1 中性子イメージングを用いたセメント硬化体中の水分測定茨城大学茨城大学茨城大学京都大学京都大学 ○ 沼尾達弥舟川勲手島直之川端祐司齊藤泰司研究背景 2 劣化量が水分移動に影響 ⑦乾燥収縮メカニズム水分移動 ⑨ ⑥ 物理的性質水分量（細孔構造･体積変化） ⑩ 熱伝導（移動） ⑧膨張・収縮メカニズム劣化 ⑪ ひびわれ劣化量が熱移動に影響セメント硬化体中の水分移動・熱伝導・物理的性質の関係 3 水分移動 ②水分拡散モデル濃度・圧力勾配（化学ﾎﾟﾃﾝｼｬﾙ）毛細管張力 ①水分特性曲線共通要因 ⑥： ②と⑤は相互に影響し、水分移動と熱移動を同時にシュミレーションする。 a)気化蒸気圧 b) 水分と湿気の量 c)温度物理的性質 ③気化熱 ④水分と熱伝導の関係水分移動（熱を持った物質）熱伝導率 ⑤熱拡散モデル熱伝導（移動）セメント硬化体中の水分移動と熱伝導の関係研究目的 4 ● 水セメント比および含有水率を変化させたセメント硬化体を用いて，セメント硬化体内部の含有水分分布を定量的に評価するための基礎データ取得。 ● セメント硬化体の乾燥過程において，体積変化量（収縮量）、水分逸散量と中性子ラジオグラフィにより測定した中性子強度との関係を検討。中性子ラジオグラフィの原理 5 I  I 0 exp( ) I0 ：入射中性子強度 I：減衰した中性子強度 δ：均質な厚さ [cm]の物体 μ：線吸収係数 [1/cm] m   /  ρ：物体の密度 Fig.1 中性子強度の物体による減衰の概念 μm：質量減衰係数 [cm2/g] 質量減衰係数とは，放射線が物質を通過するとき放射線が減衰する割合を示すもので，物質が定まれば一定となる。施設概要 6  実験ポート：E2  撮影システム：理研システムを利用  利用期間：１ヶ月間（平成23年9月）電子天秤：試験体の重量測定 E2 ガイド内試験体デシケーターﾊﾟｲﾌﾟﾎｰｽ試験体中性子アルミチャンバー差動トランス：試験体の乾燥収縮温湿度発生装置薄肉円筒試験体厚さ約1mm、長さ100mm、外径15mmのペースト硬化体データロガーパソコン測定システム施設概要 7 50 4,500 45 4,000 40 3,500 35 3,000 30 2,500 25 2,000 20 1,500 15 画像撮影 1,000 10 水分重量変化 500 5 0 0 date 重量変化率（%） 5,000 9/6 9/7 9/8 9/9 9/10 9/11 9/12 9/13 9/14 9/15 9/16 9/17 9/18 9/19 9/20 9/21 9/22 9/23 9/24 9/25 9/26 9/27 9/28 9/29 9/30 ひずみ（ｘ10 -6 ）  利用期間：１ヶ月間（平成23年9月） 30%-1 30%-2 40%-1 40%-2 実験状況アルミチャンバー設置場所実験装置アルミチャンバー収縮量測定温湿度管理重量測定画像処理方法 10 透過画像  画像処理には，連続撮影した3 枚の画像を用いた．1枚の撮影時間は30秒．  撮影によって得られた透過像を暗電流補正，シェーディング補正，ノイズ除去等の必要な処理を行った後，必要な情報を抽出．  通常，デジタル画像処理では，画素数の輝度がその画素上の数値データを決定する．輝度と中性子強度の相関から試料の中性子透過率を求めることで，含有水分を定量的に評価した．中性子強度と，試料中元素の密度や厚さの関係 11 (  p p   w w ) I  I0e    I：透過中性子強度，I0：入射中性子強度，Σ：巨視的断面積（線吸収係数），δ：厚さ，λ：質量減衰係数， ρ：密度添え字は，p：試験体マトリクス（ペーストなど），w：自由水（蒸発性水分） P   ln(I / I 0)  ppp  www P：減衰率， I/I0 ：中性子透過率実験方法 12 実験１：試験体:セメントペースト硬化体（タブレット型）形状：直径10mm，厚さ3mm（薬の錠剤のような形状）水準：4水準透過画像→セメント硬化体の含有水分と水分強度の関係を求める。実験水準水セメント比:W/C(％) 30 含有水率 100%、97%、94%、90%、85%、（％） 80%、70%、60%、50%、40%、 30%、20%、15%、10%、5%、0% コンバーターとの距離(cm) タブレット型供試体 3, 5, 8, 10 含水量調整後のパック中性子照射準備実験結果 13 0.3 0.25 0.25 0.2 0.2 0.15 0.15 ⊿P ⊿P 0.3 0.1 0.1 ｙ=2.802x R2=0.9407 0.05 0 0 0.025 0.05 0.075 ρw・ δw(g/cm 2 ) 含水率（％） 0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 ｙ=3.088x 80 R2=0.9528 85 90 94 0.025 0.05 0.075 0.1 97 ρw・ δw(g/cm 2 ) 100 コンバーターとの距離10cm コンバーターとの距離3cm 0.1 0.05 0 0 質量減衰係数とコンバーター距離 ※近似線の傾きがセメント硬化体の含有水分の質量減衰係数λwとなる。実験方法 14 実験２：セメント硬化体の水分評価試験体：セメントペースト硬化体形状：直径15mm, 厚さ1mm, 高さ100mmの薄肉円筒試験体 W/C：30%，40% 実験1の結果を用いて、セメント硬化体の乾燥過程における，水分逸散量と中性子ラジオグラフィにより測定した中性子強度との関係の定量化を行う。また、体積変化量（収縮量）との関係も定量化する。 W/C（％） 30,40 薄肉円筒供試体形状（ｍｍ）高さ：100、厚さ：1、外径：15 実験水準使用セメント普通ポルトランドセメント各測定に中性子照射 30％1本、40％1本使用する重量 30％1本供試体数乾燥収縮量 30％2本、40％2本環境温室度 25℃、RH=50％本来の含有水分分布（青線） 15 中性子ラジオグラフィにより撮影した画像から、局所的な水分の濃度が特定できる。蛍光コンバータ薄肉円筒試験体従来の含有水分分布（緑線）重量法等の物理的測定方法では、セメント硬化体内の含有水分分布は平均化したものとして取り扱っていた。熱中性子線含有水分分布を定量的に把握することで、乾燥収縮などの水分移動を起因とする劣化現象を正確に捉える事ができる。中性子透過画像例実験結果（W/C=30%） 17 水分逸散率（％） 0.16 3.1489 0.14 4.9894 -log(I/I0)/mm 0.12 9.9912 0.10 15.1934 0.08 19.9387 0.06 25.1722 0.04 27.5761 0.02 0.00 -0.5 35.6517 4.5 9.5 x軸方向距離（mm） 14.5 39.1949 水分逸散率35%（2週目）と39%（4週目）の水分強度の値が逆転してしまっている。 X軸方向 18 単位体積当たりの逸散水重量（ｇ/cm 3）・重量測定と中性子ラジオグラフィより算出した単位体積あたりの水分逸散重量の経時変化比較 0.08 算出式 0.07 0.06 0.05 重量測定 0.04 中性子ラジオグラフィ 0.03 0.02 ⊿ρw = ⊿P λw δw ※差分中性子強度は、0 0.01 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 時間と各時間との差分経過時間（ｈ）グラフの概形はほぼ同様であり、中性子強度から単位体積当たりの水分逸散重量を算出できると言える。 19 ご清聴ありがとうございました。