【研究領域課題番号】20H02222 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

亜硝酸リチウム / ASR / 鋼材腐食 / 抑制機構 / 数値解析モデル / 鉄筋腐食 / 塩害 / 中性化 / 複合劣化

【研究成果の概要】

本研究は、ASRと鋼材腐食の二つの劣化事象がともにかつ有効に治癒できる亜硝酸リチウムによる抑制メカニズムを解明するとともに、完治から次の更新期までその効果を適切にモニタリング・評価できる数値解析手法を開発することが目的である。
研究の初年度であるが、コロナ禍の県外への移動が自粛される中、以下の知見を得た。
１．亜硝酸リチウムによる鉄筋腐食の抑制に関しては、まず、亜硝酸リチウムの有無による酸化生成物の組成分析を通じて、鉄筋腐食抑制メカニズムを検討した。ここでは、健全、塩害、中性化、複合劣化を受けた環境を模擬し、新設当時に予め混入した亜硝酸リチウムの影響を検討する目的である。塩害や中性化およびその複合劣化において、粗な酸化物が生成物するものの、亜硝酸リチウムを添加すると、緻密な酸化物が生成することを確認した。
次は、亜硝酸リチウムの吸湿作用による、鉄筋腐食状況を検討するため、異なる相対湿度に制御された環境と制御されず、亜硝酸リチウムの吸湿効果による変化される環境での亜硝酸リチウムの役割を検討した。 その結果、亜硝酸リチウムの吸水により、鉄板表面には厚い水膜が形成し、相対湿度が高い環境で生成する腐食生成物と同様な酸化物が生成されていることを確認した。
２．亜硝酸リチウムによるASR抑制に関しては、人工的にASRゲルを合成し、 亜硝酸リチウムの化学的な影響、吸水作業による物理的な影響を検討した。その結果、ASR抑制のメカニズムがおおむね解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】構造工学・地震工学・維持管理工学

【研究領域課題番号】16H04403 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鉄筋コンクリート / 維持管理 / 塩害 / 鉄筋腐食 / ガウス確率場 / ライフサイクル解析 / 確率場 / 空間変動 / 信頼性解析 / 材料劣化 / 非線形解析 / X線 / 有限要素解析 / ライフサイクル

【研究成果の概要】

腐食環境にあるRC部材の信頼性解析では，特に，鉄筋腐食が空間的に変動する影響を解析に反映することが重要である．Spectral Representation Method（SRM）による確率場の結果は，Monte Carlo法との連動が容易であり，空間変動性を考慮した劣化RC部材の信頼性解析が実施できる．本研究では，SRMによりRC構造物内で生じる鉄筋腐食の空間変動性を再現する手法を提示した．本手法を用いることで，鉄筋腐食量が同程度の値であっても，実験的に得られる曲げ耐力がばらつくこと，さらにそれは鉄筋腐食量の増加により大きくなること，などの現象を再現できることを示した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】構造工学・地震工学・維持管理工学

【研究領域課題番号】25630198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線 / 維持管理 / コンクリート構造物 / ディジタル画像処理 / 鉄筋腐食 / 塩害 / RC構造物 / ディジタル画像 / 鉄筋コンクリート / 腐食ひび割れ

【研究成果の概要】

鉄筋コンクリート（RC）部材内で生じる鉄筋腐食の進展を観察できれば，鉄筋腐食の不均一さ（腐食の空間分布）の程度と形成過程の理解，あるいは，それと部材表面に表れる腐食ひび割れ幅・密度の関係の把握など，RC構造物の維持管理の高度化につながる情報が得られると期待される．本研究では，RC部材内の鉄筋腐食成長過程のX線撮影による観察の可能性を検討した．電食にて劣化させたRC部材を連続的にX線撮影することで，鉄筋腐食成長過程，鉄筋腐食量と腐食ひび割れ幅の関係，あるいはそれらが部材曲げ耐力に及ぼす影響に関する基礎資料を得た．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】構造工学・地震工学・維持管理工学

【研究領域課題番号】21246072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コンクリート / 鉄筋腐食 / PC鋼材 / 腐食ひび割れ / 冗長性 / 有限要素解析 / 材料劣化 / 構造性能 / 鉄筋コンクリート / コンクリート構造物 / 塩害 / アルカリ骨材反応 / 凍害 / 維持管理

【研究成果の概要】

鉄筋腐食、アルカリシリカ反応、凍害などにより劣化した鉄筋コンクリート構造物、プレストレストコンクリート構造物の耐荷性能について、室内試験、実構造物の載荷試験、非線形有限要素解析により検討した。構造物中の材料の劣化が構造物の耐荷性能に及ぼす影響に関する実験事実とそのメカニズムについて、多くの新しい知見を得た。劣化した既存構造物の残存性能を現地調査と数値解析により推定する方法を提案した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)

【研究分野】土木材料・力学一般

【研究領域課題番号】12650462 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ライフサイクル / 塩害 / 鉄筋腐食 / 感度解析 / 期待費用最小の法則 / LCC算定システム / エキスパートシステム / 腐食ひびわれ幅 / 割引率 / かぶり

【研究成果の概要】

コンクリート構造物は社会基盤の重要な一翼を担うものであり、所要の期間その機能を保持しなければならない。このためには、構造物のメンテナンスが不可欠と考えられるようになった。構造物の建設される環境において地球資源の有効活用や環境への負荷を低減するためには、適宜点検を実施し適切の管理運営を実施して施設の延伸を図ることが得策であり、今後構造物のメンテナンスの重要性は今後益々高まると考えられる。
メンテナンスを有効に実施するためには、構造物の時間軸を考慮した性能の変化を把握する必要があり、さらに、ミニマムのコスト(LCC)の概念を導入する必要がある。前者に関しては鉄筋腐食を念頭において、セメントを構成する鉱物の水和反応モデルを構築し時間の経過による物性の変化を解析により算定する手法に関して考察し、さらに、鉄筋腐食とひび割れ発生(ひび割れ幅)の予測方法を考案した。これらの成果などを参考として、後者のLCCのモデルを構築することとした。所要コストとしては、初期投資(建設)費用、維持管理のための費用、撤去、更新費用などである。今回対象としている構造物としては、塩分環境にある鉄筋コンクリート構造物である。LCCのモデル構築に当たっては、鉄筋の腐食によるひび割れ発生と破壊確率、LCCの現在価値の換算方法、信頼性理論の基づく期待費用最小の理論からの最適な補修時期の定め方などを考慮した。LCC算定におけるパラメーターの感度解析から、かぶり、資本の利率、再劣化係数、断面減少許容割合などがLCCに大きな影響があることが明らかとなった。さらに、LCC算定において劣化予測に必要なデータと各費用を入力することによって、対象構造物の評価を迅速に算定し効率的にコスト管理を行うシステムを開発することとした。すなわち、エキスパートシステムを応用して初心者が容易に最適補修時期と補修工法を選定するシステムを構築した。PCの入力画面に、劣化予測パラメーター、補修工法のコスト、資本の利率などをインプットすることにより、LCCの数値や経年による支出、補修工法比較などの数値や図面を短時間でアウトプットできるシステムである。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】2,600千円 (直接経費: 2,600千円)