3．16g／cm3）を使用し，WCを25，
40，60，80％の4水準のセメントペースト供試体を作製した。
W／C＝80％については，高機能特殊増粘剤をセメントに対して3％添 加し，粘性を得た。各供試体は，材齢1，3，7，28，91日において 圧縮強度試験および画像解析を実施した。
表一3にモルタルの調合およびフレッシュ性状を示す。実験②は モルタル供試体とし，研究用普通ポルトランドセメント（密度
3．16g／cm3）および豊浦産桂砂（表彰密度2．62g／cm3，吸水率O．75％）
を使用し，W／Cは実験①と同様の4水準，フロー値が180土5mmと 一定になるように砂セメント比（S／C）をそれぞれ定めた。WC＝60％
については，骨材量の影響を検討するためにS／C＝2．3を基準に±O．7 したS／C三116および3．Oを設定した。また，WC三25％は高性能細 減水剤（ポリカルボン酸工一テル系化合物）をセメントに対して
。．9％添加した。各供試体は，材齢7，28，91日において圧縮強度試 験，細孔径分布測定および画像解析を実施した。
供試体は，両実験ともに直径50㎜，高さlOo㎜の円柱供試体と し，作製は温度20℃，湿度60％R．H、の恒温恒温室で行った。練混ぜ には容量10リットルのモルタルミキサを使用した。実験①の W／C→0，60，80％供試体については，ブリーディングが多かったた め，30分練り置き毎に再度30秒間練混ぜを行い型枠に打ち込んだ。
練混ぜ量は1バッチにつき5リットルである。また，供試体数は各 調合につき，各試験条件4体とし，3体を圧縮強度試験に，1体を BEIと細孔径分布測定に用いた。
2．2各試験方法 2．2．1圧縮強度試験方法
供試体は打ち込み後24時間で脱型し，所定科齢まで温度20℃の 水中養生を行った。その後両面を研磨し，圧縮強度試験を行なった。
2．2．2反射雪子像観察方法
図一21こ供試体使用概要を示す。SEM用の試料は，供試体の中心 から2cmカットし，さらにその中心から立方体を切り出した。その 後アセトン浸漬して水和を停止させ，塩化リチウムを用いて湿度 11％R．H．に調湿を行った窒素ガス環境のデシゲータ内で1週間以上 乾燥させた。乾燥を終えた立方体は，エポキシ樹脂に含浸，硬化さ せ，研磨剤を用いて面出しを行なった。次に，研磨面を再含浸させ，
丁寧に研磨した。その後，カーボン蒸着を行い，SEMの観察試料と した。SEMは，加速電圧15．0kV，観察倍率250倍でセメントペー スト研磨面のBEIを撮影した。撮影を始める前にカーボンとアルミ で基準値を合わせ，コントラストとブライトネスを設定し，BEI情 報が毎回一定となるようにした。1つの立方体に対して，それぞれ の倍率で実験①では5枚，②では骨材の影響を受け，ばらつきが生 じると予想して10枚の画像を取り込み，画像解析を行なった。1枚 の画像は，960㌔1280ピクセルからなり，観察視野に関しては約 344・480岬である。
2．2．3細孔径分布測定方法
実験②では，図一2のようにSEM観察用の立方体を切り出した周 辺部分を2，5〜5㎜の大きさに粉砕し，立方体と同様に水和停止お よび乾燥を行ない，細孔径分布測定試料とした。測定は水銀圧入法 により5．5nm〜500μmの範囲で実施した。ここで，W／C…40％以上の セメント硬化体の場合，その強度は骨材とセメントペーストとの境 界面にできる50㎜以上の粗大径からなる遷移帯の影響が支配的で あるとされる。また，5000nm以上の空隙はエントレインドエアー と考えられる。そのため，本研究で用いる細孔量は，直径50〜5000㎜
の範囲を対象とした。
2．2．4画像解析方法
取得した画像は，画像解析ソフトを用いてノイズ除去のために平 滑化フィルター処理を1回行い，輝度で表示されるヒストグラムを 読み取った。このヒストグラムは，試料に電子ビームが照射されて 発生する反射電子がそれぞれの原子番号効果を持っており，重元素 ほど明るく表示される（表一4、図一3，図一4〕。セメントペースト を構成する物質は化合物のため，それぞれの平均原子番号に対応し た明るさで表示される。硬化セメントペースト中では，大きく4つ の山に分かれ，細孔空隙が黒色，C−S−Hが暗灰色，水酸化カルシウ ムが明灰色，未水和セメントが白色で観測される（図一5）。また，
それぞれを区切る閾値はそれぞれの谷部分とし，この谷が明確でな い場合は画像を2値化し，観察者の目視により判断した（図一6）。
E
F一一一一■「 ㎜π H I＾
｛ 20
｛
ヰ鍵鑓・→｛
｛
細孔径分布測定用 i亡後2．5｝5㎜）
醐
SE一月
円柱供試休の中心部分から
（2㎝の立方体）
観察試料を採取
図一2 供試体使用概要 表一4 化合物の平均原子番号 巳子ビ■ム
化合物 平均原子番号
C2S 12．29
C3S 12．67
C3A 12．18
C4AF 13．22
エトリンカイト 5．26 モノサルフェート 6．08
CSH 7．1〜8．2
細孔空隙 O
｛
掃 牒 回
電子ビーム
紐
斐隙、へ
径25｝5㎜）
覇
X練
／オ．北日子
力カビiド
レミネーツHヒンス 二次門子
吸収巳子
図一3SE の仕組み
反射雪子
べ 4重元素ほど反照子 〉
の教が多くなる 、レ 色に反映される →旺1濃戯情報 図一4 反射電子像の仕組み
㈱
cs悔ど）ホ醐ヒ カレジウム
榊
セメント
輝度（グレーレベル）
図一5 ヒストグラムの読み取り例
255
（a）オリジナル （b）2値化画像 図一6水酸化ガルシウムー未水和セメント間 の2値化画像（白色：未水和セメント）