JP2016038243A

JP2016038243A - 鉄筋コンクリート供試体作製方法

Info

Publication number: JP2016038243A
Application number: JP2014160346A
Authority: JP
Inventors: 東　康弘; Yasuhiro Azuma; 康弘東; 憲宏藤本; Norihiro Fujimoto; 陽祐竹内; Yosuke Takeuchi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-03-22

Abstract

【課題】鉄筋コンクリートのコンクリートおよび鉄筋の劣化状態や劣化速度について実構造物を模擬した値を得るような鉄筋コンクリート供試体を作製する。
【解決手段】プレキャストコンクリートから、少なくとも２本の同質の鉄筋を含み、かつ、いずれの鉄筋の間も電気的に短絡していない鉄筋コンクリート片を切り出す工程と、切り出した鉄筋コンクリート片の面のうち試験面として用いる面以外を、防水性を有する樹脂等を用いて封止する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄筋コンクリート供試体作製方法に関する。

従来、プレキャストコンクリート製品の耐久性を評価するため、実構造物に代わって、鉄筋コンクリート供試体を用いて劣化促進試験や暴露試験等が行われている。実構造物の劣化は、雨水、ガス状または雨水に含まれる酸性物質（二酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物等）、飛来塩分、腐食性ガス、日射等の環境要因により進行し、上記の試験もこれらの環境要因を模擬して行われる。

試験の前後または試験中の鉄筋コンクリート供試体の評価に、電気的評価法が用いられることがある。電気的評価法による評価とは、例えば、抵抗計を用いたコンクリートの電気抵抗の評価、電気化学的インピーダンス法を用いた鉄筋−コンクリート界面の電荷移動抵抗および二重層容量の評価等である。

試験の前後または試験中に上記の電気的評価を行うことで、鉄筋コンクリート供試体におけるコンクリートの状態の変化や、鉄筋の表面状態の変化を確認することができる。例えば、コンクリートの電気抵抗の低下は、主として、導電性を有する水分のコンクリートへの侵入を示し、コンクリートにおけるひび発生等の状態の変化を示す。また、鉄筋−コンクリート界面の電荷移動抵抗の低下は、鉄筋に電流が流れやすくなったことを示し、鉄筋表面での腐食の速度が上がったことを示す。つまり、このような電気的評価を行うことで、コンクリートおよび鉄筋の劣化状態や劣化速度を知ることができる。

齋藤博之、半田隆夫著、「各種コンクリート中における鉄筋の腐食挙動」、材料と環境２００９講演集、103-104、2009年アムスラー型耐圧試験機、[online]、[平成26年7月30日検索]、インターネット<URL：http://www.yrit.pref.yamagata.jp/setsubi/y-yaki7.html>

しかし、従来技術で用いられる鉄筋コンクリート供試体は、コンクリートおよび鉄筋のいずれかまたはその両方が実構造物と異なっていたり（非特許文献１参照）、コンクリート部分を、電解質を含む水中に浸漬したりしているため、電気的評価においてコンクリートおよび鉄筋の劣化状態や劣化速度について実構造物を模擬した値を得ることができなかった。そこで、本発明は、電気的評価において鉄筋コンクリートのコンクリートおよび鉄筋の劣化状態や劣化速度について実構造物を模擬した値を得ることを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、試験に用いられる鉄筋コンクリート供試体の作製方法であって、鉄筋コンクリート体から、少なくとも２本の同質の鉄筋を含み、かつ、いずれの鉄筋の間も電気的に短絡していない鉄筋コンクリート片を切り出す工程と、前記切り出した鉄筋コンクリート片の面のうち、前記試験に用いる面以外を封止する工程とを含んだことを特徴とする。

本発明によれば、電気的評価において鉄筋コンクリートのコンクリートおよび鉄筋の劣化状態や劣化速度について実構造物を模擬した値を得ることができる。

図１は、鉄筋コンクリート供試体の作製例を説明する図である。図２は、本実施形態の鉄筋コンクリート供試体の作製手順を示すフローチャートである。図３は、鉄筋コンクリート供試体の一例を示す図である。図４は、図３の鉄筋コンクリート供試体の内部の電気的な回路を、電気的等価モデルを示す図である。図５は、鉄筋コンクリート供試体に対し電気化学インピーダンス測定を行ったときの測定結果を示すグラフである。図６は、他の実施形態における鉄筋コンクリート供試体の作製手順を示すフローチャートである。図７は、鉄筋コンクリート供試体のひび割れの導入例を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されない。

まず、図１を用いて本実施形態の鉄筋コンクリート供試体の作製例を説明する。なお、鉄筋コンクリート供試体は、鉄筋コンクリートポール等のプレキャストコンクリート製品の一部を切り出したものである。ここでは、図１に示す鉄筋コンクリートポール１０１から鉄筋コンクリート供試体１０８を切り出す場合を例に説明する。また、鉄筋コンクリートポール１０１に代えて、鉄筋コンクリートパイル、鉄筋コンクリートヒューム管、鉄筋コンクリート製ボックスカルバート等の他のプレキャストコンクリート製品を用いてももちろんよい。

鉄筋コンクリートポール１０１の形状は、内部に空洞を有する円柱体または截頭円柱体である。鉄筋コンクリートポール１０１は、鉄筋部分（鉄筋組１０３）とコンクリート部分とからなる。鉄筋組１０３は、主筋１０２と養生鉄筋１０４を備える。

主筋１０２は鉄筋組１０３における主要な鉄筋である。鉄筋コンクリートポール１０１の形状を内部に空洞を有する円柱体とみなせるものとして、主筋１０２の配置は該円柱体の高さ方向に平行とする。以下の記述では、例えば、主筋１０２に平行あるいは垂直と記述する場合も、上記の鉄筋コンクリートポール１０１の形状と主筋１０２の配置を前提とする。養生鉄筋１０４は主筋１０２に比べ細く柔らかい鋼材から成り、鉄筋コンクリートポール１０１の場合には主筋１０２の配置を維持するために主筋１０２に螺旋状にまかれており、主筋１０２に溶接されている。なお、この養生鉄筋１０４は、図１のような螺旋状の鉄筋でもよいし、他の形状の鉄筋（例えば、フープ筋等）であってもよい。

次に、このような鉄筋コンクリートポール１０１から鉄筋コンクリート供試体１０８を切り出す手順を説明する。まず、作業者は、鉄筋コンクリートポール１０１を主筋方向と垂直な２面で切断し、鉄筋コンクリートポール片１０５を得る。次に、作業者は、この鉄筋コンクリートポール片１０５から、少なくとも主筋１０２を少なくとも２本（ここでは２本）含むように主筋方向と平行な２面で切り出し、鉄筋コンクリート片１０６を得る。

次いで、作業者は、鉄筋コンクリート片１０６の２本の主筋１０２の間の電気的導通を、テスター等を用いて確認し、鉄筋コンクリート片１０６の２本の主筋１０２が養生鉄筋１０４を介して電気的に短絡しているか否かを確認する。ここで２本の主筋１０２が電気的に短絡している場合、短絡を解消するように、鉄筋コンクリート片１０６をさらに主筋方向と垂直な面で切り出して、鉄筋コンクリート片１０７を得る。つまり、作業者は、主筋１０２の間が短絡していない（養生鉄筋１０４でつながっていない）鉄筋コンクリート片１０７を切り出す。一方、２本の主筋１０２が養生鉄筋１０４を介して電気的に短絡していない場合、そのままとする。

そして、作業者は鉄筋コンクリート片１０７（または鉄筋コンクリート片１０６）における試験面１０９を除いた他の面１１０を、水分を通さない樹脂等によって封止して、鉄筋コンクリート供試体１０８を得る。

このように主筋１０２が電気的に短絡していない鉄筋コンクリート供試体１０８の試験を行い、電気的評価を行うことで、その評価結果からその鉄筋コンクリート供試体１０８の劣化状態や劣化速度を正確に判断できる。また、鉄筋コンクリート供試体１０８の試験面１０９以外の面を、水分を通さない樹脂等によって封止することで、この鉄筋コンクリート供試体１０８に試験を行ったときに、実構造物（フルサイズの構造物）を模擬した試験結果の値を得ることができる。

上記の各工程をフローチャートにまとめると図２に示すようになる。まず、作業者は、鉄筋コンクリート体を主筋方向と垂直な２面で切断する（Ｓ１）。例えば、作業者は、図１の鉄筋コンクリートポール１０１を主筋方向と垂直な２面で切断し、鉄筋コンクリートポール片１０５を得る。

次に、作業者は、Ｓ１の工程で切断した鉄筋コンクリート片について、少なくとも主筋２本を含むように、主筋方向と平行に切り出す（Ｓ２）。例えば、作業者は、図１の鉄筋コンクリートポール片１０５について、主筋１０２を２本含むように、主筋方向と平行に切り出す。これにより、鉄筋コンクリート片１０６を得る。

その後、作業者は、Ｓ２の工程で切り出した鉄筋コンクリート片に含まれる２本の主筋の間の導通を確認し（Ｓ３）、短絡していれば（Ｓ４のＹｅｓ）、その切片を主筋方向と垂直に切り出し（Ｓ６）、Ｓ３へ戻る。例えば、作業者は、図１の鉄筋コンクリート片１０６に含まれる２本の主筋１０２の間の導通を確認し、短絡していれば、その切片を主筋方向と垂直に切り出し、鉄筋コンクリート片１０７を得る。そして、Ｓ３の工程へ戻る。

一方、作業者がＳ３の工程で切り出した鉄筋コンクリート片に含まれる２本の主筋の間の導通を確認した結果、短絡していなければ（Ｓ４のＮｏ）、作業者は、その鉄筋コンクリート片の試験面を除く面を樹脂等で封止する（Ｓ５）。例えば、作業者は、図１の鉄筋コンクリート片１０６（または鉄筋コンクリート片１０７）に含まれる２本の主筋１０２の間の導通を確認し、短絡していなければ、その鉄筋コンクリート片１０６（または鉄筋コンクリート片１０７）の試験面１０９を除く面１１０を樹脂等で封止した鉄筋コンクリート供試体１０８を作製する。

上記の工程により得られた鉄筋コンクリート供試体によれば、電気的評価により鉄筋コンクリートのコンクリートおよび鉄筋の劣化状態や劣化速度を求めるときに実構造物を模擬した値を得ることができる。

なお、上記した工程のうち、鉄筋コンクリート片（鉄筋コンクリート供試体）を切り出す工程において、主筋と垂直あるいは平行な面で切り出すことが好ましい。このようにすることで、主筋である２本の鉄筋がコンクリートに接する面積が等しい鉄筋コンクリート供試体を得ることができる。そして、このように主筋と垂直あるいは平行な面で切り出された鉄筋コンクリート供試体を用いて電気的評価を行えば、コンクリートの電気抵抗を測定したとき、このコンクリートの電気抵抗率を正確に計算することができる。なお、コンクリートの電気抵抗率を求めるためには、電気抵抗と、鉄筋がコンクリートに接する面積および鉄筋の長さとが分かればよい。コンクリートに接する面積は、例えば、鉄筋コンクリート供試体における鉄筋が円柱形状である場合、鉄筋の直径に円周率を乗じ、さらに鉄筋の長さを乗じることで計算できる。

上記の工程により作製された鉄筋コンクリート供試体（例えば、鉄筋コンクリート供試体１０８）に対し、電気的評価を行うときに、作業者は、例えば、図３に示すように樹脂等により封止された面１１０の一部を除去し、主筋１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）の端部を露出させる。そして、作業者は、主筋１０２の端部それぞれを電極として電流を流す。

この鉄筋コンクリート供試体１０８の主筋１０２Ａの端部を電極Ａ、主筋１０２Ｂの端部を電極Ｂとした場合、鉄筋コンクリート供試体１０８の内部の電気的な回路は、図４に示す電気的な等価回路モデルを用いて表すことができる。ここで、Ｃ_ｄｌは鉄筋表面の電気二重層容量、Ｒ_ｃｔは鉄筋表面の電荷移動抵抗、Ｒ_ｃはコンクリート中の水分の抵抗を含むコンクリート抵抗である。

この電極Ａと電極Ｂを電極として電気化学インピーダンス測定を行ったときの測定結果のグラフを図５に示す。図５に示すグラフにおいて、横軸は電極に与える交流の周波数を変化させたときのインピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）を示し、縦軸は虚部Ｉｍ（Ｚ）の絶対値を示す。グラフにおける○印は測定結果を示す。測定結果のグラフへのプロットは、コール＝コールプロットまたはナイキスト線図等と呼ばれ、プロットを結ぶ回帰曲線は半円を与える。この半円の半径Ｒ_１、原点（０，０）から半円の円周にいたる横軸上の距離Ｒ_２、半円の頂点を与える周波数ｆを用いて、電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔ、コンクリート抵抗Ｒ_ｃ、電気二重層容量Ｃ_ｄｌは、以下の式（１）、式（２）、式（３）により求めることができる。

このような鉄筋コンクリート供試体によれば、電気的評価法における電荷移動抵抗Ｒ_ｃｔ、コンクリート抵抗Ｒ_ｃ、電気二重層容量Ｃ_ｄｌについて実構造物のコンクリートおよび鉄筋を模擬した値を得ることができる。つまり、上記の手順により得られた鉄筋コンクリート供試体１０８に対し、劣化促進試験や暴露試験等の試験を行い、試験の前後または途中で電気的評価を行うと、実構造物の鉄筋コンクリートの劣化状態や劣化速度を模擬した値を得ることができる。

なお、コンクリートの劣化状態の評価は、しばしばコンクリートの電気抵抗率が用いられる。この電気抵抗率を求めるためには、コンクリートに接する面積および主筋間の距離が必要になるが、前記したとおり、コンクリートに接する面積は、鉄筋コンクリート供試体の主筋（例えば、図３の鉄筋コンクリート供試体１０８の主筋１０２Ａ，１０２Ｂ）の半径と長さにより分かる。また、主筋の間の距離も鉄筋コンクリート供試体の切断面から容易に分かる。したがって、コンクリートの電気抵抗率も容易に求めることができる。

（その他の実施形態）
なお、前記した実施形態において、ひび割れの入った鉄筋コンクリート供試体を作製してもよい。例えば、鉄筋コンクリート供試体１０８を切り出す工程の前または後、もしくは途中に、鉄筋コンクリート供試体１０８に機械的な力を付加することにより、ひび割れを導入する。

図６にひび割れの入った鉄筋コンクリート供試体の作製手順の一例を示す。例えば、図６に示すように、まず、作業者は、図２のＳ１と同様に鉄筋コンクリートポール１０１を主筋方向と水垂直に切断する（Ｓ１）。その後、切断により得られた鉄筋コンクリートポール片１０５について、少なくとも主筋２本を含むように、主筋方向と平行に切り出し（Ｓ２）、切り出された鉄筋コンクリート片１０６に曲げ荷重によりひび割れを導入する（Ｓ１１）。そして、作業者は、このひび割れが導入された鉄筋コンクリート片１０６に対し、図２のＳ３以降と同様の工程を行う。なお、曲げ荷重は、例えば、アムスラー型耐圧試験機（非特許文献２参照）等を用いて加える。

ここでの曲げ荷重の加え方について図７（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。例えば、図６のＳ２の工程で得られた鉄筋コンクリート片１０６の（１）および（３）の部分に、本紙面を基準にして垂直に手前方向から向こう方向に荷重を加え、鉄筋コンクリート片１０６の（２）の裏側部分から、本紙面を基準にして垂直に裏側方向から手前方向に荷重を加える３点曲げ荷重により、鉄筋コンクリート片１０６の（２）の部分付近にひび割れを導入し、図７（ｂ）に示すような鉄筋コンクリート片１０６を得る。そして、このひび割れが導入された鉄筋コンクリート片１０６に対し、図２のＳ３以降と同様の工程を行う。

そして、作業者は、図６に示す工程により得られた鉄筋コンクリート供試体１０８に対し、劣化促進試験や暴露試験等の試験を行う。そして、作業者は、試験の前後または途中で電気的評価法による評価を行うことで、実構造物の鉄筋コンクリートにひび割れが生じた後の鉄筋およびコンクリートの劣化状態や劣化速度を模擬した値を得ることができる。

なお、前記した図２および図６のＳ３において、作業者が鉄筋コンクリート片の主筋が電気的に短絡しているか否かを確認することとしたが、その前に、鉄筋コンクリート片の主筋方向と平行または垂直に切り出した面を目視で確認することによって、その鉄筋コンクリート片に養生鉄筋が含まれていないことを確認するようにしてもよい。これにより、作業者は、主筋が電気的に短絡しているか否かの確認を頻繁に行う必要がなくなる。

また、前記した実施形態において、鉄筋コンクリート供試体の作製の各工程は、作業者が行うものとして説明したが、鉄筋紺クリート供試体の作製装置により行ってもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、上記実施形態で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１０１鉄筋コンクリートポール
１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）主筋
１０３鉄筋組
１０４養生鉄筋
１０５鉄筋コンクリートポール片
１０６，１０７鉄筋コンクリート片
１０８鉄筋コンクリート供試体

Claims

試験に用いられる鉄筋コンクリート供試体の作製方法であって、
鉄筋コンクリート体から、少なくとも２本の同質の鉄筋を含み、かつ、いずれの鉄筋の間も電気的に短絡していない鉄筋コンクリート片を切り出す工程と、
前記切り出した鉄筋コンクリート片の面のうち、前記試験に用いる面以外を封止する工程とを含んだことを特徴とする鉄筋コンクリート供試体作製方法。
前記鉄筋コンクリート片を切り出す工程において、当該鉄筋コンクリート片における鉄筋が当該鉄筋コンクリート内のコンクリートに接する面積を等しくするように切り出すことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート供試体作製方法。
前記鉄筋コンクリート片を切り出す工程の前または後もしくは途中に、前記鉄筋コンクリート片にひび割れを導入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄筋コンクリート供試体作製方法。
前記封止する工程において、前記封止に防水性を有する樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート供試体作製方法。