2019 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-scale poromechanics of structural concrete with the expansion of crystal or amorphous products
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18H01507
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 佑弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10726805)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コンクリート / ポロメカニクス / アルカリシリカ反応 / 膨張材 / 複合劣化 / 凍害 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は結晶/非結晶性物質の生成による膨張・応力が生じる鉄筋コンクリート構造物一般について，ひび割れ進展リスクと構造性能変化を評価する計算スキームを構築することを目的としている．当該年度は，まず，アルカリシリカ反応(ASR)について，骨材中の物質移動と反応を最新の機構理解に基づいて改めて定式化するとともに，生成物の時間依存の物性変化（化学組成変化と密度変化）を考慮可能なモデルを開発した．その結果，多様な材料条件・環境条件下での膨張推移を良好に再現可能なモデルとすること，骨材粒径によって膨張量が異なるというペシマム現象を考慮することに成功した．
また，前年度に実施したASR-凍害の複合劣化試験において得られた膨張進展挙動を，ポロメカニクスを基にしたモデルを用いて再現することに取り組んだ．ASR膨張・凍害膨張両者における空気泡の効果に着目してモデルを微修正することで，複合劣化環境での膨張進展を再現可能であることを明らかにした．
ポロメカニクスモデルを新たに膨張材挙動へ拡張した．石灰系/CSA系膨張材の化学反応挙動に基づいてエトリンガイトならびにCa(OH)2の反応生成物量をモデル化し，ポロメカニクスに導入して，生成物の指向性に関するパラメータを調整することで材令極初期の膨張材による膨張挙動を考慮できるモデルを作成し，解析システムへ実装した．
高水セメント比・低強度セメント材料の凍結融解試験を実施し，強度が低下しないまま弾性係数が低下していくという，マクロ損傷でもミクロ損傷でも表現が難しい事象があることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り，これまでにアルカリ骨材反応(ASR)に関する時間依存の化学組成と力学性能の経時変化挙動を実験的に明らかにし，その挙動を微視的機構に基づいてモデル化して解析システムに実装することに成功している．また，ASR-凍害の複合劣化試験を実施し，複合劣化環境下での膨張進展と力学性能の変化について明らかにするとともに，開発してきた解析システムを用いて特徴的な膨張進展を再現できることを示している．また，ポロメカニクスモデルを若材令の膨張材によるエトリンガイト生成に伴う膨張へも適用し，解析システムへ実装した．以上より，計画書に記した内容をおおむね遂行しており，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，まず膨張材を対象としたエトリンガイト生成モデルを応用して，コンクリート中の遅延エトリンガイト生成(DEF)による膨張劣化を考慮可能な計算モデルを開発する．初期の高温養生時のエトリンガイト生成とその後の溶解，さらにその後水中にコンクリートを没した際のDEFをそれぞれ化学反応式に基づいてモデル化し，初期温度条件が異なる場合のDEF挙動の違いを再現可能なモデルを開発する．
また，開発してきたモデルによって，構造コンクリートの力学性能を再現することが可能か検証する．鋼主桁上RC床版の長期アルカリ骨材反応(ASR)膨張挙動，ASR・膨張材による体積変化後の鉄筋コンクリートの疲労性能に関する既往の実験結果を用いて検証し，必要に応じて力学構成則の修正を実施する．
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