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

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1 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。

2 「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
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－　P2　　 茨城県産の花崗岩 　　・稲田石　　　　　「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。 　　・羽黒糠目石　　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。 　　・真壁石　　　　　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。 　　・やさとみかげ　淡い青みをおびた色合い。石岡市八郷で採掘。 　　・坂戸石　　　　　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 「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 茨城県産花崗岩の使用例 最高裁判所 広島平和都市記念碑　 （原爆慰霊碑） 庭燈籠

3 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－ P3
建築石材の劣化事例 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 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） 鉱物の脱落・白色化 変色 building granite water (rain) granite ・Alteration ・Dissolution ・Oxidation ・Precipitation ・Recrystallization mortar ground water

4 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－ P4
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 工藤ほか（1986）より 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 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

5 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
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－　P5　　 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　　　　（茨城産　粗粒 ・ 間隙率 0.6 %) 　　　　　　真壁小目石　（茨城産　細粒 ・ 間隙率 0.6 %) 　　　　　G614 　　　　（中国産 　細粒 ・ 間隙率 0.6 %) 　　　　　G623 　　　　 (中国産　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。 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

6 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。
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－　P6　　 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。 稲田石 G614 浸透開始約２時間後の直接画像 G614　　10分ごとの差分画像 ★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 G623　　10分ごとの差分画像

7 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。 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　　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 浸透フロントの上面を、矢印　　　　　　　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）。

8 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。
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－　P8　 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。

9 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。
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－　P9　 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。

10 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。
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－　P10　 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。