曲げ応力場における構造体コンクリートの耐久性評価および劣化予測システムへの展開

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06663
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 権代 由範 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (00553520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 智己 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (10552458) ; 月永 洋一 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (60124898)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: コンクリート / 応力場 / 曲げ / 応力強度比 / 耐久性 / 耐凍害性 / スケーリング / 劣化進行速度

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、コンクリートに作用する応力と耐久性との直接的な関係を実験的に検証し、各部材に作用する応力レベルの違いが劣化の進行に及ぼす影響を評価することを目的とする。本研究課題では、特に、コンクリートに常時作用する曲げ応力を室内試験において再現し、曲げ応力レベルの違いが各種劣化の進行速度に及ぼす影響を定量化する。
今年度は、昨年度に実施した実験において問題点が見つかり、改良の必要性が生じた応力導入システムについて改めて問題点の抽出と改良方法の検討を行い、改良型応力導入システムを製作した。試作型システムは、平面保持の仮定に基づいて曲げ応力場（引張）を再現するものであったが、改良型では強制的に引張力を加えることで曲げ応力場を再現する方法を試みた。これにより、不安定であった導入応力の制御が安定し、システム自体の緩みによる応力の減衰等も解消できた。応力導入システムの改良後は、曲げ応力作用下における各種耐久性試験を実施した。その結果、応力を導入した供試体については、応力強度比の増加に伴い、劣化が促進される様相を確認することができた。その一方で、比較対象とした無載荷の供試体が応力を導入したものと比較して劣化の進行が速いことが明らかとなった。そこで、これらの現象のメカニズムを検討するために複数回の再現実験を試みたところ、一部の実験値や影響因子との相関で再現性が得られず、現時点ではメカニズムの解明には至っていない。また、上記の実験と並行して、繰り返し曲げ載荷を与えたコンクリートの劣化挙動についても検討を行った。残留ひずみをほぼ生じないレベルの曲げ応力を繰り返し与えた供試体を対象に凍結融解試験を実施した。その結果、繰り返し回数と劣化速度の間に相関性は認められず、本実験の範囲における劣化の進行は、繰り返し載荷により生じる局所的な表層組織の変化に起因する可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

申請当初の研究計画に従い、構造体コンクリートの応力解析、各種システムの検討および各種耐久性試験を進めてきた。今年度はこれまでの実験の遅れを解消し、促進中性化試験（JIS A 1152・JIS A 1153）、透過性試験（Torrent Permeability Test）、超音波伝播速度試験（NDIS-2416）および耐凍害性試験（RILEM CDF）などの各種耐久性(マクロ的物性値)の評価、分析、検討を終え、応力場におけるミクロ的組織構造(気泡組織・細孔構造)の変質に関する検討を進めることで、応力場における劣化進行メカニズムを検証する予定であった。しかし、前述したように各種耐久性試験の再現実験において、各種実験値や実験値と影響因子の相関などで再現性が得られず、本格的な劣化メカニズムの検証フェーズに移行できていない。研究期間の延長申請が認められた次年度は、コンクリートの応力導入による組織的変化の検討を通して、曲げ応力場における劣化メカニズムの解明にあたる。以上より、進捗状況の総合的な評価としては「遅れている」と判断せざるを得ない。

Strategy for Future Research Activity

当初研究計画および実験方法等の評価と見直しを行うことを基本として、遅延のないよう研究を遂行してきた。しかし、昨年度に生じた試作型応力導入システムの不具合や、今年度の再現実験の問題により、当初計画通りに研究を遂行できない状況が続いた。既に、応力導入システムの問題は解消されているものの、各種実験値の再現性については、更に実験方法の評価と見直しを行い、再現実験を重ねていく必要がある。試験期間の延長申請が認められた次年度は、最優先で再現実験とその検証に努め、早い段階で曲げ応力作用下における劣化進行メカニズムの解明に向けた実験に着手する。これらを実現するためには相当数の実験を短期間で実施する必要が生じるが、試験体の作製や実験の実施においては研究協力者が所属する機関での分担を依頼するとともに、関連研究機関の設備の借用や実験補助者の雇用についても改めて検討する。具体的な実験内容としては、調合を変化させて作製したコンクリート供試体を対象に，応力強度比を実験パラメータとした中性化試験、透過性試験、耐凍害性試験の再現実験を行う。各種実験において再現性が確認された後、応力場におけるミクロ的組織構造の変化に関する検討に着手し、曲げ応力場における劣化メカニズムの解明にあたる。

Causes of Carryover

今年度は、各種耐久性評価（マクロ的評価）およびその再現実験を終了し、劣化進行メカニズムの解明に向けたミクロ的な組織評価の段階に移行する予定であった。しかし、各種耐久性評価の再現実験において再現性が得られないという問題が生じ、ミクロ的組織評価の段階に移行できなかった。次年度使用が生じた経費は、本来このミクロ的組織評価における各種実験に必要な材料費や加工費、その他消耗品費に充てられるはずであった経費である。加えて、再現可能で信頼性のあるデータの取得に至っていないという背景から、研究成果の発表にかかる旅費や各種データ整理にかかる謝金を支出していないという点も未使用経費の発生の一因となっている。
当該年度で未使用となった経費については、当初予定通り、劣化進行メカニズムの解明に向けたミクロ的組織評価における各種実験の材料費や加工費、消耗品費に充当する。また、各種実験を並行して実施する必要があるため、関係研究機関への実験依頼や設備借用費、謝金として経費を支出することとなる。さらに、最終年度である次年度は、研究成果の発表にかかる旅費の支出が生じる。