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福井 一真
大学院工学研究科 建築学専攻
助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(工学), 京都大学
■ 研究キーワード
  • 建築物理
  • 湿気
  • 凍害
■ 研究分野
  • 社会基盤(土木・建築・防災) / 建築環境、建築設備

研究活動情報

■ 受賞
  • 2024年03月 前田記念工学振興財団, 令和6年度山田一宇賞

  • 2023年06月 13th Nordic Symposium on Building Physics, Best Paper Award, Water uptake of porous building materials with extremely small air entrapment effects
    Kazuma Fukui, Satoru Takada

  • 2021年11月 日本建築学会環境工学委員会, 2021年度日本建築学会大会(東海)学術講演会 環境工学部門 若手優秀発表賞

  • 2018年08月 日本建築学会近畿支部, 平成30年度日本建築学会近畿支部研究発表会 優秀発表賞

  • 2018年07月 京都大学大学院工学研究科, 工学研究科馬詰研究奨励賞

  • 2017年08月 日本建築学会近畿支部, 平成29年度日本建築学会近畿支部研究発表会 優秀発表賞

  • 2016年11月 日本建築学会近畿支部 環境工学部会, 建築環境工学若手研究者研究発表・交流会 プレゼン賞

■ 論文
  • Lu Yuan, Satoru Takada, Kazuma Fukui
    2024年04月, Journal of Building Engineering
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Satoru Takada
    2024年03月, Journal of Building Physics
    [査読有り][招待有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Satoru Takada
    2024年03月, Cold Regions Science and Technology, 英語
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba
    Elsevier {BV}, 2024年01月, Cold Regions Science and Technology, 217, 104044 - 104044, 英語
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Satoru Takada
    Abstract When a porous material is near capillary saturation, entrapped air is expected to affect water transfer through the pores. Based on the results of water absorption tests at reduced air pressure, Janssen et al. (Energy Procedia, 2015) demonstrated that air entrapment prevents water absorption above capillary saturation. In this study, to understand the air entrapment effects on water transfer in the high-water-saturation region, we further examined the water transfer characteristics corresponding to extremely small air entrapment effects. First, using three common porous building materials, water uptake experiments were conducted at low air pressure near vacuum (several kilopascals), and the time evolution of the water absorption was measured. The results show that low air pressure accelerates water uptake by brick and aerated concrete specimens, whereas the water uptake by calcium silicate board specimens is not significantly affected. These differences among the materials are discussed from the viewpoint of the pore structure. Furthermore, the results of simultaneous water and air transfer calculations confirm that air entrapment and pressure development in the pores can significantly reduce the rate of water uptake and the water content that a material can reach after capillary absorption.
    2023年12月, Journal of Physics: Conference Series
    [査読有り]
    研究論文(国際会議プロシーディングス)

  • Kazuma Fukui, Satoru Takada
    Elsevier BV, 2023年07月, Journal of Building Engineering, 71, 106578 - 106578
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Lu Yuan, Satoru Takada, Yota Nagano, Kazuma Fukui
    Elsevier BV, 2023年05月, Journal of Building Engineering, 73, 106803 - 106803
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Chiemi Iba, Tomoko Uno, Koki Yamada, Kazuma Fukui, Daisuke Ogura
    2023年05月, Journal of Cultural Heritage
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Daisuke Ogura
    2023年04月, Journal of Building Physics
    [査読有り][招待有り]
    研究論文(学術雑誌)


  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Daisuke Ogura
    2023年02月, Journal of Building Physics
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Madoka Taniguchi, Kouichi Takahashi, Daisuke Ogura
    In this study, supercooling effects on the hygrothermal behavior of fired clay materials under various experimental conditions, such as water content, cooling rates, and size of specimens were investigated using experimental methods and hygrothermal simulations. We report results of the differential scanning calorimetry (DSC) and temperature distribution changes during a freeze-thaw (FT) experiment using unsaturated specimens. Also, we developed a numerical model of the freezing and thawing processes including the supercooling processes. The DSC results show the freezing of the supercooled water in a fired clay material is considerably faster than that in cement-based materials. It was also found that the dependency of the supercooling effects on the cooling rates seemed to be small. When the water saturation of a material decreases, the rate of the ice saturation increase during the freezing of the supercooled water is decreased while the freezing points of the supercooled water was not changed considerably. The comparison of the results of the FT experiment and hygrothermal simulations show that the combination of the existed hygrothermal model and a modified kinetic equation can reproduce the rapid temperature rise during the freezing of the supercooling water in the FT experiment. Finally, the size effects of specimens on the supercooling phenomenon was discussed based on the experimental and calculation results. The freezing points got higher when a specimen was larger. Due to differences in the ratio of the surface area to the volume, hygrothermal behavior in small specimens and relatively large specimens like that of the DSC and the FT experiment, respectively were markedly different. Water in a relatively large specimen with a small ratio of surface area to volume can achieve the thermodynamic equilibrium in a short period after the freezing starts.
    {SAGE} Publications, 2022年05月, Journal of Building Physics, 45(6) (6), 723 - 756, 英語
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Koki Yamada, Chiemi Iba, Tomoko Uno, Kazuma Fukui, Daisuke Ogura
    The former Koshien Hotel is an historic Japanese architectural structure, where two different tuffs called Nikkaseki and Tatsuyamaishi were used to build the exterior. Despite its cultural significance, the building's exterior is deteriorating in many ways, with water permeation being the main factor. In this study, the hygrothermal properties of both Nikkaseki and Tatsuyamaishi were measured in order to examine the correlation between deterioration mechanisms and the tuff characteristics in detail. The basic physical properties, pore size distribution, vapor permeability, hydraulic conductivity, and sorption isotherm were measured. The results of a comparison of two tuffs led us to hypothesize that the main reason behind Nikkaseki's deterioration is expansive freezing, while that of Tatsuyamaishi is caused by repeating dehydration or dry-wet cycles.
    2020年06月, E3S Web of Conferences, 172
    [査読有り]
    研究論文(国際会議プロシーディングス)

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Madoka Taniguchi, Kouichi Takahashi, Daisuke Ogura
    To investigate the supercooling phenomenon in fired clay materials, low-temperature differential scanning calorimetry (DSC) and a one-dimensional freeze-thaw (FT) experiment were performed on saturated specimens. The rate of increase in ice saturation during freezing was calculated from the DSC result. Rapid ice growth over a relatively narrow temperature range (within about 0.2 K) was observed at a cooling rate of 0.25 K/min. In the FT experiment, the temperature distribution of a specimen was measured with inserted thermocouples. According to the results of the FT experiment, a rapid temperature increase was observed at sub-zero temperatures accompanied by freezing of the supercooled water. When the supercooled water began to freeze, the released latent heat was found to strongly prevent the specimen temperature from dropping even during the cooling period. Finally, a hygrothermal model of freezing and thawing including a non-equilibrium supercooling process was developed. The freezing rate of the supercooled water was modelled based on the DSC result. The validity of the model was verified by comparing the results of the FT experiment and calculations. The model was found to be able to replicate the rapid temperature rise during the cooling period of the FT experiment.
    2020年06月, E3S Web of Conferences, 172
    [査読有り]
    研究論文(国際会議プロシーディングス)

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Madoka Taniguchi, Kouichi Takahashi, Daisuke Ogura
    Frost action is one of the main causes for deterioration of porous building materials under defined hygrothermal conditions. For an accurate assessment of the frost damage risk under various environmental conditions, thermal, moisture, and mechanical properties should be considered; the hygrothermal properties affect the distribution of temperature and amount of frozen water in the material, whereas the mechanical properties are necessary to predict deformation and damage. Moreover, the dependency of these properties on the moisture content should be understood. Therefore, in this study, thermal, moisture, and mechanical properties of wet and dry fired clay materials were measured. The fired clay materials were sintered at two different temperatures, 1000 °C and 1100 °C (samples T10 and T11, respectively) for comparison. The measured thermal and mechanical properties are considerably different in the wet state compared to the dry state. Freeze–thaw tests were conducted to investigate the relation between the material properties and the frost resistance under a simple experimental condition. As expected, based on the pore structure and obtained mechanical properties, T10 exhibited lower frost resistance than T11 in the freeze–thaw test. Finally, frost damage risk was assessed under various environmental conditions based on the obtained hygrothermal and mechanical properties.
    EDP Sciences, 2019年09月, MATEC Web of Conferences, 282, 02083 - 02083
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Shuichi Hokoi, Daisuke Ogura
    The effect of air pressure on moisture transfer inside porous building materials cannot be omitted in cases where air cannot escape through the surface of the materials; in such cases, air is compressed by the movement of moisture. In this study, we conducted water-absorption tests on a brick specimen. By comparing the result of the experiment on a specimen whose side surfaces were sealed with that of a specimen whose bottom surface was additionally sealed, it was demonstrated that the water-absorption was evidently delayed in the latter case, wherein air could not escape from the specimen except for the top surface, through which water was absorbed. We also developed a numerical model based on the equations for simultaneous air and moisture transfer. The calculated result is reasonably consistent with the experimental result, which supports the validity of the model that includes the change in air pressure in the material and air loss through the top surface as air bubbles. By using this model, the behavior of the air and water inside the specimen was investigated in detail.
    WILEY, 2018年10月, JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW, 1(4) (4), 538 - 547, 英語
    [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)

  • 福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
     The effect of air pressure on moisture transfer inside porous building materials cannot be ignored in cases where air cannot escape through the surfaces of the materials; in such cases, air is compressed by the movement of the moisture. Such a situation can be brought about by the sealing or surface-protecting materials that prevent water from penetrating into a surface, which is often seen in a typical water absorption test. However, in the field of architectural engineering, the effect of air pressure under wetting processes has not been sufficiently examined, and the validity of calculation models for the transfer of both air and moisture inside materials has not yet been verified. Therefore, this study investigates the behavior of water under the influence of air-pressure changes and develops a proper calculation model for it.
     First, we conducted two types of water absorption tests on bricks. In both of the tests, water infiltrated the specimens through their top surfaces, and the time profiles of the water content were measured using a gamma-ray attenuation method. While only the side surfaces of the specimen were impermeable to moisture and air in Case 1, the side and bottom surfaces were impermeable in Case 2. In Case 2, we expected the air pressure inside the specimen to increase, as the air inside it would not be able to escape through the bottom; this would result in the infiltration of the water being prevented. The results for Case 2 show that the moisture resistance of the specimen was seemingly greater than those obtained in Case 1. We also discovered that the amount of water that was absorbed during Case 2 was not significantly different from the amount absorbed during Case 1. Because air bubbles were observed to have escaped through the water on the top surface in Case 2, we determined that the air pressure inside the specimen returned to atmospheric pressure over time. Therefore, we expected the steady states of Cases 1 and 2 to be similar. It should be noted that the measured water content in Case 2 varied depending on the horizontal position of the measurements.
     Second, we developed a calculation model corresponding to the experiment that was based on the equation for the transfer of both air and liquid water. The calculation results show that the increase in the water content slowed significantly when the changes in the air pressure inside a material were considered. In addition, the calculated and measured water contents agreed well with one another and allowed us to verify the validity of our model. The analysis also showed that when air escapes from the material, the amount that escapes should be adequately considered by the calculation model. According to the results of both the experiments and the simulation, the infiltration process under the influence of the air pressure was as follows: At an early stage in the infiltration process, because the air pressure inside the material was not much higher than atmospheric pressure, water infiltration was not prevented significantly. However, this caused a rapid compression of the air inside the specimen, which resulted in high air pressure within it. This trend reduced the rate of the increase of the air pressure because further water infiltration was reduced by the high pressure. During the final stage of the infiltration, the air pressure began to decrease to atmospheric pressure and water content reached almost the same values as those in Case 1.
    日本建築学会, 2018年01月, 日本建築学会環境系論文集, (743) (743), 39 - 47, 日本語
    [査読有り]

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Shuichi Hokoi
    The application of penetrating water repellent sometimes accelerates degradation of building materials, especially when there are water sources inside such as ground water. A series of experiments using the gamma-ray attenuation method and numerical analysis corresponding to the experiments were performed to reveal the moisture behavior in building materials treated with silane water repellent and to develop a proper numerical model for the repellent layer. The experimental and calculation results show a large difference in water content between the repellent layer and the substrate, which may cause the abovementioned problems.
    2017年, Energy Procedia, 132, 735 - 740
    [査読有り]
    研究論文(国際会議プロシーディングス)

  • Chiemi Iba, Kazuma Fukui, Shuichi Hokoi
    Water-repellent agents are considered an effective measure of preventing moisture damage in building materials. However, data on the moisture transfer characteristics of repellent materials are insufficient. This study focused on the transfer of liquid water in a porous building material and quantitatively evaluated the applicability of a water-repellent consolidant as a protection agent via water infiltration experiments and numerical analysis. The experimental results could be reproduced by treating the water-repellent consolidant as having two layers with different water conductivities.
    2016年07月, AIP Conference Proceedings, 1752
    [査読有り]
    研究論文(国際会議プロシーディングス)

■ MISC
  • 多孔質建築材料による水蒸気吸着のメカニズムに関する基礎的研究
    岩本智, 福井一真, 高田暁
    2023年, 日本建築学会大会学術講演梗概集

  • 凍結融解が高含水率状態の多孔質建築材料内の水分の分布におよぼす影響
    福井一真,高田暁
    2023年, 日本建築学会大会学術講演梗概集

  • 多孔質建築材料による水蒸気吸着のメカニズムに関する基礎的研究
    岩本智, 福井一真, 高田暁
    2023年, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系

  • 凍結融解が高含水率状態の多孔質建築材料内の水分の分布におよぼす影響
    福井一真, 高田暁
    2023年, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系

  • 凍結融解過程における組積造壁体内の熱水分移動に及ぼすモルタル層の影響に関する基礎的検討
    山中 克, 福井 一真, 高田 暁
    2022年07月, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集, 2022, 1243 - 44

  • 静電容量を利用した建築材料の含水率の経時変化の測定と凍結した材料への適用可能性
    福井 一真, 高田 暁
    2022年07月, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集, 2022, 1245 - 1246

  • 静電容量を利用した建築材料の含水率の経時変化の測定と凍結した材料への適用可能性
    福井 一真, 高田 暁
    2022年06月, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 62, 57 - 60

  • 凍結融解過程における組積造壁体内の熱水分移動に及ぼすモルタル層の影響に関する基礎的検討
    山中 克, 福井 一真, 高田 暁
    2022年06月, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 62, 61 - 64

  • 様々な環境条件における多孔質建築材料内の水分の過冷却解消温度の予測 過冷却解消温度と実験条件の関係についての理論的検討
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 谷口 円, 高橋 光一, 小椋 大輔
    2021年06月, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 61, 117 - 120

  • 凍結融解過程の焼成材料の変形の異方性 熱水分・力学連成解析における物性値の異方性の考慮
    福井一真, 伊庭千恵美, 小椋大輔
    2021年, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2021

  • 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その4 凝灰岩の液相水分伝導率の同定
    倉橋哲, 伊庭千恵美, 山田皓貴, 宇野朋子, 福井一真, 小椋大輔
    2021年, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2021

  • 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その5 凝灰岩内部の熱水分移動の検討
    山田皓貴, 伊庭千恵美, 宇野朋子, 福井一真, 倉橋哲, 小椋大輔
    2021年, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2021

  • 旧甲子園ホテルの凝灰岩外装材の熱水分物性値の測定と平衡含水率の測定方法に関する検討
    山田 皓貴, 伊庭 千恵美, 宇野 朋子, 福井 一真, 小椋 大輔
    2020年06月, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 60, 305 - 308

  • 凍結融解による材料変形と温度条件および含水率の関係の検討 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 その3
    伊庭千恵美, 福井一真, 谷口円, 高橋光一, 小椋大輔
    2020年, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2020

  • 凝灰岩の熱伝導率と平衡含水率の測定 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その3
    山田皓貴, 伊庭千恵美, 宇野朋子, 福井一真, 小椋大輔
    2020年, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2020

  • 水で飽和した焼成材料内の過冷却を考慮した熱水分同時移動モデル
    福井一真, 伊庭千恵美, 谷口円, 高橋光一, 小椋大輔
    2020年, 日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2020

  • 甲子園会館に用いられる凝灰岩外装材の保存に関する研究-現地環境条件調査と物性値測定による劣化メカニズムの検討-
    山田皓貴, 伊庭千恵美, 宇野朋子, 福井一真, 小椋大輔
    2020年, 日本文化財科学会大会研究発表要旨集, 37th

  • 41011 4種類の材料の凍結融解過程のエネルギー変化と変形挙動 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 その2
    伊庭 千恵美, 福井 一真, 谷口 円, 高橋 光一, 小椋 大輔
    日本建築学会, 2019年07月20日, 環境工学II, (2019) (2019), 21 - 22, 日本語

  • 41033 外装材に使用される凝灰岩の熱水分物性値 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その2
    山田 皓貴, 伊庭 千恵美, 宇野 朋子, 福井 一真, 小椋 大輔
    日本建築学会, 2019年07月20日, 環境工学II, (2019) (2019), 65 - 66, 日本語

  • 旧甲子園ホテルの凝灰岩外装材の劣化に環境条件と熱水分物性値が及ぼす影響の検討
    山田 皓貴, 伊庭 千恵美, 宇野 朋子, 福井 一真, 小椋 大輔
    2019年06月, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 59, 209 - 212

  • 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 4種類の材料の凍結融解過程のエネルギー変化と変形挙動
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 谷口 円, 高橋 光一, 小椋 大輔
    2019年06月, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 59, 233 - 236

  • 41060 多孔質建築材料内の空気圧が水分移動に与える影響の検討 ピンホールの形状と吸水速度の関係
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    日本建築学会, 2018年07月20日, 環境工学II, (2018) (2018), 119 - 120, 日本語

  • 41063 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 その1 試料の特性とDSC測定条件の検討
    伊庭 千恵美, 福井 一真, 谷口 円
    日本建築学会, 2018年07月20日, 環境工学II, (2018) (2018), 125 - 126, 日本語

  • 多孔質建築材料内の空気圧が水分移動に与える影響の検討 ピンホールを設けた試験体の吸水実験と空気・水分同時移動解析
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    日本建築学会, 2018年06月23日, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, (58) (58), 141 - 144, 日本語

  • Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Shuichi Hokoi, Daisuke Ogura
    International Association of Building Physics (IABP), 2018年, Healthy, Intelligent and Resilient Buildings and Urban Environments
    [査読有り]

  • 41073 表面含浸材が多孔質建築材料内の空気圧および水分移動に与える影響の検討 空気圧を考慮した水分移動の解析
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    日本建築学会, 2017年07月20日, 環境工学II, (2017) (2017), 175 - 176, 日本語

  • 表面含浸材が多孔質建築材料内の空気圧および水分移動に与える影響の検討
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    日本建築学会, 2017年06月24日, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, (57) (57), 17 - 20, 日本語

  • 防水・撥水剤が建築材料内の水分移動・蓄積に与える影響(その1) 浸透系撥水剤の液相水分伝導率
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 吉岡 瑞穂, 鉾井 修一
    日本建築学会, 2016年08月24日, 環境工学II, (2016) (2016), 503 - 504, 日本語

  • 防水・撥水剤が建築材料内の水分移動・蓄積に与える影響 (その1)-浸透系撥水剤の液相水分伝導率-
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 吉岡 瑞穂, 鉾井 修一
    日本建築学会, 2016年06月25日, 日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, (56) (56), 165 - 168, 日本語

  • 屋外文化財への適用を目的とした撥水剤処理された建築材料の曝露試験
    福井一真, 伊庭千恵美, 吉岡瑞穂, 鉾井修一
    2016年, 日本文化財科学会大会研究発表要旨集, 33rd

■ 講演・口頭発表等
  • 凍結融解が高含水率状態の多孔質建築材料内の水分の分布におよぼす影響
    福井一真, 高田暁
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2023年

  • 多孔質建築材料による水蒸気吸着のメカニズムに関する基礎的研究
    岩本智, 福井一真, 高田暁
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2023年

  • 凍結融解が高含水率状態の多孔質建築材料内の水分の分布におよぼす影響
    福井一真,高田暁
    日本建築学会大会学術講演梗概集, 2023年

  • 多孔質建築材料による水蒸気吸着のメカニズムに関する基礎的研究
    岩本智, 福井一真, 高田暁
    日本建築学会大会学術講演梗概集, 2023年

  • 静電容量を利用した建築材料の含水率の経時変化の測定と凍結した材料への適用可能性
    福井 一真, 高田 暁
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集, 2022年07月

  • 凍結融解過程における組積造壁体内の熱水分移動に及ぼすモルタル層の影響に関する基礎的検討
    山中 克, 福井 一真, 高田 暁
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集, 2022年07月

  • 凍結融解過程における組積造壁体内の熱水分移動に及ぼすモルタル層の影響に関する基礎的検討
    山中 克, 福井 一真, 高田 暁
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2022年06月

  • 静電容量を利用した建築材料の含水率の経時変化の測定と凍結した材料への適用可能性
    福井 一真, 高田 暁
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2022年06月

  • Effects of anisotropy of properties of fired clay materials on strain evolution and results of coupled hygrothermal and mechanical simulations during freezing and thawing
    Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Daisuke Ogura
    8th International Building Physics Conference, 2021年, 英語
    口頭発表(一般)

  • 様々な環境条件における多孔質建築材料内の水分の過冷却解消温度の予測 過冷却解消温度と実験条件の関係についての理論的検討
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 谷口 円, 高橋 光一, 小椋 大輔
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2021年06月

  • 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その5 凝灰岩内部の熱水分移動の検討
    山田皓貴, 伊庭千恵美, 宇野朋子, 福井一真, 倉橋哲, 小椋大輔
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2021年

  • 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その4 凝灰岩の液相水分伝導率の同定
    倉橋哲, 伊庭千恵美, 山田皓貴, 宇野朋子, 福井一真, 小椋大輔
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2021年

  • 凍結融解過程の焼成材料の変形の異方性 熱水分・力学連成解析における物性値の異方性の考慮
    福井一真, 伊庭千恵美, 小椋大輔
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2021年

  • 旧甲子園ホテルの凝灰岩外装材の熱水分物性値の測定と平衡含水率の測定方法に関する検討
    山田 皓貴, 伊庭 千恵美, 宇野 朋子, 福井 一真, 小椋 大輔
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2020年06月

  • 甲子園会館に用いられる凝灰岩外装材の保存に関する研究-現地環境条件調査と物性値測定による劣化メカニズムの検討-
    山田皓貴, 伊庭千恵美, 宇野朋子, 福井一真, 小椋大輔
    日本文化財科学会大会研究発表要旨集, 2020年

  • 水で飽和した焼成材料内の過冷却を考慮した熱水分同時移動モデル
    福井一真, 伊庭千恵美, 谷口円, 高橋光一, 小椋大輔
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2020年

  • 凝灰岩の熱伝導率と平衡含水率の測定 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その3
    山田皓貴, 伊庭千恵美, 宇野朋子, 福井一真, 小椋大輔
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2020年

  • 凍結融解による材料変形と温度条件および含水率の関係の検討 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 その3
    伊庭千恵美, 福井一真, 谷口円, 高橋光一, 小椋大輔
    日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集(CD-ROM), 2020年

  • Investigation on the Deterioration Mechanism of Tuff Stones Used for the Exteriors at the Former Koshien Hotel
    Koki Yamada, Chiemi Iba, Tomoko Uno, Kazuma Fukui, Daisuke Ogura
    12TH NORDIC SYMPOSIUM ON BUILDING PHYSICS (NSB 2020), 2020年, 英語, E D P SCIENCES, The former Koshien Hotel is an historic Japanese architectural structure, where two different tuffs called Nikkaseki and Tatsuyamaishi were used to build the exterior. Despite its cultural significance, the building's exterior is deteriorating in many ways, with water permeation being the main factor. In this study, the hygrothermal properties of both Nikkaseki and Tatsuyamaishi were measured in order to examine the correlation between deterioration mechanisms and the tuff characteristics in detail. The basic physical properties, pore size distribution, vapor permeability, hydraulic conductivity, and sorption isotherm were measured. The results of a comparison of two tuffs led us to hypothesize that the main reason behind Nikkaseki's deterioration is expansive freezing, while that of Tatsuyamaishi is caused by repeating dehydration or dry-wet cycles.

  • Experimental investigation and hygrothermal modelling of freeze-thaw process of saturated fired clay materials including supercooling phenomenon
    Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Madoka Taniguchi, Kouichi Takahashi, Daisuke Ogura
    12TH NORDIC SYMPOSIUM ON BUILDING PHYSICS (NSB 2020), 2020年, 英語, E D P SCIENCES, To investigate the supercooling phenomenon in fired clay materials, low-temperature differential scanning calorimetry (DSC) and a one-dimensional freeze-thaw (FT) experiment were performed on saturated specimens. The rate of increase in ice saturation during freezing was calculated from the DSC result. Rapid ice growth over a relatively narrow temperature range (within about 0.2 K) was observed at a cooling rate of 0.25 K/min In the FT experiment, the temperature distribution of a specimen was measured with inserted thermocouples. According to the results of the FT experiment, a rapid temperature increase was observed at sub-zero temperatures accompanied by freezing of the supercooled water. When the supercooled water began to freeze, the released latent heat was found to strongly prevent the specimen temperature from dropping even during the cooling period. Finally, a hygrothermal model of freezing and thawing including a non-equilibrium supercooling process was developed. The freezing rate of the supercooled water was modelled based on the DSC result. The validity of the model was verified by comparing the results of the FT experiment and calculations. The model was found to be able to replicate the rapid temperature rise during the cooling period of the FT experiment.

  • 41033 外装材に使用される凝灰岩の熱水分物性値 旧甲子園ホテルの外装材保存に関する研究 その2
    山田 皓貴, 伊庭 千恵美, 宇野 朋子, 福井 一真, 小椋 大輔
    環境工学II, 2019年07月, 日本語, 日本建築学会

  • 41011 4種類の材料の凍結融解過程のエネルギー変化と変形挙動 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 その2
    伊庭 千恵美, 福井 一真, 谷口 円, 高橋 光一, 小椋 大輔
    環境工学II, 2019年07月, 日本語, 日本建築学会

  • 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 4種類の材料の凍結融解過程のエネルギー変化と変形挙動
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 谷口 円, 高橋 光一, 小椋 大輔
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2019年06月

  • 旧甲子園ホテルの凝灰岩外装材の劣化に環境条件と熱水分物性値が及ぼす影響の検討
    山田 皓貴, 伊庭 千恵美, 宇野 朋子, 福井 一真, 小椋 大輔
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2019年06月

  • Investigation of thermal, moisture, and mechanical properties of wet and dry fired clay materials to assess frost damage risk
    Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Madoka Taniguchi, Kouichi Takahashi, Daisuke Ogura
    4TH CENTRAL EUROPEAN SYMPOSIUM ON BUILDING PHYSICS (CESBP 2019), 2019年, 英語, E D P SCIENCES, Frost action is one of the main causes for deterioration of porous building materials under defined hygrothermal conditions. For an accurate assessment of the frost damage risk under various environmental conditions, thermal, moisture, and mechanical properties should be considered; the hygrothermal properties affect the distribution of temperature and amount of frozen water in the material, whereas the mechanical properties are necessary to predict deformation and damage. Moreover, the dependency of these properties on the moisture content should be understood. Therefore, in this study, thermal, moisture, and mechanical properties of wet and dry fired clay materials were measured. The fired clay materials were sintered at two different temperatures, 1000 degrees C and 1100 degrees C (samples T10 and T11, respectively) for comparison. The measured thermal and mechanical properties are considerably different in the wet state compared to the dry state. Freeze-thaw tests were conducted to investigate the relation between the material properties and the frost resistance under a simple experimental condition. As expected, based on the pore structure and obtained mechanical properties, T10 exhibited lower frost resistance than T11 in the freeze-thaw test. Finally, frost damage risk was assessed under various environmental conditions based on the obtained hygrothermal and mechanical properties.

  • 41063 熱力学的アプローチによる多孔質材料の凍害機構の検討 その1 試料の特性とDSC測定条件の検討
    伊庭 千恵美, 福井 一真, 谷口 円
    環境工学II, 2018年07月, 日本語, 日本建築学会

  • 41060 多孔質建築材料内の空気圧が水分移動に与える影響の検討 ピンホールの形状と吸水速度の関係
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    環境工学II, 2018年07月, 日本語, 日本建築学会

  • 多孔質建築材料内の空気圧が水分移動に与える影響の検討 ピンホールを設けた試験体の吸水実験と空気・水分同時移動解析
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2018年06月, 日本語, 日本建築学会

  • Effect of Air Pressure on Moisture Transfer inside Porous Building Materials Three-dimensional Behavior of Moisture and Air
    Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Shuichi Hokoi, Daisuke Ogura
    Healthy, Intelligent and Resilient Buildings and Urban Environments, 2018年, International Association of Building Physics (IABP)

  • 41073 表面含浸材が多孔質建築材料内の空気圧および水分移動に与える影響の検討 空気圧を考慮した水分移動の解析
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    環境工学II, 2017年07月, 日本語, 日本建築学会

  • 表面含浸材が多孔質建築材料内の空気圧および水分移動に与える影響の検討
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 鉾井 修一, 小椋 大輔
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2017年06月, 日本語, 日本建築学会

  • Moisture behavior inside building materials treated with silane water repellent
    Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Shuichi Hokoi
    11TH NORDIC SYMPOSIUM ON BUILDING PHYSICS (NSB2017), 2017年, 英語, ELSEVIER SCIENCE BV, The application of penetrating water repellent sometimes accelerates degradation of building materials, especially when there are water sources inside such as ground water. A series of experiments using the gamma-ray attenuation method and numerical analysis corresponding to the experiments were performed to reveal the moisture behavior in building materials treated with silane water repellent and to develop a proper numerical model for the repellent layer. The experimental and calculation results show a large difference in water content between the repellent layer and the substrate, which may cause the abovementioned problems. (c) 2017 The Authors. Published by Elsevier Ltd.

  • 防水・撥水剤が建築材料内の水分移動・蓄積に与える影響(その1) 浸透系撥水剤の液相水分伝導率
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 吉岡 瑞穂, 鉾井 修一
    環境工学II, 2016年08月, 日本語, 日本建築学会

  • 防水・撥水剤が建築材料内の水分移動・蓄積に与える影響 (その1)-浸透系撥水剤の液相水分伝導率-
    福井 一真, 伊庭 千恵美, 吉岡 瑞穂, 鉾井 修一
    日本建築学会近畿支部研究報告集. 環境系, 2016年06月, 日本語, 日本建築学会

  • 屋外文化財への適用を目的とした撥水剤処理された建築材料の曝露試験
    福井一真, 伊庭千恵美, 吉岡瑞穂, 鉾井修一
    日本文化財科学会大会研究発表要旨集, 2016年

  • Moisture Characteristics of Water-repellent Consolidants and their Applicability to Existing Buildings
    Chiemi Iba, Kazuma Fukui, Shuichi Hokoi
    THERMOPHYSICS 2016: 21ST INTERNATIONAL MEETING, 2016年, 英語, AMER INST PHYSICS, Water-repellent agents are considered an effective measure of preventing moisture damage in building materials. However, data on the moisture transfer characteristics of repellent materials are insufficient. This study focused on the transfer of liquid water in a porous building material and quantitatively evaluated the applicability of a water-repellent consolidant as a protection agent via water infiltration experiments and numerical analysis. The experimental results could be reproduced by treating the water-repellent consolidant as having two layers with different water conductivities.

■ 所属学協会
  • 日本建築学会
    2016年04月 - 現在

■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 水蒸気の吸着過程に着目した建築材料の湿気物性値測定法の高効率化とモデル検証
    高田 暁, 福井 一真
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 神戸大学, 2023年04月01日 - 2027年03月31日

  • 熱水分応力特性と微環境を考慮した凝灰岩外装材の劣化予測
    宇野 朋子, 伊庭 千恵美, 福井 一真
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 武庫川女子大学, 2023年04月01日 - 2026年03月31日

  • 建築物の凍害リスク評価のための超高含水率領域における熱水分移動現象のモデル化
    福井 一真
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究, 若手研究, 神戸大学, 2023年04月01日 - 2026年03月31日

  • 熱水分移動と応力・ひずみ変化の連成解析による組積造建築の凍害メカニズムの検討
    福井 一真
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援, 研究活動スタート支援, 神戸大学, 2021年08月30日 - 2023年03月31日
    2021年度には組積造の壁体を構成するレンガの機械物性の測定を行い、その異方性と不均一性を把握した。さらに、凍結融解過程のレンガのひずみ測定を行い、2022年度に行う予定の凍結融解条件下にある組積造壁体を対象とした熱水分移動・応力・ひずみ変化の連成解析に向け、機械物性とporoelastic parameters、変形の異方性の関係についての理論的検討を行っている。 また、組積造壁体を対象とした一次元の熱水分同時移動モデルを作成し、気象条件の日変動を考慮した壁体内の温度・液相含水率・含氷率の数値計算を行った。これにより、2022年度に行う予定の応力・ひずみ変化を考慮した検討に先立ち、レンガとは著しく物性値が異なるモルタル層が壁体の吸水・凍結過程に及ぼす影響の検討を行った。 モルタルは熱物性はレンガと比較的近いものの、高含水率域における水分伝導率が著しく小さいという特徴がある。壁体の凍結過程ではより低温になりやすい外気側表面の水分の化学ポテンシャルが低下し、壁体内部から水分が流入する。解析結果より、モルタル層が存在することでこのような凍結過程の壁体内の水分移動が妨げられ、壁体の外気側表面での凍結が抑制される一方、壁体のより深い位置まで凍結が進行する可能性があることを示した。 組積造壁体を対象とした検討では数値解析モデルが複雑になることを避けるために均質な物性値を用いて解析を行うことがあるが、本研究において構成材料の物性値の違いの影響を定量的に示したことは意義が大きいと考えている。

  • 過冷却とエネルギー授受を考慮した建築材料の凍結破壊の動的メカニズムの検討
    伊庭 千恵美, 谷口 円, 高橋 光一
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 基盤研究(C), 京都大学, 2020年04月01日 - 2023年03月31日
    多孔質建築材料内の水分が凍結・融解を繰り返すことで割れや剥離を生じる「凍害」に関し、本研究では過冷却という現象に着目し、凍結・融解過程の材料変形および破壊に至るプロセスを検討する。 2021年度は、新しい示差走査熱流計(DSC)を導入し、まず前年度と同条件・同種の試料を用いて凍結・融解にともなう放熱・吸熱の測定を行い、再現性を確認した。従来の装置は液体窒素を用いて冷却を行っていたが、新しい装置は電子冷却によるため、安定した測定を繰り返し行うことが可能となった。結果として、前年度の実験結果を精度よく再現できた。さらに、DSCを用いて凍結によるより大きな放熱量のデータを得るため、測定時の試料から水分が蒸発することを抑制するためワセリン等を用いた方法を試したが、違いは見られなかった。 DSCで凍結・融解過程を経た試料に、実際にひび割れ等の破壊が生じているかどうかを確認するため、高精度のX線CT装置を用いて3次元画像を得た。凍結融解による明確なひび割れかどうかの判断が困難であったが、試料の作成方法について方針を立てることができた。

  • 建築物の凍結融解による劣化の予測モデルの構築と抑制方法の提案
    福井 一真
    日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 特別研究員奨励費, 京都大学, 2019年04月 - 2021年03月, 研究代表者
    建築材料の凍害は、材料内の水分が凍結と融解を繰り返すことで表面の剥離や亀裂、壁体の剥落などを引き起こす現象である。本研究では、実環境下にある建築部材に適用可能な凍結融解過程の材料の力学挙動の予測モデルを構築することで凍害のリスクを定量化し、その抑制方法を提案することを目的としている。当該年度には、(1)建築材料の凍結による破壊のメカニズムの検討と、(2)過冷却を考慮した建築材料内の熱水分移動の解析モデルの構築を行った。 まず、(1)について、熱分析手法である示差走査熱量測定(DSC)および熱機械分析(TMA)と、凍結融解実験を様々な建築材料を用いて行い、凍結融解過程のエネルギー変化とひずみ変化、凍結融解実験における破壊性状の比較を行った。DSCとTMAでは、すべての材料で内部の水分が過冷却を起こし、凍結時に急激な潜熱の放出と膨張が起こったことから、過冷却水の急速な凍結が材料の損傷に影響を与えている可能性が示唆された。 次に、(2)について、過冷却解消時の凍結は熱力学的平衡状態における凝固点での凍結よりはるかに速いため、熱水分移動モデルの構築のために過冷却解消時の相変化の速度を明らかにする必要があった。そこで、DSCを様々な温度・水分条件下で行い、過冷却解消時の材料内の含氷率の増加速度と温度・水分条件との対応を検討し、凍結速度のモデルを作成した。また、熱電対により凍結融解過程の材料内の温度分布を詳細に測定した。凍結速度モデルを用いて過冷却を考慮した熱水分移動解析モデルを構築し、凍結融解実験に対応する数値解析を行うことで、モデルの妥当性を検証した。その結果から、構築した熱水分移動モデルは過冷却解消過程の材料内の温度上昇を非常によく再現できることを示した。

研究シーズ

■ 研究シーズ
  • 凍結融解作用による建築材料の劣化機構とその抑制方法
    シーズカテゴリ:社会基盤(土木・建築・防災)
    研究キーワード:凍害, 焼成材料, 熱水分移動, 変形, 表面処理
    研究の背景と目的:建築材料の凍害は材料内の水分が凍結と融解を繰り返すことで表面の剥離や亀裂、壁体の剥落などを引き起こす現象であり、建築物の長寿命化や文化財建築の保存などの観点から対策が必要な問題です。特に、近年では欧州においてレンガ造建築の凍害リスク評価への関心が高まっています。そこで、特にこのような焼成材料に着目し、凍害のメカニズムやその抑制方法の検討を行っています。
    研究内容:実際の建築物の凍害のメカニズムや抑制方法の検討を行うには、材料の耐凍害性の評価だけでなく、劣化に至るまでの材料内の熱と水分の移動や相変化、応力・ひずみの変化のプロセスを明らかにすることが重要と考えられます。そこで、熱分析や凍結融解過程の材料の温度・ひずみ測定といった実験的手法と、材料内の熱水分移動理論や連続体力学に基づく数値解析を駆使し、このようなプロセスについて検討を行っています。
    期待される効果や応用分野:経験的に知られている材料の耐久性と細孔構造や吸水特性、気象条件との関係を、解析により得られる材料内の水分の圧力変化や材料の応力・ひずみ変化といった定量的な指標から解明することにより、地域ごとの気候特性を考慮した劣化リスクの予測や劣化抑制に効果的な材料特性や仕上げ方法の提案に貢献します。また、将来的には歴史的建造物の劣化対策への応用も期待できます。
          
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