JP2018096924A - レジンコンクリートの強度低下推定方法および推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】レジンコンクリートの長期信頼性がより正確に評価できるようにする。
【解決手段】第１工程Ｓ１０１で、レジンコンクリートからなる同一の寸法の複数の試験片を用意する。次に、第２工程Ｓ１０２で、複数の温度とした雰囲気の各々に試験片を浸漬し、所定の時間結果とともに複数回取り出して強度の測定を実施し、時間経過によるレジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を複数の温度毎に測定する。次に、第３工程Ｓ１０３で、第２工程で測定された時間経過による強度の低下の測定値と、時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、設定した温度毎に求める。
【選択図】 図３

Description

本発明は、樹脂を結合材としたレジンコンクリートの強度低下推定方法および推定システムに関する。

通常、コンクリートは、骨材と結合材から構成される。結合材として熱硬化性樹脂などの樹脂材料を用いるレジンコンクリートは、通常のセメントを結合材に用いるコンクリートに比べて高強度である。このため、レジンコンクリートを用いることで、より薄くより軽量化した構造物を設計することが可能となる。レジンコンクリートは、同じ強度のセメントコンクリート構造物の約３分の１から２分の１の重量にできる。このような特徴を有するレジンコンクリートは、例えば、工場で作製したレジンコンクリート構造物を現場へ輸送して設置する場合、輸送コストを低減することができる。

また、セメントによる鉄筋コンクリートでは、内部の鉄筋が引張強度を担保しているため、セメントの中性化や塩化物イオンの浸透により鉄筋が腐食すると強度が低下する。一方、レジンコンクリートの場合、合成樹脂の種類にもよるが、一般的に使用される不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂は高強度であることから、鉄筋無しでも引張強度が担保できる。このため、鉄筋が不要となり、鉄筋コンクリートのような酸によるセメントの中性化や塩化物イオンの浸透による鉄筋の腐食を心配する必要もないという利点もある。

レジンコンクリートは上述したような特性を活かし、マンホール、下水パイプ・情報用ボックスなど、広く構造物に適用されている。このような構造物の長期維持管理のためには、設置下におけるレジンコンクリートの耐用年数予測に基づいた効率的なメンテナンスが求められる。

従来、レジンコンクリートの主な劣化要因は、結合材に用いられる樹脂部分の加水分解によるものと考えられていた（非特許文献１）。レジンコンクリートの耐久性を評価するための劣化加速試験は、熱水中で処理を行った際の温度依存性評価によって行っている。しかし、レジンコンクリートの劣化のメカニズムは、正確には確認されておらず、従来の試験では実際の経年劣化を正確に推定することができていないという問題があった。

前述したように、樹脂部分の加水分解がレジンコンクリートの主な劣化要因と考えられていたため、これまでは、次に示すように寿命を予測していた。温度を変えた熱水中でレジンコンクリートの耐久性を評価する試験を実施し、温度依存性を明らかにすることで、常温での寿命を予測する（非特許文献１）。従来、この寿命予測により、期待する耐用年数の間、強度低下が問題ないレベルであることを確認していた。

川久保 専吉 他、「ポリエステルレジンコンクリートの劣化について」、材料 別冊、第２４巻、２６０号、３８０−３８５頁、１９７５年。 J. Crank, "THE MATHEMATICS OF DIFFUSION SECOND EDITION", London, Oxford University Press, pp.244-246, 1975.

非特許文献１では、熱水中での加速試験による実験結果より、レジンコンクリートの強度低下が、「Ｐ＝Ｐ₀−ｆ（Ｔ）×ｌｏｇ（ｔ／τ）（ｔ≧τ）・・・（１）」におけるレジンコンクリートの強度Ｐの変化により示されるとしている。なお、Ｐ₀は、レジンコンクリートの初期強度、ｆ（Ｔ）は、特性変化実験式の勾配、ｔは、経過時間、τは、誘導期間である。

非特許文献１においては、実験において、強度低下が進行しない誘導期間が認められている。また、液の浸透が影響するような劣化反応においては、誘導期間で反応速度式を修正して特性変化を推定した方が、単にアレニウス式を用いて推定するよりも妥当な結果が得られるという「Ｈｅｉｔｍａｎ」らの報告が非特許文献１の中で引用されている。これらのことより、非特許文献１では、式（１）に示すように、誘導期間τが用いられている。

非特許文献１では、６０℃、８０℃、１００℃の各温度において得られたｆ（Ｔ）およびτの値を用いてアレニウスプロットを作成し、この後の強度低下を推定している。

しかし、近年になって非特許文献１の方法では、レジンコンクリートの経年劣化が正確には推定できないことが明らかになってきており、より正確なレジンコンクリートの長期信頼性評価方法が求められている。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、レジンコンクリートの長期信頼性がより正確に評価できるようにすることを目的とする。

本発明に係るレジンコンクリートの強度低下推定方法は、レジンコンクリートからなる同一の寸法の複数の試験片を用意する第１工程と、レジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲で設定した複数の温度の雰囲気の各々に試験片を配置し、所定の時間が経過するとともに取り出して試験片の強度の測定を実施して、時間経過によるレジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を複数の温度毎に測定する第２工程と、第２工程で測定された時間経過による強度の低下の測定値と、複数の温度の雰囲気において経過した時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、設定した複数の温度毎に求める第３工程と、第３工程で求めた複数の温度毎における関係式における係数から、レジンコンクリートの強度低下の活性化エネルギーを求める第４工程と、第４工程で求めた活性化エネルギーを用い、使用箇所の温度と使用箇所における経過時間の関数でレジンコンクリートの強度低下を推定する第５工程とを備え、第２工程における雰囲気は、水の中または多湿とした空気中である。

上記レジンコンクリートの強度低下推定方法において、第３工程では、第２工程で測定された時間経過による強度の低下の測定値と、時間の１／４乗との関係を示す関係式を、設定した複数の温度毎に求めるようにすればよい。

上記レジンコンクリートの強度低下推定方法において、第２工程では、レジンコンクリートの初期強度として樹脂および充填材のみにより樹脂を硬化して作製した樹脂硬化体の強度の値を用いるようにするとよい。

上記レジンコンクリートの強度低下推定方法において、使用箇所は、地下である場合、第５工程では、使用箇所の温度は、使用箇所の最寄りの気象観測点で測定された年間平均温度に２℃を加算した温度とする。

上記レジンコンクリートの強度低下推定方法において、使用箇所の標高が気象観測点の標高より低い場合は、使用箇所と気象観測点との標高差１００ｍあたり０．５〜０．７℃を使用箇所の温度に加算する補正を加え、使用箇所の標高が気象観測点の標高より高い場合は、使用箇所と気象観測点との標高差１００ｍあたり０．５〜０．７℃を使用箇所の温度より減算する補正を加える。

上記レジンコンクリートの強度低下推定方法において、第２工程では、前記試験片の強度の測定として、曲げ強度もしくは引張強度を測定すればよい。

本発明に係るレジンコンクリートの強度低下推定システムは、評価対象のレジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲の複数の温度の雰囲気としてレジンコンクリートからなる試験片の強度を低下させる強度低下部と、強度低下部で強度が低下した試験片の曲げ強度もしくは引張強度を測定する強度測定部と、強度低下部を用いてレジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲で設定した複数の温度の雰囲気の各々に試験片を配置し、所定の時間が経過するとともに取り出して試験片の強度の測定を実施し、強度測定部を用いて時間経過によるレジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を複数の温度毎に測定した強度の時間経過による低下の測定値と、複数の温度の雰囲気において経過した時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、温度毎に求める第１計算部と、第１計算部が求めた複数の温度毎の関係式における係数から、レジンコンクリートの強度低下の活性化エネルギーを求める第２計算部と、第２計算部が求めた活性化エネルギーを用い、使用箇所の温度と経過時間の関数でレジンコンクリートの強度低下を推定する推定部とを備え、強度低下部における雰囲気は、水の中または多湿とした空気中である。

以上説明したことにより、本発明によれば、レジンコンクリートの長期信頼性がより正確に評価できるという優れた効果が得られる。

図１は、非特許文献１のfig.3の３つの近似直線を外挿した状態を示す説明図である。 図２は、曲げ試験におけるレジンコンクリートの破断面を観察した結果を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態におけるレジンコンクリートの強度低下推定方法を説明するためのフローチャートである。 図４は、レジンコンクリートにおける強度低下が始まってからの強度と経過時間の１／４乗との関係を示す特性図である。 図５は、実験により求めたｆ’（８０）＝２５．７、ｆ’（９０）＝２９．８、ｆ’（１００）＝３４．７の対数のｌｎｆ’（８０）＝３．２５、ｌｎｆ’（９０）＝３．３９、ｌｎｆ’（１００）＝３．５５を縦軸に、１／ＲＴを横軸にとってプロットしたアレニウスプロットである。 図６は、年平均気温と年平均地中温度（地下１〜２ｍ）を比較した結果を示す特性図である。 図７は、本発明の実施の形態におけるレジンコンクリートの強度低下推定システムの構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。はじめに、本発明の要点について説明する。

非特許文献１では、熱水中での加速試験による実験結果より、レジンコンクリートの強度低下が式（１）で示されるとしている。この式（１）によれば、レジンコンクリートの強度は、経過時間の自然対数に対して直線的に低下することになる。式（１）は実験的に得られたものであり、劣化プロセスの分析からこの式を検証するなどの理論的な裏付けはなされていない。

発明者らは、レジンコンクリートの劣化にはレジン内部への水の浸透が影響していると考えられることから、劣化に寄与する因子として水が、拡散によってレジンコンクリート内部へ浸透していくような劣化モデルについて考察した。

劣化因子である水の拡散は、フィックの法則に従うと考えると、レジンコンクリートへの侵入量は経過時間の１／２乗に比例する（非特許文献２参照）。また、仮に水以外にも強度低下に寄与する物質（劣化因子物質）が拡散によりレジンコンクリート内部へ侵入する劣化プロセスを仮定した場合、水と水以外の劣化因子物質の濃度の積は、経過時間の１／４乗に比例する。

以上のように、拡散によって水や劣化因子物質がレジンコンクリート内部へ侵入し、レジンコンクリートの強度低下が進行するのであれば、経過時間の対数よりも、経過時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）を関与させた強度低下推定式の方が、化学的な劣化プロセスから考察した際には自然である。

上述した知見のもとに、非特許文献１と同様なレジンコンクリートの加速劣化実験を、非特許文献１よりも長時間実施し、強度低下が経過時間の対数に従うのか、または、経過時間の１／ｘ乗に従うのかを検証した。

この結果、まず、非特許文献１と同程度の温度と試験時間では、強度低下が経過時間の対数および経過時間の１／４乗の両方によく従った。しかし、より長時間の試験を実施すると、強度低下と経過時間の対数の関係は直線関係ではなくなり、強度低下と経過時間の１／４乗の関係のみがよい直線関係を維持した。

以上の実験結果から、非特許文献１では、短期間の実験では強度低下と経過時間の対数の間によい直線関係が得られたため、式（１）の強度低下推定となったものと考えられる。しかしながら、長期間にわたる強度低下挙動の推定には経過時間の１／４乗を利用する方が適切であると考えられる。

本発明では、レジンコンクリートの強度低下と、経過時間の１／４乗が直線関係にあることを利用して強度低下の推定を行う点が従来にはない特徴である。レジンコンクリートの強度低下と経過時間の１／４乗が直線関係となる理由についての詳細は不明である。ただし、劣化因子の拡散はフィックの法則に従うと考えると、レジンコンクリートへの侵入量は経過時間の１／２乗に比例する（非特許文献２）。このため、水以外にも劣化に寄与する劣化因子があり、２つの劣化因子（水＋別の劣化因子）がレジンコンクリートへ侵入して強度が低下すると仮定すると、これらの濃度積は経過時間の１／４乗となる。これが、強度低下と比例関係にある可能性がある。

上述した発明者らの検討で用いたレジンコンクリートは、不飽和ポリエステル樹脂から構成している。この場合、強度低下と経過時間の１／４乗の関係がよい直線関係を示した。このため、上述では、経過時間の１／４乗を用いて強度低下を推定したものとしている。しかしながら、レジンコンクリートに用いられる樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂以外にもエポキシ樹脂など他の樹脂も用いられる。樹脂が変われば、劣化に寄与する因子が変わる可能性がある。

劣化に寄与する因子が１つであれば、この場合の侵入量は、経過時間の１／２乗に比例する。また、劣化に寄与する因子が３つであれば、これらの侵入量の濃度積は、経過時間の１／８乗に比例する。従って、レジンコンクリートの強度低下は、経過時間の１／ｘ乗と直線関係をとるものと考えられる。

ここで、強度低下に寄与する因子が劣化因子の濃度のみである場合、ｘは２の整数乗の値となる。しかしながら、劣化因子が拡散により侵入しただけでは、直ちに強度低下にはつながらず、劣化因子の浸入後、経時的に強度低下が生じる場合は、ｘは２の整数乗の値からややずれた値となる場合もあることが想定される。

このため、非特許文献１と同様なレジンコンクリートの加速劣化実験を、非特許文献１よりも長時間実施した上で、ｘの値を変更しながら強度低下と経過時間の１／ｘ乗の相関について分析し、最も相関が高くなるｘの値を採用すると良い。

また、非特許文献１における強度低下推定式は、短期間なら強度低下をよく再現できる。ここで、「ｌｏｇａ／ｂ＝ｌｏｇａ−ｌｏｇｂ」であることから、式（１）を変形すると、「Ｐ＝Ｐ₀−ｆ（Ｔ）×（ｌｏｇｔ−ｌｏｇτ）・・・（１−２）」、「Ｐ＝Ｐ₀−ｆ（Ｔ）×ｌｏｇｔ＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ ・・・（１−３）」、「Ｐ＝Ｐ₀＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ−ｆ（Ｔ）×ｌｏｇｔ ・・・（１−４）」と変形できる。

このように変形し、縦軸を強度Ｐ、横軸を経過時間の対数ｌｏｇｔとプロットした図は、式（１−４）の「Ｐ₀＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ」が切片となり、ｆ（Ｔ）が傾きとなる直線となる。

これは、図１に示すように、非特許文献１のfig.3の、３つの近似直線を外挿して切片を算出したのと同じことを意味している。

非特許文献１において曲げ強度の低下を推定する式は、「Ｐflex（１００）＝２２３−８１．９×ｌｏｇｔ／１２９ ・・・（１−１００）」、「Ｐflex（８０）＝２２３−６５．５×ｌｏｇｔ／２９５ ・・・（１−８０）」、「Ｐflex（６０）＝２２３−４９．７×ｌｏｇｔ／１３１５ ・・・（１−６０）」である。

これらの式（１−１００）、式（１−８０）、式（１−６０）を、式（１−４）と同じ形式に変換すると、「Ｐflex（１００）＝３９６−８１．９×ｌｏｇｔ ・・・（１−４−１００）」、「Ｐflex（８０）＝３８５−６５．５×ｌｏｇｔ ・・・（１−４−８０）」、「Ｐflex（６０）＝３７８−４９．７×ｌｏｇｔ ・・・（１−４−６０）」となる。式（１−４−１００）は、図１の外挿直線１０１である。式（１−４−８０）は、図１の外挿直線１０２である。式（１−４−６０）は、図１の外挿直線１０３である。

ここで、切片である「Ｐ₀＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ」の値は、全て近い値である。曲げ試験により測定された強度の値はかなりばらつくので、これらの切片の値は、本質的には同じであり、いずれの式も同じ初期値から低下しているのではないかと発明者らは考えた。

これらの知見のもとに、発明者らはレジンコンクリートの強度低下メカニズムを考察した。

まず、曲げ試験におけるレジンコンクリートの破断面を観察した。製造直後のレジンコンクリートは、図２の（ａ）に示すように、樹脂結合材２０１および骨材２０２に亀裂２０３が発生して割れている。これに対し、劣化したレジンコンクリートにおいては、骨材２０２は割れずに、図２の（ｂ）に示すように、骨材２０２と樹脂結合材２０１との界面に沿って亀裂２０４が生じた。

このことから以下のメカニズムが考えられる。なお、以下では、骨材の強度を骨材強度とする。また、樹脂結合材は、正確には樹脂＋重炭酸カルシウムから構成され、この強度を結合材強度とする。また、骨材と樹脂との界面の付着力は、界面付着力とする。

［第１段階］
製造直後は，骨材強度よりも結合材強度および界面付着力が強いため、まず骨材が割れ、この後、直ちに骨材周辺の樹脂に応力が集中して樹脂も破断する。この第１段階では、樹脂（樹脂＋炭酸カルシウム）の部分を水が拡散し、時間の経過とともに樹脂の部分の強度や骨材との付着力が低下していても、レジンコンクリートの強度は最も弱い骨材の強度で決まるため、レジンコンクリートの強度は一定である。この強度が一定の期間は、非特許文献の式（１）におけるレジンコンクリートの強度が一定の誘導期間τのことである。

［第２段階］
一方、劣化が進行した後は、結合材強度もしくは界面付着力が低下して骨材強度を下回るため、骨材は割れず、骨材に沿った割れが生じる。このため、時間の経過とともに樹脂の部分の強度や、界面付着力が低下すると、レジンコンクリートの強度も低下する。

第１段階でも第２段階でも、結合材強度や界面付着力が低下しているが、第１段階では、これらの低下がレジンコンクリートの強度としては現れてこないだけである。

この強度低下メカニズムが正しければ、骨材（砕石＋砂）無しで結合材料のみを硬化させた構造体を作製した場合、骨材入りのレジンコンクリートよりも強度が高くなるはずである。

以上のことより、発明者らは、結合材のみ（合成樹脂および炭酸カルシウムのみ）の樹脂硬化体を作製し、曲げ強度を測定した。この結果、樹脂硬化体の初期曲げ強度は３８．５ＭＰａ（＝３９２．７ｋｇ／ｃｍ²）であった。「Ｐ₀＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ」の値（３７８〜３９６ｋｇ／ｃｍ²）は、上記骨材無しレジンコンクリートの値とよく一致した。従って、レジンコンクリートの強度低下メカニズムは前述したメカニズムで説明できる。

「Ｐ₀＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ」が一定の値（＝樹脂硬化体の初期曲げ強度）とすると、強度低下推定式を式（１）のようにｆ（Ｔ）およびτの２つの温度依存性を有する項を持つ式ではなく、温度依存性を有する項をｆ（Ｔ）のみとしたシンプルな式とできる。

以上に示したように、レジンコンクリートの強度低下は、樹脂＋炭酸カルシウムのみによる樹脂硬化体の初期強度を「Ｐ₀’（≒Ｐ₀＋ｆ（Ｔ）×ｌｏｇτ）」とすると、「Ｐ＝Ｐ₀’−ｆ（Ｔ）×ｌｏｇｔ ・・・（１−５）」と表すことができる。この値が、骨材の強度を上回っている間は、骨材の強度がレジンコンクリートの強度を決定し、この値が骨材の強度を下回るようになると、レジンコンクリートの強度が式（１−５）に従うものと考えることができる。

前述したように非特許文献の式（１）は短時間ならよいが、長期間にわたる強度低下を推定することはできないため、式（１−５）の経過時間に関する項を、本発明では経過時間の１／４乗へと変更し、「Ｐ＝Ｐ₀’−ｆ’（Ｔ）×ｔ^1/4・・・（２）」 と表す。

ここでｆ’（Ｔ）は経過時間の１／４乗が強度低下と比例するとした場合の強度低下の係数であり、経過時間の対数が強度低下と比例するとした場合の係数ｆ（Ｔ）とは異なる値となるが、強度低下の傾きを決定する係数である点は同じである。

これまで説明したように、本発明では、レジンコンクリートの強度低下と経過時間の１／４乗が直線関係にあることを利用して強度低下の推定を行う点が従来にはない特徴である。

また、強度低下推定式における初期強度Ｐ₀’の値として骨材および砂を抜いた樹脂＋充填剤のみによる樹脂硬化体の強度の値を用いる点も従来にはない特徴である。

以下、本発明の実施の形態におけるレジンコンクリートの強度低下推定方法について、図３のフローチャートを用いて説明する。まず、第１工程Ｓ１０１で、レジンコンクリートからなる同一の寸法の複数の試験片を用意する。次に、第２工程Ｓ１０２で、複数の温度の雰囲気の各々に試験片を配置し、所定の時間が経過するとともに取り出して試験片の強度の測定を実施して、時間経過によるレジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を複数の温度毎に測定する。雰囲気は、水の中または多湿（湿度９０％以上）とした空気中である。また、設定する複数の温度は、評価対象とするレジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲とする。

次に、第３工程Ｓ１０３で、第２工程で測定された時間経過による強度の低下の測定値と、複数の温度の雰囲気において経過した時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、設定した複数の温度毎に求める。次に、第４工程Ｓ１０４で、第３工程で求めた複数の温度毎における関係式における係数から、レジンコンクリートの強度低下の活性化エネルギーを求める。次に、第５工程Ｓ１０５で、第４工程で求めた活性化エネルギーを用い、使用箇所の温度と使用箇所における経過時間の関数でレジンコンクリートの強度低下を推定する。

［実施例］
次に、具体的に式（２）を用いて、各温度における強度低下の係数ｆ’（Ｔ）を算出する手順について説明する。まず、底面が６ｃｍ×６ｃｍの正方形とした長さ２４ｃｍの角柱形状のレジンコンクリートによる試料（レジンコンクリート試料）を作製した。複数のレジンコンクリート試料を作製した。試料の寸法は、非特許文献１における実験試料と同一である。また同サイズで骨材や砂を入れずに作成した「骨材無し」の樹脂＋炭酸カルシウムのみの樹脂硬化体試料を３個作製した。

レジンコンクリート試料の初期の曲げ強度は、２５０ｋｇ／ｃｍ²であった（３個の平均値）。また、樹脂硬化体試料の初期強度を測定したところ、平均曲げ強度は３８６ｋｇ／ｃｍ²であった（３個の平均値）。

残るレジンコンクリート試料を８０℃、９０℃、１００℃の恒温水槽中に設置し、時間経過とともに３個ずつ取り出して曲げ強度を測定し、平均曲げ強度を算出した。ここでは曲げ強度を用いて実験を行ったが、レジンコンクリートの場合、曲げ強度と引張強度の間には強い相間があるため、引張強度を用いても良い。また他の強度指標を測定して引張強度や曲げ強度の代わりとすることは容易に類推できる。

試験開始当初、レジンコンクリートの曲げ強度は２５０ｋｇ／ｃｍ²のまま低下せず（前述の第１段階）、８０℃では１０００時間、９０℃では５００時間、１００℃では２００時間あたりから強度が低下しはじめた（前述の第２段階）。強度低下が始まってからの、レジンコンクリートの強度と経過時間の１／４乗との関係を図４に示す。

各温度において、骨材無しレジンコンクリートの初期強度が切片となるように近似直線を作成すると、その傾きからｆ’（Ｔ）が読み取れる。

ここで各温度のｆ’（Ｔ）の値はｆ’（８０）＝２５．７、ｆ’（９０）＝２９．８、ｆ’（１００）＝３４．７であった。

近似直線は、樹脂硬化体試料の初期強度が切片となるように指定せず、強度低下したレジンコンクリート試料のデータのみから作成することも可能であり、この場合も切片の値は概ね近い値となる。しかし、曲げ強度の値はばらつきが大きいため、樹脂硬化体試料の初期強度が切片となるように近似直線を作成する方がｆ’（Ｔ）の値が正確に求められる。

次に、各温度におけるｆ’（Ｔ）の値から活性化エネルギーを算出する。まずｆ’（Ｔ）についてアレニウスプロットを作成する。アレニウスの式は、以下の式（３）で示される。なお、ｋは、速度定数、Ａは、頻度因子、Ｅａは、活性化エネルギー、Ｒは、気体定数、Ｔは、絶対温度である。また、式（３）の対数をとると、以下の式（３−１）となる。

本発明では、速度定数ｋの部分に強度低下の傾きを決定する係数ｆ’（Ｔ）を用いる。式（３−１）からｌｎｆ（Ｔ）を縦軸にプロットし、１／ＲＴを横軸にとれば、この勾配から活性化エネルギーＥａを、切片から頻度因子の対数ｌｎＡを算出できる。通常は、横軸を１／Ｔととるが、ここでは、近似直線の傾きをそのままＥａとして読み取るため、横軸は気体定数Ｒを含む１／ＲＴとした。

ｆ’（Ｔ）の値はｆ’（８０）＝２５．７、ｆ’（９０）＝２９．８、ｆ’（１００）＝３４．７であったため、これらの対数をとると、ｌｎｆ’（８０）＝３．２５、ｌｎｆ’（９０）＝３．３９、ｌｎｆ’（１００）＝３．５５となる。この値を縦軸に、１／ＲＴを横軸にとってプロットした結果を図５に示す。図５に示すアレニウスプロットの傾きより、活性化エネルギー≒１６４００Ｊ／ｍｏｌであることがわかり、このアレニウスプロットの切片が８．８４であることがわかる。これらの結果より、頻度因子Ａの値はｅの８．８４乗≒６９００であることがわかる。

よって式（３）から以下の式（４）が導ける。 式（４）を式（２）に代入することで、以下の式（５）が導ける。前述したように、この実施例ではＰ₀＝３８６ｋｇ／ｃｍ²であるので、以下の式（６）となる。

よって式（６）に、経過時間および気体定数、絶対温度（使用箇所の温度）を代入することで、ある温度で、ある経過時間後の残存強度が推定できる。

例えば１０℃（＝２８３Ｋ）、５０年（５０×３６５×２４＝４３８０００時間）、気体定数８．３１４を代入すれば、使用箇所が１０℃では５０年後の残存強度が２１４ＭＰａと算出できる。なお、算出結果が、レジンコンクリートの初期強度より高い強度を示す場合があるが、前述した強度低下メカニズムの第１段階にあると考えられ、その場合はレジンコンクリートの初期強度から低下していないと推定する。

ところで、実際のレジンコンクリート構造物は、地下に埋設されているものも存在するため、この場合の使用箇所の温度は、地中の温度となる。しかしながら、地中の年平均の温度データは容易には測定できない。そこで、発明者らが、年平均気温と年平均地中温度（地下１〜２ｍ）を比較したところ、図６に示すように、年平均地中温度は、概ね年平均気温＋２℃プラスマイナス２℃の範囲にあることが分かった。従って、これを利用し、最寄りの気象観測点の気温測定データを用いて、年平均気温＋２℃の温度を式（６）に代入して残存強度を求めても良い。

ここでの＋２℃という値は国や地域により多少変化することは容易に類推できる。また、最寄りの気象観測点とレジンコンクリート構造物の設置地点に標高差がある場合、標高差により気温が変化するため、それを補正することが望ましい。具体的には標高差１００ｍあたり０．５〜０．７℃を、レジンコンクリート構造物の設置地点が最寄りの気象観測点より低い場合はプラスし、高い場合はマイナスにした補正を加えて用いても良い。例えば標高差１００ｍあたり０．６℃の補正が好適に用いられる。例えばレジンコンクリートの構造物の設置位置が最寄りの気象観測点より５００ｍ標高が高ければ、用いる推定平均地中温度は、最寄りの気象観測点の年平均気温＋２℃−（０．６×５００ｍ／１００ｍ）＝最寄りの気象観測点の年平均気温−１℃として用いると良い。

次に、上述したレジンコンクリートの強度低下推定方法を実施するための装置について説明する。レジンコンクリートの強度低下推定は、強度低下部３０１、強度測定部３０２、第１計算部３０３、第２計算部３０４、推定部３０５、記憶部３０６、表示部３０７、入力部３０８を備える。

強度低下部３０１は、評価対象のレジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲の複数の温度の雰囲気としてレジンコンクリートからなる試験片の強度を低下させる。強度低下部３０１における雰囲気は、水の中または多湿とした空気中である。

強度低下部３０１は、例えば、設定温度が異なる複数の処理槽３２１，３２２，３２３を備える。処理槽３２１は、例えば、収容されている水を温度６０℃に維持している。処理槽３２２は、例えば、収容されている水を温度８０℃に維持している。処理槽３２３は、例えば、収容されている水を温度１００℃に維持している。

また、処理槽３２１は、例えば、収容されている湿度１００％の空気を温度６０℃に維持している。処理槽３２２は、例えば、収容されている湿度１００％の空気を温度８０℃に維持している。処理槽３２３は、例えば、収容されている湿度１００％の空気を温度１００℃に維持している。

これらの温度は、レジンコンクリートの強度低下のデータを集める期間と水の沸騰を考慮すると６０〜１００℃の範囲内で実施することが望ましいが、劣化が急速に進行する試料ではより低温で試験を実施してもよい。また、異なる複数の温度とは、少なくとも２つ以上の温度条件が必要だが、望ましくはアレニウスプロットが直線上に乗るかどうかを確認するため、３つ以上の温度条件であることが望ましい。

強度測定部３０２は、強度低下部３０１で強度が低下した試験片の曲げ強度もしくは引張強度を測定する。強度測定部３０２は、引張試験や曲げ試験が実施できる万能試験機から構成されていればよい。これ以外の強度低下測定手段を用いても同一の効果が得られることは容易に類推できる。なお、強度低下部３０１から強度測定部３０２までの試料の移動は手動で行っても良く、ロボットアームなどにより自動で移動させる機構を備えていても良い。

第１計算部３０３は、強度低下部３０１を用いてレジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲で設定した複数の温度の雰囲気の各々に試験片を配置し、所定の時間が経過するとともに取り出して試験片の強度の測定を実施し、強度測定部３０２を用いて時間経過によるレジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を複数の温度毎に測定した強度の時間経過による低下の測定値と、複数の温度の雰囲気において経過した時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、温度毎に求める。

例えば、強度測定部３０２で測定された強度の測定値は、記憶部３０６に記憶される。このようにして記憶部３０６に記憶された測定値を用い、第１計算部３０３は、温度毎に関係式を求める。

第２計算部３０４は、第１計算部３０３が求めた複数の温度毎の関係式における係数から、レジンコンクリートの強度低下の活性化エネルギーを求める。推定部３０５は、第２計算部３０４が求めた活性化エネルギーを用い、使用箇所の温度と経過時間の関数でレジンコンクリートの強度低下を推定する。推定部３０５が推定した結果は、表示部３０７に表示される。温度の情報や、経過時間などは、例えば、入力部３０８より入力される。また、入力部３０８により、強度を推定したい設備の情報なども入力される。

第１計算部３０３、第２計算部３０４、推定部３０５、記憶部３０６、表示部３０７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）と主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備えたコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現される。

以上に説明したように、本発明によれば、レジンコンクリートの強度低下が、経過時間の１／ｘ乗に従うものとして、レジンコンクリートの強度低下を推定するようにしたので、レジンコンクリートの長期信頼性がより正確に評価できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

３０１…強度低下部、３０２…強度測定部、３０３…第１計算部、３０４…第２計算部、３０５…推定部、３０６…記憶部、３０７…表示部、３０８…入力部、３２１，３２２，３２３…処理槽。

Claims (7)

1. レジンコンクリートからなる同一の寸法の複数の試験片を用意する第１工程と、
   前記レジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲で設定した複数の温度の雰囲気の各々に前記試験片を配置し、所定の時間が経過するとともに取り出して前記試験片の強度の測定を実施して、時間経過による前記レジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を前記複数の温度毎に測定する第２工程と、
   前記第２工程で測定された時間経過による強度の低下の測定値と、前記複数の温度の雰囲気において経過した時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、設定した前記複数の温度毎に求める第３工程と、
   前記第３工程で求めた前記複数の温度毎における前記関係式における係数から、前記レジンコンクリートの強度低下の活性化エネルギーを求める第４工程と、
   前記第４工程で求めた活性化エネルギーを用い、前記使用箇所の温度と前記使用箇所における経過時間の関数で前記レジンコンクリートの強度低下を推定する第５工程と
   を備え、
   前記第２工程における前記雰囲気は、水の中または多湿とした空気中であることを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定方法。
2. 請求項１記載のレジンコンクリートの強度低下推定方法において、
   前記第３工程では、前記第２工程で測定された時間経過による強度の低下の測定値と、時間の１／４乗との関係を示す関係式を、設定した前記複数の温度毎に求める
   ことを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定方法。
3. 請求項１または２記載のレジンコンクリートの強度低下推定方法において、
   前記第２工程では、前記レジンコンクリートの初期強度として樹脂および充填材のみにより前記樹脂を硬化して作製した樹脂硬化体の強度の値を用いる
   ことを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のレジンコンクリートの強度低下推定方法において、
   前記使用箇所は、地下であり、
   前記第５工程では、前記使用箇所の温度は、前記使用箇所の最寄りの気象観測点で測定された年間平均温度に２℃を加算した温度とする
   ことを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のレジンコンクリートの強度低下推定方法において、
   前記使用箇所の標高が前記気象観測点の標高より低い場合は、前記使用箇所と前記気象観測点との標高差１００ｍあたり０．５〜０．７℃を前記使用箇所の温度に加算する補正を加え、
   前記使用箇所の標高が前記気象観測点の標高より高い場合は、前記使用箇所と前記気象観測点との標高差１００ｍあたり０．５〜０．７℃を前記使用箇所の温度より減算する補正を加える
   ことを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のレジンコンクリートの強度低下推定方法において、
   前記第２工程では、前記試験片の強度の測定として、曲げ強度もしくは引張強度を測定することを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定方法。
7. 評価対象のレジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲の複数の温度の雰囲気として前記レジンコンクリートからなる試験片の強度を低下させる強度低下部と、
   前記強度低下部で強度が低下した前記試験片の曲げ強度もしくは引張強度を測定する強度測定部と、
   前記強度低下部を用いて前記レジンコンクリートが使用される使用箇所の温度より高い範囲で設定した複数の温度の雰囲気の各々に前記試験片を配置し、所定の時間が経過するとともに取り出して前記試験片の強度の測定を実施し、前記強度測定部を用いて時間経過による前記レジンコンクリートの初期強度からの強度の低下を前記複数の温度毎に測定した強度の時間経過による低下の測定値と、前記複数の温度の雰囲気において経過した時間の１／ｘ乗（ｘ≧２）との関係を示す関係式を、前記温度毎に求める第１計算部と、
   前記第１計算部が求めた前記複数の温度毎の前記関係式における係数から、前記レジンコンクリートの強度低下の活性化エネルギーを求める第２計算部と、
   前記第２計算部が求めた活性化エネルギーを用い、前記使用箇所の温度と経過時間の関数で前記レジンコンクリートの強度低下を推定する推定部と
   を備え、
   前記強度低下部における前記雰囲気は、水の中または多湿とした空気中であることを特徴とするレジンコンクリートの強度低下推定システム。

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