第13回凍結融解によるコンクリートの劣化

摘要

子供のころ、冷凍庫でジュースを冷やし、膨張して缶や瓶を壊した経験がある人は多いと思います。 それが常識と思っている我々にとっては、自然の摂理と科学とは、すぐには結び付かないところがあります。 液体は固体になると、体積が減少するのが通常でぉ気体、液体、固体となるにつかじ、分子相互の結合が強くなる分、単位体積質量（密度）は増加します。 ガラスは、液体が固体（結晶）になら一失過冷却されて分子が凝固したもので、原子の配列が規則正しくない分、液体に比べて密度は高いですが、固体（結晶）に比べると密度は低くなっています。 このように、液体から固体（結晶）になるにつれ、密度は増加し、体積は減少します。 なぜ、水は、氷になると体積が膨張するのかについてもう少し考えてみたいと思いま、先元素は、原子量から並べていくと、8つ毎に、類似した性質があり、これをもとに周期律表が作成されました。 この周期律麦で、元素と水素化合物の融点を比較したのが囲－1です。 IV族は、炭素、ケイ素、ゲルマニウムと原子量が重くなるにつれて、水素化食物の沸点は上昇する関係にありま一気CH_4メタンの沸点は－161.6℃、SiH_4も沸点は-112℃となっていて、他のほとんどの化合物の沸点は、－40℃以下です。 ところがNH_3、H_2O、HFはそれぞれ、-33.4℃、100℃、19．4℃と著しく高くなっていま十能このように、特に、技20は他の水素化合物とは異なった性質を示します。 電気陰性度の高い窒素、酸素、フッ素と水素が結合することによって生じる比較的大きな力を持つ分子間力を水素結合といい?先これは、分子の構造の中で、正電荷の中心と負電荷の中心とが分かれ、極性を示します。 この極性により、他の分子の正の中心である水素が、同じ分子のたとえば酸素（電気陰性魔の高い元素）とあたかも結合するように近づけ、図-2に示した分子の会合を生みます。 この会合が、水の高い沸点、会合により、液体になっても、互いの分子を近づけ、体積の減少などを引き起こすのです。 氷の結晶構造は、図－3の通りで、立体的な綱目構造となり、液体の状態よりも大きな体積となりま，鉱水と氷の密度を表－1に示します。 0℃の水を温めると、水はかえって収縮して密度が大きくなり、約4℃のときに最大密度になり、温度が上昇するとおのおのの元素運動が活発となり、膨張を始め、密度は低下します。 氷も、0℃以下では、温度の低下とともに、密度は上昇し、単位体積は減少します（密度は増加する）。