JP2003222622A - Deterioration prediction method of concrete structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物の劣化を予測する方法に関し、特には、塩害による劣
化と、コンクリートの中性化による劣化とが、複合して
進行する現実的な場合に則したコンクリート構造物の劣
化予測方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting deterioration of a concrete structure, and more particularly, in a realistic case where deterioration due to salt damage and deterioration due to carbonation of concrete proceed in combination. The present invention relates to a method for predicting deterioration of a concrete structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、コンクリート構造物の早期劣化が
問題となっている。この背景には、コンクリート構造物
がおかれる環境条件が以前より平均的に厳しくなったこ
とに加えて、コンクリートの使用材料、製造方法、施工
法などが変化していることがあげられる。コンクリート
の劣化には、主に、塩害による劣化と中性化による劣化
とがある。上記コンクリートの塩害とは、コンクリート
中に存在する塩化物イオンの作用により鋼材(鉄筋、P
C鋼材など。)が腐食し、コンクリート構造物に損傷を
与える現象をいう。2. Description of the Related Art In recent years, early deterioration of concrete structures has become a problem. In addition to the fact that the environmental conditions in which concrete structures are placed have become more severe on average than before, this is due to changes in the materials used for concrete, manufacturing methods, and construction methods. The deterioration of concrete mainly includes deterioration due to salt damage and deterioration due to neutralization. The salt damage of the concrete means that steel materials (rebar, P, etc.) are produced by the action of chloride ions existing in the concrete.
C steel, etc. ) Corrodes and damages concrete structures.
【0003】上記コンクリートの中性化とは、下記の化
学反応式(1)に示したように、コンクリート構造物中
に存在する強アルカリ中にあるセメント水和生成物が大
気中の二酸化炭素と反応し炭酸カルシウムを生成するこ
とである。The neutralization of concrete means that, as shown in the following chemical reaction formula (1), the cement hydration product in the strong alkali present in the concrete structure is converted to carbon dioxide in the atmosphere. The reaction is to produce calcium carbonate.
【化1】 [Chemical 1]
【0004】コンクリートが中性化すると、鉄筋の保護
機能が失われ、鉄筋が腐食し、その膨張によってかぶり
コンクリートにひび割れが生じる。このひび割れから
水、酸素、炭酸ガス等が侵入し、腐食が促進され、かぶ
りコンクリートの浮き、剥落等の劣化を引き起こす。When the concrete is neutralized, the protective function of the reinforcing bar is lost, the reinforcing bar is corroded, and its expansion causes cracks in the cover concrete. Water, oxygen, carbon dioxide gas, etc., enter from these cracks, promote corrosion, and cause deterioration such as floating and peeling of the cover concrete.
【0005】本発明者らは、既設のコンクリート構造物
を補修した後の劣化予測に関しては、塩害による劣化を
予測する方法を特願2001-142969号において提案し、中
性化による劣化を予測する方法を特願2001-188429号に
おいて提案した。Regarding the deterioration prediction after repairing an existing concrete structure, the present inventors proposed in Japanese Patent Application No. 2001-142969 a method of predicting deterioration due to salt damage, and predicting deterioration due to neutralization. The method was proposed in Japanese Patent Application No. 2001-188429.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
コンクリート構造物の劣化は、塩害による劣化と、中性
化による劣化とが複合して進行するものであるので、さ
らに高精度の劣化予測を行うためには、塩害と中性化の
複合的な劣化を考慮した予測方法の提案が待たれてい
た。普通に考えると、コンクリート構造物の表面から奥
へ向かう塩化物イオンの濃度分布は、表面がもっとも高
濃度で、奥に向かう程(深くなる程)濃度が低下すると
考えられるが、実際のコンクリート構造物における塩化
物イオン濃度分布は、表面より内部の塩化物イオン濃度
が高くなる現象がある。このような現象は、塩害による
劣化や中性化による劣化を個々に解析する方法では表現
できないので、塩害と中性化による複合的な劣化を予測
する手法が待たれていた。However, since the actual deterioration of the concrete structure is a combination of deterioration due to salt damage and deterioration due to neutralization, the deterioration can be predicted with higher accuracy. Therefore, the proposal of the prediction method considering the combined deterioration of salt damage and neutralization was awaited. Normally, the concentration distribution of chloride ions going from the surface to the back of a concrete structure is considered to be the highest at the surface and decrease toward the back (deeper), but the actual concrete structure In the chloride ion concentration distribution in a substance, there is a phenomenon that the chloride ion concentration inside is higher than at the surface. Since such a phenomenon cannot be expressed by a method of individually analyzing deterioration due to salt damage and deterioration due to neutralization, a method for predicting complex deterioration due to salt damage and neutralization has been awaited.
【0007】下記の可逆的な化学反応式(2)は、塩害
および中性化の両方を考慮した複合劣化を解析するため
の式である。The reversible chemical reaction formula (2) below is a formula for analyzing complex deterioration in consideration of both salt damage and neutralization.
【化2】
上記式において、右辺第1項はフリーデル氏塩と呼ばれ
る固定塩分であり、コンクリートの劣化には直接は寄与
しない。コンクリートの周辺部において、初期の塩化物
イオン濃度が大きい場合には、上記(2)式において右
辺へ向かう反応が進行して、塩素はフリーデル氏塩とし
て固定される。この時に、炭酸ガスが発生するので
(1)式の反応により中性化が進行して、pHが低下す
る。pHが低下すると、[Chemical 2] In the above equation, the first term on the right side is a fixed salt content called Friedel's salt and does not directly contribute to deterioration of concrete. In the peripheral part of the concrete, when the initial chloride ion concentration is high, the reaction toward the right side in the formula (2) proceeds, and chlorine is fixed as Friedel's salt. At this time, since carbon dioxide gas is generated, neutralization proceeds due to the reaction of the formula (1), and the pH is lowered. When the pH drops,
【0008】(2)式において左辺へ向かう反応が進行
して塩素イオンが発生して塩害が進行する。In the equation (2), the reaction toward the left side progresses, chlorine ions are generated, and salt damage progresses.
【0009】そこで、本発明においては、塩害と中性化
による複合的な劣化の進行を予測するために、前記
(1)、(2)式で表される反応を有限要素法によって
解析してコンクリートの劣化を予測する方法を提供する
ことを目的としている。Therefore, in the present invention, in order to predict the progress of complex deterioration due to salt damage and neutralization, the reactions represented by the above equations (1) and (2) are analyzed by the finite element method. It is intended to provide a method for predicting deterioration of concrete.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたものであり、請求項1の発明
は、コンクリート構造物の塩害と中性化による劣化の進
行を、種々の劣化因子を有限要素法により解析して予測
するコンクリート構造物の劣化予測方法であって、一方
の辺に、コンクリート中のセメント水和生成物と大気中
の二酸化炭素とを含み、他辺に、炭酸カルシウムを含ん
だ化学反応式と、一方の辺に、炭酸カルシウムとアルミ
ン酸と塩化物とを含み、他辺に、フリーデル氏塩と炭酸
ガスとを含んだ可逆的な化学反応式と、で表される複合
劣化の進行を、拡散方程式、SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 is directed to various effects of salt damage of concrete structures and progress of deterioration due to neutralization. Is a method for predicting deterioration of a concrete structure by predicting the deterioration factor of by using the finite element method, wherein one side contains cement hydration products in concrete and carbon dioxide in the atmosphere, and the other side , A chemical reaction formula containing calcium carbonate and a reversible chemical reaction formula containing calcium carbonate, aluminate and chloride on one side and Friedel's salt and carbon dioxide gas on the other side. , The diffusion equation,
【数2】 を有限要素法によって解析して予測するようにした。[Equation 2] Was analyzed and predicted by the finite element method.
【0011】請求項2の発明は、既設のコンクリート構
造物を補修材料を用いて補修した場合の補修後のコンク
リート構造物の劣化の進行を、請求項1に記載の方法で
予測する方法であって、補修後の既設のコンクリート構
造物の境界条件及び補修に用いられた補修材料の特性デ
ータを有限要素法による劣化予測の新たな因子に加え
て、補修後のコンクリート構造物の劣化の進行を予測す
るようにした。The invention of claim 2 is a method of predicting the progress of deterioration of a concrete structure after repairing an existing concrete structure using a repair material, by the method of claim 1. In addition, the boundary conditions of the existing concrete structure after repair and the characteristic data of the repair material used for repair are added to the new factor of deterioration prediction by the finite element method to determine the progress of deterioration of the concrete structure after repair. I tried to predict.
【0012】請求項3の発明では、補修材料の特性デー
タには、さらに、その補修材料の初期の塩化物イオン濃
度と、その補修材料の塩化物イオンの拡散係数とが含ま
れている。請求項4の発明では、補修材料の特性データ
には、さらに、その補修材料の初期の水酸化カルシウム
イオン濃度と、その補修材料の炭酸ガスの拡散係数とが
含まれている。このようにして、補修後には、補修材料
の特性データとして、補修材料の初期の塩化物イオン濃
度、補修材料の塩化物イオンの拡散係数、補修材料の初
期の水酸化カルシウムイオン濃度、補修材料の炭酸ガス
の拡散係数の少なくとも何れかのデータを加えて解析す
ることができる。According to the third aspect of the invention, the characteristic data of the repair material further includes the initial chloride ion concentration of the repair material and the diffusion coefficient of chloride ion of the repair material. In the invention of claim 4, the characteristic data of the repair material further includes the initial calcium hydroxide ion concentration of the repair material and the diffusion coefficient of carbon dioxide gas of the repair material. In this way, after the repair, as the characteristic data of the repair material, the initial chloride ion concentration of the repair material, the chloride ion diffusion coefficient of the repair material, the initial calcium hydroxide ion concentration of the repair material, the repair material It is possible to analyze by adding at least one data of the diffusion coefficient of carbon dioxide.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下に、コンクリート構造物の塩
害と中性化による複合的な劣化現象を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A composite deterioration phenomenon due to salt damage and neutralization of a concrete structure will be described below.
【0014】1 複合劣化に関する現象の説明
なお、下記の説明は、「コンクリート構造物の耐久性診
断シリーズ、コンクリート構造物の早期劣化と耐久性診
断」(小林一輔)森北出版、及び「コンクリートの長期
耐久性に関する研究委員会報告書」(社団法人日本コン
クリート工学協会)より引用した。1 Explanation of Phenomena Related to Composite Deterioration The following explanations are given in "Durability Diagnosis Series of Concrete Structures, Early Degradation and Durability Diagnosis of Concrete Structures" (Kazusuke Kobayashi) Morikita Publishing, and "Concrete Research Committee Report on Long-Term Durability "(Japan Concrete Institute).
【0015】1.1 硬化したコンクリートの性質
1)2相系の多重構造
骨材 :70〜80%
セメント系硬化体組織 :25〜30%
2)空孔の存在 通常は10数%
これらの空孔はNa+、K+で満たされ高いpHを保って
いる。
・セメントの硬化機構から不可逆的に生じる毛管孔隙お
よびゲル空隙
・材料分離
・締固め不足
・界面活性剤を用いて導入する微小な独立気泡
これらの空孔が物質移動の経路となる。物質移動は拡散
方程式でモデル化1.1 Properties of hardened concrete 1) Two-phase multi-structure aggregate: 70-80% Cement-based hardened structure: 25-30% 2) Presence of voids Usually 10% or more of these voids It is filled with Na + and K + and maintains a high pH.・ Capillary pores and gel voids that are irreversibly generated from the hardening mechanism of cement ・ Material separation ・ Insufficient compaction ・ Small closed air bubbles introduced by using a surfactant These pores serve as mass transfer routes. Mass transfer modeled by diffusion equation
【0016】1.2 ポルトランドセメントの主要な化合物1.2 Main compounds of Portland cement
【化3】 [Chemical 3]
【0017】[0017]
【化4】 [Chemical 4]
【0018】1.3 空気中の二酸化炭素と水和生成物の
反応
セメントの水和反応により、コンクリート中の硫酸イオ
ンを取り込んでエトリンガイト、塩化物イオンを取り込
んでフリーデル氏塩の複塩を形成する。これらの複塩と
炭酸ガスの反応により硫酸イオンおよび塩化物イオンを
遊離する。炭酸ガスと硫酸イオンおよび塩化物イオンは
相互に影響を及ぼす。これらの相互作用を考慮した形で
劣化に関するモデル化が必要となってきている。1.3 Reaction of Carbon Dioxide in Air with Hydration Product By hydration reaction of cement, sulfate ion in concrete is taken in and ettringite and chloride ion are taken in to form a double salt of Friedel's salt. Sulfate ions and chloride ions are liberated by the reaction of these double salts with carbon dioxide. Carbon dioxide gas and sulfate ions and chloride ions influence each other. It has become necessary to model deterioration with consideration of these interactions.
【0019】[0019]
【化5】 [Chemical 5]
【0020】・海砂、混和剤よりコンクリート中に導入
された塩化物イオンはセメント重量の約0.4%に相当
する量がフリーデル氏塩として固定される。セメント中
のアルカリ硫酸塩から溶出する硫酸イオンや凝結調節の
ために添加される石膏はアルミン酸三石灰(C3A)と
反応してエトリンガイト+CO2と反応し硫酸イオンを
遊離する。遊離したイオンは炭酸化の進行にともなっ
て、非炭酸化部分に移動しフリーデル氏塩やエトリンガ
イトを形成する。塩化物および硫化物の濃縮・遊離現象
の発生。The chloride ions introduced into the concrete from sea sand and the admixture are fixed as Friedel's salt in an amount corresponding to about 0.4% of the cement weight. Sulfate ions eluted from the alkali sulfate in cement and gypsum added for controlling the setting react with tricalcium aluminate (C 3 A) to react with ettringite + CO 2 to release sulfate ions. With the progress of carbonation, the liberated ions move to the non-carbonated portion and form Friedel's salt or ettringite. Occurrence of concentration and release phenomena of chloride and sulfide.
【0021】[0021]
【化6】 [Chemical 6]
【0022】1.4 コンクリート内部での物質移動を図1
を参照して説明する。内部では、塩分、硫黄分、アルカ
リ分などの移動が活発である。表層部におけるアルカリ
分の濃度低下のメカニズム
・ 表面から供給される湿分によって表層部のアルカリ
濃度が低下
・ 内部のアルカリ分が表面に向かって拡散
・ 表面部では二酸化炭素と反応してアルカリ炭酸塩と
なり溶出する
・10〜20年経過して炭酸化の進行が著しくなると、
内部のアルカリ濃度が表層部より低下しアルカリ濃度の
逆転現象1.4 Mass transfer in concrete Fig. 1
Will be described with reference to. Inside, the movement of salt, sulfur, and alkali is active. Mechanism of reduction of alkali concentration in the surface layer ・ The alkali concentration in the surface layer decreases due to moisture supplied from the surface ・ Internal alkali content diffuses toward the surface ・ Alkali carbonate reacts with carbon dioxide on the surface When the progress of carbonation becomes remarkable after 10 to 20 years,
Reversal of alkali concentration due to internal alkali concentration lower than the surface layer
【0023】大気中のCO2は、CO 2 in the atmosphere is
【化7】 [Chemical 7]
【0024】したがって、炭酸化領域においてアルカリ
金属が多くなる。
二酸化炭素の侵入
フリーデル氏塩とエトリンガイトは分解し塩素イオンと
硫酸イオン遊離する。Therefore, the amount of alkali metal increases in the carbonation region. Invasion of carbon dioxide Friedel's salt and ettringite are decomposed to release chloride ion and sulfate ion.
【0025】1.5 炭酸化(中性化)
二酸化炭素は空気中に0.035%存在する。(これが
早期劣化の引き金となる。)
セメント製造における炭酸カルシウムと二酸化炭素の関
係
1tonfのセメント
1.2tonf の石灰石
45WT%の二酸化炭素を放出 CaO
0.3tonf の粘土
CaOが空気と反応し炭酸カルシウムに戻る現象であ
り、鉄が錆びる現象と同じ現象といえる。1.5 Carbonation (Neutralization) Carbon dioxide is present in air at 0.035%. (This triggers early deterioration.) Relationship between calcium carbonate and carbon dioxide in cement production 1 tonf cement 1.2 tonf limestone 45 WT% carbon dioxide is released C a O 0.3 tonf clay C a O reacts with air This is the phenomenon of returning to calcium carbonate, which can be said to be the same phenomenon as the phenomenon of iron rusting.
【0026】セメントとの水和反応によりBy hydration reaction with cement
【化8】 が生成され、これらの水和物が二酸化炭素と反応すると[Chemical 8] When these hydrates react with carbon dioxide,
【化9】 と反応する。[Chemical 9] Reacts with.
【0027】コンクリート構造物においては、上記2)
の現象が急速に進展している。そして、上記3)、4)
式の反応がコンクリート構造物内部の塩化物・硫黄化合
物を濃縮するために鉄筋が腐食する。In concrete structures, the above 2)
The phenomenon of is progressing rapidly. And the above 3), 4)
The reaction of the formula concentrates chloride and sulfur compounds inside the concrete structure, so that the reinforcing bar corrodes.
【0028】なお、これまでの炭酸化の説明において、In the above explanation of carbonation,
【化10】
コンクリートの細孔溶液の組成はNa+、K+と平衡状態
にあるOH―でCa2+はごくわずかである。コンクリー
ト中のpHはこの水酸イオンに支配されている。[Chemical 10] The composition of the concrete pore solution is OH- in equilibrium with Na + and K +, and Ca 2+ is negligible. The pH in concrete is governed by this hydroxide ion.
【0029】水酸化カルシウムの溶解度Solubility of calcium hydroxide
【化11】
という反応が進み炭酸カルシウムとなり沈殿する。細孔
近傍の水酸化カルシウムが消失するまでpHの変化はな
い。[Chemical 11] The reaction proceeds to form calcium carbonate and precipitate. There is no change in pH until the calcium hydroxide near the pores disappears.
【0030】1.6 塩分の移動・濃縮を図2を参照して説
明する。細孔溶液のpHが高い状態にあるコンクリート
ほど炭酸化速度が大きい
1)塩化ナトリウムの添加量を増すと水酸基イオン濃度
が上昇
2)塩化ナトリウムはNa+、Cl―に解離
3)セメント中のアルミン酸三石灰1.6 Transfer and concentration of salt will be described with reference to FIG. The higher the pH of the pore solution, the higher the rate of carbonation in concrete. 1) The concentration of hydroxyl ions increases with increasing amount of sodium chloride. 2) Sodium chloride dissociates into Na + and Cl- 3) Alumina in cement Acid tricalcium
【化12】
はセメント重量の0.4%まではCl―と結合しフリーデ
ル氏塩を生成する。
4)塩化物イオンが減少
これに見合う陰イオンが必要となり固相に存在する水酸
化カルシウムが溶出[Chemical 12] Up to 0.4% of the cement weight is combined with Cl- to form Friedel's salt. 4) Decrease in chloride ion Anion corresponding to this is required, and calcium hydroxide existing in the solid phase is eluted
【0031】炭酸化による塩化物および硫黄化合物の移
動・濃縮と鉄筋の腐食劣化調査における事実は以下の通
りである。
1)コンクリート表面付近では塩化物の含有量が少な
く、むしろ内部で含有量が多い。
2)相当内部の鉄筋が腐食しているケースがある
3)コンクリートの炭酸化が異常に早いThe facts in the investigation of the migration / concentration of chloride and sulfur compounds by carbonation and the corrosion deterioration of rebar are as follows. 1) The chloride content is low near the concrete surface, but rather high inside. 2) Corresponding cases of corrosive internal reinforcement 3) Concrete carbonation is abnormally fast
【0032】1.7炭酸化(中性化)のメカニズムを図
3を参照して説明する。空気中の二酸化炭素は水酸化カ
ルシウムを炭酸カルシウムに変えるだけでなく、エトリ
ンガイトおよびフリーデル氏塩と反応して水溶性の塩化
物および硫黄化合物を生成する。これらのイオンが濃度
拡散によりコンクリート内部に移動し濃縮される。コン
クリート中の塩化ナトリウムは細孔溶液のpHを高める
が、これは炭酸化を著しく促進させる。空気中の二酸化
炭素は水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変えるだけ
でなく、エトリンガイトおよびフリーデル氏塩と反応し
て水溶性の塩化物および硫黄化合物を生成する。これら
のイオンが濃度拡散によりコンクリート内部に移動し濃
縮される。コンクリート中の塩化ナトリウムは細孔溶液
のpHを高めるが、これは炭酸化を著しく促進させる。1.7 The mechanism of carbonation (neutralization) will be described with reference to FIG. Carbon dioxide in the air not only transforms calcium hydroxide into calcium carbonate, but also reacts with ettringite and Friedel's salts to form water-soluble chloride and sulfur compounds. These ions move inside the concrete due to concentration diffusion and are concentrated. Sodium chloride in concrete increases the pH of the pore solution, which significantly accelerates carbonation. Carbon dioxide in the air not only transforms calcium hydroxide into calcium carbonate, but also reacts with ettringite and Friedel's salts to form water-soluble chloride and sulfur compounds. These ions move inside the concrete due to concentration diffusion and are concentrated. Sodium chloride in concrete increases the pH of the pore solution, which significantly accelerates carbonation.
【0033】2 複合劣化のモデル化
2.1 コンクリート内部の物質移動
コンクリート内部の物質移動は拡散現象として仮定す
る。また、拡散現象を示す物質として炭酸ガス、塩化
物、水酸イオンとする。また、フリーデル氏塩による塩
化物の濃縮・遊離に関係するフリーデル氏塩、炭酸カル
シウム、アルミン酸は固定しているものとする。2 Modeling of composite deterioration 2.1 Mass transfer inside concrete It is assumed that mass transfer inside concrete is a diffusion phenomenon. In addition, carbon dioxide, chloride, and hydroxide ion are used as substances exhibiting the diffusion phenomenon. Also, it is assumed that Friedel's salt, calcium carbonate, and aluminate, which are related to the concentration and release of chloride by Friedel's salt, are fixed.
【0034】[0034]
【化13】 [Chemical 13]
【0035】2.2水酸イオンの濃度
コンクリート表面のアルカリ金属(Na+、K+、C
a2+)の流出に伴い内部と外部付近のアルカリ金属の濃
度勾配が生じる。この濃度勾配によりアルカリ金属が水
酸イオンを伴って表層部に移動する。2.2 Concentration of hydroxide ion Alkali metals (Na + , K + , C) on the concrete surface
With the outflow of a 2+ ), a concentration gradient of the alkali metal near the inside and outside occurs. This concentration gradient causes the alkali metal to move to the surface layer along with the hydroxide ion.
【0036】2.3 塩化物濃度
コンクリート中の塩化物はコンクリート中に最初から含
まれる塩化物量と外部からの拡散現象による塩化物量の
合計とする。また塩化物は水酸化カルシウムの濃度によ
りフリーデル氏塩として固定される場合と解放される場
合がある。2.3 Chloride Concentration Chloride in concrete is the sum of the amount of chloride contained in the concrete from the beginning and the amount of chloride due to the diffusion phenomenon from the outside. Chloride may be fixed or released as Friedel's salt depending on the concentration of calcium hydroxide.
【0037】条件
水酸化カルシウムの濃度>閾値の場合
フリーデル氏塩>0.4%
外部からの塩化物の拡散現象により濃度が決定される。
フリーデル氏塩<0.4%
拡散現象により流入してきた塩化物をフリーデル氏塩が
0.4%になるまでは塩化物を固定する。フリーデル氏
塩と塩化物の反応速度定数が必要である。
水酸化カルシウムの濃度<閾値の場合
フリーデル氏塩が炭酸ガスとの反応により塩化物を遊離
する。遊離された塩化物は拡散現象によりコンクリート
中に拡がる。炭酸ガスとフリーデル氏塩の反応速度定数
が必要である。したがって、塩化物濃度は外部からの拡
散による塩化物イオンとフリーデル氏塩との反応により
発生する塩化物イオンの合計となる。Condition Concentration of calcium hydroxide> threshold: Friedel's salt> 0.4% The concentration is determined by the diffusion phenomenon of chloride from the outside. Friedel's salt <0.4% Chloride is fixed by the diffusion phenomenon until Friedel's salt reaches 0.4%. Friedel's salt and chloride reaction rate constants are required. When the concentration of calcium hydroxide is less than the threshold value, Friedel's salt releases chloride by reaction with carbon dioxide. The liberated chloride spreads into the concrete due to the diffusion phenomenon. The reaction rate constant of carbon dioxide and Friedel's salt is required. Therefore, the chloride concentration is the total of chloride ions generated by the reaction of chloride ions and Friedel's salt due to diffusion from the outside.
【0038】2.4 炭酸ガス濃度
外部からの拡散現象により計算する。また、水酸化カル
シゥムとの反応によりコンクリート中に吸収される。ま
た、塩化物イオンがフリーデル氏塩として固定される場
合炭酸ガスを発生する。したがって、炭酸ガス濃度は両
者の合計とする。2.4 Carbon dioxide concentration is calculated by the diffusion phenomenon from the outside. It is also absorbed in concrete by the reaction with calcium hydroxide. When chloride ions are fixed as Friedel's salt, carbon dioxide gas is generated. Therefore, the carbon dioxide concentration is the sum of both.
【0039】2.5 水酸化カルシウムの濃度
水酸化カルシゥムの濃度は水酸カルシウムと炭酸ガスと
の反応により求められる。したがって、炭酸ガスの濃度
分布を求め、その結果として水酸化カルシゥムの濃度が
決定される。したがって、水酸化カルシゥムの濃度は炭
酸ガスとの反応により計算する。2.5 Concentration of Calcium Hydroxide The concentration of calcium hydroxide is determined by the reaction between calcium hydroxide and carbon dioxide gas. Therefore, the concentration distribution of carbon dioxide is obtained, and as a result, the concentration of calcium hydroxide is determined. Therefore, the concentration of calcium hydroxide is calculated by the reaction with carbon dioxide.
【0040】2.6 フリーデル氏塩の濃度
フリーデル氏塩の濃度は水酸化カルシウムの濃度により
次のように計算する。
水酸化カルシウムの濃度>閾値
0.4%までは塩化物を固定し増加する。
0.4%以上では塩化物の固定はなく反応による増減は
ない。
水酸化カルシウムの濃度<閾値
フリーデル氏塩が炭酸ガスと反応し塩化物を遊離し減少
する。2.6 Concentration of Friedel's salt The concentration of Friedel's salt is calculated as follows according to the concentration of calcium hydroxide. When the concentration of calcium hydroxide is greater than the threshold value of 0.4%, chloride is fixed and increased. At 0.4% or more, there is no chloride fixation and no increase or decrease due to the reaction. Concentration of calcium hydroxide <threshold Friedel's salt reacts with carbon dioxide to release chloride and reduce it.
【0041】3 複合劣化に関する基礎式の誘導
2節で述べた現象の基礎式を誘導する。拡散現象により
コンクリート中を移動する物質は水酸イオン、塩化物お
よび炭酸ガスとする。また、水酸化カルシウム、アルミ
ン酸およびフリーデル氏塩はコンクリート中に固定され
ていると仮定する。また、モデル化は塩化物と中性化の
相互作用のみを対象としており、硫化物と炭酸ガスおよ
びエトリンガイトに関する現象は取り扱っていない。水
酸イオン(アルカリ金属)の濃度拡散を式-3.1に示す。
式-3.1において空気と接する境界条件をノイマン型の条
件としアルカリ金属をコンクリートから流出させる。3 Derivation of basic equations regarding composite deterioration The basic equations of the phenomenon described in Section 2 are derived. The substances that move in concrete due to the diffusion phenomenon are hydroxide ion, chloride and carbon dioxide gas. Also assume that calcium hydroxide, aluminate and Friedel's salt are fixed in the concrete. In addition, the modeling only deals with the interaction between chloride and neutralization, and does not deal with phenomena related to sulfide, carbon dioxide and ettringite. Equation-3.1 shows the concentration diffusion of hydroxide ion (alkali metal).
In Equation-3.1, the boundary condition in contact with air is the Neumann type condition, and alkali metal is allowed to flow out from concrete.
【0042】[0042]
【数3】 [Equation 3]
【0043】炭酸ガス、塩化物およびアルミン酸に関す
る化学反応式を式-3.2に示す。
アルミン酸と塩化物の反応によりフリーデル氏塩を生成
(塩化物の濃縮)The chemical reaction formulas for carbon dioxide, chloride and aluminate are shown in Formula-3.2. Friedel's salt is produced by the reaction of aluminate and chloride (concentration of chloride)
【化14】 [Chemical 14]
【0044】フリーデル氏塩と炭酸ガスが反応し塩化物
を生成(塩化物の遊離)
式-3.2の反応式は塩化物、炭酸ガス、アルミン酸および
フリーデル氏塩の相互作用で反応の方向が決定されると
仮定する。また、反応の方向は水酸化カルシウム、塩化
物イオンおよび炭酸ガス濃度により決定する。式-3.2の
反応を考慮した形で炭酸ガスおよび塩化物の拡散方程式
を式-3.3、式-3.4に示す。Friedel's salt reacts with carbon dioxide to form chloride (release of chloride) The reaction formula of Formula-3.2 is the reaction direction due to the interaction of chloride, carbon dioxide, aluminate and Friedel's salt. Is determined. The direction of the reaction is determined by the concentrations of calcium hydroxide, chloride ions and carbon dioxide. Equation-3.3 and equation-3.4 show the diffusion equations of carbon dioxide and chloride in consideration of the reaction of equation-3.2.
【0045】また、反応速度はアレニウスの式に従うと
仮定する。Further, it is assumed that the reaction rate follows the Arrhenius equation.
【数4】 [Equation 4]
【0046】ここにHere
【化15】 [Chemical 15]
【0047】式-3.3の右辺第1項は外部から流入した炭
酸ガスの濃度拡散に関する項、第2項は水酸化カルシウ
ムと炭酸ガスとの反応により炭酸ガスの減少量を示す
項、第3項はアルミン酸と塩化物が反応して炭酸ガスを
生成する項である。すなわち、式-3.2の第3項は式-3.4
に示す反応式において塩化物をフリーデル氏塩としてコ
ンクリート中に固定する場合発生する炭酸ガスの増加を
示している。また拡散係数は水酸イオンに依存した形で
決定する。The first term on the right side of the equation-3.3 is the term relating to the concentration diffusion of carbon dioxide gas flowing from the outside, the second term is the term showing the amount of reduction of carbon dioxide gas due to the reaction between calcium hydroxide and carbon dioxide gas, and the third term. Is a term for producing carbon dioxide by reacting aluminate with chloride. That is, the third term in Equation-3.2 is
In the reaction formula shown in, the increase of carbon dioxide gas generated when chloride is fixed in concrete as Friedel's salt is shown. In addition, the diffusion coefficient is determined depending on the hydroxide ion.
【0048】また、式-3.4の右辺第1項は外部から流入
した塩化物の濃度拡散、第2項は炭酸ガスとフリーデル
氏塩が反応して塩化物を遊離、第3項はアルミン酸と塩
化物が反応し塩化物の固定を示している。式-3.3および
式-3.4はコンクリート中に固定しないで移動する物質
(炭酸ガス、塩化物)の量を求める式で別途コンクリー
ト中に固定している水酸化カルシウム、フリーデル氏お
よびアルミン酸を求める式が必要である。これらの量を
求める式を式-3.5、式-3.6、式-3.7に示す。式-3.5は水
酸化カルシウムを求める式で水酸化カルシウムの量は炭
酸ガスとの反応により決定されると仮定する。また式-
3.5の反応は水酸化カルシウムが炭酸ガスと反応して炭
酸カルシウムを生成する一方向のみであると仮定する。
したがって、下式の反応は右方向のみの反応とする。The first term on the right-hand side of the equation-3.4 is the concentration diffusion of chloride flowing in from the outside, the second term is carbon dioxide gas and Friedel's salt react to release chloride, and the third term is aluminate. And chloride reacts, indicating fixation of chloride. Formula-3.3 and Formula-3.4 are formulas that calculate the amount of substances (carbon dioxide, chloride) that move without being fixed in concrete. Calculate calcium hydroxide, Friedel's and aluminate which are separately fixed in concrete. An expression is required. The formulas for obtaining these quantities are shown in Formula-3.5, Formula-3.6, and Formula-3.7. Equation-3.5 is the equation for calculating calcium hydroxide, and it is assumed that the amount of calcium hydroxide is determined by the reaction with carbon dioxide. Expression-
It is assumed that the reaction of 3.5 is only one way in which calcium hydroxide reacts with carbon dioxide to form calcium carbonate.
Therefore, the reaction of the following formula is a reaction in the right direction only.
【0049】[0049]
【化16】 [Chemical 16]
【0050】また、式-3.6、式-3.7よりフリーデル氏塩
とアルミン酸の量を求める。式-3.7の右辺第1項は塩化
物とアルミン酸が反応しフリーデル氏塩を生成する場合
アルミン酸の減少量、第2項はフリーデル氏塩と炭酸ガ
スの反応により塩化物を遊離する場合のアルミン酸の減
少量を示している。また式-3.7は式-3.6の逆の反応でフ
リーデル氏塩の量を求める式である。したがってフリー
デル氏塩の量は炭酸ガスと塩化物およびアルミン酸の相
互作用の形で求められる。水酸化カルシウムと炭酸ガス
の反応Further, the amounts of Friedel's salt and aluminate are calculated from the equations -3.6 and -3.7. The first term on the right side of formula -3.7 is the amount of reduction of aluminate when chloride reacts with aluminate to form Friedel's salt, and the second term releases chloride by the reaction of Friedel's salt and carbon dioxide gas. It shows the amount of decrease of aluminate in the case. Equation-3.7 is the inverse reaction of equation-3.6 to obtain the amount of Friedel's salt. Therefore, the amount of Friedel's salt is obtained in the form of the interaction of carbon dioxide with chloride and aluminate. Reaction of calcium hydroxide with carbon dioxide
【0051】[0051]
【数5】 [Equation 5]
【0052】ここにHere
【化17】 [Chemical 17]
【0053】の反応はコンクリート中に水酸化カルシ
ウムが存在すれば一方向の反応とする。また、式-3.6、
式-3.7の反応は次のように仮定する。The reaction (1) is a one-way reaction if calcium hydroxide is present in the concrete. Also, the formula-3.6,
The reaction of Equation-3.7 is assumed as follows.
【0054】[0054]
【数6】 上記した減少を模式的に書くと図4のようになる。[Equation 6] The reduction described above is schematically shown in FIG.
【0055】4 複合劣化に関する定式化
4.1 拡散方程式の定式化
式-3.1〜式-3.8の定式化を行う。定式化にはガラーキン
法を適用する。式-3.1は式-3.2の特別な形であるため式
-3.2の定式化を次に示す。4 Formulation on composite deterioration 4.1 Formulation of diffusion equation Formulations of -3.1 to -3.8 are performed. The Galerkin method is applied to the formulation. Formula-3.1 is a special form of Formula-3.2, so Formula
The formulation of -3.2 is shown below.
【0056】[0056]
【数7】 [Equation 7]
【0057】解析対象を有限個の要素に分割し要素e内
の濃度分布を式-4.2のように表現する。The analysis target is divided into a finite number of elements, and the concentration distribution in element e is expressed as in equation -4.2.
【0058】[0058]
【数8】 [Equation 8]
【0059】ここで 一次元要素の形状関数をHere, the shape function of the one-dimensional element is
【数9】 [Equation 9]
【0060】ガラーキン法における重み関数は形状関数
と同じ関数を適用するため、式-4.1に重みをかけて要素
内で積分すると式-4.5になる。Since the same function as the shape function is applied as the weighting function in the Galerkin method, equation-4.5 is obtained by weighting equation-4.1 and integrating within the element.
【0061】[0061]
【数10】 [Equation 10]
【0062】式-4.5において濃度Cに対する2階微分項
が含まれているのため、ガウス・グリーン定理に基づく
部分積分を施すと式-4.6になる。Since the second differential term with respect to the density C is included in the equation-4.5, the partial integration based on the Gauss-Green theorem results in the equation-4.6.
【0063】[0063]
【数11】 [Equation 11]
【0064】式-4.6に式-4.3、式-4.4を代入し書き換え
ると式-4.7となる。Substituting equation-4.3 and equation-4.4 into equation-4.6 and rewriting it yields equation-4.7.
【数12】 [Equation 12]
【0065】式-3.5の塩化物の拡散方程式も同様な方法
で定式化する。式-3.5は式-3.2の右辺第3項がない場合
と同様な形をしているためと式-4.9になる。The chloride diffusion equation of Equation-3.5 is formulated in a similar manner. Equation-3.5 has the same shape as the case where the third term on the right side of Equation-3.2 does not exist, and is therefore Equation-4.9.
【0066】[0066]
【数13】 [Equation 13]
【0067】式-3.6、式-3.7も同様な方法を適用すると
式-4.10、式-4.11になる。Applying the same method to equations-3.6 and 3.7, equations-4.10 and-4.11.
【数14】 [Equation 14]
【0068】4.2 時間に関する差分化
4.1節で誘導した基礎式を時間に関して差分化する。炭
酸ガスと塩化物に関する拡散方程式を式-4.12、式-4.13
に示す。4.2 Differentiation with respect to time The basic formula derived in Section 4.1 is differentiated with respect to time. Equation-4.12 and equation-4.13 are the diffusion equations for carbon dioxide and chloride.
Shown in.
【0069】[0069]
【数15】 [Equation 15]
【0070】式-4.14、式-4.15を時間に関して差分化す
ると最終的に式-4.16式-4.17を解くことになる。When the expressions -4.14 and -4.15 are differentiated with respect to time, finally the expressions -4.16 and -4.17 are solved.
【0071】[0071]
【数16】 [Equation 16]
【0072】ここに 前進差分 クランク・ニコルソン法 後退差分Forward difference here Crank-Nicholson method Regression difference
【0073】[0073]
【数17】 [Equation 17]
【0074】式-4.16、式-4.17を整理すると式-4.18、
式-4.19になる。When formula-4.16 and formula-4.17 are rearranged, formula-4.18,
Formula becomes 4.19.
【0075】[0075]
【数18】 [Equation 18]
【0076】式-4.18、式-4.19の各項を次のようにおく
と式-4.18、式-4.19は最終的に式-4.20の形にまとめら
れる。When the respective terms of Expression-4.18 and Expression-4.19 are set as follows, Expression-4.18 and Expression-4.19 are finally summarized in the form of Expression-4.20.
【0077】[0077]
【数19】 [Formula 19]
【0078】式-4.16は炭酸ガスと塩化物の相互作用を
まとめた形になっており、式-4.16を解くことにより両
者の相互作用が考慮された形で濃度分布が求められる。
次に、水酸化カルシウム、アルミン酸およびフリーデル
氏塩を求める式-3.3、式-3.6、式-3.7の時間に関する差
分化を行う。式-3.6、式-3.7のガラーキン表示は式-4.1
0、式-4.11にすでに示した。その式を次に示す。また、
式-3.3の水酸化カルシウムを算定する式は相互作用のな
い形であるため式-4.20のようになる。Formula-4.16 is a form summarizing the interaction between carbon dioxide and chloride. By solving Formula-4.16, the concentration distribution can be obtained in a form that takes into account the interaction between the two.
Next, the time difference of Formula-3.3, Formula-3.6, and Formula-3.7 for calculating calcium hydroxide, aluminate, and Friedel's salt is performed. The Galerkin display of Formula-3.6 and Formula-3.7 is Formula-4.1
0, already shown in Equation-4.11. The formula is shown below. Also,
The formula for calculating calcium hydroxide in formula 3.3 is as shown in formula 4.20 because it has no interaction.
【0079】[0079]
【数20】 [Equation 20]
【0080】式-4.21、式-4.22、式-4.23を時間に関し
て差分化すると式-4.24、式-4.25、式-4.26になる。When equation −4.21, equation −4.22, and equation −4.23 are differentiated with respect to time, equation −4.24, equation −4.25, and equation −4.26 are obtained.
【0081】[0081]
【数21】 [Equation 21]
【0082】式-4.24、式-4.25の各項を次のようにおく
と、式-4.27となる。また、水酸化カルシウムを求める
式は炭酸ガスとの一方向の反応であるため式-4.26を解
く。When the respective terms of equations -4.24 and -4.25 are set as follows, equation -4.27 is obtained. Also, since the equation for calculating calcium hydroxide is a one-way reaction with carbon dioxide, equation -4.26 is solved.
【0083】[0083]
【数22】 [Equation 22]
【0084】[0084]
【実施例1】以下に、本発明の劣化予測方法によるコン
クリート構造物の複合的な劣化の予測結果の具体例を説
明する。図5は、実際のコンクリート構造物に関して、
本発明の方法で予測した30年経過後の塩化物イオン濃
度分布曲線Aと、実測した30年経過後の塩化物イオン
濃度分布曲線Bを示したものである。なお、図5の例
は、30年間コンクリート構造物の補修は行わなかった
場合の例である。図5の分布曲線Bにおいて顕著に現れ
ているように、実際の塩化物イオン濃度分布は、表面よ
り内部(深さ約2.5cm)に濃度分布のピークが現れてい
る。本発明により予測した分布曲線でも同様のピークが
表現されており、さらに深い部部での濃度分布も実測値
に極めて近いものとなっている。[Embodiment 1] Hereinafter, a specific example of a composite deterioration prediction result of a concrete structure by the deterioration prediction method of the present invention will be described. Figure 5 shows the actual concrete structure
3 shows a chloride ion concentration distribution curve A after 30 years predicted by the method of the present invention and a measured chloride ion concentration distribution curve B after 30 years. In addition, the example of FIG. 5 is an example when the repair of the concrete structure is not performed for 30 years. As is obvious in the distribution curve B in FIG. 5, the actual chloride ion concentration distribution has a peak in the concentration distribution inside (about 2.5 cm in depth) from the surface. Similar peaks are also expressed in the distribution curve predicted by the present invention, and the concentration distribution in the deeper part is very close to the measured value.
【0085】また、図7の(a)には、5年後から100
年後までの塩化物イオン濃度の算出結果を示した。そし
て、図7の(b)には、5年後から100年後までの水酸
化カルシウム濃度の算出結果を示した。Further, in FIG. 7A, 100 years after 100 years
The calculation results of chloride ion concentration up to a year later are shown. Then, FIG. 7B shows the calculation result of the calcium hydroxide concentration from 5 years to 100 years.
【0086】このことから、本発明の方法によれば、塩
害と中性化による複合的な劣化の進行状況を把握するこ
とができる塩化物イオン濃度分布を適正に算出すること
ができるのである。From the above, according to the method of the present invention, it is possible to properly calculate the chloride ion concentration distribution which can grasp the progress of complex deterioration due to salt damage and neutralization.
【0087】次に、途中でコンクリート構造物の補修を
行った場合の、劣化予測方法を説明する。このように途
中で補修を行った場合には、その補修方法の種類によ
り、補修後の既設のコンクリート構造物の境界条件及び
補修に用いられた補修材料の特性データを劣化予測の因
子に加えて補修後のコンクリート構造物の劣化の進行を
予測する。Next, a method of predicting deterioration when a concrete structure is repaired on the way will be described. When repairs are performed on the way as described above, depending on the type of the repair method, the boundary conditions of the existing concrete structure after repair and the characteristic data of the repair material used for repair are added to the deterioration prediction factors. Predict the progress of deterioration of the concrete structure after repair.
【0088】既設のコンクリート構造物の補修の種類に
は、コンクリート表面を被覆する表面保護工(図6の
(a)参照。)と、コンクリート表層部を撤去した後に
硬化材等の補修材料で撤去した部分を補修する断面修復
工(図6の(b)参照。)と、これら表面保護工と断面
修復工を併用した補修方法(図6の(c)参照。)があ
る。As for the type of repair of the existing concrete structure, a surface protector for covering the concrete surface (see (a) of FIG. 6) and a concrete surface layer are removed and then a repair material such as a hardening material is used for removal. There are a cross-section restoration work (see (b) of FIG. 6) for repairing the damaged portion and a repair method (see (c) of FIG. 6) using both the surface protection work and the cross-section restoration work.
【0089】[0089]
【実施例2】表面被覆工を行った場合のコンクリート構
造物の劣化予測の結果を図8の(a)に示す。この場合
は、表面からの炭酸ガスの供給が少なくなり、フリーデ
ル氏塩として固定されている塩化物イオンが可溶性塩分
として分離されないため、塩化物イオン濃度の最大値が
大きくならないという現象を表している。[Embodiment 2] FIG. 8A shows the results of prediction of deterioration of a concrete structure when surface coating was performed. In this case, the amount of carbon dioxide gas supplied from the surface is reduced, and the chloride ion fixed as Friedel's salt is not separated as soluble salt, which means that the maximum chloride ion concentration does not increase. There is.
【0090】[0090]
【実施例3】次に、表面から4cmまで、断面修復工によ
る補修を行った場合のコンクリート構造物の劣化予測の
結果を図9の(a)に示す。この場合は、表面から4cm
まで新しいコンクリートとなるため、コンクリート中の
可溶性塩分がフリーデル氏塩として固定されるた深さ方
向に分布していた塩化物イオン濃度が小さくなるという
現象を表している。[Embodiment 3] Next, FIG. 9A shows the result of prediction of deterioration of a concrete structure when repairing a section up to 4 cm by a cross section restoration work. In this case, 4 cm from the surface
Since it becomes a new concrete up to now, it represents a phenomenon that the concentration of chloride ion, which was distributed in the depth direction where the soluble salt content in the concrete is fixed as Friedel's salt, becomes small.
【0091】[0091]
【実施例4】次に、表面被覆工と断面修復工の両方の補
修を行った場合の、コンクリート構造物の劣化予測の結
果を図10の(a)に示す。この場合は、実施例2の現
象と実施例3の現象が加算されて現れている状態を示し
ている。[Embodiment 4] Next, FIG. 10A shows the result of prediction of deterioration of the concrete structure when both the surface coating work and the cross-section repair work were carried out. In this case, the phenomenon of the second embodiment and the phenomenon of the third embodiment are added and appear.
【0092】次に、中性化による劣化の予測を水酸化カ
ルシウムの減少量で評価する場合の予測結果を図8の
(b)〜図10の(b)に示す。図8の(b)は表面被
覆工の場合、図9の(b)は断面修復工の場合、図10
の(b)は表面被覆工と断面修復工とを行った場合を示
したものである。また、これらをまとめた結果を図1
1、図12に示す。Next, the prediction results when the prediction of deterioration due to neutralization is evaluated by the decrease amount of calcium hydroxide are shown in FIGS. 8 (b) to 10 (b). 8B shows the case of the surface coating, and FIG. 9B shows the case of the cross-section restoration.
(B) shows the case where the surface coating work and the cross-section repair work are performed. In addition, the result of summarizing these is shown in FIG.
1, shown in FIG.
【0093】以下に、本発明の予測方法をコンピュータ
を用いて実施する手順の概要を説明する。図6の(a)
は、上記表面保護工を用いて、コンクリート表面を補修
材料D1により被覆した場合の補修後のコンクリート構
造物Zの断面を示している。この場合において、本発明
のコンクリート構造物の劣化予測方法では、既設のコン
クリート構造物Zのコンクリート表面の境界層の境界条
件を、補修材料D1により被覆して補修した後のコンク
リート表面の境界条件に変更して、補修後のコンクリー
ト構造物Zの劣化の進行を予測する。The outline of the procedure for carrying out the prediction method of the present invention using a computer will be described below. FIG. 6A
Shows a cross section of the concrete structure Z after repair when the surface of the concrete is covered with the repair material D1 using the above surface protection work. In this case, in the method for predicting deterioration of a concrete structure of the present invention, the boundary condition of the boundary layer of the concrete surface of the existing concrete structure Z is changed to the boundary condition of the concrete surface after being repaired by being covered with the repair material D1. Change to predict the progress of deterioration of the concrete structure Z after repair.
【0094】図6の(b)は、断面修復工を用いて、コ
ンクリート構造物の表層部を撤去した後、補修材料D2
で撤去した部分を補修した補修後のコンクリート構造物
Zの断面を示している。この場合において、本発明のコ
ンクリート構造物の劣化予測方法では、補修材料D2で
補修した部分の塩化物イオン濃度と水酸化カルシウム濃
度及び炭酸ガスの拡散係数を、補修材料D2の初期の塩
化物イオン濃度と水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガスの
拡散係数に変更する。FIG. 6B shows a repair material D2 after the surface layer of the concrete structure is removed by using a cross-section restoration work.
The cross section of the concrete structure Z after repairing which repaired the part removed in FIG. In this case, in the method for predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention, the chloride ion concentration, the calcium hydroxide concentration and the carbon dioxide diffusion coefficient of the portion repaired with the repair material D2 are calculated as the initial chloride ion of the repair material D2. Change the concentration, calcium hydroxide concentration, and carbon dioxide diffusion coefficient.
【0095】また、既設のコンクリート構造物Zからコ
アを採取して塩化物イオン濃度を測定し、またフェノー
ルフタレイン溶液を用いて得た中性化深さの測定値よ
り、炭酸ガスの拡散方程式を用いて逆解析により拡散係
数を求め、補修した部分より奥の既設コンクリートの拡
散係数をこの値に変更し、さらに、補修材料D2により
補修されたコンクリート構造物の境界条件を変更して、
これらのデータから有限要素法によりコンクリート構造
物Zの劣化の進行を予測する。The core was sampled from the existing concrete structure Z to measure the chloride ion concentration, and the carbon dioxide diffusion equation was obtained from the measured neutralization depth obtained using the phenolphthalein solution. The diffusion coefficient is obtained by inverse analysis using, the diffusion coefficient of the existing concrete deeper than the repaired part is changed to this value, and the boundary condition of the concrete structure repaired by the repair material D2 is changed,
From these data, the progress of deterioration of the concrete structure Z is predicted by the finite element method.
【0096】図6の(c)は、表面保護工と断面修復工
を併用して、コンクリート構造物の表層部を撤去した
後、補修材料D2で撤去した部分を補修し、その補修材
料D2の表面に補修材料D1を被覆した補修後のコンク
リート構造物Zの断面を示している。この場合におい
て、本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法では、
補修材料D1により被覆して補修した後のコンクリート
表面の境界条件に変更するとともに、補修材料D2で補
修した部分の塩化物イオン濃度及び水酸化カルシウム濃
度及び炭酸ガスの拡散係数を、それぞれ補修後のコンク
リート表面の境界条件、補修材料D2の初期の塩化物イ
オン濃度及び初期の水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガス
の拡散係数にそれぞれ変更する。さらに、既設のコンク
リート構造物Zからコアを採取して得た塩化物イオン濃
度及び中性化深さの測定値より、炭酸ガスの拡散方程式
を用いて逆解析により拡散係数を求め、これらのデータ
から有限要素法によりコンクリート構造物Zの劣化の進
行を予測する。FIG. 6 (c) shows that the surface protection work and the cross-section repair work are used together to remove the surface layer portion of the concrete structure, and then the removed portion is repaired with the repair material D2. The cross section of the concrete structure Z after the repair which covered the repair material D1 on the surface is shown. In this case, in the deterioration prediction method of the concrete structure of the present invention,
The boundary conditions of the concrete surface after being covered with the repair material D1 and repaired are changed, and the chloride ion concentration, the calcium hydroxide concentration, and the carbon dioxide diffusion coefficient of the portion repaired with the repair material D2 are respectively calculated after the repair. The boundary conditions of the concrete surface, the initial chloride ion concentration and the initial calcium hydroxide concentration of the repair material D2, and the diffusion coefficient of carbon dioxide are changed. Furthermore, from the measured values of chloride ion concentration and neutralization depth obtained by sampling the core from the existing concrete structure Z, the diffusion coefficient was obtained by inverse analysis using the diffusion equation of carbon dioxide, and these data were obtained. From this, the progress of deterioration of the concrete structure Z is predicted by the finite element method.
【0097】つぎに、上記コンクリート構造物の劣化予
測方法の具体的な手順について、図13に示すフローチ
ャートを用いて説明する。ここで、本発明の劣化予測方
法の各手順は、ソフトウェアにより実現されるため、以
下に述べる説明においては、上記ソフトウェアを実行処
理するハードウェアの操作手順を含めて説明する。Next, a concrete procedure of the method for predicting deterioration of the concrete structure will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, since each procedure of the deterioration prediction method of the present invention is realized by software, in the following description, an operation procedure of hardware for executing the above-mentioned software will be described.
【0098】なお、上記ハードウェアは、入力装置、記
憶装置、演算装置及び表示装置(いずれも図示せず)を
備えて構成されており、以下の説明においては、入力装
置より必要なデータを入力し、このデータを記憶装置に
記憶されたプログラムの各ステップに従って演算装置で
演算処理することにより、補修後のコンクリート構造物
の劣化の予測結果を表示装置に表示することができる構
成となっている。The above hardware includes an input device, a storage device, a computing device, and a display device (all not shown). In the following description, necessary data is input from the input device. However, by processing this data in accordance with each step of the program stored in the storage device by the processing device, the prediction result of deterioration of the concrete structure after repair can be displayed on the display device. .
【0099】図13に示すように、本発明のコンクリー
ト構造物の劣化予測方法は、コンクリート構造物の構造
条件に関する特性データを入力するステップS101〜
S109と、補修した場合の既設のコンクリート構造物
の境界条件及び補修に用いられた補修材料の特性データ
を入力するステップS201〜S203と、入力された
各データからコンクリート構造物の劣化の進行を予測計
算するステップS301とから構成されている。As shown in FIG. 13, in the method of predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention, steps S101 to S101 for inputting characteristic data relating to the structural conditions of the concrete structure.
S109, Steps S201 to S203 for inputting boundary conditions of the existing concrete structure when repaired and characteristic data of the repair material used for repair, and prediction of deterioration progress of the concrete structure from each input data It is composed of a calculation step S301.
【0100】まず、ステップS101で補修の対象とな
るコンクリート構造物の構造条件に関する特性データ、
例えば、コンクリート構造物のかぶり、部材厚、主筋径
等を入力する。つぎに、ステップS102で、このコン
クリート構造物の境界条件を設定する。この境界条件
は、例えば、境界層の塩化物イオン吸収率、炭酸ガスの
吸収率、境界層の厚さ、境界層からの塩化物イオンの流
出速度及び炭酸ガスの流出速度係数等を入力する。そし
て、ステップS103で、このコンクリート構造物が新
設の構造物か、或るいは既設の構造物かを選択する。First, in step S101, characteristic data relating to the structural conditions of the concrete structure to be repaired,
For example, the cover of the concrete structure, the member thickness, the main bar diameter, etc. are input. Next, in step S102, the boundary conditions of this concrete structure are set. For this boundary condition, for example, the chloride ion absorption rate of the boundary layer, the carbon dioxide gas absorption rate, the thickness of the boundary layer, the chloride ion outflow rate from the boundary layer, the carbon dioxide outflow rate coefficient, and the like are input. Then, in step S103, it is selected whether this concrete structure is a new structure or an existing structure.
【0101】つぎに、上記ステップS103で、既設の
コンクリート構造物が選択された場合に、ステップS1
04に進み、この既設のコンクリート構造物のこれまで
の劣化の進行を測定するか否かを選択する。ここで、
「コンクリート構造物の劣化の進行を測定する」を選択
すると、ステップS105で、既設のコンクリート構造
物のコアを採取して測定した測定データ、すなわち塩化
物イオン濃度と中性化深さの測定値を入力する。Next, when the existing concrete structure is selected in step S103, step S1
Proceed to 04 to select whether or not to measure the progress of deterioration of the existing concrete structure so far. here,
When “Measure progress of deterioration of concrete structure” is selected, in step S105, measurement data obtained by sampling the core of the existing concrete structure, that is, measured values of chloride ion concentration and neutralization depth. Enter.
【0102】ステップS106では、上記ステップS1
05で入力された塩化物イオン濃度と中性化深さの測定
データから炭酸ガスの拡散方程式を用いて逆解析するこ
とにより、この既設のコンクリート構造物の拡散係数を
算出する。なお、上記ステップS104で既設のコンク
リート構造物の劣化の進行を測定しない場合には、ステ
ップS107に進み、既設のコンクリート構造物の炭酸
ガスの拡散係数を設定する。この炭酸ガスの拡散係数
は、コンクリート標準示方書に記載されているコンクリ
ートの種類毎の拡散係数を用いる。In step S106, the above step S1
The diffusion coefficient of this existing concrete structure is calculated by performing an inverse analysis using the diffusion equation of carbon dioxide from the measurement data of the chloride ion concentration and the neutralization depth input in 05. If the progress of deterioration of the existing concrete structure is not measured in step S104, the process proceeds to step S107 to set the carbon dioxide diffusion coefficient of the existing concrete structure. For the diffusion coefficient of carbon dioxide gas, the diffusion coefficient for each type of concrete described in the standard specifications for concrete is used.
【0103】つぎに、ステップS201では、既設のコ
ンクリート構造物を補修するか否かを選択する。ここ
で、「補修する」を選択すると、ステップS202で、
補修方法を選択する。具体的には、補修方法選択画面
(図示しない。)に、上述した表面保護工、断面修復工
及び表面保護工と断面修復工を併用した補修方法の選択
項目が用意されており、これらの中から補修方法を選択
する構成となっている。Next, in step S201, it is selected whether or not to repair the existing concrete structure. Here, if "repair" is selected, in step S202,
Select a repair method. Specifically, on the repair method selection screen (not shown), the selection items of the above-mentioned surface protection work, cross-section repair work and repair method using both surface protection work and cross-section repair work are prepared. The repair method is selected from.
【0104】そして、上記ステップS202で補修する
方法を選択すると、つぎのステップS203で、選択し
た補修方法の種類に応じて補修部分の境界条件、炭酸ガ
スの拡散係数及び初期の塩化物イオン濃度と初期の水酸
化カルシウム濃度の設定を行う。また、補修方法として
表面保護工を選択した場合の境界条件を入力する画面
(図示しない。)に表示された各項目毎に必要なデータ
を入力して境界条件の設定を行う。When the repairing method is selected in step S202, the boundary conditions of the repaired portion, the carbon dioxide diffusion coefficient and the initial chloride ion concentration are selected in step S203 according to the selected repairing method. Set the initial calcium hydroxide concentration. Further, the boundary condition is set by inputting necessary data for each item displayed on the screen (not shown) for inputting the boundary condition when the surface protection work is selected as the repair method.
【0105】また、上記選択画面で断面保護工を選択し
た場合には、補修材料で補修した部分の初期の塩化物イ
オン濃度及び初期の水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガス
の拡散係数を入力し、さらに補修方法として表面保護工
と断面修復工を併用する補修方法を選択した場合には、
境界条件、塩化物イオン濃度及び水酸化カルシウム濃度
及び拡散係数を前もって設定されたデータベースから読
み出すことによって設定を行う。なお、上記ステップS
201で「補修しない」を選択した場合には、上記ステ
ップS106で逆解析により算出した拡散係数を用い
る。When the cross-section protector is selected on the above selection screen, the initial chloride ion concentration and the initial calcium hydroxide concentration and the carbon dioxide diffusion coefficient of the portion repaired with the repair material are input, and If you select a repair method that uses both surface protection and cross-section repair as the repair method,
The setting is performed by reading the boundary conditions, the chloride ion concentration, the calcium hydroxide concentration and the diffusion coefficient from a preset database. Note that the above step S
When “No repair” is selected in 201, the diffusion coefficient calculated by the inverse analysis in step S106 is used.
【0106】また、上述したステップS103でコンク
リート構造物が新設である場合を選択すると、ステップ
S108でセメント種別と水セメント比等の計算条件を
入力し、ステップS109で炭酸ガスの拡散係数を算出
する。When the case where the concrete structure is newly constructed is selected in step S103, the calculation conditions such as the cement type and the water cement ratio are input in step S108, and the carbon dioxide diffusion coefficient is calculated in step S109. .
【0107】以上のように、塩害と中性化によるコンク
リート構造物の劣化予測に必要なデータが全て入力され
ると、ステップS301に進み、有限要素法に基づいて
塩害と中性化の複合劣化によるコンクリート構造物の劣
化予測計算を実行し、計算結果を表示装置に表示する。
図7〜10は、上記計算結果をグラフ形式で出力した場
合の出力結果を示している。As described above, when all the data necessary for predicting the deterioration of the concrete structure due to salt damage and neutralization are input, the process proceeds to step S301, and the combined deterioration of salt damage and neutralization is performed based on the finite element method. The deterioration prediction calculation of the concrete structure is executed by and the calculation result is displayed on the display device.
7 to 10 show output results when the above calculation results are output in a graph format.
【0108】上記予測結果からも明らかなように、本発
明の劣化予測方法によれば、補修しない場合のコンクリ
ート構造物の複合劣化を予測できるとともに、補修した
場合には、その補修方法の種類により、補修後の既設の
コンクリート構造物の境界条件及び補修に用いられた補
修材料の特性データを新たな劣化予測の要因に加えて補
修後のコンクリート構造物の劣化の進行を予測するた
め、従来の劣化の予測方法と比較して、より正確に補修
後のコンクリート構造物の劣化を予測することができる
という効果がある。As is clear from the above prediction results, according to the deterioration prediction method of the present invention, it is possible to predict the composite deterioration of the concrete structure without repairing, and when repairing, depending on the type of the repairing method. , In order to predict the progress of deterioration of the concrete structure after repair by adding the boundary condition of the existing concrete structure after repair and the characteristic data of the repair material used for repair to the new factor of deterioration prediction, Compared with the deterioration prediction method, there is an effect that the deterioration of the concrete structure after repair can be predicted more accurately.
【0109】[0109]
【発明の効果】本発明にかかる請求項1の発明によれ
ば、一方の辺に、コンクリート中のセメント水和生成物
と大気中の二酸化炭素とを含み、他辺に、炭酸カルシウ
ムを含んだ化学反応式と、一方の辺に、炭酸カルシウム
とアルミン酸と塩化物とを含み、他辺に、フリーデル氏
塩と炭酸ガスとを含んだ可逆的な化学反応式と、で表さ
れる複合劣化の進行を、前記拡散方程式、を有限要
素法によって解析するので、コンクリート構造物の塩害
と中性化による劣化の進行を予測することが可能になっ
たのである。According to the invention of claim 1 of the present invention, one side contains a cement hydration product in concrete and carbon dioxide in the atmosphere, and the other side contains calcium carbonate. A complex represented by a chemical reaction formula and a reversible chemical reaction formula containing calcium carbonate, aluminate and chloride on one side and Friedel's salt and carbon dioxide gas on the other side. Since the progress of deterioration is analyzed by the finite element method using the diffusion equation, it is possible to predict the progress of deterioration due to salt damage and neutralization of the concrete structure.
【0110】請求項2の発明では、補修した場合には、
補修後の既設のコンクリート構造物の境界条件及び補修
に用いられた補修材料の特性データを有限要素法による
劣化予測の新たな因子に加えて、補修後のコンクリート
構造物の劣化の進行を予測するため、より正確に補修後
のコンクリート構造物の中性化による劣化の進行を予測
することができるという効果がある。In the invention of claim 2, when repaired,
Predict the progress of deterioration of the concrete structure after repair by adding the boundary condition of the existing concrete structure after repair and the characteristic data of the repair material used for repair to the new factor of deterioration prediction by the finite element method Therefore, there is an effect that the progress of deterioration due to neutralization of the concrete structure after repair can be more accurately predicted.
【0111】請求項3、4の発明では、補修材料の特性
データには、その補修材料の初期の塩化物イオンの濃
度、塩化物イオンの拡散係数、水酸化カルシウムイオン
濃度、炭酸ガスの拡散係数が含まれているため、補修後
には補修材料の特性データを考慮してコンクリート構造
物の劣化の進行を予測することができ、この結果、より
正確に補修後のコンクリート構造物の中性化による劣化
の進行を予測することができるという効果がある。According to the third and fourth aspects of the invention, the characteristic data of the repair material includes the initial chloride ion concentration, chloride ion diffusion coefficient, calcium hydroxide ion concentration, carbon dioxide diffusion coefficient of the repair material. Therefore, it is possible to predict the progress of deterioration of the concrete structure after the repair by considering the characteristic data of the repair material, and as a result, the neutralization of the concrete structure after the repair can be performed more accurately. There is an effect that the progress of deterioration can be predicted.
【図1】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を
説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a method for predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention.
【図2】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を
説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a method for predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention.
【図3】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を
説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method for predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention.
【図4】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を
模式化した説明図である。FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a method of predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention.
【図5】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法に
よる予測結果を、実測結果と対比させて示した説明図で
ある。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a result of prediction by the method for predicting deterioration of a concrete structure of the present invention, in comparison with an actual measurement result.
【図6】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法に
用いられる補修方法を説明するためのコンクリート構造
物の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a concrete structure for explaining a repair method used in the method for predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention.
【図7】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法に
よる予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構
成図である。FIG. 7 is a screen configuration diagram showing a case where a prediction result by the deterioration prediction method for a concrete structure of the present invention is output in a graph format.
【図8】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法に
よる予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構
成図である。FIG. 8 is a screen configuration diagram showing a case where a prediction result by the deterioration prediction method for a concrete structure of the present invention is output in a graph format.
【図9】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法に
よる予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構
成図である。FIG. 9 is a screen configuration diagram showing a case where a prediction result by the deterioration prediction method for a concrete structure of the present invention is output in a graph format.
【図10】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法
による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面
構成図である。FIG. 10 is a screen configuration diagram showing a case where a prediction result by the deterioration prediction method for a concrete structure of the present invention is output in a graph format.
【図11】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法
による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面
構成図である。FIG. 11 is a screen configuration diagram showing a case where a prediction result by the method for predicting deterioration of a concrete structure of the present invention is output in a graph format.
【図12】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法
による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面
構成図である。FIG. 12 is a screen configuration diagram showing a case where a prediction result by the method for predicting deterioration of a concrete structure of the present invention is output in a graph format.
【図13】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法
の各手順を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing each procedure of the method for predicting deterioration of a concrete structure according to the present invention.
【図14】本明細書にて使用した各変数を説明する表で
ある。FIG. 14 is a table illustrating each variable used in this specification.
Z コンクリート構造物 X コンクリート構造物の深さ40mmの地点 D1 表面補修材料 D2 断面修復材料 Z concrete structure X 40mm depth of concrete structure D1 surface repair material D2 Cross section restoration material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 邦和 大阪市阿倍野区松崎町2目2番2号 株式 会社奥村組内 (72)発明者 栗本 雅裕 大阪市阿倍野区松崎町2目2番2号 株式 会社奥村組内 (72)発明者 増井 仁 大阪市阿倍野区松崎町2目2番2号 株式 会社奥村組内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kunikazu Higashi 2nd-2nd share, Matsuzaki-cho, Abeno-ku, Osaka-shi Company Okumura group (72) Inventor Masahiro Kurimoto 2nd-2nd share, Matsuzaki-cho, Abeno-ku, Osaka-shi Company Okumura group (72) Inventor Hitoshi Masui 2nd-2nd share, Matsuzaki-cho, Abeno-ku, Osaka-shi Company Okumura group
Claims (4)
劣化の進行を、種々の劣化因子を有限要素法により解析
して予測するコンクリート構造物の劣化予測方法であっ
て、 一方の辺に、コンクリート中のセメント水和生成物と大
気中の二酸化炭素とを含み、他辺に、炭酸カルシウムを
含んだ化学反応式と、 一方の辺に、炭酸カルシウムとアルミン酸と塩化物とを
含み、他辺に、フリーデル氏塩と炭酸ガスとを含んだ可
逆的な化学反応式と、で表される複合劣化の進行を、拡
散方程式、 【数1】 を有限要素法によって解析して予測することを特徴とす
るコンクリート構造物の劣化予測方法。1. A method for predicting deterioration of a concrete structure, which comprises predicting the progress of deterioration of a concrete structure due to salt damage and neutralization by analyzing various deterioration factors by a finite element method, the method comprising: Includes a cement hydration product in concrete and carbon dioxide in the atmosphere, a chemical reaction formula containing calcium carbonate on the other side, and calcium carbonate, aluminate, and chloride on one side, and The reversible chemical reaction formula containing Friedel's salt and carbon dioxide is shown on the side, and the progress of complex deterioration represented by A method for predicting deterioration of concrete structures, characterized by analyzing and predicting by the finite element method.
いて補修した場合の補修後のコンクリート構造物の劣化
の進行を、請求項1に記載の方法で予測する方法であっ
て、 補修後の既設のコンクリート構造物の境界条件及び補修
に用いられた補修材料の特性データを有限要素法による
劣化予測の新たな因子に加えて、補修後のコンクリート
構造物の劣化の進行を予測することを特徴とする請求項
1に記載のコンクリート構造物の劣化予測方法。2. A method for predicting the progress of deterioration of a concrete structure after repairing an existing concrete structure using a repair material by the method according to claim 1, The feature is that the boundary condition of the existing concrete structure and the characteristic data of the repair material used for repair are added to the new factor of deterioration prediction by the finite element method to predict the progress of deterioration of the concrete structure after repair. The method for predicting deterioration of a concrete structure according to claim 1.
の初期の塩化物イオン濃度と、その補修材料の塩化物イ
オンの拡散係数とが含まれていることを特徴とする請求
項2に記載のコンクリート構造物の劣化予測方法。3. The characteristic data of the repair material includes an initial chloride ion concentration of the repair material and a diffusion coefficient of chloride ion of the repair material. A method for predicting deterioration of a concrete structure described.
の初期の水酸化カルシウムイオン濃度と、その補修材料
の炭酸ガスの拡散係数とが含まれていることを特徴とす
る請求項2又は3に記載のコンクリート構造物の劣化予
測方法。4. The characteristic data of the repair material includes an initial calcium hydroxide ion concentration of the repair material and a diffusion coefficient of carbon dioxide gas of the repair material. 3. A method for predicting deterioration of a concrete structure according to item 3.
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