JP5690254B2

JP5690254B2 - 鉄筋腐食によるｒｃ構造物の劣化モニタリング方法及びその装置

Info

Publication number: JP5690254B2
Application number: JP2011236977A
Authority: JP
Inventors: 貴士牛田; 究津野; 貴司仲山
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: JP2013096720A

Description

本発明は、鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法及びその装置に関するものである。

港湾施設や感潮河川直下のＲＣ構造物は、非常に厳しい塩害環境にさらされているため、鉄筋腐食が急速に進行する恐れがある。ＲＣ構造物での鉄筋腐食は腐食ひび割れを誘発し、最終的には、コンクリートのはく離・はく落に至らしめるため、第三者影響度の観点からも維持管理を行う際の重要な管理項目である。このような鉄筋腐食に対して、調査時現在の鉄筋腐食量の評価方法は数多く提案されているものの、そのモニタリングやＲＣ構造物の劣化予測を行う手法は未だ確立されていない。また、ＲＣ構造物のひび割れ発生を検知する方法も未だ確立されていない。

ところで、従来のコンクリート中の鉄筋腐食量の評価は、鉄筋をはつり出して行う方法が一般的である。しかしこの方法は、ＲＣ構造物の耐力や安全性に及ぼす影響が懸念される。これに対して、アコースティックエミッション（ＡＥ）や電気化学的な方法に代表される非破壊検査法は、構造物を損傷せずに鉄筋腐食量を評価するものである。しかし、これらの方法は調査時現在の鉄筋腐食量を計測するもので、その予測や常時モニタリングを目的としたものではない。

ＲＣ構造物のライフサイクルコストを考慮した合理的な維持管理を行うためには、単に調査時現在の鉄筋腐食量を計測するたけでなく、劣化が顕在化する時期、あるいは危険な状態に達する時期を予測して、劣化に伴うＲＣ構造物の耐力の低下を把握することが重要になる。

このような腐食の予測を行うものとしては、例えば、鉄筋腐食の予測方法および鉄筋腐食のモニタリングシステム（下記特許文献１参照）は、常時モニタリングが可能な方法である。この方法は、部材内に埋設された鉄筋を複数の鉄筋要素に区分し、コンクリートに照合電極および対極、コンクリート抵抗計、コンクリート温度計が格納されたセンサボックスを埋設する。コンピュータは、腐食モニタ、切替装置を制御し、センサボックス内のセンサ類を用いて、電気化学的性質を計測するようにしている。

特開２００７−２４０４８１号公報

しかしながら、上記した特許文献１に開示された鉄筋腐食の予測方法および鉄筋腐食のモニタリングシステムは、計測項目が多く、またその計測が煩雑であるといった問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、計測項目が少なくてすみ、計測も簡便である、鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法において、ＲＣ構造物の表面に配置されるひずみゲージと、そのひずみゲージに接続されるデータロガーとにより、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングし、この常時モニタリング結果から、数値解析を用いて前記ＲＣ構造物の内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、前記ＲＣ構造物の健全性を把握するとともに、鉄筋の断面減少量を把握することを特徴とする。

〔２〕鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング装置において、ＲＣ構造物の表面に配置されるひずみゲージと、このひずみゲージに接続されるデータロガーとを備え、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングし、この該常時モニタリング結果から、数値解析を用いて前記ＲＣ構造物の内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、前記ＲＣ構造物の健全性を把握するとともに、鉄筋の断面減少量を把握することを特徴とする。

本発明によれば、計測項目が少なくて済み、計測も簡便である、ＲＣ構造物の鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法および装置を提供することができる。

本発明の実施例を示す港湾構造物の鉄筋腐食の進行状況をコンクリート表面ひずみの常時計測でモニタリングする方法を示す模式図である。本発明のＲＣ構造物の鉄筋腐食の進行状況予測におけるをコンクリートの表面ひずみの常時モニタリングと数値解析の概要を示す図である。本発明の実施例を示す鉄筋腐食によるＲＣ構造物のモニタリング装置の模式図である。本発明にかかるＲＣ梁供試体のＲＣ構造物のコンクリート表面ひずみの常時モニタリングの検証実験の模式図である。本発明にかかるＲＣ梁供試体の腐食促進試験で計測されたコンクリート表面ひずみを示す図である。本発明にかかるＲＣ構造物の数値解析に用いたＲＣモデルを示す図である。本発明にかかる鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法によるコンクリートのかぶりをパラメータとした３ケース〔図６（ａ）〜図６（ｃ）〕の解析結果を示す図である。本発明にかかる鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法による鉄筋径をパラメータとした２ケース〔図６（ｂ）と図６（ｄ）〕の解析結果を示す図である。

鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法は、ＲＣ構造物の表面に配置されるひずみゲージと、そのひずみゲージに接続されるデータロガーとにより、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングし、この常時モニタリング結果から、数値解析を用いて前記ＲＣ構造物の内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、前記ＲＣ構造物の健全性を把握するとともに、鉄筋の断面減少量を把握する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す港湾構造物の鉄筋腐食の進行状況をコンクリート表面ひずみの常時計測でモニタリングする方法を示す模式図である。

この図において、１はＲＣ構造物としての港湾構造物、２は地盤、３は港湾構造物１の一部であるＲＣスラブ、４は港湾構造物１の一部であるＲＣ柱、５は海水、６はＲＣスラブ３の表面に配置されたひずみゲージ、７はＲＣ柱４の表面に配置されたひずみゲージである。

港湾構造物１の鉄筋が腐食すると、その体積が膨張するため、コンクリートが内部から荷重を受け、コンクリートの表面にひずみが生じる。そこで、港湾構造物１の表面ひずみを計測することで、その体積膨張量、すなわち、鉄筋腐食量をモニタリングする。

ここでは、港湾構造物１の一部であるＲＣスラブ３と港湾構造物１の一部であるＲＣ柱４の鉄筋腐食の進行状況を、ひずみゲージ６，７とデータロガー（後述の図３参照）により、コンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングするようにしている。なお、データロガーとは、特定の時刻に観測量を自動的に走査し、その値をチャート上に記録又は記入する記録計である。

このように、本発明の鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリングでは、
（１）ひずみゲージ６，７を港湾構造物１の建設時に、コンクリート表層近傍に埋設する。あるいは、建設直後に表面に設置する。

（２）次に、このひずみゲージ６，７により、港湾構造物１の鉄筋位置直上のコンクリート表面ひずみを常時計測する。

（３）計測されるひずみの変化で鉄筋の腐食進行を予測し、さらに歪みの急激な変化で、ひび割れ発生を判定する。

図２は本発明のＲＣ構造物の鉄筋腐食の進行状況予測におけるコンクリートの表面ひずみの常時モニタリングと数値解析の概要を示す図である。

この図において、１０はＲＣ構造物、１１は鉄筋、１２は鉄筋体積ひずみ、１３はコンクリート、１４はコンクリート表面、１５はコンクリート表面ひずみである。

ここでは、上記したＲＣ構造物１０の表面ひずみの常時モニタリング結果から、数値解析を用いてＲＣ構造物内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、ＲＣ構造物の健全性を把握するとともに、ＲＣ構造物の鉄筋１１の実質的な断面減少量を把握するようにしている。

すなわち、鉄筋１１の腐食によって鉄筋１１の体積が膨張する（鉄筋体積ひずみ１２）ため、その影響を受けて、コンクリート表面１４にコンクリート表面ひずみ１５が発生する。この鉄筋体積ひずみ１２とコンクリート表面ひずみ１５との関係をモデル化することにより、コンクリート１３中の鉄筋１１をはつり出すことなく、腐食量を予測することができる。このように数値解析を用いてＲＣ構造物の鉄筋腐食の進行状況を予測する。

次に、上記したＲＣ構造物の鉄筋腐食量の予測をもとに、ＲＣ構造物の鉄筋腐食量やＲＣ構造物の健全性を予測する。例えば、コンクリート１３の水セメント比や、表面の塩分量は塩害に起因するＲＣ構造物の鉄筋腐食の進行速度を決定するパラメータである。モニタリング結果と数値解析を用いて、これらの条件が異なるＲＣ構造物の劣化の予測を行う。

図３は本発明の実施例を示す鉄筋腐食によるＲＣ構造物のモニタリング装置の模式図である。

この図において、２１は計測対象物としてのＲＣ構造物、２２は鉄筋、２３はＲＣ構造物の表面、２４はひずみゲージ、２５はひずみゲージ２４に接続されたデータロガー、２６はＲＣ構造物の表面２３にひずみゲージ２４が配置されるように設けられるモニタリング装置である。

このような簡単な構成により、上記したように、鉄筋腐食によるＲＣ構造物のモニタリングを行うことができる。

また、上記したモニタリング方法で収集したコンクリート表面ひずみのデータと、数値解析から得られたモデルを用いることで、ＲＣ構造物の劣化予測を行う。

図４は本発明にかかるＲＣ梁供試体のコンクリート表面ひずみの常時モニタリングの検証実験の模式図である。

この図において、３０はＲＣ梁供試体、３１は鉄筋、３２はコンクリート、３３はコンクリート表面、３４〜３８はコンクリート表面３３に配置された５つのひずみゲージ１〜５、３９はコンクリート表面３３上に溜められた３％ＮａＣｌ水溶液である。

厳しい塩害環境にさらされる港湾構造物への適用も視野に、水中でもモニタリング可能であることを確認するため、図４に示すＲＣ梁供試体３０を対象とした電食による一面浸漬条件で腐食促進試験（電食試験）を行った。コンクリート表面ひずみの計測は５つのひずみゲージ３４〜３８を設置して行った。また、腐食促進試験は１．０Ａの定電流条件で行った。

図５に本発明にかかるＲＣ梁供試体の腐食促進試験で計測されたコンクリート表面ひずみを示す図であり、図５（ａ）はその全体試験期間の計測結果を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部拡大図である。これらの図から明らかなように積算電流量が１０Ａｈ程度でひずみが急増している。

この結果より、水中に設置したＲＣ梁供試体でも、コンクリート表面ひずみを採取することが可能であることを確認した。

また、ＲＣ梁供試体の鉄筋の腐食ひび割れ発生時期と考えられるひずみ増加速度の急激な変化が認められた。本試験では、１０Ａｈ程度でその変化が認められた。

次に、数値解析によるＲＣ構造物の劣化予測方法について説明する。

図６は本発明にかかるＲＣ構造物の数値解析に用いたＲＣモデルを示す図である。

この図において、４１は直径１６ｍｍの鉄筋、４１′は直径１０ｍｍの鉄筋、４２はコンクリートである。図６（ａ）はコンクリートかぶり６０ｍｍ−鉄筋径１６ｍｍの場合、図６（ｂ）はコンクリートかぶり３０ｍｍ−鉄筋径１６ｍｍの場合、図６（ｃ）はコンクリートかぶり１５ｍｍ−鉄筋径１６ｍｍの場合、図６（ｄ）はコンクリートかぶり３０ｍｍ−鉄筋径１０ｍｍの場合を示している。

数値解析を用いてコンクリート表面ひずみ−鉄筋体積ひずみ関係をモデル化する。ここでは有限要素法を用いたモデル化を例示する。解析対象は図６に示す４モデルである。図６（ａ）〜図６（ｃ）はコンクリートかぶりをパラメータとしており、図６（ｂ）と図６（ｄ）は鉄筋径をパラメータとしている。各ケースで鉄筋体積ひずみが１００，２００，５００，６００，１，０００μｍとしたときのコンクリート表面ひずみを得る。それらの結果からコンクリート表面ひずみ−鉄筋体積ひずみ関係をモデル化する。

図７に本発明にかかる鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法によるコンクリートかぶりをパラメータとした３ケース〔図６（ａ）〜図６（ｃ）〕の解析結果を示す。同じ鉄筋体積ひずみが発生しているとき、かぶりが大きいときほどコンクリート表面ひずみが小さい。これは、定性的に正しい結果であるといえる。

図８に本発明にかかる鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法による鉄筋径をパラメータとした２ケース〔図６（ｂ）と図６（ｄ）〕の解析結果を示す。同じ鉄筋体積ひずみが発生しているとき、鉄筋径が大きいほどコンクリート表面ひずみが大きい。これは、定性的に正しい結果であるといえる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法は、計測項目が少なくて済み、計測も簡便である、鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法として利用可能である。

１，１０，２１ＲＣ構造物（港湾構造物）
２地盤
３ＲＣスラブ
４ＲＣ柱
５海水
６，７，２４，３４〜３８ひずみゲージ
１１，２２，３１，４１，４１′ 鉄筋
１２鉄筋体積ひずみ
１３，３２，４２コンクリート
１４，３３コンクリート表面
１５コンクリート表面ひずみ
２３ＲＣ構造物の表面
２５データロガー
２６モニタリング装置
３０ＲＣ梁供試体
３９３％ＮａＣｌ水溶液

Claims

ＲＣ構造物の表面に配置されるひずみゲージと、該ひずみゲージに接続されるデータロガーとにより、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングし、該常時モニタリング結果から、数値解析を用いて前記ＲＣ構造物の内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、前記ＲＣ構造物の健全性を把握するとともに、鉄筋の断面減少量を把握することを特徴とする鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング方法。
ＲＣ構造物の表面に配置されるひずみゲージと、該ひずみゲージに接続されるデータロガーとを備え、鉄筋腐食の進行状況をコンクリートの表面ひずみの常時計測でモニタリングし、該常時モニタリング結果から、数値解析を用いて前記ＲＣ構造物の内部の鉄筋腐食量とそれに伴う鉄筋膨張量を予測し、前記ＲＣ構造物の健全性を把握するとともに、鉄筋の断面減少量を把握することを特徴とする鉄筋腐食によるＲＣ構造物の劣化モニタリング装置。