耐久性のある建築石材の品質を判定する主要試験法

良質な建築石材の品質を判定するために以下の試験が実施されます！

(1) 酸試験
(2) 摩耗試験
(3) 圧縮試験
(4) 結晶化試験
(5) 凍結融解試験
(6) 硬度試験
(7) 衝撃試験
(8) 顕微鏡試験
(9) スミス試験
(10) 吸水試験

各試験を簡単に説明します。

1. 酸試験

この試験では、約0.50～1N重量の石材試料を採取します。これを濃度1%の塩酸溶液に入れ、7日間放置します。溶液は間欠的に撹拌します。良質な建築石材はこの期間終了時に鋭利なエッジを維持し、表面を粉末から自由に保ちます。エッジが欠け表面に粉末が形成される場合、炭酸カルシウムの存在を示し、そのような石材は耐候性が劣ります。この試験は石灰岩には適用できないのは当然です。通常砂岩に対して実施されます。

2. 摩耗試験

この試験は道路建設に使用される石材の摩耗率を調べるために行われます。試験結果は交通下での研削作用に対する石材の抵抗力を示します。

以下の手順を採用します：

(i) 石材試料を約60mmサイズの破片に砕きます。
(ii) このような破片を50Nずつ、デバル式摩耗試験機の両シリンダーに入れます。シリンダーの直径と長さはそれぞれ200mmと340mmです。
(iii) シリンダーを閉じ、その軸を水平面と30°の角度にします。
(iv) シリンダーを水平軸周りに30RPMで5時間回転させます。
(v) この期間後、内容物をシリンダーから取り出し、1.50mmメッシュのふるいを通過させます。
(vi) ふるいに残った材料量を秤量します。
(vii) 摩耗率は以下のように算出します。

3. 圧縮試験

この試験で石材の圧縮強度を求めます。石材試料を40mm×40mm×40mmの立方体に切り出します。立方体の側面は精密に仕上げます。試験する最小試料数は3個です。このような試料を試験前約72時間水中に置き、その後飽和状態で試験します。荷重支持面を石膏または厚さ5mmの合板で覆います。荷重を圧縮試験機で立方体に軸方向に加えます。荷重速度は13.72N/mm²/分です。石材の単位面積あたり圧縮強度は、試料が破壊・失敗する最大荷重を試料支持面積で割った値です。

4. 結晶化試験

この試験では、一辺40mm以上の石材立方体を最低4個採取します。72時間乾燥させ秤量します。その後14%のNa₂SO₄溶液に2時間浸漬します。100℃で乾燥させ再秤量します。重量差を記録します。この乾燥・秤量・浸漬・再秤量の手順を最低5回繰り返します。毎回重量変化を記録し、元の重量に対するパーセンテージで表現します。石材気孔内でのCaSO₄結晶化が耐候性による石材劣化を引き起こしますが、CaSO₄は水への溶解度が低いためこの試験には採用されません。

5. 凍結融解試験

石材試料を24時間水中に浸漬させます。その後-12℃の凍結混合物中に24時間置きます。その後大気温度で融解・解凍させます。風、日光、雨などの影響を防ぐため日陰で行うべきです。この手順を数回繰り返し、石材の挙動を注意深く観察します。

6. 硬度試験

石材の硬度を決定するため、以下のように試験を実施します：

(i) 石材試料から直径25mm、高さ25mmの円柱を採取します。
(ii) 秤量します。
(iii) ドリー試験機に入れ、12.50Nの圧力で押圧します。
(iv) 機械の環状鋼ディスクを28RPMで回転させます。
(v) ディスク回転中、規格に準拠した粗砂をディスク上面に散布します。
(vi) 1000回転後、試料を取り出し秤量します。
(vii) 硬度係数は以下の式から求めます。

7. 衝撃試験

石材の靭性を決定するため、ページ衝撃試験機で以下のように衝撃試験を実施します：

(i) 石材試料から直径25mm、高さ25mmの円柱を採取します。
(ii) 機械の鋳鉄アンビル上に置きます。
(iii) 重量20Nの鋼製ハンマーを試料上に垂直方向から軸方向に落下させます。
(iv) 初回打撃高さは1cm、2回目は2cm、3回目は3cm、以下同様に増加させます。
(v) 試料が破壊した打撃回数を記録します。n回目ならnが石材の靭性指数を表します。

8. 顕微鏡試験

この試験では、石材試料を顕微鏡検査にかけます。石材の薄片を採取し、顕微鏡下で以下の特性を研究します：

(i) 平均粒径
(ii) 気孔、亀裂、脈、シェイクの存在
(iii) 鉱物成分
(iv) 結合材料の性質
(v) 有害物質の存在
(vi) 石材テクスチャ など

9. スミス試験

この試験は石材試料中の可溶性物質の存在を調べるために実施されます。石材の小片やチップを数個採取し、ガラス管に入れます。この管に透明な水を満たします。約1時間後、管を激しく撹拌または振盪します。土質物質の存在により透明な水が汚濁水に変わります。水が透明なままなら、石材は耐久性があり可溶性物質を含みません。一方水が汚濁すれば、石材に過剰な可溶性土質・鉱物物質が含まれることを示します。

10. 吸水試験

この試験には以下の手順を採用します：

(i) 与えられた石材試料から約0.50N重量の立方体を作製します。実重量を記録します。これをW₁Nとします。
(ii) 立方体を蒸留水に24時間浸漬させます。
(iii) 立方体を水から取り出し、表面水を湿った布で拭き取ります。
(iv) 再度秤量します。重量をW₂Nとします。
(v) 立方体を水中に自由吊り下げし、重量を記録します。これをW₃Nとします。
(vi) 水を沸騰させ、立方体を沸騰水中で5時間保持します。
(vii) 取り出し表面水を湿った布で拭き取り、重量を記録します。これをW₄Nとします。
これらのデータから、石材の以下の特性値が得られます。