平成 24 年度 SCOPE 研究開発助成成果報告会 ( 平成 22 年度採択 ) 塩害劣化した RC スラブの一例 非破壊評価を援用した港湾コンクリート構造物の塩害劣化予測手法の開発 かぶりコンクリートのはく落 大阪大学大学院鎌田敏郎佐賀大学大学院 内田慎哉 の腐食によりコンクリート表面に発生したひび割れ ( 腐食ひび割れ ) コンクリート構造物の合理的な維持管理 ( 理想 ) 開発した手法 点検 調査 目視 : ひび割れテストハンマー : 圧縮強度電磁波レーダ法 / 電磁誘導法 : 径, かぶり厚さなど EPMA: 塩化物イオン濃度量自然電位法 / 分極抵抗法 : 腐食程度など 部材性能 確率 統計学に基づくシミュレーションにより部材性能の将来を予測 ( 劣化曲線 ) 2 保有性能評価劣化予測 耐荷性能 使用性能 耐震性能 耐久性能など 保有性能 性能 現在 時間 供用 ばらつき ばらつき Happy Scenario Unhappy Scenario 3 補修 補強対策の検討 コスト 耐用年数 設計手法 性能改善度 施工条件など 要求性能 時間
開発した手法 2 開発した手法 3 部材性能 非破壊試験を援用して部材性能の将来予測を精緻化 部材性能 確率 統計学に基づくシミュレーション非破壊試験構造解析を併用して部材性能の現有耐力を推定 供用 供用 要求性能 要求性能 時間 時間 塩害を受ける RC 部材の劣化進行過程土木学会コンクリート標準示方書 維持管理編 確率 統計学に基づくシミュレーションにより部材性能の将来を予測する手法 RC 部材の耐力 進展期 加速期 ~ 劣化期 ひび割れ 塩分の浸入 腐食ひび割れ 腐食開始腐食ひび割れの発生劣化曲線
目的 塩害によるRC 部材の劣化進行過程を確率過程を含む数値モデルとして取り扱い, 飛沫帯にあるRCスラブを対象に, 部材の設置環境条件 ( 表面塩化物イオン濃度 ) 部材諸元( かぶりなど ) から 曲げ耐力に関する劣化曲線 の導出を試みた 2 劣化曲線から推定した曲げ耐力( 本研究 ) と 載荷試験により実測した曲げ耐力( 港空研データ ) とを比較することにより劣化曲線の妥当性の検証を行った +3.5 H.W.L. +2.86 RC スラブの設置環境条件および部材諸元 RC スラブ.9 設置環境条件表面塩化物イオン濃度 :C = 4.kg/m 3 C = -6.d + 5. d : H.W.L から部材下面までの鉛直距離 (=.9m) L.W.L. +.~ ~ ~ 部材諸元 W/C = 47.5% 径 :3mm かぶり :63.5mm コンクリートの弾性係数 :28.MPa コンクリートの圧縮強度 :32.6GPa [ 単位 :m] 劣化曲線の導出手順..8.4.2 劣化曲線 質量減少率の経時変化の求め方 腐食開始時刻 : corr. 腐食ひび割れ発生時刻 : cr 進展期 ひび割れ 加速期 ~ 劣化期. 2 3 4 5 質量減少率 (%) 質量減少率の経時変化 5 4 3 2 2 3 4 5 曲げ耐力と質量減少率の関係..8.4 5 5 質量減少率 (%) 飛来塩分の浸入の質量減少率質量減少率の経時変化供用開始 腐食ひび割れ
腐食開始時刻の算出方法 腐食開始時刻の算出方法 g 腐食発生限界塩化物イオン濃度 Fick の拡散方程式により求まる位置の塩化物イオン濃度 g 腐食発生限界塩化物イオン濃度 Fick の拡散方程式により求まる位置の塩化物イオン濃度 g C lim C erf 2 c D : 腐食発生限界塩化物イオン濃度 (kg/m 3 Clim ) C : コンクリート表面の塩化物イオン濃度 (kg/m 3 ) c : かぶり (cm) D : 塩化物イオンの見かけの拡散係数 (cm 3 / 年 ) : 供用開始からの経過時間 ( 年 ) 確率変数 (MCM により 個の観測値を生成 ) g C lim 確率密度 C erf 2 表面塩化物イオン濃度の確率分布.4 統計モデル : 対数正規分布平均値 :4.kg/m 3.2 標準偏差 : 5.5kg/m 3 4 28 42 56 7 84 98.8 c D 表面塩化物イオン濃度 (kg/m 3 ) 腐食開始時刻の算出方法 腐食ひび割れ発生時刻の算出方法 進展期 加速期 ~ 劣化期 腐食開始時刻 : corr. 4D erf.c C C lim 2 g 2 腐食ひび割れ発生時の腐食量 corr. 腐食ひび割れ発生時刻 cr 腐食ひび割れ発生前の腐食速度 腐食ひび割れ 任意の時刻 腐食開始時刻 g 2 W V c b corr. 確率変数 (MCM により 個生成 )
腐食ひび割れ発生時刻の算出方法 質量減少率の具体的な算出手順 進展期 加速期 ~ 劣化期 腐食ひび割れ発生時刻 : cr corr. W V c b 腐食開始時刻 corr. 腐食速度 : 5 V b 腐食速度 : Va 腐食ひび割れ発生時刻 cr 5 質量減少率 V b 年 年 - 5 年 3 年 質量減少率 V 5年 - 5年 V 3年 -5年 b a 進展期 加速期 ~ 劣化期 劣化曲線の導出手順. 劣化曲線.8 腐食開始時刻 シミュレーション回数 corr. 2 回 3 年 3 年 3 回 7 年 3 年 腐食ひび割れ発生時刻 cr ごとのの質量減少率 (%) 年 2 年 2 年 5 年 回 5 年 5 年 % % 2% 7% % % 3% % % % % 4% 回 5 年 2 年 % % % 6% の質量減少率の平均値 % % 3% 9 % 質量減少率 (%) 質量減少率の経時変化 5 4 3 2 2 3 4 5.4.2. 2 3 4 5 曲げ耐力と質量減少率の関係 : L..8 L = -2. -2 m +..4 5 5 質量減少率 : m (%)
曲げ耐力に関する劣化曲線の導出結果. 実橋から切り出した RC 部材に対する非破壊試験の援用方法に関するケーススタディ.8 RC 桟橋から切り出したRCスラブに対して行われた.4 載荷試験により把握した曲げ耐力の実測値 ( 港空研データ ).2. 2 334 年 4 5 2 非破壊試験を援用して部材性能の将来予測を精緻化する手法 3 確率 統計学に基づくシミュレーション非破壊試験 / 構造解析を併用して部材性能の現有耐力を推定する手法 非破壊試験などによる調査概要 非破壊試験などによる調査結果 目視 4 中性化深さ 5EPMA 目視 加速期 ( 表面に腐食によるひび割れが一部発生 ) 2 電磁波レーダ法, 電磁誘導法 径 :25mm, かぶり厚さ :44mm 位置 : 下面側に 4 本 2 電磁波レーダ法, 電磁誘導法 3テストハンマー 3 テストハンマー 圧縮強度 :39.2MPa
非破壊試験などによる調査結果 劣化曲線の導出条件 4 中性化深さ 約 2cm 非破壊を援用しない場合 設置環境条件飛来塩分 :.99mdd(mg/dm 2 /day) 内在塩分 :,.5,.,.5, 2., 2.5kg/m 3 非破壊を援用した場合 設置環境条件内在塩分 :.2kg/m 3 5EPMA 約.2kg/m 3 塩化物イオン量 (kg/m 3 ) 塩化物イオン量 (kg/m ).5.5 2 4 6 8 表面からの深さ位置 (mm) (cm) 部材諸元 W/C = 5% 径 :9, 22, 25mm かぶり :3, 4, 5mm コンクリートの弾性係数 :28.GPa コンクリートの圧縮強度 :3.MPa 部材諸元 W/C=5% 径 :25mm かぶり :44mm コンクリートの弾性係数 :3.GPa コンクリートの圧縮強度 :39.2MPa 劣化曲線 非破壊を援用しない場合.8.4.2 非破壊を援用した場合.8.4.2 3 確率 統計学に基づくシミュレーション非破壊試験 / 構造解析を併用して部材性能の現有耐力を推定する手法 2 4 6 8 2 4 6 8
部材の現有耐力を推定する手順 腐食開始時刻の推定 確率 統計学に基づくシミュレーション 腐食開始時刻の推定.5 径, かぶり厚さ, 位置の把握 電磁波レーダ法, 電磁誘導法 の腐食速度の測定 分極抵抗法 確率 確率..5 35 年 の腐食量を推定 腐食開始時刻と分極抵抗法の結果 2 4 6 8 腐食開始時刻の腐食開始時刻 (( 年 )) 構造解析により曲げ耐力を算出 非破壊試験などによる調査概要 非破壊試験などによる調査結果 目視 2 電磁波レーダ法, 電磁誘導法 3テストハンマー 6 自然電位法 7 分極抵抗法 4 中性化深さ 5EPMA 2 電磁波レーダ法, 電磁誘導法 径 :25mm かぶり厚さ :44mm 位置 : 下面側に 4 本 6 自然電位法 9% 以上の確率で腐食あり (ASTM C 876) 7 分極抵抗法 低 ~ 中程度の腐食速度 (CEB) 自然電位 (mv vs. CSE) 分極抵抗 (kωcm 2 ) 28 82 56 3 4 78 52 26 5 5 2 25 3 分極抵抗 (kωcm2) -2-3 -4 5 5 2 25 3 計測点 計測点
解析の概要 劣化曲線と現有耐力との比較 強制変位 コンクリート 3@25=75 支点 6@25=4 支点.8.4.2 : 導出した劣化曲線 : 推定した現有耐力 2 4 6 8 まとめ. 塩害による RC 部材の劣化進行過程を確率過程を含む数値モデルとして取り扱い, モンテカルロシミュレーションにより,RC 部材が設置されている環境条件および部材設計諸元から, 部材の曲げ耐力に関する劣化曲線を導出する方法を構築した 2. 実橋から切り出した RC 部材を対象に, 上記 の劣化予測手法に対して非破壊試験を援用した劣化予測手法も新たに提案した 3. シミュレーションによる劣化予測手法および非破壊試験などの調査によりの腐食量を推定し, これをインプットデータとした構造解析により, 現有曲げ耐力を推定する方法を構築した 4. 上記 2 および 3 で推定した曲げ耐力は, 比較的良い対応を示した 5. 非破壊試験を援用した劣化予測手法は, シミュレーションによる劣化予測手法と比較して劣化予測の精度が向上する可能性があることを明らかにした