Transcript 花崗岩石材に浸透する水 ー中性子ラジオグラフィ試験による可視化、その２

京都大学原子炉実験所 中性子イメージング専門研究会 2012/1/5-6 P1
花崗岩石材に浸透する水
－中性子ラジオグラフィ試験による可視化 その２：異方性－
Visualization of water permeation into granite by neutron radiography, 2 : anisotropy
長 秋雄
（産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門）
松林 政仁 （日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門）
長谷川 正一 （羽黒石材商工業協同組合）
発表内容
１．茨城県産の花崗岩
２．建築石材の劣化事例 ・ 劣化メカニズム 、花崗岩石材の力学異方性と「石の目」
３．試験方法
４．2007年RADAトライアルユースの成果（0.01ｇ前後の浸透水の可視化に成功した。）
５．2008年と2010年JAEA施設供用課題での成果 （浸透および乾燥での異方性を可視化・確認した。）
★本研究は、（財）茨城県中小企業振興公社委託事業 産・学・官共同研究「石材の劣化メカニズムの研究」
（平成19年度～平成21年度）の一環として行った。
★中性子ラジオグラフィ試験は、（財）放射線利用振興協会2007年「中性子利用技術移転推進プログラム」およ
び日本原子力研究開発機構2008年および2010年「施設共用利用課題」により実施した。
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
その２：異方性－
茨城県産の花崗岩
・稲田石
・羽黒糠目石
・真壁石
・やさとみかげ
・坂戸石
「白みかげ」とも呼ばれる。大きな材料が採れるのが特徴。笠間市稲田～桜川市岩瀬で採掘。
きめの細かさ・青みがかった深みのある色合いが特徴。桜川市岩瀬上城地区で採掘。
小目石は青みが強く粒度が細かい。中目石はややグレー系の色調。桜川市真壁で採掘。
淡い青みをおびた色合い。石岡市八郷で採掘。
稲田石よりやや黒味をおびている。桜川市西飯岡（坂戸）で採掘。
国会議事堂建築当時（1921年）の石材産地
茨城県産花崗岩の使用例
最高裁判所
庭燈籠
「臨時議院建築局編纂 本邦産建築石材」より ●が花崗岩採石地
広島平和都市記念碑
（原爆慰霊碑）
P2
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
建築石材の劣化事例
地質標本館（竣工1980年、2007年現在）
韓国産花崗岩（コリアンセピア）
その２：異方性－
建築石材の劣化メカニズム
石材中に浸透する水と溶解物との緩慢な化学反応
building
granite
water (rain)
granite
変色
鉱物の脱落・白色化
・Alteration
・Dissolution
・Oxidation
・Precipitation
・Recrystallization
mortar
ground
water
P3
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
花崗岩石材の力学異方性：「石の目」
微小クラックや液粒面などの選択的配向性
その２：異方性－
微小クラックの電子顕微鏡写真（二次電子像）
長・島田（1987）より
工藤ほか（1986）より
石目のよる弾性波速度と圧裂強度の異方性
工藤ほか（1986）より
P4
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
中性子ラジオグラフィ試験 （2007年RADAトライアルユース）
目的： 花崗岩石材に底面から毛管力で浸透する水を可視化する。
用いた中性子ラジオグラフィ装置：
日本原子力研究開発機構 研究用原子炉 JRR-3のTNRF装置
供試体 稲田石
真壁小目石
G614
G623
（茨城産
（茨城産
（中国産
(中国産
粗粒 ・ 間隙率 0.6 %)
細粒 ・ 間隙率 0.6 %)
細粒 ・ 間隙率 0.6 %)
粗粒 ・ 間隙率 0.7 %)
試験手順 １．供試体の乾燥重量を測定する。
２．供試体を湿潤スポンジの上に載せる。
３．中性子ラジオグラフィ画像を10分間隔で撮影する。
（撮影回数12回）
４．放射化量の低下を待ち、供試体の重量を測定する。
（重量増加量＝浸透した水の重量）
その他 ・供試体の形状は、40mm角の立方体
・面は切り面のまま
★予備試験の結果
１．厚さ40mmでの中性子透過率は、乾燥状態・湿潤飽和状態のいずれも、
約40％であった。
２．湿潤飽和状態では、中性子透過率が乾燥状態より
約0.02（％）ポイント低下した。
その２：異方性－
供試体の展開写真
稲田石（上）と真壁小目石（下）
40ｍｍ角・切り面・濡れ肌
P5
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
その２：異方性－
2007年RADAトライアルユースでの成果 ： 浸透フロントを可視化できた。
浸透開始約２時間後の直接画像
稲田石
G614
10分ごとの差分画像
G623
10分ごとの差分画像
G614
★直接画像では水の浸透箇所を可視化できなかった。
約150分後の吸水量は、稲田石：0.06g、真壁小目石：0.17g、
G614：0.13g、G623：0.07g
★差分画像で、水の浸透フロントを可視化できた。
真壁小目石
10分ごとの差分画像
P6
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
その２：異方性－
P7
2008年JAEA施設供用課題での成果１ ： 浸透過程での異方性を確認した。
花崗岩石材サンプル２
花崗岩石材サンプル１
1
51
上←　上下位置（10≒1mm）　→下
101
151
201
251
301
1
351
中性子透過率の変化　（％）
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
301
351
301
351
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.04
花崗岩石材サンプル３
1
51
花崗岩石材サンプル４
上←　上下位置　（10≒1mm）　→下
101
151
201
251
301
351
1
0.04
51
上←　上下位置　（10≒1mm）　→下
101
151
201
251
0.04
中性子透過率の変化　（％）
中性子透過率の変化　（％）
上　←　上下位置　（10≒1mm）　→　下
101
151
201
251
0.04
0.04
中性子透過率の変化　（％）
51
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.04
４種の花崗岩石材サンプルでの２時間後の中性子透過率の変化量の上下方向ラインプロファイル
水が浸透すると中性子透過率が低下する。グラフの肩が水の浸透フロント（到達点）を示す。
黒線：側面２方向での結果
浸透フロントの上面を、矢印
赤線：黒線の場合と直交する方向で浸透させ、側面２方向での結果
で示す。浸透フロントの高さが、方向により異なっている（異方性）。
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
その２：異方性－
2010年JAEA施設供用課題での成果１
茨城県産花崗岩５種類 と 中国産花崗岩３種類 について、
各２供試体の各２方向での浸透試験を行い、
浸透過程での異方性を再確認した。
1 2 0 分 後 の 浸 透 フロントの 高 さ　単 位 ｍ ｍ
A
茨城県産花崗岩
C
B
D
E
α方向 β方向 α方向 β方向 α方向 β方向 α方向 β方向 α方向 β方向
20
20
23
24
21
23
25
24
14
14
中国産花崗岩
G
F
19
18
H
α方向 β方向 α方向 β方向 α方向 β方向
18
18
24
25
18
25
22
35
-
41
34
17
25
19
19
23
19
25
24
P8
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
その２：異方性－
2010年JAEA施設供用課題での成果２
１．浸透フロントの高さ と 吸水重量 の相関図を作成できた。
２．浸透フロントの高さ と 弾性波速度 の相関図を作成できた。
浸透高さ と 弾性波速度 の相関
（全 試 験 ）
50
50
40
40
浸 透 フロントの 高 さ
（120分 後 ，ｍ ｍ ）
浸 透 フロントの 高 さ
（120分 後 ，ｍ ｍ ）
浸透高さ と 吸水重量 の相関
（全 試 験 ）
30
20
30
20
10
10
0
0
0
0 .1
0 .2
0 .3
吸 水 重 量 （1 3 6 ～ 1 5 3 分 後 ，ｇ）
0 .4
2.0
3.0
4.0
あ る弾 性 波 速 度 （km /sec）
5.0
P9
花崗岩石材に浸透する水－中性子ラジオグラフィ試験による可視化
その２：異方性－
2008年JAEA施設供用課題での成果２ ： 乾燥過程での異方性を確認した。
Ａ方向
Ｂ方向
乾燥過程での中性子ラジオグラフィ試験結果（面平均解析処理像、直交２方向）
飽和湿潤状態から自然乾燥させてから3分後と125分後での中性子透過率の変化量の、
供試体上の1mm平方での面平均を求めてグラフ化した。
青＜赤＜黄の順に変化量が大きくなる。すなわち、この順に水分乾燥量が多くなる。
直交する２方向（Ａ方向 と Ｂ方向）の像に、違いが認められた。
すなわち、乾燥過程においても異方性があることを、確認できた。
P10