かぶりコンクリートの水分浸透性状に及ぼすかぶりの影響解明とその試験方法の構築

• 研究課題/領域番号: 23K13386
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分22010:土木材料、施工および建設マネジメント関連
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 鎌田 知久 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 助教 (70804194)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: コンクリート / かぶり / 鉄筋 / 水分浸透 / 表層品質 / 維持管理 / 鉄筋コンクリート / かぶりコンクリート / 水分浸透性状 / 空隙構造

研究開始時の研究の概要

本研究では、空隙構造の定量分析に加え、理化学研究所の小型中性子源RANSを用いて、様々なかぶりを有する鉄筋コンクリート供試体を対象に水分浸透試験を非破壊で実施することで、「かぶり－品質－水分浸透性状」の関係を体系的かつ詳細に整理し、かぶりがかぶりコンクリートの水分浸透性状に及ぼす影響を解明する。併せて、維持管理における既設構造物の調査で用いることを想定した、かぶりの影響を捕捉可能な水分浸透速度の新たな試験方法を構築し、提案する。

研究実績の概要

初年度は，当初の計画通り，異なるかぶりを有する鉄筋コンクリート供試体を作製し，かぶりの大きさがかぶりコンクリートの品質および水分浸透性状に及ぼす影響について検討した．
まず理化学研究所の小型中性子源RANSを用いて，鉄筋コンクリート供試体の水分浸透深さの経時変化を測定した結果，かぶりが小さいほど同一時間での水分浸透深さが大きくなることを確認した．さらに，水漏れ検知剤の噴霧により割裂面鉄筋直上部の水分浸透深さの経時変化を測定した結果，かぶりが小さくなるにつれて実効水分浸透速度（かぶりを鉄筋に水が到達する推定時間の平方根で除した値）が大きくなること，また鉄筋近傍において水分浸透速度が増加することを明らかにした．
本現象の要因を把握するため，表層透気試験，空隙構造分析，粗骨材面積率測定，および配合推定試験（セメント協会法）を実施した結果，かぶりが小さいほど表層透気係数kTが大きくなること，かぶりコンクリートの中でも特に鉄筋近傍10mmに粗大な空隙構造が形成されていること，単位水量の高いモルタルが鉄筋近傍に存在している可能性があることを明らかにした．以上より，鉄筋近傍約10mmの範囲には，打込み時の材料分離の影響により，品質の低い，粗な空隙構造を有するモルタルが存在し，かぶりが小さい場合にはその影響を強く受けることで水分浸透速度が高くなるものと考えた．加えて，浸透時間が長くなるにつれて，水分浸透速度が小さくなることが確認され，本現象もまたかぶりによって水分浸透速度が変化する要因であることを明らかにした．なお，本現象は，既往の研究で報告されている水の再分配によるC-S-Hの膨潤による空隙の緻密化等の影響によるものと考えられる．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

かぶりの大きさがかぶりコンクリートの品質および水分浸透性状に及ぼす影響を解明するための各種実験的検討を行い，かぶりの大きさによって実効水分浸透速度が異なることや，鉄筋近傍の品質低下並びに浸透速度の時間変化がその要因となっていることを明らかにした．また，次年度の検討に向けた実構造物調査の調整も順調に進んでいることから，研究はおおむね順調に進んでいる．

今後の研究の推進方策

初年度の検討結果を踏まえて，かぶりの影響を捕捉可能な水分浸透速度の試験方法（透過法）を構築する．
新たに様々なかぶりを有する鉄筋コンクリート供試体を作製し，実際の調査と同様な方法でコア供試体を採取する．そして，構築した試験方法により測定した水分浸透速度と，従来の割裂法から求まる水分浸透速度との差異を比較検証するとともに，必要に応じて鉄筋間の水分浸透速度から鉄筋直上における水分浸透速度を求めるための補正係数を提案する．構築した試験方法の妥当性の検証は，実構造物の鉄筋直上および鉄筋間から採取したコア供試体に対象に試験を実施することで行う．