2017 Fiscal Year Annual Research Report
合理的なコンクリート施工と施工後の表層品質予測を可能にする充填解析法の開発
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17H03344
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
山田 義智 琉球大学, 工学部, 教授 (80220416)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
湯淺 昇 日本大学, 生産工学部, 教授 (00230607)
寺西 浩司 名城大学, 理工学部, 教授 (30340293)
三島 直生 三重大学, 工学研究科, 准教授 (30335145)
崎原 康平 琉球大学, 工学部, 助教 (20647242)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 建築構造・材料 / コンクリート / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2017年度の研究実績として，セメントペースト，モルタル，コンクリートのレオロジー定数を簡便なフロー試験から推定する手法の検討を行った。さらに，鉄筋間隙通過実験（J-Ring試験）を行い，提案する材料分離モデルで実験結果が解析的に再現できるかを検討した。
まず，簡便なフロー試験にてセメントペーストのレオロジー定数を予測する手法の検討においては，回転粘度計を用いたセメントペーストのレオロジー試験を行い，レオロジー定数である降伏値と塑性粘度を測定した。また，同じ試料を用いてフロー試験を行い，フロー曲線を測定するとともに，フロー値と150mm到達時間をフロー特性値として測定した。これらの実験結果より，フロー値から降伏値を，150mm到達時間から塑性粘度を各々推定する式を導いた。さらに，実験で得られたレオロジー定数を入力値として粘塑性有限要素法でフロー曲線を求めて実験結果と比較した。その結果，粘塑性有限要素法でフロー試験が良好にシミュレートでき，粘塑性有限要素法の有効性が確認できた。
モルタルおよびコンクリートにおいては，骨材の存在により回転粘度計によるレオロジー試験の精度が低下するため，前述の粘塑性有限要素法を用いてフロー特性値（フロー値とフロー到達時間）よりレオロジー定数（降伏値，塑性粘度）を推定する式を提案した。
また，2017年度は材料分離モデルを組込んだMPS法による流動解析プログラムを作成した。この解析プログラムを用いて鉄筋間隙通過実験の実験結果をシミュレートしたところ，解析結果は実験結果と同様な傾向になることは確認できたが，フローの50㎝到達時間などの測定値に差が認められた。これは，今回の解析における底面の境界条件が実際を反映していない事や，粗骨材の鉄筋間の架橋による閉塞を考慮できていないことが原因と考えられる。
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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
2017年度においては，①セメントペーストの流動曲線を用いて任意調合のモルタル，コンクリートのレオロジー定数を推定する方法の確立と，②提案する材料分離モデルで鉄筋間隙通過実験（J-Ring試験など）の実験結果が解析的に再現できるかの検討が課題であった。
上記①については，当初想定していたセメントペーストの流動曲線を用いて任意調合のモルタル，コンクリートのレオロジー定数を予測するよりも，簡便なフロー試験を用いてセメントペースト，モルタル，コンクリートのレオロジー定数を予測する方が効率良いことが分かった。そこで，簡便なフロー試験で得られるフロー値およびフロー到達時間を用いて，セメントペースト，モルタル，コンクリートの降伏値と塑性粘度を求める手法を確立した。また，得られた降伏値と塑性粘度を入力値として，開発した粘塑性有限要素法を用いてフロー曲線を求めたところ，実験結果によるフロー曲線を良好に再現できた。
さらに，上記②については，材料分離モデルを組込んだMPS法による流動解析プログラムを作成した。この解析プログラムを用いてJ-Ring試験を模した鉄筋間隙通過実験を行い，その結果をシミュレートしたところ，鉄筋間隙通過実験による結果と同様な傾向になることは確認できたが，フローの50㎝到達時間やPJ値に差が認められた。これは，解析における底面の境界条件が実際を反映していない事や，粗骨材の鉄筋間の架橋による閉塞を考慮できていないことが原因と考えられ，解析における境界条件の改良や粗骨材が鉄筋間で架橋閉塞を生じた場合のモデルの開発およびプログラム実装が課題である。
以上のように，材料分離モデルを組み込んだMPS法の精度に課題が残るものの，当初の計画をほぼ満足する進捗状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
材料分離モデルを組み込んだMPS法による流動解析プログラムにおいて，境界条件の改良と新たに粗骨材による鉄筋間の架橋閉塞を考慮したモデルを導入する課題が得られたので，今後はこの問題を解決してMPS法による流動解析の精度を高めることを計画する必要がある。
さらに，上記の問題を解決して解析精度を高めたMPS法とBIMを援用して，複雑な配筋部位のコンクリート充填解析が合理的に行えるようにする。ここで，MPS法はGPUを用いた高速計算が出来るようにプログラムを改良し，計算時間が問題となる棒状バイブレータによる振動加速度伝播解析が行えるようにする。
最終的には，壁部材や柱部材を模したモデル試験体を用いて実際にコンクリートの打込み実験を行い，充填速度や棒状バイブレータによる加速度伝播および部材内（特に鉄筋周り）の粗骨材の材料分離程度などを測定し，本研究で開発したMPS法が上記の測定項目を再現できるか検証する。さらに，ここでは，壁部材や柱部材を模したモデル試験体を用いて透気試験や透水試験，さらには塩分浸透試験を行い，材料分離や締固め状況（棒状バイブレータの加速度伝播状況）がコンクリートの表層品質に与える影響を評価する。
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Research Products
(5 results)
