JP4110004B2 - Calculation method for deterioration prediction of concrete structures - Google Patents
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Description
【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計算する方法に関し、特には、塩害による劣化、またはコンクリートの中性化による劣化、またはこれらが複合して進行する現実的な場合の劣化を予測計算する方法に関する。
【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の要因には、塩害による劣化と中性化等がある。
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、ＰＣ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。
【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。
【化１】
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。
そのために、既設のコンクリート構造物を適切な時期に補修することが望ましい。なお、季節のコンクリート構造物に対する補修の種類には、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と、これら表面保護工と断面修復工を併用した補修方法がある。
なお、コンクリート構造物を維持管理するためには、コンクリートの劣化予測及び補修を施した場合のコンクリートの劣化予測が必要不可欠である。
【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、これらの複合的な劣化を予測する方法を特願2002-22119号において提案した。
【０００６】
以下に、特願2002-22119号で提案した複合的な劣化を予測する方法の概要を説明する。
前記発明は、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▲２▼、▲３▼
【数１】
【０００７】
また、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、前記発明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ものである。
【０００８】
さらにまた、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ものであり、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のである。
【０００９】
なお、上述した予測方法以外に、コンクリートの劣化を評価する技術が、特願2002-131216号において提案されている。（特許文献１参照）
【００１０】
【特許文献１】
特開2002-131216号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
補修後においては、補修に用いた補修材も時間経過に応じて劣化するが、前述したような従来の予測方法では、補修材の劣化は考慮されていなかった。そのため、より精確な劣化予測を行うために、補修材の劣化を考慮した予測方法の確立が望まれていた。
【００１２】
以上の事情に鑑みて、本発明においては、コンクリート構造物の補修に用いた補修材の劣化も考慮した予測方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【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の発明にかかるコンクリート構造物の劣化予測計算方法は、
補修材を用いてコンクリート構造物を補修した場合の、補修後の塩害および中性化の複合劣化の進行を、
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、
で表し、
この複合劣化の進行を、
二つの拡散方程式 (2),(3)
【数１】
前記補修材において予め設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの劣化の進行として、前記補修材の塩化物イオン拡散係数および炭酸ガス拡散係数を、経過時間に関連付けて変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
そして、請求項２の発明では、前記補修材に設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの所定期間における拡散係数の変化を下記の式▲１▼を用いて時間経過に関連付けて変化させることを特徴としている。
【００１５】
Ｃ＝ｆ（ｔ）×Ｃ0 ▲１▼
ここに、Ｃ：拡散係数
Ｃ0：基準拡散係数、
ｆ（ｔ）：シグモイド関数
なお、シグモイド関数ｆ（ｔ）は下記の式▲４▼のように示される。
【数２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるコンクリート構造物の劣化予測計算方法を説明する。
【００１７】
まず、予測対象のコンクリート構造物の条件を特定する。例えば、有限要素法による数値解析に必要な各要素の初期値、係数等を決定する。次に、補修に用いる補修材に関しても同様に各要素の初期値、係数等を決定する。例えば、補修材の基準拡散係数Ｃ0、、拡散係数が所定値以下に保持されて所定の品質が保持されることを保証する品質保証期間を決定する。これは、補修材の仕様として決定される。
次に、本発明においては、補修材の劣化を勘案するので、補修材の劣化の進行を示す指標として、時間経過に応じた当該補修材の拡散係数を用いる。
そして、本発明においては、補修材の拡散係数が時間経過に応じて劣化する特性を近似することのできる関数としてシグモイド関数を用いるので、このシグモイド関数における係数Ａを決定する。これは、複数の実験データに基づいて、最も精度よく近似できる係数Ａを決定することが好ましい。
また、拡散係数が初期値から最大値まで変化する期間を実験データ等に基づいて勘案し、拡散係数変化期間として決定する。
補修材の拡散係数の時間経過に応じた変化を下記のシグモイド関数（式▲４▼）を用い、拡散係数の劣化を時間経過に関連付けて変化させるようにしたのである。
【００１８】
【数３】
シグモイド関数は、ニューラルネットワークの判定によく使用される関数であり、図１に示すように係数Ａの値を種々変えることによって様々なパターンの劣化曲線を得ることができる。
即ち、実際に用いられる補修材の劣化に関する実験データが蓄積された時点で、前記係数Ａの値を修正してパターンを変え、シグモイド関数による劣化曲線を修正すればよいことになる。
【００２０】
以上のような条件を決定した後、劣化予測計算を行なう。
まず、品質保証期間内は拡散係数は０のままで保持されて劣化はなく、塩化物イオン濃度の上昇もない。
次に、品質保証期間を経過してから、拡散係数変化期間の間は、有限要素法を用いて拡散係数の変化をシミュレーション計算する。
図２においては、縦軸に拡散係数の変化を劣化係数として表し、横軸に時間経過を基準化年数として表している。ここでは、拡散係数の初期値を劣化係数０とするが、この拡散係数は拡散係数変化期間の間に次第に変化して補修材の基準拡散係数に近づく。従って、拡散係数変化期間終了後は、補修材の拡散係数は基準拡散係数の一定値に保持されるものとする。
このようにして拡散係数が劣化して到達する最大値を劣化係数１として基準化した。また、基準化年数として、品質保証期間を0.0から1.0までとし、その後の拡散係数が劣化して最大値、劣化係数１に到達する拡散係数変化期間を1.0から2.0までと基準化した。
【００２１】
シミュレーション計算において、補修材の劣化を考慮しない場合と、考慮する場合とで劣化のパターンは異なる。また、補修材の劣化を考慮する場合でも、補修の方法によっても劣化のパターンは異なる。
このような種々のパターンを図３、４、５、６に例示して説明する。
【００２２】
まず、図３においては、補修しない場合のパターンを参考のために示した。
【００２３】
図３は、初期条件を設定して５年後、１０年後、２０年後、３０年後、５０年後の深さに応じた塩化イオン濃度の変化を、有限要素法によるシミュレーション計算によって予測して、その予測結果をグラフ表示したものである。
なお、図３のグラフにおいて、縦軸は塩化物イオン濃度を示し、横軸は表面からの深さを示している。
そして、表面からの深さ５cmの場所に鉄筋が存在していることを縦線Ａで示し、鉄筋が浸食を受ける塩化物イオン濃度（コンクリート標準示方書に示された限界塩化物濃度）の値を横線Ｂで示している。
この予測結果によれば、５年後、１０年後までは、鉄筋位置の塩化物イオン濃度は限界塩化物濃度未満であるが、２０年後には限界塩化物濃度を越えて鉄筋の腐食が始まることを示している。
【００２４】
次に、表面を補修した場合における、塩化物イオン濃度の変化を、上記同様に有限要素法を用いて予測計算した結果を図４を参照して説明する。
なお、図４の場合は、１０年後に表面被覆を行うことを条件として有限要素法によるシミュレーション計算を行ったものであるが、補修材の劣化は考慮していない。
この予測結果によれば、５年後、１０年後までは、図３と同様の結果を示しているが、１０年後に表面被覆を行ったので、鉄筋位置を含む表面から浅い部分における２０年後以降の塩化物イオン濃度は低い値に抑えられている。その結果、２０年後、３０年後、５０年後においても、限界塩化物濃度未満の状態が確保されて、鉄筋の腐食が抑制されていることを示している。
このように、補修材の劣化を考慮しない予測計算では、５０年後においても鉄筋の腐食が抑制されているという、現実とは異なる予測結果、即ち誤った予測結果が得られることを示している。
【００２５】
次に、表面被覆によって補修した場合であって、補修材の劣化を考慮した場合の塩化物イオン濃度の変化を、上記同様に有限要素法を用いて予測計算した結果を図５を参照して説明する。
図５によれば、補修材の劣化を考慮することによって、３０年後以降は限界塩化物濃度を越えることが予想され、現実と合致した予測結果、即ちより精確な予測結果が得られることを示している。
以上のことから、図４のように、補修材の劣化を考慮しない予測計算では精確な予測ができず、図５のように補修材の劣化を考慮した予測計算で精確な予測が可能になっていることが判明した。
以上のようにして、精確な予測を行った結果、表面被覆だけでは３０年以降の劣化を抑制できないので不十分であることが判明した。
【００２６】
次に、３０年以降の劣化も充分に抑制するために、１０年後の表面被覆に加えて、２５年後において断面修復を行う場合において、劣化の予測を行った。なお、この場合も補修材の劣化を考慮し、塩化物イオン濃度の変化を、上記同様に有限要素法を用いて予測計算して、その結果を図６に示した。
この図６によれば、２０年後には、鉄筋位置における塩化物イオン濃度は限界塩化物濃度近くまで増加するが、２５年後に断面修復を行って補修材と入れ替えるために、３０年後でも鉄筋位置における塩化物イオン濃度は大幅に低下している。そして、５０年後においても限界塩化物濃度を確実に下回っていることが判明した。
従って、１０年後の表面被覆と、２５年後の断面修復とを併用することによって、５０年後においても鉄筋位置における鉄筋の腐食を抑制することができることが判明した。
【００２７】
以上の結果に基づいて、鉄筋位置における塩化物イオン濃度の経年変化を、図７に示した。
図７においては、横軸に１００年後までの経過時間（経過年数）を示している。限界塩化物濃度の値を横線Ｂで示した。
図７によれば、補修を行わない場合には、グラフ▲１▼で示したように、15年後に限界塩化物濃度を越えている。
15年後に表面被覆で補修した場合には、グラフ▲２▼で示したように、塩化物イオン濃度は限界塩化物濃度を越えない。しかし、このグラフは補修材の劣化を考慮していないため、精確ではない。そこで、補修材の劣化も考慮した場合には、グラフ▲３▼で示したように、２５年を経過した後に限界塩化物濃度を越えている。
そこで、２５年目に断面修復で補修すると、グラフ▲４▼に示したように、５０年後においても限界塩化物濃度を越えない。
即ち、表面被覆と断面修復とを併用することで、コンクリート構造物の耐用年数は５０年まで伸びると判断することができる。
なおこの解析においては、表面被覆の品質保証期間は１０年、シグモイド関数を使った劣化期間は１０年としている。
【００２８】
【発明の効果】
本発明にかかる請求項１の発明によれば、補修材の劣化も考慮してコンクリート構造物の劣化を予測計算するので、補修した場合のコンクリート構造物の劣化予測をより現実に近い精確なものとすることができる。
従って、種々の補修方法を組み合わせて解析することによって、所望の耐用年数を得るために必要かつ最適な補修方法とその時期等を決定することもできるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法におけるシグモイド関数の説明図である。
【図２】前記劣化予測計算方法における劣化係数の変化パターンを例示した説明図である。
【図３】比較例として、補修しない場合の塩化物イオン濃度の変化を示す説明図である。
【図４】比較例として、補修した場合であって、且つ補修材の劣化を考慮しない場合の塩化物イオン濃度の変化を示す説明図である。
【図５】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法による予測結果を、補修した場合であって、且つ補修材の劣化を考慮した場合で示した説明図である。
【図６】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法による予測結果を、表面被覆と断面修復とを併用した場合であって、且つ補修材の劣化を考慮した場合で示した説明図である。造物の断面図である。
【図７】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法による予測結果を、鉄筋位置における塩化物イオン濃度の経年変化を示すグラフで示した説明図である。
【符号の説明】
Ｂ 基準酸化物濃度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for predicting and calculating deterioration of a concrete structure, and in particular, predicting and calculating deterioration due to salt damage, deterioration due to neutralization of concrete, or deterioration in a realistic case where these proceed in combination. Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, early deterioration of concrete structures has become a problem. In addition to the fact that the environmental conditions for placing concrete structures have become stricter on average than before, the materials used, the manufacturing method, and the construction method of concrete have been changed.
Factors of deterioration of concrete include deterioration due to salt damage and neutralization.
The above-mentioned salt damage of concrete refers to a phenomenon in which a steel material (rebar, PC steel, etc.) is corroded by the action of chloride ions present in the concrete and damages the concrete structure.
[0003]
As shown in the chemical reaction formula (1) below, the above-mentioned neutralization of concrete means that a cement hydration product in a strong alkali present in a concrete structure reacts with carbon dioxide in the atmosphere to generate carbonic acid. It is to produce calcium.
[Chemical 1]
When the concrete becomes neutral, the protection function of the reinforcing bars is lost, the reinforcing bars corrode, and the expansion causes cracks in the cover concrete. Water, oxygen, carbon dioxide gas, and the like enter from the cracks, and corrosion is promoted to cause deterioration such as floating and peeling of the cover concrete.
Therefore, it is desirable to repair the existing concrete structure at an appropriate time. The types of repairs for seasonal concrete structures include surface protection that covers the concrete surface, cross-section repair that repairs parts removed with a repair material such as hardener after the concrete surface layer is removed, and There is a repair method that combines surface protection work and cross-section repair work.
In addition, in order to maintain and manage concrete structures, it is essential to predict deterioration of concrete and to predict deterioration of concrete when repairs are performed.
[0005]
The present inventors have proposed a method for predicting deterioration due to salt damage in Japanese Patent Application No. 2001-142969 regarding deterioration prediction after repairing an existing concrete structure, and a method for predicting deterioration due to neutralization. The method proposed in Japanese Patent Application No. 2001-188429 was proposed in Japanese Patent Application No. 2002-22119.
[0006]
The outline of the method for predicting complex deterioration proposed in Japanese Patent Application No. 2002-22119 will be described below.
The invention is a concrete structure deterioration prediction method for predicting the progress of deterioration due to salt damage and neutralization of a concrete structure by analyzing various deterioration factors by a finite element method,
A chemical reaction formula containing the cement hydration product in concrete and carbon dioxide in the atmosphere on one side, and calcium carbonate on the other side,
A reversible chemical reaction formula containing calcium carbonate, aluminate and chloride on one side, and Friedel's salt and carbon dioxide on the other side,
The progress of complex deterioration represented by
Diffusion equation (2), (3)
[Expression 1]
[0007]
Moreover, when the existing concrete structure is repaired using a repair material, the progress of deterioration of the concrete structure after repair is predicted by the method of the invention,
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 factors of deterioration prediction by the finite element method It is what I did.
[0008]
Furthermore, the characteristic data of the repair material further includes the initial chloride ion concentration of the repair material and the diffusion coefficient of the chloride ion of the repair material. Further includes the initial calcium hydroxide ion concentration of the repair material and the carbon dioxide diffusion coefficient of the repair material.
In this way, after repair, as the characteristic data of the repair material, the initial chloride ion concentration of the repair material, the diffusion coefficient of chloride ion of the repair material, the initial calcium hydroxide ion concentration of the repair material, the repair material The analysis can be performed by adding at least any data of the diffusion coefficient of carbon dioxide gas.
[0009]
In addition to the prediction method described above, Japanese Patent Application No. 2002-131216 proposes a technique for evaluating deterioration of concrete. (See Patent Document 1)
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-131216 A [0011]
[Problems to be solved by the invention]
After the repair, the repair material used for the repair also deteriorates with time, but the conventional prediction method as described above does not consider the deterioration of the repair material. Therefore, in order to perform more accurate deterioration prediction, establishment of a prediction method that considers deterioration of the repair material has been desired.
[0012]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a prediction method that also considers deterioration of a repair material used for repairing a concrete structure.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems,
The deterioration prediction calculation method for a concrete structure according to the invention of
When repairing concrete structures with repair materials, the progress of combined deterioration of salt damage and neutralization after repair,
A chemical reaction formula containing the cement hydration product in concrete and carbon dioxide in the atmosphere on one side, and calcium carbonate on the other side,
A reversible chemical reaction formula containing calcium carbonate, aluminate and chloride on one side, and Friedel's salt and carbon dioxide on the other side,
Represented by
The progress of this combined deterioration
Two diffusion equations (2), (3)
[Expression 1]
As the progress of deterioration after a predetermined quality retention period set in advance in the repair material, the chloride ion diffusion coefficient and the carbon dioxide diffusion coefficient of the repair material are changed in association with the elapsed time, To do.
[0014]
In the invention of
[0015]
C = f (t) × C 0 (1)
Where C: diffusion coefficient C 0 : reference diffusion coefficient,
f (t): Sigmoid function The sigmoid function f (t) is represented by the following equation (4).
[Expression 2]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the deterioration prediction calculation method of the concrete structure concerning this invention is demonstrated.
[0017]
First, the condition of the concrete structure to be predicted is specified. For example, initial values, coefficients, etc. of each element necessary for numerical analysis by the finite element method are determined. Next, the initial value, coefficient, etc. of each element are similarly determined regarding the repair material used for repair. For example, the reference diffusion coefficient C0 of the repair material, and the quality assurance period for guaranteeing that the diffusion coefficient is held below a predetermined value and the predetermined quality is maintained are determined. This is determined as the specification of the repair material.
Next, in the present invention, since the deterioration of the repair material is taken into account, the diffusion coefficient of the repair material according to the passage of time is used as an index indicating the progress of the deterioration of the repair material.
In the present invention, since the sigmoid function is used as a function that can approximate the characteristic that the diffusion coefficient of the repair material deteriorates with time, the coefficient A in the sigmoid function is determined. It is preferable to determine the coefficient A that can be approximated most accurately based on a plurality of experimental data.
Further, the period during which the diffusion coefficient changes from the initial value to the maximum value is taken into consideration based on experimental data and the like, and is determined as the diffusion coefficient change period.
The change of the diffusion coefficient of the repair material according to the passage of time was changed using the following sigmoid function (formula (4)) and the deterioration of the diffusion coefficient was changed in association with the passage of time.
[0018]
[Equation 3]
The sigmoid function is a function often used in the determination of the neural network, and various patterns of deterioration curves can be obtained by changing the value of the coefficient A as shown in FIG.
That is, when experimental data relating to deterioration of the repair material actually used is accumulated, the value of the coefficient A is corrected to change the pattern, and the deterioration curve based on the sigmoid function may be corrected.
[0020]
After the above conditions are determined, deterioration prediction calculation is performed.
First, during the quality assurance period, the diffusion coefficient is maintained at 0, there is no deterioration, and there is no increase in chloride ion concentration.
Next, after the quality assurance period has elapsed, during the diffusion coefficient change period, a change in diffusion coefficient is calculated by simulation using the finite element method.
In FIG. 2, the vertical axis represents the change in the diffusion coefficient as the deterioration coefficient, and the horizontal axis represents the elapsed time as the standardized years. Here, the initial value of the diffusion coefficient is assumed to be the
In this way, the maximum value reached by the deterioration of the diffusion coefficient was normalized as the
[0021]
In the simulation calculation, the degradation pattern differs depending on whether or not the degradation of the repair material is considered. Even when the deterioration of the repair material is taken into account, the deterioration pattern varies depending on the repair method.
Such various patterns will be described with reference to FIGS.
[0022]
First, in FIG. 3, the pattern when not repairing is shown for reference.
[0023]
FIG. 3 shows a simulation calculation by the finite element method that predicts changes in chloride ion concentration according to depth after 5 years, 10 years, 20 years, 30 years, and 50 years after setting initial conditions. Then, the prediction result is displayed in a graph.
In the graph of FIG. 3, the vertical axis indicates the chloride ion concentration, and the horizontal axis indicates the depth from the surface.
The vertical line A indicates that there is a reinforcing bar at a depth of 5 cm from the surface, and the chloride ion concentration at which the reinforcing bar is eroded (the limit chloride concentration indicated in the Standard Specification for Concrete). Is indicated by a horizontal line B.
According to this prediction result, the chloride ion concentration at the reinforcing bar position is less than the limit chloride concentration until 5 years and 10 years later, but after 20 years the corrosion of the reinforcing bar starts exceeding the limit chloride concentration. It is shown that.
[0024]
Next, the result of predicting and calculating the change of the chloride ion concentration when the surface is repaired using the finite element method as described above will be described with reference to FIG.
In the case of FIG. 4, the simulation calculation by the finite element method is performed on the condition that the surface coating is performed after 10 years, but the deterioration of the repair material is not taken into consideration.
According to this prediction result, the same results as in FIG. 3 are shown until 5 years and 10 years later, but since surface coating was performed after 10 years, 20 years in the shallow part from the surface including the position of the reinforcing bar Subsequent chloride ion concentrations are kept low. As a result, even after 20 years, 30 years, and 50 years, a state of less than the limit chloride concentration is secured, indicating that corrosion of the reinforcing bars is suppressed.
Thus, the prediction calculation that does not take into account the deterioration of the repair material shows that a prediction result different from the reality, that is, an incorrect prediction result, is obtained that corrosion of the reinforcing bar is suppressed even after 50 years. .
[0025]
Next, FIG. 5 shows the result of predicting and calculating the change in the chloride ion concentration using the finite element method in the same manner as described above, in the case of repairing by surface coating and considering the deterioration of the repair material. explain.
According to FIG. 5, by considering the deterioration of the repair material, it is expected that the limit chloride concentration will be exceeded after 30 years, and a prediction result consistent with the reality, that is, a more accurate prediction result can be obtained. Show.
From the above, accurate prediction cannot be performed by the prediction calculation that does not consider the deterioration of the repair material as shown in FIG. 4, and accurate prediction can be performed by the prediction calculation that considers the deterioration of the repair material as shown in FIG. Turned out to be.
As a result of accurate prediction as described above, it was found that the surface coating alone is insufficient because deterioration after 30 years cannot be suppressed.
[0026]
Next, in order to sufficiently suppress the deterioration after 30 years, in addition to the surface coating after 10 years, the deterioration was predicted when performing cross-sectional repair after 25 years. In this case as well, considering the deterioration of the repair material, the change in chloride ion concentration was predicted using the finite element method in the same manner as described above, and the result is shown in FIG.
According to FIG. 6, the chloride ion concentration at the reinforcing bar position increases to near the limit chloride concentration after 20 years, but the reinforcing bars are replaced with repair materials after 25 years to repair the cross section after 30 years. The chloride ion concentration at the location is greatly reduced. It was found that even after 50 years, the concentration was definitely below the critical chloride concentration.
Therefore, it has been found that by using the surface coating after 10 years and the cross-sectional repair after 25 years, corrosion of the reinforcing bar at the reinforcing bar position can be suppressed even after 50 years.
[0027]
Based on the above result, the secular change of the chloride ion concentration in a reinforcing bar position was shown in FIG.
In FIG. 7, the horizontal axis indicates the elapsed time (elapsed years) up to 100 years later. The value of limit chloride concentration is shown by the horizontal line B.
According to FIG. 7, when repair is not performed, the limit chloride concentration is exceeded after 15 years, as shown in the graph (1).
When repaired with a surface coating after 15 years, the chloride ion concentration does not exceed the limit chloride concentration as shown in graph (2). However, this graph is not accurate because it does not consider the degradation of the repair material. Therefore, when considering the deterioration of the repair material, as shown in the graph (3), the limit chloride concentration is exceeded after 25 years.
Therefore, when repaired by cross-sectional repair in the 25th year, as shown in the graph (4), the limit chloride concentration is not exceeded even after 50 years.
That is, it is possible to determine that the useful life of the concrete structure is extended to 50 years by using the surface coating and the cross-sectional repair together.
In this analysis, the quality assurance period of the surface coating is 10 years, and the deterioration period using the sigmoid function is 10 years.
[0028]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the deterioration of the concrete structure is predicted and calculated in consideration of the deterioration of the repair material, the deterioration prediction of the concrete structure when repaired is more accurate and more realistic. It can be.
Therefore, by analyzing a combination of various repair methods, it is possible to determine the repair method and its timing that are necessary and optimal for obtaining the desired service life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a sigmoid function in a deterioration prediction calculation method for a concrete structure according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a change pattern of a deterioration coefficient in the deterioration prediction calculation method.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a change in chloride ion concentration when not repaired as a comparative example.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in chloride ion concentration when repair is performed and deterioration of the repair material is not taken into consideration as a comparative example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a prediction result obtained by a deterioration prediction calculation method for a concrete structure according to the present invention in a case where repair is performed and deterioration of a repair material is taken into consideration.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a prediction result obtained by a deterioration prediction calculation method for a concrete structure according to the present invention in a case where surface covering and cross-sectional repair are used in combination, and in consideration of deterioration of a repair material. . It is sectional drawing of a structure.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a prediction result by a deterioration prediction calculation method for a concrete structure according to the present invention in a graph showing a secular change in chloride ion concentration at a reinforcing bar position.
[Explanation of symbols]
B Standard oxide concentration
Claims (2)
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、
で表し、
この複合劣化の進行を、
二つの拡散方程式 (2),(3)
前記補修材において予め設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの劣化の進行として、前記補修材の塩化物イオン拡散係数および炭酸ガス拡散係数を、経過時間に関連付けて変化させることを特徴とするコンクリート構造物の劣化予測計算方法。When repairing concrete structures using repair materials, the progress of combined deterioration of salt damage and neutralization after repair
A chemical reaction formula containing the cement hydration product in concrete and carbon dioxide in the atmosphere on one side, and calcium carbonate on the other side,
A reversible chemical reaction formula containing calcium carbonate, aluminate and chloride on one side and Friedel's salt and carbon dioxide on the other side,
Represented by
The progress of this combined deterioration
Two diffusion equations (2), (3)
As the progress of deterioration after a predetermined quality retention period set in advance in the repair material, the chloride ion diffusion coefficient and the carbon dioxide diffusion coefficient of the repair material are changed in association with the elapsed time, For predicting deterioration of concrete structures.
Ｃ＝ｆ（ｔ）×Ｃ0 ▲１▼
ここに、Ｃ：拡散係数
Ｃ0：基準拡散係数、
ｆ（ｔ）：シグモイド関数2. The concrete according to claim 1, wherein a change in diffusion coefficient in a predetermined period after a predetermined quality retention period set for the repair material is related to the passage of time using the following formula (1). Structural deterioration prediction calculation method.
C = f (t) × C 0 (1)
Where C: diffusion coefficient C 0 : reference diffusion coefficient,
f (t): Sigmoid function
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