2020 Fiscal Year Annual Research Report

中性化残りの耐久性指標としての不合理性と水作用に着目した新たな維持管理パラダイム

Research Project

Project/Area Number	19H00778
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	岸利治東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90251339)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉田亮名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40548575) 鎌田知久東京都立大学, 都市基盤環境学科, 助教 (70804194)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	Reinforced concrete / Durability / Carbonation / Water / Maintenance
Outline of Annual Research Achievements	一般的な環境下でコンクリート中の鉄筋等の鋼材腐食の進行に起因したひび割れの発生とかぶりコンクリートの剥落を予測する簡易モデルのプロトタイプを構築した。この手法の最大の特徴は、中性化の影響によって鋼材表面近傍のコンクリートのpHが徐々に低下することによる水の浸透に起因する鋼材腐食速度の増加を定量的に考慮するところにある。具体的には、2017年制定の土木学会コンクリート標準示方書設計編に導入された水の浸透に伴う鋼材腐食に対する照査の枠組みを拡張させて、中性化の進行に伴う鋼材近傍のコンクリートのpH の低下に対応して腐食速度が増加するというモデルを組み入れて、中性化が進行した状況では雨水等の水の浸透1回あたりに生じる鋼材の腐食量が大きくなることを表現し、別途、提案されている既往のひび割れの発生とかぶりコンクリートの剥落の限界状態に対応した限界腐食量に達するまでの期間を推定するモデルを構築した。そして、既往の中性化予測式と組み合わせることで、中性化の進行により鋼材の腐食速度が増加を開始するまでの期間（許容中性化期間）と、鋼材の腐食速度が増加を開始してから鋼材の腐食深さがひび割れ発生に対応した限界値もしくはかぶりコンクリートの剥落に対応した限界値に達するまで期間（許容腐食期間）を簡易に予測する照査手法を構築した。また、新型コロナウイルス感染症による影響で日程調整が難航していた実構造物を対象とした劣化状況調査を実施した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2017年制定の土木学会コンクリート標準示方書設計編に導入された水の浸透に伴う鋼材腐食に対する照査の枠組みを拡張させて、中性化の進行に伴う鋼材近傍のコンクリートのpH の低下に対応して腐食速度が増加するというモデルを組み入れて、中性化が進行した状況では雨水等の水の浸透1回あたりに生じる鋼材の腐食量が大きくなることを表現し、別途、提案されている既往のひび割れの発生とかぶりコンクリートの剥落の限界状態に対応した限界腐食量に達するまでの期間を推定するモデルを構築した。このモデルでは、中性化の影響によって鋼材の腐食速度が増加し始めるpHの閾値を11.5とし、また、フェノールフタレイン水溶液によって中性化フロントと判定される位置のpHの閾値を9.5とした上で、両者の間をpHの遷移領域と仮定してこの間のpH の分布を直線で近似するとともに、このpH遷移領域の距離をかぶりコンクリートの厚さの関数として与えている。また、この遷移領域以外では水の浸透1回あたりの鋼材の腐食速度はそれぞれ最小値と最大値を取り、遷移領域内ではpHに応じて線形補完によって定まる値を取ると仮定することで、簡易に中性化によるpH変化に応じた鋼材腐食速度の増加を考慮できる枠組みを提案した。そして、既往の中性化予測式と組み合わせることで、中性化の進行により鋼材の腐食速度が増加を開始するまでの期間（許容中性化期間）と、鋼材の腐食速度が増加を開始してから鋼材の腐食深さがひび割れ発生に対応した限界値もしくはかぶりコンクリートの剥落に対応した限界値に達するまで期間（許容腐食期間）を簡易に予測する照査手法を構築した。
Strategy for Future Research Activity	促進中性化を行う室内実験と実構造物調査によって取得した試料の分析を進め、プロトタイプとして構築した一般的な環境下でコンクリート中の鉄筋等の鋼材腐食の進行に起因したひび割れの発生とかぶりコンクリートの剥落を予測する簡易モデルの検証と修正を行う。特に、提案モデルの最大の特徴であるかぶりの厚さの関数として簡易に設定したコンクリート中の中性化によるpHの遷移領域の長さのモデル化の妥当性について検討する。また、促進中性化環境は厳密には一般的な暴露環境とは異なるので、将来の検討に向けた屋外暴露実験も開始する。