2019 Fiscal Year Research-status Report
遅延エトリンガイト生成によるコンクリートのひび割れメカニズムと構造性能の関連評価
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18K04299
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松本 浩嗣 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10573660)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コンクリート / 遅延エトリンガイト生成 / 構造性能 / 発生メカニズム / 構造実験 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は、主に遅延エトリンガイト生成(DEF)後のコンクリートの力学特性と損傷メカニズムを検討した。2018年度までに開発した数値解析モデルを用いて、膨張ひずみや膨張ひずみの発生領域をパラメータとした解析シリーズを実施し、DEFによるひび割れ形成プロセスと、DEF発生後の圧縮破壊解析に基づき、力学特性の変化を解析的に再現した。また、DEFはアルカリシリカ反応(ASR)との複合作用が生じる例が多いことを踏まえて、DEF単独のケース、ASR単独のケースに加えて、DEFとASRが同時に発生するケースも検討した。DEFはセメントペースト部、ASRは骨材界面に初期ひずみを付与することにより、それぞれの膨張プロセスを再現した。
解析の結果、膨張領域が外面に生じるマクロひび割れに与える影響が大きいことがわかった。特に、内部のみに膨張ひずみが発生する場合、外面のマクロひび割れが顕著になることが示された。これは、内部が膨張する際、外周部に引張応力が発生するためと考えられる。また、圧縮破壊解析の結果、DEF, ASRあるいはそれらの複合作用にかかわらず、マクロに観察される膨張ひずみの大きさによって、圧縮強度および弾性係数が低下することが示された。離散解析である剛体バネモデルの特性を活かして、ある値以上の幅を有するひび割れの数をカウントしたところ、圧縮強度および弾性係数の低下は、おおむね0.01mm以上のひび割れの数に対して、一意に低下することがわかった。このひび割れにはペースト部のひび割れだけでなく、骨材－ペースト間のギャップも含まれており、DEFが発生したコンクリートのおいて、ギャップの生成のみで圧縮強度が大幅に低下するという既往の実験結果と一致する。
以上のように、種々のパラメトリック解析により、DEF発生メカニズムと力学特性の関係について、より深化した知見を得ることができた。
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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
DEFは、比較的最近知られるようになったコンクリートの損傷であり、その発生メカニズムや、材料特性に及ぼす影響が明らかになっていない。本研究は、DEFの発生メカニズムと材料特性、構造性能に及ぼす影響を検討するものであり、2019年度はそのうち、特に発生メカニズムと材料特性の解明に焦点を当てて、研究を遂行した。
本研究で得られた知見として、コンクリートの材料特性は、損傷要因の種類やひび割れパターンにかかわらず、ある一定の幅以上のひび割れの数により、一意に低下することがわかった。この結果は、次年度に検討予定の構造性能を考えるにあたって、極めて重要となる。スケールの大きな構造解析を行うためには、材料の応力－ひずみ関係をモデル化する必要があり、DEFによる損傷を考慮したモデルを構築するためには、応力－ひずみ関係を定式化するための指標を定めなければならない。2019年度で得られた知見から、DEFを受けたコンクリートの応力－ひずみ関係の定式化は、比較的容易になったと考えている。構造解析の実施に向けて、迅速に検討を進めたい。
以上のことから、2019年度の進捗状況を「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 |
2020年度は、構造性能の検討に焦点を当てる。昨年度までに引き続き、解析的手法を用いることに加えて、実験的な検討も進める。解析では、有限要素法(FEM)を用いる。そのためにはコンクリートの応力－ひずみモデルが必要となるが、昨年度までに得た知見を踏まえて、DEF, あるいはDEFとASRが発生したコンクリートの力学挙動をひび割れの量でモデル化することを検討する。構築した応力－ひずみモデルをFEMに実装し、鉄筋コンクリート(RC)はりや、プレストレストコンクリートマクラギの構造解析を実施する。
併せて、実験的検討として、RCはりのDEF促進試験を実施し、載荷実験を行う。DEFの促進は、セメントに硫酸塩を混入し、意図的な高温養生を行うことより行う。コンクリートの材料特性の影響が大きい構造性能に着目する必要があることを踏まえて、破壊モードはせん断破壊とする。荷重、変位、ひび割れ、ひずみ等を測定し、DEFが構造性能に及ぼす影響を明らかにする。
FEM解析の結果は、実験で得られる情報と比較することにより、その妥当性を検証することができる。また、数値解析では、内部の変形やひび割れ挙動など、実験では得られない情報を得ることができる。これらの情報を総合的に判断して、DEFが構造性能に及ぼす影響と、そのメカニズムを検討する。
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| Causes of Carryover |
当初、2019年度にもいくつかの実験を行う予定だったが、解析的検討により得られる知見が多かったため、実験計画を縮小し、解析的検討を主に進めた。それに伴い、実験的検討は、2020年度に重点的に実施することにした。費用が比較的かからない解析的検討が多くなったことが、次年度使用額が生じた理由である。この費用は、2020年度の実験的検討で使用する予定である。
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