JP5278245B2 - Life evaluation method and apparatus for reinforced concrete - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for evaluating the life of reinforced concrete, simply calculating a corrosion quantity at the time of production of a crack and easily calculating the corrosion quantity at the time of production of the crack even with respect to the reinforced concrete different in shape or structure. <P>SOLUTION: The FEM analysis of the reinforced concrete is executed and the virtual temperature simulating the corrosion of a reinforcing rod is applied to the reinforcing rod of the reinforced concrete to execute the FEM analysis of the reinforced concrete when the reinforcing rod is virtually expanded not only to calculate the virtual temperature when the crack occurs in the concrete surface of the reinforced concrete but also to operate the corrosion quantity at the time of occurrence of the crack on the basis of the calculated virtual temperature. The crack occurrence period of the reinforced concrete is estimated on the basis of the obtained corrosion quantity at the time of occurrence of the crack, the corrosion start period of the reinforcing rod, and the corrosion speed after the production of corrosion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置に関するものである。   The present invention predicts the crack initiation time of reinforced concrete on the basis of the corrosion start time of the reinforcing bars, the corrosion rate after the occurrence of corrosion, and the amount of corrosion at the time of crack occurrence, which is the amount of corrosion of the reinforcing bars when cracks occur on the concrete surface. The present invention relates to a life evaluation method and apparatus for reinforced concrete.

鉄筋コンクリートの塩害による劣化のメカニズムは、表面より侵入した塩化物イオンが鉄筋表面に到達し、鉄筋腐食が発生した後、コンクリートの表面にひび割れが発生し、コンクリートの剥離などが発生するものであると考えられている。   The mechanism of deterioration of reinforced concrete due to salt damage is that chloride ions that have penetrated from the surface reach the surface of the reinforcing bar, and after corrosion of the reinforcing bar occurs, cracks occur on the surface of the concrete, resulting in peeling of the concrete. It is considered.

このような劣化のメカニズムは、図10に示すように、時間と腐食量の劣化曲線で整理することができる(例えば、特許文献1参照)。   As shown in FIG. 10, the mechanism of such deterioration can be organized by a deterioration curve of time and corrosion amount (see, for example, Patent Document 1).

図10に示す劣化曲線は、塩化物イオンがコンクリートに徐々浸透して鉄筋に到達し、鉄筋に腐食が発生する時期を示す鉄筋の腐食開始時期と、鉄筋に腐食が発生した後の腐食量の増加の割合を示す腐食発生後の腐食速度の両者を求めることで得ることができる。   The deterioration curve shown in FIG. 10 shows the corrosion start time of the reinforcing bar indicating the time when the chloride ions gradually penetrate the concrete and reach the reinforcing bar, and the reinforcing bar is corroded, and the amount of corrosion after the reinforcing bar is corroded. It can be obtained by determining both the corrosion rate after the occurrence of corrosion showing the rate of increase.

鉄筋の腐食開始時期については、Fickの拡散式、自然電位法、分極抵抗法、コンクリート抵抗法などを用いて求めることができる。他方、腐食発生後の腐食速度については、分極抵抗法を用いて求めることができる。   The corrosion start time of the reinforcing bars can be determined using the Fick diffusion formula, the natural potential method, the polarization resistance method, the concrete resistance method, and the like. On the other hand, the corrosion rate after the occurrence of corrosion can be determined using the polarization resistance method.

図10の劣化曲線を用いることにより、鉄筋がある腐食量に達する時間(時期)を予測することが可能となる。よって、コンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量(以下、ひび割れ発生時の腐食量という)を求めれば、鉄筋がこのひび割れ発生時の腐食量に達する時間、すなわち鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期(鉄筋コンクリートの寿命)を予測することが可能となる。   By using the deterioration curve of FIG. 10, it is possible to predict the time (time) at which the reinforcing bar reaches a certain corrosion amount. Therefore, if the amount of corrosion of the rebar when cracks occur on the concrete surface (hereinafter referred to as the amount of corrosion at the time of cracking) is calculated, the time it takes for the reinforcing bar to reach the amount of corrosion at the time of cracking, that is, the crack occurrence time of the reinforced concrete ( It is possible to predict the life of reinforced concrete.

従来、ひび割れ発生時の腐食量は、鉄筋コンクリートの圧縮強度やかぶり(コンクリート表面から鉄筋までの距離)に関わらず、10mg/cm2で一定であると規定されている(非特許文献1)。 Conventionally, the amount of corrosion at the time of cracking has been defined to be constant at 10 mg / cm 2 regardless of the compressive strength and fogging of the reinforced concrete (distance from the concrete surface to the reinforcing bar) (Non-patent Document 1).

特開2008−82749号公報JP 2008-8249A 特開2002−90230号公報JP 2002-90230 A 特開2007−264840号公報JP 2007-264840 A 特開平9−165839号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-165839

社団法人土木学会、コンクリート標準示方書[維持管理編]、2007年、p.95Japan Society of Civil Engineers, Standard Specification for Concrete [Maintenance], 2007, p. 95

しかしながら、ひび割れ発生時の腐食量について、本発明者が実際に実験を行って検討したところ、ひび割れ発生時の腐食量は、鉄筋コンクリートの圧縮強度やかぶりの大小により大きく変化していることが分かった。したがって、上述のようにひび割れ発生時の腐食量を10mg/cm2で一定とした場合、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を正確に予測することはできない。 However, when the present inventors actually conducted experiments to examine the amount of corrosion at the time of cracking, the amount of corrosion at the time of cracking was found to vary greatly depending on the compressive strength of the reinforced concrete and the size of the cover. . Therefore, when the amount of corrosion at the time of crack occurrence is constant at 10 mg / cm 2 as described above, the crack occurrence time of reinforced concrete cannot be accurately predicted.

つまり、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を正確に予測するためには、評価対象となる鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量を正確に求めることが必要となる。   In other words, in order to accurately predict the crack generation time of reinforced concrete, it is necessary to accurately determine the amount of corrosion at the time of crack generation of the reinforced concrete to be evaluated.

ひび割れ発生時の腐食量を求める方法としては、鉄筋コンクリートの試験体を作製して鉄筋を強制的に腐食させ、実際にコンクリート表面にひび割れが入ったときの腐食量を測定する方法が考えられる。   As a method for obtaining the amount of corrosion at the time of crack occurrence, a method is conceivable in which a reinforced concrete specimen is prepared to forcibly corrode the reinforcing bar, and the amount of corrosion when the concrete surface is actually cracked is measured.

しかし、この方法では、実際に実験を行ってひび割れ発生時の腐食量を測定する必要があるため、非常に時間がかかってしまうという問題がある。特に、コンクリートのかぶりが大きい場合などは、数年にわたって実験を行わなければコンクリート表面にひび割れが生じない場合もあり、現実的ではない。   However, this method has a problem that it takes a very long time because it is necessary to actually conduct experiments and measure the amount of corrosion when cracks occur. In particular, when the concrete cover is large, cracks may not occur on the concrete surface unless the experiment is conducted for several years, which is not realistic.

また、実験的にひび割れ発生時の腐食量を求める方法では、形状や構造の異なる鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量を求めるためには、鉄筋コンクリートの形状や構造ごとに実験を行わなければならず、コストや時間がかかってしまうという問題もある。   Also, in the method of experimentally determining the amount of corrosion when cracks occur, in order to determine the amount of corrosion when cracks occur in reinforced concrete with different shapes and structures, experiments must be performed for each shape and structure of reinforced concrete, There is also a problem of cost and time.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ひび割れ発生時の腐食量を簡易に求めることができ、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、ひび割れ発生時の腐食量を容易に求めることが可能な鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to easily determine the amount of corrosion when cracks occur, and to easily determine the amount of corrosion when cracks occur even in reinforced concrete with different shapes and structures. The object is to provide a method and an apparatus for evaluating the life of reinforced concrete.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法であって、前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求め、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算し、得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法である。   The present invention has been devised to achieve the above-described object, and is the time when cracking occurs, which is the corrosion start time of the reinforcing bar, the corrosion rate after the occurrence of corrosion, and the amount of corrosion of the reinforcing bar when cracking occurs on the concrete surface. A method for evaluating the life of a reinforced concrete that predicts the occurrence of cracks in a reinforced concrete based on the amount of corrosion. The FEM analysis of the reinforced concrete is performed, and a virtual temperature that simulates the corrosion of the reinforced concrete is applied to the reinforced concrete reinforcing bar. Then, FEM analysis of the reinforced concrete when the reinforcing bar is virtually expanded is performed to determine a virtual temperature when a crack occurs on the concrete surface of the reinforced concrete, and based on the calculated virtual temperature Calculate the amount of corrosion at the time of crack occurrence, and the obtained corrosion amount at the time of crack occurrence and at the start of corrosion of the rebar , Based on the corrosion rate after the corrosion occurs, a life evaluation method of reinforced concrete for predicting crack generation timing of the reinforced concrete.

前記ひび割れ発生時の腐食量の演算は、前記コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度Δtと、前記鉄筋の腐食前の半径rと、前記鉄筋の線膨張係数aとに基づき、下式(1)
d=a×r×Δt+r ・・・(1)
により、仮想的に膨張させた鉄筋の半径rdを求めると共に、下式(2)
β=(πrd 2−πr2)/πr2×100 ・・・(2)
により、鉄筋膨張率βを求め、得られた鉄筋膨張率βと、予め設定した体積膨張率αとに基づき、下式(3)
Δx={(1+β/100)1/2−1}/(α1/3−1) ・・・(3)
により、腐食深さΔxを求め、かつ、得られた腐食深さΔxと、前記鉄筋の密度ρとに基づき、下式(4)
cr=Δx×ρ ・・・(4)
により、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることにより行われてもよい。
The calculation of the amount of corrosion at the time of the occurrence of cracks is based on the hypothetical temperature Δt when cracks occur on the concrete surface, the radius r before corrosion of the reinforcing bars, and the linear expansion coefficient a of the reinforcing bars. (1)
r d = a × r × Δt + r (1)
A result, the seek radius r d rebar inflated virtually, the following equation (2)
β = (πr d 2 −πr 2 ) / πr 2 × 100 (2)
Thus, the reinforcing bar expansion coefficient β is obtained, and based on the obtained reinforcing bar expansion coefficient β and the preset volume expansion coefficient α, the following equation (3)
Δx = {(1 + β / 100) 1/2 −1} / (α 1/3 −1) (3)
Thus, the corrosion depth Δx is obtained, and based on the obtained corrosion depth Δx and the density ρ of the reinforcing bar, the following equation (4)
W cr = Δx × ρ (4)
Thus, the amount of corrosion W cr when a crack is generated may be obtained.

前記鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比である腐食面積率を予め設定しておき、前記腐食面積率に対応した前記鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、前記FEM解析を実施するようにしてもよい。   A corrosion area ratio that is a ratio of the area of the corrosion portion to the total surface area of the reinforcing bars is set in advance, and only a part of the reinforcing bars corresponding to the corrosion area ratio is virtually expanded to perform the FEM analysis. You may make it do.

前記腐食後の腐食速度は、分極抵抗法により求められるとよい。   The corrosion rate after the corrosion may be obtained by a polarization resistance method.

また、本発明は、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価装置であって、前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求め、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算する解析部と、該解析部で得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する寿命予測部とを備えた鉄筋コンクリートの寿命評価装置である。   In addition, the present invention is based on the corrosion start time of the reinforcing bars, the corrosion rate after the occurrence of corrosion, and the amount of corrosion at the time of cracking, which is the amount of corrosion of the reinforcing steel when cracks occur on the concrete surface. The reinforced concrete life evaluation apparatus predicts the FRC analysis of the reinforced concrete, and the reinforced concrete rebar is virtually expanded by giving a virtual temperature simulating the corrosion of the rebar to the reinforced concrete rebar. FEM analysis of the reinforced concrete at the time, an imaginary temperature when a crack occurs on the concrete surface of the reinforced concrete is obtained, and an analysis unit that calculates the amount of corrosion at the time of the crack occurrence based on the obtained imaginary temperature And the amount of corrosion at the time of occurrence of cracks obtained by the analysis section, the corrosion start time of the rebar, and the corrosion after the occurrence of corrosion. Based on the speed, a lifetime estimation device reinforced concrete and a lifetime prediction unit for predicting a crack generation timing of the reinforced concrete.

本発明によれば、ひび割れ発生時の腐食量を簡易に求めることができ、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、ひび割れ発生時の腐食量を容易に求めることが可能な鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to easily determine the amount of corrosion at the time of occurrence of cracks, and it is possible to easily determine the amount of corrosion at the time of occurrence of cracks even if the reinforced concrete has a different shape and structure. And a device can be provided.

本発明の一実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the lifetime evaluation apparatus of the reinforced concrete which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法の原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principle of the life evaluation method of the reinforced concrete which concerns on one embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明において、腐食面積率を説明する説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing explaining a corrosion area rate in this invention. 本発明の一実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法のフローチャートである。It is a flowchart of the life evaluation method of the reinforced concrete which concerns on one embodiment of this invention. 本発明において、無垢の鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量によるひび割れ発生時期の予測を行う際のフローチャートである。In this invention, it is a flowchart at the time of estimating the crack generation time by the corrosion amount at the time of the crack generation of a solid reinforced concrete. 本発明において、補修鉄筋コンクリートにてコンクリートと補修材の界面でひび割れが発生することを説明する説明図である。In this invention, it is explanatory drawing explaining that a crack generate | occur | produces in the interface of concrete and repair material in repaired reinforced concrete. 本発明において、補修鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量によるひび割れ発生時期の予測を行う際のフローチャートである。In this invention, it is a flowchart at the time of estimating the crack generation time by the corrosion amount at the time of the crack generation of repaired reinforced concrete. 本発明において、電気泳動法を説明する説明図である。In this invention, it is explanatory drawing explaining an electrophoresis method. 本発明において、電気泳動法にて腐食させた鉄筋を取り出したときの鉄筋の展開図である。In this invention, it is an expanded view of a reinforcing bar when the reinforcing bar corroded by the electrophoresis method is taken out. 時間と腐食量の劣化曲線を示す図である。It is a figure which shows the deterioration curve of time and the amount of corrosion.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

まず、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法に用いる鉄筋コンクリートの寿命評価装置について説明する。   First, a reinforced concrete life evaluation apparatus used in the reinforced concrete life evaluation method according to the present embodiment will be described.

図1に示すように、鉄筋コンクリートの寿命評価装置1は、評価対象となる鉄筋コンクリートの物性値(圧縮強度、引張強度、弾性係数)、かぶりの大きさ、および予め設定した腐食面積率(鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比;詳細は後述する)を入力するための鉄筋コンクリート特性入力部2と、鉄筋コンクリート特性入力部2で入力された入力値を基にひび割れ発生時の腐食量を演算する解析部3と、解析部3での解析結果を記憶する記憶部4と、鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を入力する腐食特性入力部5と、解析部3で求めたひび割れ発生時の腐食量、腐食特性入力部5で入力された鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する寿命予測部6と、寿命予測部6で予測した鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期をディスプレイなどの表示器に出力する出力部7とを備えている。   As shown in FIG. 1, the reinforced concrete life evaluation apparatus 1 includes a physical property value (compressive strength, tensile strength, elastic modulus) of a reinforced concrete to be evaluated, a cover size, and a predetermined corrosion area ratio (total rebar strength). The ratio of the area of the corroded portion to the surface area; details will be described later), and the analysis to calculate the amount of corrosion at the time of cracking based on the input value input in the reinforced concrete property input unit 2 Obtained by the analysis unit 3, the storage unit 4 for storing the analysis results in the analysis unit 3, the corrosion characteristic input unit 5 for inputting the corrosion start time of the reinforced concrete reinforcement, and the corrosion rate after the occurrence of corrosion Crack generation time of reinforced concrete based on the amount of corrosion at the time of crack occurrence, the corrosion start time of the rebar entered in the corrosion characteristics input section 5, and the corrosion rate after the occurrence of corrosion A lifetime prediction unit 6 that predicts, and an output unit 7 for outputting the cracking occurrence timing of reinforced concrete predicted by the lifetime prediction unit 6 to display such as a display.

これら鉄筋コンクリート特性入力部2、解析部3、記憶部4、腐食特性入力部5、寿命予測部6、出力部7は、インターフェイス、メモリ、CPU、ソフトウェアなどを適宜組み合わせて実現される。   The reinforced concrete property input unit 2, the analysis unit 3, the storage unit 4, the corrosion property input unit 5, the life prediction unit 6, and the output unit 7 are realized by appropriately combining an interface, a memory, a CPU, software, and the like.

解析部3は、鉄筋コンクリート特性入力部2で入力された入力値を基に鉄筋コンクリートのFEM(Finite Element Method;有限要素法)解析を実施すると共に、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させたときの鉄筋コンクリートのFEM解析を実施して、鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基にひび割れ発生時の腐食量を演算するようにされる。   The analysis unit 3 performs an FEM (Finite Element Method) analysis of the reinforced concrete based on the input value input by the reinforced concrete property input unit 2, and a virtual temperature that simulates the corrosion of the reinforcing bar on the reinforced concrete reinforcing bar. FEM analysis of the reinforced concrete when the reinforcing bar is virtually expanded to obtain a virtual temperature when a crack occurs on the concrete surface of the reinforced concrete and crack based on the calculated virtual temperature The amount of corrosion at the time of occurrence is calculated.

また、寿命予測部6は、解析部3で得られたひび割れ発生時の腐食量と、腐食特性入力部5で入力された鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測するようにされる。   In addition, the life prediction unit 6 calculates the corrosion rate of the reinforced concrete based on the corrosion amount obtained when the crack is generated obtained by the analysis unit 3, the corrosion start time of the reinforcing bar input by the corrosion characteristic input unit 5, and the corrosion rate after the corrosion occurs. It is made to predict when cracks will occur.

次に、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法を説明する。   Next, a method for evaluating the life of reinforced concrete according to the present embodiment will be described.

まず、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法の原理を図2を用いて説明する。   First, the principle of the reinforced concrete life evaluation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図2に示すように、鉄筋が腐食すると、腐食生成物を含む鉄筋(腐食後の鉄筋)は、腐食前の鉄筋と比較して膨張する。つまり、腐食生成物を含む鉄筋の半径rdは、腐食前の鉄筋の半径rよりも大きくなる。 As shown in FIG. 2, when the reinforcing bar corrodes, the reinforcing bar containing the corrosion product (corroded reinforcing bar) expands compared to the reinforcing bar before corrosion. That is, the radius r d of the reinforcing bar containing the corrosion product is larger than the radius r of the reinforcing bar before corrosion.

また、鉄筋が腐食すると、腐食前の鉄筋と比較して、腐食後の健全な鉄筋は小さくなる。腐食前の鉄筋の半径rから腐食後の健全な鉄筋の半径を引いたものを腐食深さΔxという。   Moreover, when a reinforcing bar corrodes, the healthy reinforcing bar after corrosion will become small compared with the reinforcing bar before corrosion. A value obtained by subtracting the radius of a healthy reinforcing bar after corrosion from the radius r of the reinforcing bar before corrosion is called a corrosion depth Δx.

本実施の形態では、このような腐食による鉄筋の膨張を、鉄筋に仮想の温度を与えた際の膨張で模擬している。つまり、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させ、その膨張による影響をFEMで解析することにより、コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めるようにしている。コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めることにより、これに対応した鉄筋の腐食量、すなわち、ひび割れ発生時の腐食量を得ることができる。   In the present embodiment, the expansion of the reinforcing bars due to such corrosion is simulated by the expansion when a virtual temperature is applied to the reinforcing bars. In other words, a virtual temperature imitating the corrosion of a reinforcing bar is given to the reinforcing steel of the reinforced concrete, the reinforcing bar is virtually expanded, and the effect of the expansion is analyzed by FEM, so that the virtual surface when cracks occur on the concrete surface The temperature is calculated. By obtaining a hypothetical temperature when cracks occur on the concrete surface, it is possible to obtain the corrosion amount of the reinforcing bars corresponding to this, that is, the corrosion amount when cracks occur.

より具体的には、鉄筋に与える仮想の温度を0〜300℃程度まで徐々に上昇させつつFEM解析を行い、ひび割れが発生するときの仮想の温度Δtを求める。仮想の温度を徐々に上昇させることで、仮想的に腐食が進んだことを模擬できる。なお、ここでいう仮想の温度とは、絶対温度ではなく、環境温度に対する相対的な温度である。   More specifically, FEM analysis is performed while gradually increasing the virtual temperature applied to the reinforcing bar to about 0 to 300 ° C., and the virtual temperature Δt when the crack occurs is obtained. By gradually raising the virtual temperature, it is possible to simulate the fact that corrosion has progressed virtually. The virtual temperature here is not an absolute temperature but a temperature relative to the environmental temperature.

ひび割れが発生するときの仮想の温度Δtを与えたときの鉄筋の半径は、ひび割れが発生するときの腐食生成物を含む鉄筋の半径rdと等価であり、鉄筋の線膨張係数をaとすると、下式(1)
d=a×r×Δt+r ・・・(1)
で表すことができる。本実施の形態では、鉄筋の線膨張係数をa=1.2×10-5に設定した。
The radius of the reinforcing bar when the fictive temperature Δt when cracking occurs is equivalent to the radius r d of the reinforcing bar containing corrosion products when cracking occurs, and the linear expansion coefficient of the reinforcing bar is a. The following formula (1)
r d = a × r × Δt + r (1)
Can be expressed as In the present embodiment, the linear expansion coefficient of the reinforcing bar is set to a = 1.2 × 10 −5 .

他方、鉄筋膨張率βは、腐食前後での鉄筋断面積の変化量と腐食前の鉄筋断面積との比で表されることから、下式(2)
β=(πrd 2−πr2)/πr2×100 ・・・(2)
で表される。式(1)で求めた、腐食生成物を含む鉄筋の半径rdを式(2)に代入することで、ひび割れ発生時における鉄筋膨張率βが得られる。
On the other hand, the rebar expansion coefficient β is expressed by the ratio of the amount of change in the cross section of the rebar before and after corrosion and the cross section of the rebar before corrosion.
β = (πr d 2 −πr 2 ) / πr 2 × 100 (2)
It is represented by Determined by Equation (1), the radius r d rebar containing corrosion products by substituting the equation (2), rebar expansion rate β at the time of crack occurrence can be obtained.

また、JCI(Japan Concrete Institute;日本コンクリート工学協会)により提案されている下式(3)
Δx={(1+β/100)1/2−1}/(α1/3−1) ・・・(3)
に、式(2)で求めた鉄筋膨張率βを代入することにより、ひび割れ発生時における腐食深さΔxを求めることができる。式(3)において、αは体積膨張率(=腐食生成物の体積/鉄筋の腐食によって失われた体積)であり、本実施の形態では体積膨張率をα=3.2に仮定した。
In addition, the following formula (3) proposed by JCI (Japan Concrete Institute)
Δx = {(1 + β / 100) 1/2 −1} / (α 1/3 −1) (3)
The corrosion depth Δx at the time of occurrence of cracking can be obtained by substituting the rebar expansion coefficient β obtained by the equation (2) for. In equation (3), α is a volume expansion coefficient (= volume of corrosion product / volume lost due to corrosion of reinforcing bars), and in this embodiment, the volume expansion coefficient is assumed to be α = 3.2.

さらに、式(3)で得られた腐食深さΔxを下式(4)
cr=Δx×ρ ・・・(4)
に代入することにより、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることができる。なお、式(4)におけるρは鉄筋の密度であり、ここでは、鉄筋の密度として鉄の密度(ρ=7.86g/cm3)を用いた。
Further, the corrosion depth Δx obtained by the equation (3) is expressed by the following equation (4)
W cr = Δx × ρ (4)
By substituting into, the amount of corrosion W cr when a crack is generated can be obtained. In the equation (4), ρ is the density of the reinforcing bar, and here, the density of the iron (ρ = 7.86 g / cm 3 ) was used as the density of the reinforcing bar.

このように、腐食による鉄筋の膨張を、鉄筋に仮想の温度を与えたときの膨張で模擬することにより、FEM解析によってひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることが可能となる。 Thus, by simulating the expansion of the reinforcing bar due to corrosion by the expansion when a virtual temperature is applied to the reinforcing bar, it is possible to obtain the corrosion amount W cr at the time of crack occurrence by FEM analysis.

次に、腐食面積率について説明する。   Next, the corrosion area rate will be described.

本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法では、鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比である腐食面積率を予め設定しておき、設定した腐食面積率に対応した鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、FEM解析を実施するようにしている。   In the life evaluation method for reinforced concrete according to the present embodiment, a corrosion area rate that is a ratio of the area of the corroded portion to the total surface area of the reinforcing bar is set in advance, and only a part of the reinforcing bar corresponding to the set corrosion area rate is set. The FEM analysis is performed by virtually expanding.

図3(a)に示すように、腐食面積率100%では鉄筋31が全方位に膨張し、図3(b)に示すように、腐食面積率50%では、鉄筋31の半分(かぶりが小さい側の半分)のみが膨張することになる。同様に、図3(c)に示すように、腐食面積率33%では、鉄筋31の1/3(かぶりが小さい側の1/3)のみが膨張することになる。このように、腐食面積率を適宜設定することにより、鉄筋31の周囲のコンクリート32に与える影響を任意に設定できる。   As shown in FIG. 3 (a), the reinforcing bar 31 expands in all directions at a corrosion area rate of 100%, and as shown in FIG. 3 (b), half of the reinforcing bar 31 (the cover is small) at a corrosion area rate of 50%. Only half of the side) will expand. Similarly, as shown in FIG. 3C, when the corrosion area ratio is 33%, only 1/3 of the reinforcing bar 31 (1/3 on the side with the smaller cover) expands. Thus, the influence given to the concrete 32 around the reinforcing bar 31 can be arbitrarily set by appropriately setting the corrosion area rate.

鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させるようにした理由としては、実際の鉄筋の腐食において、鉄筋の全表面が腐食することはほとんどなく、鉄筋の表面の一部のみ、すなわち鉄筋のかぶりが小さい側のみが腐食する場合がほとんどであるためである。本発明者が実験を行った結果、実際の腐食面積率は、40〜50%程度であることが多い。よって、本実施の形態では、腐食面積率を40〜50%程度に設定するようにした。   The reason why only a part of the reinforcing bar is virtually expanded is that in the actual corrosion of the reinforcing bar, the entire surface of the reinforcing bar hardly corrodes, and only a part of the reinforcing bar surface, that is, the covering of the reinforcing bar is This is because in most cases only the small side corrodes. As a result of experiments conducted by the present inventors, the actual corrosion area ratio is often about 40 to 50%. Therefore, in this embodiment, the corrosion area ratio is set to about 40 to 50%.

次に、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法の手順を図4,5を用いて詳細に説明する。   Next, the procedure of the reinforced concrete life evaluation method according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

ここでは、評価対象となる鉄筋コンクリートが、補修が行われていない、いわゆる無垢の鉄筋コンクリートである場合について説明する。   Here, a case where the reinforced concrete to be evaluated is a so-called solid reinforced concrete that has not been repaired will be described.

図4に示すように、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法では、まず、自然電位法または分極抵抗法などを用いて、評価対象となる鉄筋コンクリートの電気化学的測定を行い(ステップS1)、鉄筋コンクリートの鉄筋に腐食が発生しているか否かを判定する(ステップS2)。自然電位法や分極抵抗法については、従来技術に属するため、説明を省略する。   As shown in FIG. 4, in the method for evaluating the life of reinforced concrete according to the present embodiment, first, electrochemical measurement of reinforced concrete to be evaluated is performed using a natural potential method or a polarization resistance method (step S1). Then, it is determined whether or not corrosion has occurred in the reinforced concrete reinforcing bars (step S2). Since the natural potential method and the polarization resistance method belong to the prior art, description thereof is omitted.

ステップS2において、腐食ありと判定された場合、鉄筋コンクリートのコンクリート表面における塩分濃度(表面塩分)を測定し(ステップS3)、得られた表面塩分を基に、Fickの拡散式を用いて鉄筋の腐食開始時期を予測する(ステップS4)。ここでは、既に鉄筋に腐食が発生しているため、ステップS4では、計測時より何年前に腐食が発生していたかを推定することとなる。   If it is determined that there is corrosion in step S2, the salinity concentration (surface salinity) on the concrete surface of the reinforced concrete is measured (step S3), and the corrosion of the rebar is calculated using the Fick diffusion formula based on the obtained surface salinity. The start time is predicted (step S4). Here, since corrosion has already occurred in the reinforcing bar, in step S4, it is estimated how many years ago the corrosion occurred at the time of measurement.

その後、分極抵抗法により、鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定する(ステップS5)。鉄筋の腐食速度を測定する方法については、従来技術に属するため、ここでは説明を省略する。   Thereafter, the corrosion rate after the occurrence of corrosion of the reinforcing bars is measured by the polarization resistance method (step S5). Since the method for measuring the corrosion rate of the reinforcing bars belongs to the prior art, description thereof is omitted here.

鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を求めた後、図1の鉄筋コンクリートの寿命評価装置1を用いて、ひび割れ発生時の腐食量Wcrによるひび割れ発生時期の予測を行う(ステップS6)。ステップS6における手順を図5に詳細に示す。 After obtaining the corrosion start time of the reinforcing bar and the corrosion rate after the occurrence of the corrosion, the crack generation time is predicted based on the corrosion amount W cr at the time of the crack generation using the life evaluation device 1 of the reinforced concrete (step S6). ). The procedure in step S6 is shown in detail in FIG.

図5に示すように、ひび割れ発生時の腐食量Wcrによるひび割れ発生時期の予測を行う際には、まず、鉄筋コンクリートの寿命評価装置1のコンクリート特性入力部2に、コンクリートの物性値(圧縮強度、引張強度、弾性係数)を入力する(ステップS11)と共に、かぶりの大きさ、および予め設定した腐食面積率を入力する(ステップS12,S13)。ステップS11〜S13でそれぞれの値を入力した後、評価対象となる鉄筋コンクリートのFEM解析モデルを作成する(ステップS14)。 As shown in FIG. 5, when the crack generation time is predicted based on the corrosion amount W cr when the crack is generated, first, the concrete property value (compressive strength) is input to the concrete property input unit 2 of the reinforced concrete life evaluation apparatus 1. , Tensile strength, elastic modulus) are input (step S11), and the size of the cover and a preset corrosion area ratio are input (steps S12 and S13). After inputting each value in steps S11 to S13, an FEM analysis model of reinforced concrete to be evaluated is created (step S14).

その後、ステップS11〜S13でコンクリート特性入力部2に入力された入力値、およびステップS14で設定したFEM解析モデルに基づき、解析部3にてFEM解析を実行する(ステップS15)。解析部3は、鉄筋に与える仮想の温度を徐々に変化させつつFEM解析を行い、ひび割れ発生時の仮想の温度Δtを求めると共に、上述の式(1)〜(4)を用いてひび割れ発生時の腐食量Wcrを算出する(ステップS16)。なお、解析部3における解析結果は、記憶部4に記憶される。 Thereafter, based on the input value input to the concrete property input unit 2 in steps S11 to S13 and the FEM analysis model set in step S14, the analysis unit 3 performs FEM analysis (step S15). The analysis unit 3 performs FEM analysis while gradually changing the virtual temperature applied to the reinforcing bar to obtain a virtual temperature Δt at the time of crack occurrence, and at the time of crack occurrence using the above formulas (1) to (4) Is calculated (step S16). The analysis result in the analysis unit 3 is stored in the storage unit 4.

その後、腐食特性入力部5に、ステップS4で求めた鉄筋の腐食開始時期と、ステップS5で求めた鉄筋の腐食発生後の腐食速度を入力する(ステップS17)。   Thereafter, the corrosion start time obtained in step S4 and the corrosion rate after the corrosion of the reinforcing bar obtained in step S5 are input to the corrosion characteristic input unit 5 (step S17).

寿命予測部6は、ステップS16で求めたひび割れ発生時の腐食量Wcr、およびステップS17で入力された鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋のひび割れ発生時期を求める(ステップS18)。寿命予測部6は、求めた鉄筋のひび割れ発生時期を出力部7を介して表示器等に出力する。 The life prediction unit 6 determines the crack generation time of the reinforcing bar based on the corrosion amount W cr when the crack is generated obtained in step S16 and the corrosion start time of the reinforcing bar input in step S17 and the corrosion rate after the corrosion occurs. Obtained (step S18). The life prediction unit 6 outputs the obtained crack generation time of the reinforcing bars to a display or the like via the output unit 7.

図4に戻り、ステップS2にて腐食なしと判定された場合、鉄筋コンクリートのコンクリート表面における塩分濃度(表面塩分)を測定し(ステップS7)、得られた表面塩分を基に、Fickの拡散式を用いて鉄筋の腐食開始時期を予測する(ステップS8)。ここでは、鉄筋に腐食が発生していないため、ステップS8では、計測時より何年後に腐食が発生するかを推定することとなる。   Returning to FIG. 4, when it is determined that there is no corrosion in step S2, the salinity concentration (surface salinity) on the concrete surface of the reinforced concrete is measured (step S7), and based on the obtained surface salinity, the Fick diffusion formula is It is used to predict the corrosion start time of the reinforcing bars (step S8). Here, since corrosion does not occur in the reinforcing bars, in step S8, it is estimated how many years later the corrosion will occur from the time of measurement.

鉄筋に腐食が発生していない場合、評価対象の鉄筋コンクリートから鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定することはできないが、例えば、評価対象の鉄筋コンクリートと同じ形状・構造を有する試験体を作成することで、その試験体を用いて鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定することができる。鉄筋の腐食発生後の腐食速度が得られれば、図5と同様の手順で鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測することができる。   If there is no corrosion in the reinforcing bars, the corrosion rate after the corrosion of the reinforcing bars cannot be measured from the reinforced concrete to be evaluated, but for example, a test body having the same shape and structure as the reinforced concrete to be evaluated must be created. Thus, the corrosion rate after the occurrence of corrosion of the reinforcing bars can be measured using the specimen. If the corrosion rate after the occurrence of corrosion of the reinforcing bar is obtained, the crack generation time of the reinforced concrete can be predicted by the same procedure as in FIG.

以上説明したように、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法では、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させたときの鉄筋コンクリートのFEM解析を実施して、鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度Δtを求めると共に、求めた仮想の温度Δtを基にひび割れ発生時の腐食量Wcrを演算し、得られたひび割れ発生時の腐食量Wcrと、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測している。 As described above, in the method for evaluating the life of reinforced concrete according to the present embodiment, FEM analysis of reinforced concrete is performed when a virtual temperature imitating the corrosion of reinforcing steel is given to the reinforcing steel of the reinforced concrete and the reinforcing steel is virtually expanded. To calculate the virtual temperature Δt when cracks occur on the concrete surface of reinforced concrete, calculate the amount of corrosion W cr at the time of crack generation based on the calculated virtual temperature Δt, and generate the cracks obtained The crack generation time of the reinforced concrete is predicted based on the corrosion amount W cr at the time, the corrosion start time of the rebar, and the corrosion rate after the corrosion occurs.

これにより、FEM解析にてひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることが可能となり、実験を行わずとも、シミュレーションのみでひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることが可能となる。よって、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを簡易に、かつ短時間で求めることが可能となり、実験にかかるコストを削減できる。 Thereby, it becomes possible to obtain the corrosion amount W cr at the time of crack occurrence by FEM analysis, and it is possible to obtain the corrosion amount W cr at the time of crack occurrence only by simulation without performing an experiment. Therefore, the amount of corrosion W cr at the time of crack occurrence can be obtained easily and in a short time, and the cost for the experiment can be reduced.

また、本実施の形態では、FEM解析によりひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めるため、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、FEM解析モデルを変更するだけで、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを容易に求めることが可能となる。 Further, in this embodiment, since the corrosion amount W cr at the time of occurrence of cracks is obtained by FEM analysis, even if the reinforced concrete has a different shape and structure, the corrosion amount W at the time of occurrence of cracks can be obtained only by changing the FEM analysis model. cr can be easily obtained.

さらに、本実施の形態では、FEM解析によりひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めるため、例えば、コンクリートのかぶりが大きい場合など、数年にわたって実験を行わなければコンクリート表面にひび割れが生じない場合であっても、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを容易に求めることができる。 Furthermore, in this embodiment, since the corrosion amount W cr at the time of occurrence of cracking is obtained by FEM analysis, for example, when the concrete cover is large, if the experiment is not conducted over several years, the concrete surface will not crack. Even if it exists, the corrosion amount Wcr at the time of a crack generation can be calculated | required easily.

さらにまた、本実施の形態では、腐食面積率を予め設定しておき、腐食面積率に対応した鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、FEM解析を実施するようにしているため、より正確にひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることができる。 Furthermore, in the present embodiment, since the corrosion area rate is set in advance and only a part of the reinforcing bar corresponding to the corrosion area rate is virtually expanded, the FEM analysis is performed. The amount of corrosion W cr when a crack is generated can be accurately obtained.

上記実施の形態では、評価対象となる鉄筋コンクリートとして、補修が行われていない無垢の鉄筋コンクリートを用いる場合を説明したが、本発明は、補修材を用いて補修を行った鉄筋コンクリート(以下、補修鉄筋コンクリートという)についても適用可能である。   In the above embodiment, the case where solid reinforced concrete that has not been repaired is used as the reinforced concrete to be evaluated has been described, but the present invention is reinforced concrete that has been repaired using a repair material (hereinafter referred to as repaired reinforced concrete). ) Is also applicable.

図6に示すように、補修鉄筋コンクリート71では、腐食により鉄筋72が膨張すると、コンクリート73と補修材74との界面75に剥離が発生し、その剥離が補修鉄筋コンクリート71の表面まで達したときにひび割れが発生する。   As shown in FIG. 6, in the repaired reinforced concrete 71, when the reinforcing bar 72 expands due to corrosion, peeling occurs at the interface 75 between the concrete 73 and the repair material 74, and cracking occurs when the peeling reaches the surface of the repaired reinforced concrete 71. Will occur.

したがって、コンクリート73の物性値はもちろん、補修材74の物性値(圧縮強度、引張強度、弾性係数)や、補修条件(界面75の長さd、補修材74の厚さ、付着強度)も考慮してFEM解析を行う必要がある。   Accordingly, not only the physical property values of the concrete 73 but also the physical property values of the repair material 74 (compressive strength, tensile strength, elastic modulus) and repair conditions (the length d of the interface 75, the thickness of the repair material 74, and the adhesion strength) are considered. Therefore, it is necessary to perform FEM analysis.

よって、図7に示すように、補修鉄筋コンクリート71のひび割れ発生時の腐食量Wcrを求める際の手順は、図5で説明した無垢のコンクリートでひび割れ発生時の腐食量Wcrを求める際の手順において、コンクリート73の物性値を入力するステップS11と、かぶりの大きさを入力するステップS12との間に、補修材の物性値(圧縮強度、引張強度、弾性係数)を入力するステップS21と、補修条件(界面75の長さd、補修材74の厚さ、付着強度)を入力するステップS22が加わる。ステップS21,S22で入力した入力値を加味してFEM解析を行うことで、補修鉄筋コンクリート71のひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることが可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 7, the procedure for obtaining the corrosion amount W cr when cracks occur in the repaired reinforced concrete 71 is the procedure for obtaining the corrosion amount W cr when cracks occur in the solid concrete described in FIG. In step S21 for inputting the physical property value of the concrete 73 and step S12 for inputting the cover size, step S21 for inputting the physical property value (compressive strength, tensile strength, elastic modulus) of the repair material, Step S22 for inputting repair conditions (length d of interface 75, thickness of repair material 74, adhesion strength) is added. By performing the FEM analysis in consideration of the input values input in steps S21 and S22, it becomes possible to obtain the corrosion amount W cr when the repaired reinforced concrete 71 is cracked.

なお、ステップS13にて入力する腐食面積率については、補修材74で覆った部分の鉄筋72には腐食が発生しにくいことを考慮して決定するとよい。具体的には、例えば、補修材74が鉄筋72の表面積の半分以上を覆っている場合、補修材74から露出している部分の鉄筋72の表面積の割合を、腐食面積率とすればよい。また、補修材74が鉄筋72全体を覆っている場合(あるいは鉄筋72のほぼ全体を覆っている場合)の腐食面積率については、例えば、15〜20%程度とすればよい。   Note that the corrosion area rate input in step S13 may be determined in consideration of the fact that corrosion is unlikely to occur in the reinforcing bars 72 covered with the repair material 74. Specifically, for example, when the repair material 74 covers more than half of the surface area of the reinforcing bar 72, the ratio of the surface area of the reinforcing bar 72 exposed from the repair material 74 may be the corrosion area ratio. Moreover, what is necessary is just to set it as about 15 to 20%, for example, about the corrosion area rate when the repair material 74 has covered the whole rebar 72 (or when substantially the whole rebar 72 is covered).

上記実施の形態では、Fickの拡散式を用いて鉄筋の腐食開始時期を予測したが、鉄筋の腐食開始時期を予測する方法はこれに限定されず、例えば、自然電位法、分極抵抗法、コンクリート抵抗法など、任意の方法を用いて求めてもよい。   In the above embodiment, the corrosion start time of the reinforcing bar is predicted using the Fick diffusion formula, but the method of predicting the corrosion start time of the reinforcing bar is not limited to this. For example, the natural potential method, the polarization resistance method, the concrete You may obtain | require using arbitrary methods, such as a resistance method.

また、上記実施の形態では、分極抵抗法により鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定したが、鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定する方法はこれに限定されない。   In the above embodiment, the corrosion rate after the corrosion of the reinforcing bar is measured by the polarization resistance method, but the method of measuring the corrosion rate after the corrosion of the reinforcing bar is not limited to this.

以下、本発明の実施例を説明する。   Examples of the present invention will be described below.

コンクリートに使用した材料の一覧を表1に示す。また、コンクリートの配合を表2に示す。   Table 1 shows a list of materials used for concrete. Table 2 shows the concrete composition.

Figure 0005278245
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Figure 0005278245
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表2の配合のコンクリートを用い、200mm×200mm×100mmの鉄筋コンクリート試験体を作成した。鉄筋コンクリート試験体は、鉄筋(みがき棒鋼φ16mm、高炉品)の本数を1,2本(2本の場合については鉄筋ピッチ50mmと100mm)とし、かぶりを30mmとして作成した。   A 200 mm × 200 mm × 100 mm reinforced concrete test specimen was prepared using the concrete blends shown in Table 2. Reinforced concrete test specimens were prepared with the number of reinforcing bars (polished steel bar φ16 mm, blast furnace product) being 1, 2 (in the case of two, 50 mm and 100 mm reinforcing bar pitch) and the cover being 30 mm.

作成した鉄筋コンクリート試験体の物性値は以下の通りであった。
圧縮強度:24.05N/mm2(材齢7日)、32.55N/mm2(材齢28日)静弾性係数:26.46kN/mm2(材齢28日)
The physical property values of the prepared reinforced concrete specimens were as follows.
Compressive strength: 24.05 N / mm 2 (material age 7 days), 32.55 N / mm 2 (material age 28 days) Static elastic modulus: 26.46 kN / mm 2 (material age 28 days)

また、表3に示す物性を有する補修材を用いて、補修鉄筋コンクリート試験体を作成した。   Moreover, the repaired reinforced concrete test body was created using the repair material which has the physical property shown in Table 3.

Figure 0005278245
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表3において、プライマーとは、コンクリートと補修材との間に塗布される接着剤のことである。補修鉄筋コンクリート試験体は、鉄筋の本数を1本とし、かぶりを30mm、コンクリートと補修材の界面長さを20,40mm、補修材厚を鉄筋の中央まで、あるいは鉄筋の上部まで、プライマー有りとして、各条件で作成した。補修鉄筋コンクリート試験体の大きさは、界面長さ20mmのものは100mm×70mm×56mm、界面長さ40mmのものは100mm×70mm×96mmとした。   In Table 3, a primer is an adhesive applied between concrete and a repair material. The repaired reinforced concrete specimen has one rebar, the cover is 30 mm, the interface length between the concrete and the repair material is 20,40 mm, the thickness of the repair material is to the center of the rebar, or to the top of the rebar, with a primer, Created under each condition. The size of the repaired reinforced concrete test specimen was 100 mm × 70 mm × 56 mm for an interface length of 20 mm, and 100 mm × 70 mm × 96 mm for an interface length of 40 mm.

作成した補修鉄筋コンクリート試験体の物性値は以下の通りであった。
圧縮強度:21.25N/mm2(材齢7日)、31.24N/mm2(材齢28日)静弾性係数:27.71kN/mm2(材齢28日)
The physical property values of the prepared repaired reinforced concrete specimens were as follows.
Compressive strength: 21.25 N / mm 2 (material age 7 days), 31.24 N / mm 2 (material age 28 days) Static elastic modulus: 27.71 kN / mm 2 (material age 28 days)

作成した各試験体の塩化物を浸透させる面を除いた5面を、水道用無溶剤形エポキシ樹脂塗料規準(JWWAK157日本水道協会基準)を満足するエポキシ樹脂塗装で被覆し、電気泳動法による腐食促進を行った。なお、補修鉄筋コンクリート試験体については、コンクリートの表面を塩化物を浸透させる面とした。   5 surfaces of each test specimen, excluding the surface infiltrated with chloride, are coated with an epoxy resin coating that satisfies the solvent-free epoxy resin paint standards for waterworks (JWWAK157 Japan Waterworks Association standards), and corrosion by electrophoresis Promoted. In addition, about the repaired reinforced concrete test body, the surface of concrete was made into the surface which permeate | transmits a chloride.

電気泳動法では、図8に示すように、濃度3%の塩化物イオン水溶液Sを満たした水槽91内に、試験体(ここでは鉄筋コンクリート試験体)92を収容する。試験体92は、塩化物を浸透させる面(エポキシ樹脂塗装で被覆していない面)を下側として、水槽91の底面に設置された設置台93上に配置される。   In the electrophoresis method, as shown in FIG. 8, a test body (here, a reinforced concrete test body) 92 is accommodated in a water tank 91 filled with an aqueous chloride ion solution S having a concentration of 3%. The test body 92 is arranged on an installation table 93 installed on the bottom surface of the water tank 91 with the surface that allows the chloride to penetrate (the surface that is not covered with the epoxy resin coating).

設置台93には、陰極となるチタンメッシュ94が設けられており、また、試験体92の鉄筋95近傍(塩化物を浸透させる面と反対側)には、陽極となるチタンメッシュ96が設けられる。このチタンメッシュ96は、試験体作成時に予め設けておいたものであり、チタンメッシュ96と鉄筋95とが接触しないように、これらの間にプラスチックメッシュ(図示せず)を配置して、両者の短絡を防ぐようにしている。   The installation base 93 is provided with a titanium mesh 94 serving as a cathode, and a titanium mesh 96 serving as an anode is provided near the reinforcing bar 95 of the test body 92 (on the side opposite to the surface infiltrating chloride). . This titanium mesh 96 is provided in advance at the time of preparing the test body. A plastic mesh (not shown) is disposed between the titanium mesh 96 and the reinforcing bar 95 so as not to contact each other. The short circuit is prevented.

両チタンメッシュ94,96は直流電源97に接続されている。ここでは、直流電源97により18Vの電圧を印加し、両チタンメッシュ94,96間に0.07〜0.1Aの電流を流すことで、コンクリート98表面から塩化物イオン(Cl-)を侵入させて、内部の鉄筋を腐食させた。 Both titanium meshes 94 and 96 are connected to a DC power source 97. Here, a voltage of 18 V is applied from the DC power source 97 and a current of 0.07 to 0.1 A is passed between the titanium meshes 94 and 96 to cause chloride ions (Cl ) to enter from the concrete 98 surface. The internal rebar was corroded.

すると、電気泳動開始14日程度で鉄筋に沿ったひび割れが発生した。ひび割れ発生後、試験体92から鉄筋95を取出し、エッチング処理した外観を図9に示す。図9に示すように、腐食は、鉄筋95の塩化物を浸透させる面側のみで発生していることが確認された。   Then, cracks along the reinforcing bars occurred about 14 days after the start of electrophoresis. FIG. 9 shows an appearance of the reinforcing bar 95 taken out from the test body 92 after the occurrence of the crack and etched. As shown in FIG. 9, it was confirmed that corrosion occurred only on the surface side of the reinforcing bar 95 where the chloride penetrates.

取り出した鉄筋95の腐食の評価は、重量変化の腐食率(以下、腐食率という)、腐食量(単位鉄筋面積あたり)、腐食面積率で評価した。なお、腐食面積率に関しては、図9のように腐食部分と腐食していない部分とを黒と白に分け、画像解析により数値を算出した。鉄筋コンクリート試験体における評価結果を表4に、補修鉄筋コンクリート試験体における評価結果を表5に示す。   The corrosion of the removed reinforcing bar 95 was evaluated by the corrosion rate of weight change (hereinafter referred to as the corrosion rate), the corrosion amount (per unit reinforcing bar area), and the corrosion area rate. In addition, regarding the corrosion area ratio, as shown in FIG. 9, the corroded portion and the non-corroded portion were divided into black and white, and numerical values were calculated by image analysis. Table 4 shows the evaluation results for the reinforced concrete specimens, and Table 5 shows the evaluation results for the repaired reinforced concrete specimens.

Figure 0005278245
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Figure 0005278245
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補修鉄筋コンクリート試験体では、無垢の鉄筋コンクリート(鉄筋コンクリート試験体)と異なり、塩化物を浸透させる面にはひび割れが発生せず、試験体の側面であるエポキシ樹脂塗装表面にひび割れが発生した。これは、コンクリート側で発生した膨張圧がコンクリートと補修材との間に界面剥離を引き起こし、エポキシ樹脂塗装表面にひび割れが発生したためであると考えられる。   In the repaired reinforced concrete specimens, unlike the solid reinforced concrete specimens (reinforced concrete specimens), cracks did not occur on the surface infiltrated with chloride, but cracks occurred on the epoxy resin coating surface that is the side of the specimen. This is thought to be because the expansion pressure generated on the concrete side caused interfacial delamination between the concrete and the repair material, and cracks occurred on the epoxy resin coating surface.

ひび割れ発生後に補修鉄筋コンクリート試験体を割ったところ、界面に鉄筋腐食による錆が見られ、腐食が著しく発生していることが確認された。また、鉄筋表面の腐食位置を確認したところ、補修材側では腐食発生が見られず、コンクリート側のみで腐食が発生していることが確認された。つまり、今回の試験でコンクリート側から塩化物イオンが侵入して鉄筋を腐食させる鉄筋コンクリートの再劣化を模擬することができた。   When the repaired reinforced concrete specimen was cracked after cracking, rust due to rebar corrosion was seen at the interface, and it was confirmed that corrosion occurred significantly. Moreover, when the corrosion position on the surface of the reinforcing bar was confirmed, it was confirmed that no corrosion occurred on the repair material side, and corrosion occurred only on the concrete side. In other words, in this test, it was possible to simulate the re-degradation of reinforced concrete, in which chloride ions penetrate from the concrete side and corrode the reinforcing bars.

他方、作成した試験体の物性値を入力してFEM解析を実施し、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めた。このとき、鉄筋コンクリート試験体、および補修材厚を鉄筋の中央までとした補修鉄筋コンクリート試験体については、腐食面積率を50%とし、補修材厚を鉄筋の上部までとした補修鉄筋コンクリート試験体については、腐食面積率を16.7%とした。 On the other hand, FEM analysis was performed by inputting the physical property values of the prepared specimens, and the amount of corrosion W cr when cracking occurred was obtained. At this time, for the reinforced concrete specimen and the repaired reinforced concrete specimen with the repair material thickness up to the center of the reinforcing bar, the corrosion area rate was 50%, and the repaired reinforced concrete specimen with the repair material thickness up to the top of the reinforcing bar was The corrosion area ratio was 16.7%.

また、補修鉄筋コンクリート試験体のFEM解析を実施するに際して、ひび割れが発生した側面に設けたエポキシ樹脂塗装の物性を考慮して解析を行った。エポキシ樹脂塗装の物性は、以下のように設定した。
静弾性係数E:4.0kN/mm2
引張強度ft:10N/mm2
被覆厚:1.0mm
Moreover, when carrying out the FEM analysis of the repaired reinforced concrete specimen, the analysis was performed in consideration of the physical properties of the epoxy resin coating provided on the side surface where the crack occurred. The physical properties of the epoxy resin coating were set as follows.
Static elastic modulus E: 4.0 kN / mm 2
Tensile strength f t: 10N / mm 2
Coating thickness: 1.0mm

さらに、コンクリートと補修材の界面の物性は、圧縮強度、引張強度の2つのモール円から求めた。得られたコンクリートと補修材の界面の物性を以下に示す。
粘性係数C:4.52N/mm2
摩擦係数tanφ:1.67
Furthermore, the physical properties of the interface between the concrete and the repair material were obtained from two molding circles of compressive strength and tensile strength. The physical properties of the interface between the obtained concrete and the repair material are shown below.
Viscosity coefficient C: 4.52 N / mm 2
Friction coefficient tanφ: 1.67

FEM解析により得られた解析値を表4,5に併せて示す。   The analysis values obtained by the FEM analysis are also shown in Tables 4 and 5.

表4に示すように、鉄筋コンクリート試験体における解析値は、実験値とよく一致しており、従来用いられている数値(10mg/cm2)よりも実測値に近いことが分かった。また、鉄筋ピッチの影響を調べたところ、共に解析値の腐食量は22.3mg/cm2であり、鉄筋ピッチが50mm程度では腐食量に影響を与えないことがわかった。よって、FEM解析を用いてひび割れ発生時の腐食量を求めることで、ひび割れ発生時の腐食量の予測精度が向上したことを確認できた。 As shown in Table 4, the analysis value in the reinforced concrete specimen was in good agreement with the experimental value, and it was found that the analysis value was closer to the actual measurement value than the conventionally used numerical value (10 mg / cm 2 ). Further, when the influence of the reinforcing bar pitch was examined, the corrosion amount of the analysis value was 22.3 mg / cm 2 , and it was found that the corrosion amount was not affected when the reinforcing bar pitch was about 50 mm. Therefore, it was confirmed that the prediction accuracy of the amount of corrosion at the time of cracking was improved by obtaining the amount of corrosion at the time of cracking by using FEM analysis.

他方、表5に示すように、補修鉄筋コンクリート試験体では、界面長さ20mmで補修材厚を鉄筋の中央までとした試験体については、実験値と解析値が比較的よい一致を示したが、界面長さ20mmで補修材厚を鉄筋の上部までとした試験体については、腐食率および腐食量が解析値の方が2倍程度大きくなった。この原因は、実験では腐食面積率が大きくなり広範囲で腐食が発生し、腐食による膨張圧が広く分散されたためであると考えられる。よって、FEM解析を実施する際に腐食面積率を実際の現象に合わせて高く設定すれば、実験値と解析値は近い値になると考えられる。   On the other hand, as shown in Table 5, in the repaired reinforced concrete specimen, the experimental value and the analytical value showed relatively good agreement for the specimen with the interface length of 20 mm and the repair material thickness up to the center of the reinforcing bar. For the specimen with an interface length of 20 mm and the thickness of the repair material up to the top of the reinforcing bar, the analytical value of the corrosion rate and the corrosion amount was about twice as large. This is thought to be because the corrosion area ratio increased in the experiment, corrosion occurred in a wide range, and the expansion pressure due to corrosion was widely dispersed. Therefore, when the FEM analysis is performed, if the corrosion area ratio is set high according to the actual phenomenon, the experimental value and the analysis value are considered to be close to each other.

また、界面長さ40mmで補修材厚を鉄筋の中央までとした試験体については、腐食率および腐食量が実験値の方が4倍程度大きくなった。この原因は、コンクリートと補修材の間に剥離が生じ、腐食生成物がその間に流出したためと考えられる。また、今回の実験では、試験体の側面にエポキシ樹脂塗装を被覆しており、エポキシ樹脂塗装の静弾性係数はコンクリートよりも低く、引張強度はコンクリートよりも高いたため、このエポキシ樹脂塗装の影響により、エポキシ樹脂塗装の表面にひび割れが生じるまでの腐食量が大きくなっていると考えられる。実際には、FEMによる解析結果から、コンクリートと補修材間の剥離は、腐食量が比較的小さくても生じることが分かる。   Further, for the test body having an interface length of 40 mm and a repair material thickness up to the center of the reinforcing bar, the corrosion rate and the corrosion amount were about 4 times larger in the experimental values. This is thought to be because peeling occurred between the concrete and the repair material, and corrosion products flowed out during that time. In this experiment, the side of the specimen was coated with an epoxy resin coating, and the static elastic modulus of the epoxy resin coating was lower than that of concrete and the tensile strength was higher than that of concrete. It is considered that the amount of corrosion until cracks occur on the surface of the epoxy resin coating is increased. Actually, it can be seen from the FEM analysis results that the separation between the concrete and the repair material occurs even if the amount of corrosion is relatively small.

以上の結果から、FEM解析によりひび割れ発生時の腐食量を予測する本発明によれば、従来用いられている数値(10mg/cm2)よりも実際の数値に近いひび割れ発生時の腐食量を求めることができ、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を精度よく予測可能となることが分かる。 From the above results, according to the present invention for predicting the amount of corrosion at the time of occurrence of cracks by FEM analysis, the amount of corrosion at the time of occurrence of cracks that is closer to the actual value than the conventionally used value (10 mg / cm 2 ) is obtained. It can be seen that the crack occurrence time of reinforced concrete can be accurately predicted.

1 鉄筋コンクリートの寿命評価装置
2 鉄筋コンクリート特性入力部
3 解析部
4 記憶部
5 腐食特性入力部
6 寿命予測部
7 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reinforced concrete life evaluation apparatus 2 Reinforced concrete characteristic input part 3 Analysis part 4 Memory | storage part 5 Corrosion characteristic input part 6 Life prediction part 7 Output part

Claims (5)

鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法であって、
前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算し、
得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測することを特徴とする鉄筋コンクリートの寿命評価方法。
Life of reinforced concrete that predicts the crack initiation time of reinforced concrete based on the corrosion initiation time of the reinforcement, the corrosion rate after the occurrence of corrosion, and the amount of corrosion at the time of crack occurrence, which is the amount of corrosion of the reinforcement when cracks occur on the concrete surface An evaluation method,
FEM analysis of the reinforced concrete is performed, a virtual temperature imitating the corrosion of the reinforcing bar is applied to the reinforcing steel of the reinforced concrete, and the FEM analysis of the reinforced concrete is performed when the reinforcing bar is virtually expanded, Calculate the virtual temperature when cracks occur on the concrete surface of the reinforced concrete, and calculate the amount of corrosion when cracks occur based on the calculated virtual temperature,
A method for evaluating the life of a reinforced concrete, comprising predicting the crack occurrence time of the reinforced concrete based on the obtained corrosion amount at the time of crack occurrence, the corrosion start time of the rebar, and the corrosion rate after the corrosion occurs.
前記ひび割れ発生時の腐食量の演算は、
前記コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度Δtと、前記鉄筋の腐食前の半径rと、前記鉄筋の線膨張係数aとに基づき、下式(1)
d=a×r×Δt+r ・・・(1)
により、仮想的に膨張させた鉄筋の半径rdを求めると共に、下式(2)
β=(πrd 2−πr2)/πr2×100 ・・・(2)
により、鉄筋膨張率βを求め、得られた鉄筋膨張率βと、予め設定した体積膨張率αとに基づき、下式(3)
Δx={(1+β/100)1/2−1}/(α1/3−1) ・・・(3)
により、腐食深さΔxを求め、かつ、得られた腐食深さΔxと、前記鉄筋の密度ρとに基づき、下式(4)
cr=Δx×ρ ・・・(4)
により、ひび割れ発生時の腐食量Wcrを求めることにより行われる請求項1記載の鉄筋コンクリートの寿命評価方法。
The calculation of the amount of corrosion at the occurrence of the crack is
Based on the hypothetical temperature Δt when cracks occur on the concrete surface, the radius r before corrosion of the reinforcing bar, and the linear expansion coefficient a of the reinforcing bar, the following formula (1)
r d = a × r × Δt + r (1)
A result, the seek radius r d rebar inflated virtually, the following equation (2)
β = (πr d 2 −πr 2 ) / πr 2 × 100 (2)
Thus, the reinforcing bar expansion coefficient β is obtained, and based on the obtained reinforcing bar expansion coefficient β and the preset volume expansion coefficient α, the following equation (3)
Δx = {(1 + β / 100) 1/2 −1} / (α 1/3 −1) (3)
Thus, the corrosion depth Δx is obtained, and based on the obtained corrosion depth Δx and the density ρ of the reinforcing bar, the following equation (4)
W cr = Δx × ρ (4)
The method for evaluating the life of reinforced concrete according to claim 1, which is carried out by calculating the corrosion amount W cr when cracking occurs.
前記鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比である腐食面積率を予め設定しておき、前記腐食面積率に対応した前記鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、前記FEM解析を実施するようにした請求項1または2記載の鉄筋コンクリートの寿命評価方法。   A corrosion area ratio that is a ratio of the area of the corrosion portion to the total surface area of the reinforcing bars is set in advance, and only a part of the reinforcing bars corresponding to the corrosion area ratio is virtually expanded to perform the FEM analysis. The life evaluation method of the reinforced concrete of Claim 1 or 2 made to do. 前記腐食後の腐食速度は、分極抵抗法により求められる請求項1〜3いずれかに記載の鉄筋コンクリートの寿命評価方法。   The corrosion rate after the said corrosion is a lifetime evaluation method of the reinforced concrete in any one of Claims 1-3 calculated | required by the polarization resistance method. 鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価装置であって、
前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのFEM解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算する解析部と、
該解析部で得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する寿命予測部とを備えたことを特徴とする鉄筋コンクリートの寿命評価装置。
Life of reinforced concrete that predicts the crack initiation time of reinforced concrete based on the corrosion initiation time of the reinforcement, the corrosion rate after the occurrence of corrosion, and the amount of corrosion at the time of crack occurrence, which is the amount of corrosion of the reinforcement when cracks occur on the concrete surface An evaluation device,
FEM analysis of the reinforced concrete is performed, a virtual temperature imitating the corrosion of the reinforcing bar is applied to the reinforcing steel of the reinforced concrete, and the FEM analysis of the reinforced concrete is performed when the reinforcing bar is virtually expanded, Obtaining a virtual temperature when cracks occur on the concrete surface of the reinforced concrete, and an analysis unit that calculates the amount of corrosion when cracks occur based on the calculated virtual temperature;
A life prediction unit for predicting the crack occurrence time of the reinforced concrete based on the amount of corrosion at the occurrence of cracks obtained by the analysis unit, the corrosion start time of the rebar, and the corrosion rate after the occurrence of corrosion. Characteristic equipment for evaluating the life of reinforced concrete.
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