Durability Mechanics of Cementitious Composites and Structural Performance under Broadband Environments

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00260
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Maekawa Koichi 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (80157122)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤山 知加子 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 准教授 (60613495) ; 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): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 火災 / 爆裂 / 炭酸化 / 高温加熱 / 結晶水 / 再水和 / 耐久性

Outline of Final Research Achievements

A multi-scale analysis system was developed to evaluate the structural capacity, residual strength, and deformational properties of concrete structures subjected to high-temperature heating associated with fires. A thermodynamic model to predict the loss of crystal water from hardened cement hydrates was developed at several hundred degrees Celsius and the accompanying changes in the micropore structure was quantified. By evaluating the water vapor pressure rising in the structure under high-temperature heating, it mmde possible to predict the time to start the explosive spalling-off of concrete and to analyze the structural performance after the explosion using the framework of a multi-scale model. It was also found that depending on the structural dimensions, the structural ductility may be improved by high temperature heating.

Free Research Field

土木工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

火災や不慮の事故等で高温加熱を受けたインフラ施設群、特に交通基盤の撤去更新は，大きな社会コストに繋がることから困難を極める。そのために、火災損傷後の残存性能を早期に評価し，かつ長期の動態を予測して適切な補修補強により，再生を図ることが求められる。本研究による残存性能評価は更新計画と復旧のための構造設計と補修補強材料の選定に，直接的に活用することが可能である点に社会的意義があり、社会基盤のレジリエンスの視点から有用である。高温加熱を受けた直後はコンクリートの微細組織が空洞化し、構造性能を損なうが，中期的に気中の水蒸気と二酸化炭素の吸収による再水和を定量化できる機能を有している。