JP2013096720A - Method for monitoring deterioration of rc structure due to reinforcement corrosion and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to an RC structure deterioration monitoring method and apparatus due to corrosion of reinforcing bars.
港湾施設や感潮河川直下のRC構造物は、非常に厳しい塩害環境にさらされているため、鉄筋腐食が急速に進行する恐れがある。RC構造物での鉄筋腐食は腐食ひび割れを誘発し、最終的には、コンクリートのはく離・はく落に至らしめるため、第三者影響度の観点からも維持管理を行う際の重要な管理項目である。このような鉄筋腐食に対して、調査時現在の鉄筋腐食量の評価方法は数多く提案されているものの、そのモニタリングやRC構造物の劣化予測を行う手法は未だ確立されていない。また、RC構造物のひび割れ発生を検知する方法も未だ確立されていない。 RC structures directly under harbor facilities and tidal rivers are exposed to extremely harsh salt damage environments, so there is a risk that rebar corrosion will proceed rapidly. Reinforcement corrosion in RC structures induces corrosion cracking and eventually leads to delamination and flaking of concrete, so it is an important management item when performing maintenance management from the viewpoint of third party influence. . Although many methods for evaluating the amount of corrosion of reinforcing bars at the time of investigation have been proposed for such reinforcement corrosion, methods for monitoring and predicting deterioration of RC structures have not yet been established. In addition, a method for detecting the occurrence of cracks in the RC structure has not yet been established.
ところで、従来のコンクリート中の鉄筋腐食量の評価は、鉄筋をはつり出して行う方法が一般的である。しかしこの方法は、RC構造物の耐力や安全性に及ぼす影響が懸念される。これに対して、アコースティックエミッション(AE)や電気化学的な方法に代表される非破壊検査法は、構造物を損傷せずに鉄筋腐食量を評価するものである。しかし、これらの方法は調査時現在の鉄筋腐食量を計測するもので、その予測や常時モニタリングを目的としたものではない。 By the way, a conventional method for evaluating the amount of corrosion of reinforcing bars in concrete is to carry out the reinforcing bars. However, this method is concerned about the influence on the proof stress and safety of the RC structure. On the other hand, nondestructive inspection methods represented by acoustic emission (AE) and electrochemical methods evaluate the amount of corrosion of reinforcing bars without damaging the structure. However, these methods measure the amount of corrosion of reinforcing bars at the time of the survey, and are not intended for prediction or constant monitoring.
RC構造物のライフサイクルコストを考慮した合理的な維持管理を行うためには、単に調査時現在の鉄筋腐食量を計測するたけでなく、劣化が顕在化する時期、あるいは危険な状態に達する時期を予測して、劣化に伴うRC構造物の耐力の低下を把握することが重要になる。
このような腐食の予測を行うものとしては、例えば、鉄筋腐食の予測方法および鉄筋腐食のモニタリングシステム(下記特許文献1参照)は、常時モニタリングが可能な方法である。この方法は、部材内に埋設された鉄筋を複数の鉄筋要素に区分し、コンクリートに照合電極および対極、コンクリート抵抗計、コンクリート温度計が格納されたセンサボックスを埋設する。コンピュータは、腐食モニタ、切替装置を制御し、センサボックス内のセンサ類を用いて、電気化学的性質を計測するようにしている。
In order to perform rational maintenance management considering the life cycle cost of RC structures, not only simply measure the amount of corrosion of reinforcing bars at the time of the survey, but also when the deterioration becomes apparent or when a dangerous state is reached It is important to predict the decrease in the proof stress of the RC structure due to deterioration.
As a method for predicting such corrosion, for example, a reinforcing bar corrosion prediction method and a reinforcing bar corrosion monitoring system (see Patent Document 1 below) are methods that can always be monitored. In this method, a reinforcing bar embedded in a member is divided into a plurality of reinforcing bar elements, and a sensor box in which a reference electrode and a counter electrode, a concrete resistance meter, and a concrete thermometer are stored in concrete is embedded. The computer controls the corrosion monitor and the switching device, and measures the electrochemical properties using the sensors in the sensor box.
しかしながら、上記した特許文献1に開示された鉄筋腐食の予測方法および鉄筋腐食のモニタリングシステムは、計測項目が多く、またその計測が煩雑であるといった問題があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、計測項目が少なくてすみ、計測も簡便である、鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法及びその装置を提供することを目的とする。
However, the reinforcing bar corrosion prediction method and the reinforcing bar corrosion monitoring system disclosed in Patent Document 1 described above have a problem that there are many measurement items and the measurement is complicated.
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for monitoring deterioration of an RC structure due to reinforcing bar corrosion, which requires fewer measurement items and is simple in measurement.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法において、RC構造物の表面に配置されるひずみゲージとそのひずみゲージに接続されるデータロガーとにより、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In the RC structure deterioration monitoring method due to reinforcing bar corrosion, the progress of reinforcing bar corrosion is measured by the strain gauge placed on the surface of the RC structure and the data logger connected to the strain gauge. It is characterized by constant monitoring.
〔2〕上記〔1〕記載の鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法において、数値解析を用いて前記RC構造物の内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、前記RC構造物の健全性を把握するとともに、鉄筋の断面減少量を把握することを特徴とする。
〔3〕鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング装置において、RC構造物の表面に配置されるひずみゲージと、このひずみゲージに接続されるデータロガーとを備え、前記RC構造物の鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングすることを特徴とする。
[2] In the deterioration monitoring method for RC structures due to corrosion of reinforcing bars as described in [1] above, the amount of reinforcing steel corrosion inside the RC structure and the amount of expansion of the reinforcing bars accompanying the RC structure are predicted using numerical analysis, and the RC structure It is characterized by grasping the soundness of the steel bars and grasping the cross-sectional reduction amount of the reinforcing bars.
[3] In an RC structure deterioration monitoring apparatus due to rebar corrosion, the RC structure includes a strain gauge disposed on the surface of the RC structure and a data logger connected to the strain gauge, and the progress of rebar corrosion of the RC structure. The situation is monitored by continuous measurement of the surface strain of concrete.
本発明によれば、計測項目が少なくて済み、計測も簡便である、RC構造物の鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法および装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method and an apparatus for monitoring deterioration of an RC structure due to corrosion of reinforcing bars of the RC structure, which requires fewer measurement items and is easy to measure.
鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法は、RC構造物の表面に配置されるひずみゲージとそのひずみゲージに接続されるデータロガーとにより、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングする。 The deterioration monitoring method for RC structures due to reinforcement corrosion is a continuous measurement of the surface strain of concrete using a strain gauge placed on the surface of the RC structure and a data logger connected to the strain gauge. Monitor.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示す港湾構造物の鉄筋腐食の進行状況をコンクリート表面ひずみの常時計測でモニタリングする方法を示す模式図である。
この図において、1はRC構造物としての港湾構造物、2は地盤、3は港湾構造物1の一部であるRCスラブ、4は港湾構造物1の一部であるRC柱、5は海水、6はRCスラブ3の表面に配置されたひずみゲージ、7はRC柱の表面に配置されたひずみゲージである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a method of monitoring the progress of rebar corrosion of a harbor structure according to an embodiment of the present invention by constant measurement of concrete surface strain.
In this figure, 1 is a port structure as an RC structure, 2 is the ground, 3 is an RC slab that is a part of the port structure 1, 4 is an RC pillar that is a part of the port structure 1, and 5 is seawater. , 6 is a strain gauge disposed on the surface of the RC slab 3, and 7 is a strain gauge disposed on the surface of the RC column.
港湾構造物1の鉄筋が腐食すると、その体積が膨張するため、コンクリートが内部から荷重を受け、コンクリートの表面にひずみが生じる。そこで、港湾構造物1の表面ひずみを計測することで、その体積膨張量、すなわち、鉄筋腐食量をモニタリングする。
ここでは、港湾構造物1の一部であるRCスラブ3と港湾構造物1の一部であるRC柱4の鉄筋腐食の進行状況を、ひずみゲージ6,7とデータロガー(後述の図3参照)により、コンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングするようにしている。なお、データロガーとは、特定の時刻に観測量を自動的に走査し、その値をチャート上に記録又は記入する記録計である。
When the reinforcing bar of the harbor structure 1 is corroded, its volume expands, so that the concrete receives a load from the inside, and the concrete surface is distorted. Therefore, by measuring the surface strain of the harbor structure 1, the volume expansion amount, that is, the reinforcement corrosion amount is monitored.
Here, the progress of rebar corrosion of the RC slab 3 which is a part of the harbor structure 1 and the RC pillar 4 which is a part of the harbor structure 1 is represented by strain gauges 6 and 7 and a data logger (see FIG. 3 described later). ) To monitor by constant measurement of concrete surface strain. The data logger is a recorder that automatically scans an observation amount at a specific time and records or enters the value on a chart.
このように、本発明の鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリングでは、
(1)ひずみゲージ6,7を港湾構造物1の建設時に、コンクリート表層近傍に埋設する。あるいは、建設直後に表面に設置する。
(2)次に、このひずみゲージ6,7により、港湾構造物1の鉄筋位置直上のコンクリート表面ひずみを常時計測する。
As described above, in the deterioration monitoring of the RC structure due to the reinforcement corrosion of the present invention,
(1) The strain gauges 6 and 7 are buried near the concrete surface layer when the harbor structure 1 is constructed. Or install it on the surface immediately after construction.
(2) Next, the strain gauges 6 and 7 always measure the concrete surface strain immediately above the reinforcing bar position of the harbor structure 1.
(3)計測されるひずみの変化で鉄筋の腐食進行を予測し、さらに歪みの急激な変化で、ひび割れ発生を判定する。
図2は本発明のRC構造物の鉄筋腐食の進行状況予測におけるコンクリートの表面ひずみの常時モニタリングと数値解析の概要を示す図である。
この図において、10はRC構造物、11は鉄筋、12は鉄筋体積ひずみ、13はコンクリート、14はコンクリート表面、15はコンクリート表面ひずみである。
(3) The progress of corrosion of the reinforcing bar is predicted based on the measured strain change, and the occurrence of cracks is determined based on the rapid strain change.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of constant monitoring and numerical analysis of concrete surface strain in predicting the progress of rebar corrosion of RC structures of the present invention.
In this figure, 10 is an RC structure, 11 is a reinforcing bar, 12 is a reinforcing bar volume strain, 13 is concrete, 14 is a concrete surface, and 15 is a concrete surface strain.
ここでは、上記したRC構造物10の表面ひずみの常時モニタリング結果から、数値解析を用いてRC構造物内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、RC構造物の健全性を把握するとともに、RC構造物の鉄筋11の実質的な断面減少量を把握するようにしている。
すなわち、鉄筋11の腐食によって鉄筋11の体積が膨張する(鉄筋体積ひずみ12)ため、その影響を受けて、コンクリート表面14にコンクリート表面ひずみ15が発生する。この鉄筋体積ひずみ12とコンクリート表面ひずみ15との関係をモデル化することにより、コンクリート13中の鉄筋11をはつり出すことなく、腐食量を予測することができる。このように数値解析を用いてRC構造物の鉄筋腐食の進行状況を予測する。
Here, from the results of constant monitoring of the surface strain of the
That is, since the volume of the reinforcing
次に、上記したRC構造物の鉄筋腐食量の予測をもとに、RC構造物の鉄筋腐食量やRC構造物の健全性を予測する。例えば、コンクリート13の水セメント比や、表面の塩分量は塩害に起因するRC構造物の鉄筋腐食の進行速度を決定するパラメータである。モニタリング結果と数値解析を用いて、これらの条件が異なるRC構造物の劣化の予測を行う。
Next, based on the prediction of the reinforcing bar corrosion amount of the RC structure described above, the reinforcing bar corrosion amount of the RC structure and the soundness of the RC structure are predicted. For example, the water-cement ratio of the
図3は本発明の実施例を示す鉄筋腐食によるRC構造物のモニタリング装置の模式図である。
この図において、21は計測対象物としてのRC構造物、22は鉄筋、23はRC構造物の表面、24はひずみゲージ、25はひずみゲージ24に接続されたデータロガー、26はRC構造物の表面23にひずみゲージ24が配置されるように設けられるモニタリング装置である。
FIG. 3 is a schematic view of an RC structure monitoring apparatus by reinforcing bar corrosion showing an embodiment of the present invention.
In this figure, 21 is an RC structure as an object to be measured, 22 is a reinforcing bar, 23 is a surface of the RC structure, 24 is a strain gauge, 25 is a data logger connected to the
このような簡単な構成により、上記したように、鉄筋腐食によるRC構造物のモニタリングを行うことができる。
また、上記したモニタリング方法で収集したコンクリート表面ひずみのデータと、数値解析から得られたモデルを用いることで、RC構造物の劣化予測を行う。
図4は本発明にかかるRC梁供試体のコンクリート表面ひずみの常時モニタリングの検証実験の模式図である。
With such a simple configuration, as described above, it is possible to monitor the RC structure by reinforcing bar corrosion.
In addition, the deterioration of the RC structure is predicted by using the concrete surface strain data collected by the monitoring method described above and the model obtained from the numerical analysis.
FIG. 4 is a schematic diagram of a verification experiment for continuous monitoring of the concrete surface strain of the RC beam specimen according to the present invention.
この図において、30はRC梁供試体、31は鉄筋、32はコンクリート、33はコンクリート表面、34〜38はコンクリート表面33に配置された5つのひずみゲージ1〜5、39はコンクリート表面33上に溜められた3%NaCl水溶液である。
厳しい塩害環境にさらされる港湾構造物への適用も視野に、水中でもモニタリング可能であることを確認するため、図4に示すRC梁供試体30を対象とした電食による一面浸漬条件で腐食促進試験(電食試験)を行った。コンクリート表面ひずみの計測は5つのひずみゲージ34〜38を設置して行った。また、腐食促進試験は1.0Aの定電流条件で行った。
In this figure, 30 is an RC beam specimen, 31 is a reinforcing bar, 32 is concrete, 33 is a concrete surface, 34 to 38 are five strain gauges 1 to 5 arranged on the
In order to confirm that it can be monitored even in water with a view to application to harbor structures exposed to harsh salt damage environments, corrosion promotion is promoted under one-side immersion conditions by electrolytic corrosion for
図5に本発明にかかるRC梁供試体の腐食促進試験で計測されたコンクリート表面ひずみを示す図であり、図5(a)はその全体試験期間の計測結果を示し、図5(b)は図5(a)の一部拡大図である。これらの図から明らかなように積算電流量が10Ah程度でひずみが急増している。
この結果より、水中に設置したRC梁供試体でも、コンクリート表面ひずみを採取することが可能であることを確認した。
FIG. 5 is a view showing the concrete surface strain measured in the corrosion acceleration test of the RC beam specimen according to the present invention, FIG. 5 (a) shows the measurement result of the entire test period, and FIG. FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. As is clear from these figures, the distortion increases rapidly when the integrated current amount is about 10 Ah.
From this result, it was confirmed that the RC surface specimen installed in water can collect the concrete surface strain.
また、RC梁供試体の鉄筋の腐食ひび割れ発生時期と考えられるひずみ増加速度の急激な変化が認められた。本試験では、10Ah程度でその変化が認められた。
次に、数値解析によるRC構造物の劣化予測方法について説明する。
図6は本発明にかかる数値解析に用いたRCモデルを示す図である。
この図において、41は直径16mmの鉄筋、41′は直径10mmの鉄筋、42はコンクリートである。図6(a)はコンクリートかぶり60mm−鉄筋径16mmの場合、図6(b)はコンクリートかぶり30mm−鉄筋径16mmの場合、図6(c)はコンクリートかぶり15mm−鉄筋径16mmの場合、図6(d)はコンクリートかぶり30mm−鉄筋径10mmの場合を示している。
In addition, a rapid change in strain increase rate, which is considered to be the time of occurrence of corrosion cracks in the reinforcing bars of RC beam specimens, was observed. In this test, the change was recognized at about 10 Ah.
Next, a method for predicting deterioration of an RC structure by numerical analysis will be described.
FIG. 6 is a diagram showing an RC model used for numerical analysis according to the present invention.
In this figure,
数値解析を用いてコンクリート表面ひずみ−鉄筋体積ひずみ関係をモデル化する。ここでは有限要素法を用いたモデル化を例示する。解析対象は図6に示す4モデルである。図6(a)〜図6(c)はコンクリートかぶりをパラメータとしており、図6(b)と図6(d)は鉄筋径をパラメータとしている。各ケースで鉄筋体積ひずみが100,200,500,600,1,000μmとしたときのコンクリート表面ひずみを得る。それらの結果からコンクリート表面ひずみ−鉄筋体積ひずみ関係をモデル化する。 The relationship between concrete surface strain and rebar volume strain is modeled using numerical analysis. Here, modeling using the finite element method is illustrated. The analysis target is the four models shown in FIG. FIGS. 6A to 6C use the concrete cover as a parameter, and FIGS. 6B and 6D use the reinforcing bar diameter as a parameter. In each case, the concrete surface strain is obtained when the reinforcing bar volume strain is 100, 200, 500, 600, 1,000 μm. From these results, the concrete surface strain-rebar volume strain relationship is modeled.
図7に本発明にかかる鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法によるコンクリートかぶりをパラメータとした3ケース〔図6(a)〜図6(c)〕の解析結果を示す。同じ鉄筋体積ひずみが発生しているとき、かぶりが大きいときほどコンクリート表面ひずみが小さい。これは、定性的に正しい結果であるといえる。
図8に本発明にかかる鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法による鉄筋径をパラメータとした2ケース〔図6(b)と図6(d)〕の解析結果を示す。同じ鉄筋体積ひずみが発生しているとき、鉄筋径が大きいほどコンクリート表面ひずみが大きい。これは、定性的に正しい結果であるといえる。
FIG. 7 shows the analysis results of three cases [FIGS. 6 (a) to 6 (c)] using the concrete cover as a parameter by the RC structure deterioration monitoring method due to rebar corrosion according to the present invention. When the same rebar volume strain occurs, the larger the cover, the smaller the concrete surface strain. This is a qualitatively correct result.
FIG. 8 shows the analysis results of two cases [FIGS. 6B and 6D] using the diameter of the reinforcing bar as a parameter by the RC structure deterioration monitoring method due to reinforcing bar corrosion according to the present invention. When the same rebar volume strain occurs, the concrete surface strain increases as the rebar diameter increases. This is a qualitatively correct result.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法は、計測項目が少なくて済み、計測も簡便である、鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法として利用可能である。 The method for monitoring deterioration of RC structures due to corrosion of reinforcing bars according to the present invention can be used as a method for monitoring deterioration of RC structures due to corrosion of reinforcing bars, which requires only a small number of measurement items and is easy to measure.
1,10,21 RC構造物(港湾構造物)
2 地盤
3 RCスラブ
4 RC柱
5 海水
6,7,24,34〜38 ひずみゲージ
11,22,31,41,41′ 鉄筋
12 鉄筋体積ひずみ
13,32,42 コンクリート
14,33 コンクリート表面
15 コンクリート表面ひずみ
23 RC構造物の表面
25 データロガー
26 モニタリング装置
30 RC梁供試体
39 3%NaCl水溶液
1,10,21 RC structure (harbor structure)
2 Ground 3 RC slab 4 RC pillar 5
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