Cracking mechanism and structural performances of concrete damaged by delayed ettringite formation

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04299
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松本 浩嗣 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10573660)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

最終年度は，遅延エトリンガイト生成（以下，DEF）によるコンクリートの膨張，損傷メカニズムに対する理解を深めることを目的に，リング試験体を用いた膨張促進試験を主に実施した。中央に模擬骨材を配し，周囲に硫酸塩を添加したセメントペーストおよびモルタルを敷設し，初期高温養生による膨張促進試験を実施した。その結果，DEFが生じる際，骨材に顕著な圧縮ひずみは発生しないことが確認された。研究代表者らが過去に実施した数値シミュレーションにより，骨材とセメントペーストの界面に膨張圧が作用すると，骨材には圧縮ひずみ，圧縮応力が生じることが確認されている。本研究で得た実験結果は，DEFによりコンクリートに発生する損傷は，界面に生じる膨張圧ではなく，骨材近傍のセメントペーストそのものが膨張することで骨材周囲にギャップが形成されるという挙動が支配的であることを示唆している。DEFの発生メカニズムに関する研究はここ最近，欧州を中心に散見されるが，いずれも議論に終止符を打つような結果は得られていない。本研究で得た結果は，それを打破しうる重要な意義を持っていると考えている。
本研究で得た知見は，将来的には，DEFが生じたコンクリートの力学モデルの構築に必要な情報となる。膨張反応を呈する材料，あるいはそれを用いた構造部材の力学特性を評価するためには，材料の自由膨張ひずみと応力－ひずみ関係のモデル化が必要である。本研究で明らかになったメカニズムに立脚し，力学モデルを構築することが今後期待される。