2018 Fiscal Year Annual Research Report

Fracture progress mechanism of concrete under high water pressure considering water movement in microstructure

Research Project

Project/Area Number	18H01508
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	岩波光保東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (90359232)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	千々和伸浩東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (80546242)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	コンクリート / 高水圧 / 破壊進展メカニズム / 微細空隙 / 海洋開発
Outline of Annual Research Achievements	本研究における検討は、①高水圧載荷装置を用いた実験的検討、②FEMに基づく解析的検討の2つから構成される。2018年度の研究実績は、それぞれ次のとおりである。 ①高水圧載荷装置を用いた実験的検討 2018年度は、既存の高水圧載荷装置を用いた実験で得られた知見を活用して、既存の装置よりも、幅広いバリエーションの実験が効率的に行えるようにするため、新規に、高水圧載荷装置を製作した。この装置の仕様としては、最大水圧が50MPaで、昇圧速度、圧力保持時間、降圧速度を自動で、かつ繰り返し制御することが可能であり、圧力容器内には、コンクリート実験で一般的に使用される直径100mm、高さ200mmの円柱供試体を収納することができ、供試体に設置するセンサ類のケーブルを圧力容器外に排出できるように工夫されている。新規に製作した高水圧載荷装置を用いて、異なる特性を有するセメント硬化体（セメントペースト、モルタル、コンクリート）供試体の水圧載荷実験を行った。その結果、セメントペーストとモルタル・コンクリートでは、水圧載荷後の破壊性状に違いが見られた。また、水セメント比と材齢によっても、破壊性状が異なったことから、供試体中への水の浸透・移動が破壊性状に影響を及ぼしていることが推察された。 ②FEMに基づく解析的検討本検討では、既往の有限要素解析手法をベースとして、コンクリート中の微細空隙への水の侵入・移動を正確に考慮できるように改良を行い、①の実験結果を再現できるような解析手法を構築することを目指している。2018年度は、コンクリート中の微細空隙中への水の侵入と移動を精緻に表現できるモデルの検討を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 高水圧載荷装置を用いた実験的検討については、新規に製作した高水圧載荷装置を用いて、異なる特性を有するセメント硬化体供試体の水圧載荷実験を行い、セメントペーストとモルタル・コンクリートの破壊性状に違いがあることを見出し、その原因が供試体中への水の浸透・移動挙動であることを突き止めた。また、新規にこのような水圧載荷実験を可能とする装置を製作できたこと、この装置を使用した実験手法を概ね確立できたことは、研究初年度の進捗状況としては、概ね順調に進展していると判断している。一方、FEMに基づく解析的検討については、水圧載荷実験の結果を再現できるような解析手法を構築するための第一段階として、コンクリート中の微細空隙中への水の侵入と移動を精緻に表現できるモデルの検討に取り組んだ。モデルの完成までには至っていないものの、これまで扱ったことのないコンクリートへの高水圧載荷という困難な課題に挑戦していることを考えれば、研究初年度の進捗状況としては、概ね順調に進展していると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	高水圧載荷装置を用いた実験的検討ついては、新規に製作した高水圧載荷装置を用いた実験を引き続き継続する。実験実施のノウハウについては、研究初年度に習得したので、今後はより効率的に数多くの実験を実施する。具体的には、水圧の大きさ、水圧の上昇・下降速度および保持時間、水圧載荷の繰返し、供試体の微細空隙量、供試体の含水状態、供試体中のひび割れ・空洞の有無などを変化させた実験を行うとともに、水圧作用による水の浸透・移動を制御するため、供試体に表面塗布剤の塗布した実験についても実施する。一方、FEMに基づく解析的検討については、コンクリート中の微細空隙中への水の侵入と移動を表現できるモデルの精緻化に取り組むとともに、コンクリート中の微細空隙やひび割れの存在とその含水状態を考慮した解析についても実施できるようなモデル化を試みる。これにより、水圧作用により水がコンクリート中に侵入・移動して、最終的な破壊に至るメカニズムを明らかにする。