異なる細骨材を用いたセメントモルタルの凍結融解暴露下における機械的劣化と表面劣化の分離した軌跡
Decoupled Mechanical and Surface Deterioration Trajectories of Cement Mortars with Different Fine Aggregates Under Freeze–Thaw Exposure
本研究では、石炭がら砂モルタル(CGM)、川砂モルタル(RSM)、砂漠砂モルタル(DSM)、標準砂モルタル(StSM)の4種類について、凍結融解サイクル(FTC)を0、25、50回繰り返した後の強度と質量損失を比較した。圧縮強度と質量損失は、各条件で3つの繰り返し標本を用いて測定し、圧縮後の破片を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。主要な統合分析として、絶対圧縮強度と質量損失を別々の軸として保持するパラメータフリーの2次元損傷軌跡マップを用いた。サイクル前、StSM、RSM、DSM、CGMの圧縮強度はそれぞれ68.13±0.48、53.90±0.39、19.47±0.33、6.49±0.07 MPaであった。50 FTC後、StSMは最も高い絶対強度(33.61±0.39 MPa)と最も低い質量損失(0.21±0.02%)を維持した一方、DSMは9.91±0.19 MPaを維持し、最も高い質量損失(17.46±0.05%)を示した。StSMの軌跡は主に強度の低下に向かい、表面材料の損失は無視できる程度であったが、DSMは残存強度の低下と重度の表面剥離の両方に向かった。RSMは大幅な強度低下の後、後期に表面損失を示した。CGMは、測定強度が11.13±0.13 MPaに増加し、質量損失が9.67±0.04%に達するという非典型的な軌跡をたどった。SEM画像では、細孔、界面の不連続性、亀裂、マトリックスの弛緩が示唆された。軌跡表現は、任意の重み付けなしに異なる劣化モードを露呈した。結果は、寒冷地用モルタルの代替細骨材をスクリーニングする際に、絶対残存強度と表面損失を共同で報告することを支持する。
- 50回の凍結融解サイクル後、標準砂モルタルが最も高い絶対強度(33.61MPa)と最も低い質量損失(0.21%)を維持し、砂漠砂モルタルは最も高い質量損失(17.46%)を示した
- 石炭がら砂モルタルは強度が6.49から11.13MPaに増加しつつ質量損失9.67%に達する非典型的な劣化軌跡を示し、異なる劣化モードの存在が明らかになった
本記事はセメントモルタルにおける異なる細骨材(石炭がら砂、川砂、砂漠砂、標準砂)の凍結融解下での耐久性を2次元損傷軌跡マップで比較した研究であり、寒冷地向けモルタル材料選定に資するデータを提供している。特に石炭がら砂モルタルが強度増加と質量損失の非典型的な挙動を示す点や、砂漠砂モルタルの表面剥離が激しい点など、代替細骨材の実用化判断に有用な知見である。