JP6267669B2

JP6267669B2 - 評価方法

Info

Publication number: JP6267669B2
Application number: JP2015078389A
Authority: JP
Inventors: 憲宏藤本; 陽祐竹内; 東　康弘; 康弘東; 孝澤田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: JP2016200403A

Description

本発明は、評価方法に関する。

一般に、鉄筋には、使用される環境により水素が吸収されて延性が失われ、その強度が著しく低下する水素脆化と呼ばれる現象が発生する場合がある（非特許文献１参照）。この水素脆化は、例えば、引張応力が負荷された鉄筋により圧縮力がかかった状態（プレストレスト）のコンクリート部材からなるプレストレストコンクリート（ＰＣ，Prestressed Concrete）構造物中の鉄筋（以下、ＰＣ鉄筋と記す。）で発生することが知られている（非特許文献２参照）。

そこで、ＰＣ鉄筋について、水素脆化に対する耐性を意味する水素脆化感受性を評価するため、国際プレストレストコンクリート連盟（ＦＩＰ）で取り決めがなされたＦＩＰ試験が行われている（非特許文献３参照）。ＦＩＰ試験では、事前に関係者により定められた荷重がかけられた鉄筋に、５０℃に保温された２０％チオシアン酸アンモニウム（ＮＨ_４ＳＣＮ）水溶液を接触させて水素を吸収させ、破断の有無や破断が発生するまでの時間を確認する。近年は、ＦＩＰ試験は腐食防食学会で規格化されている。

南雲道彦，「鋼の力学的挙動に及ぼす水素の影響」，鉄と鋼，２００４年，Ｖｏｌ．９０，Ｎｏ．１０，ｐ．７６６−７７５白神哲夫，「鉄鋼材料における水素脆化」，材料と環境，２０１１年，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．５，ｐ．２３６−２４０「２０％チオシアン酸アンモニウム溶液中でのＰＣ鋼材の水素脆化試験方法」，社団法人腐食防食協会，２０１２年，ＪＳＣＥＳ１２０１

ＰＣ鉄筋には、ＰＣ構造物中の鉄筋に元から負荷されている応力すなわちプレストレス値と、実環境下のＰＣ構造物に対して負荷される荷重により鉄筋に負荷される応力すなわち追加応力との合計の応力が生じる。しかしながら、この実環境下のＰＣ構造物に負荷される合計の応力を評価することは難しい。したがって、ＦＩＰ試験において、この合計の応力に対応する荷重が適切に設定されているとは言い難い。

また、近年、上記のＦＩＰ試験は必ずしも実環境でのＰＣ鋼材の水素脆性を与えるものではないとも言われている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、実環境下のＰＣ鉄筋の水素脆化感受性を精度高く評価することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る評価方法は、プレストレストコンクリート構造物中の鉄筋の水素脆化感受性を評価する評価方法であって、前記鉄筋に元から負荷されている応力と、実環境下で前記プレストレストコンクリート構造物に対して負荷される荷重により該鉄筋に負荷される応力とに基づいて、該実環境下の該鉄筋に対する負荷応力を推定する推定工程と、実環境を模擬する試験溶液を決定する決定工程と、前記鉄筋を前記試験溶液に接触させ、該鉄筋に対して前記負荷応力に対応する荷重を所定時間負荷する定荷重試験を行って、該鉄筋の水素脆化感受性を評価する評価工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、実環境下のＰＣ鉄筋の水素脆化感受性を精度高く評価することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る評価処理手順を例示するフローチャートである。図２は、本実施形態に係る評価方法においてＰＣ構造物にひびを導入する方法を説明するための説明図である。図３は、本実施形態に係る評価方法においてＰＣ鉄筋のひずみ量を測定する方法を説明するための説明図である。図４は、本実施形態におけるＰＣ鉄筋のひずみ量と負荷応力との関係を例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る評価方法の概要について説明する。本実施形態の評価方法には、推定工程と、決定工程と、評価工程とが含まれる。推定工程では、鉄筋に元から負荷されているプレストレス値と、実環境下でＰＣ構造物に対して負荷される荷重によりＰＣ鉄筋に負荷される追加応力とに基づいて、実環境下のＰＣ鉄筋の負荷応力が推定される（ステップＳ１）。決定工程では、実環境を模擬する試験溶液が決定される（ステップＳ２）。また、評価工程では、決定された試験溶液にＰＣ鉄筋を接触させ、このＰＣ鉄筋に対して推定された負荷応力に対応する荷重を所定時間負荷する定荷重試験が行われ、ＰＣ鉄筋の水素脆化感受性が評価される（ステップＳ３）。以下、各工程について詳細に説明する。

［推定工程］
実環境下のＰＣ鉄筋の負荷応力のうち、プレストレス値は、ＪＩＳ規格等に基づいて、製品ごとにメーカにより設定される。本実施形態のステップＳ１の推定工程では、追加応力が推定される。

本実施形態の推定工程では、予めひびが導入されたＰＣ構造物に所定の荷重を負荷して生じたひび幅の変位がＰＣ鉄筋のひずみ量として測定され、別途得られたひずみ量と負荷応力との関係から負荷応力が推定される。具体的に、本実施計値の推定工程には、測定工程と算出工程とが含まれる。まず、測定工程では、予めひびが導入されたＰＣ構造物に所定の荷重が負荷され、ひび幅の変位がＰＣ鉄筋のひずみ量として測定される。

図２は、ＰＣ構造物としてのコンクリートポールにひびを導入する方法を説明するための図である。本実施形態では、高さ８ｍ、設計荷重２ｋＮのコンクリートポール１の所定の高さの位置Ａに水平方向にひびを導入する。ここで、設計荷重とは、コンクリートポール１について許容される荷重の上限値を意味し、ＪＩＳ規格等に基づいて製品ごとに設定されている。

この場合、図２に例示するように、コンクリートポール１のひびを導入する位置Ａの５０ｃｍ程度下方を固定装置２で固定する。次に、コンクリートポール１の上端の末口から２５ｃｍ程度下方の位置Ｂで矢印Ｃで示す水平方向に設計荷重２ｋＮを負荷する荷重負荷試験を行う。その際、ひびの直上に変位計を設置して、ひび幅の変化を測定する。なお、ひびが導入されているコンクリートポール１に荷重が負荷されておらず、ひびが閉じている状態でのひび幅を０とする。

図３は、ひび幅の時系列に沿った変化を例示する図である。図３に例示するように、測定開始から約３．５ｈ後に荷重負荷試験を行った結果、ひび幅が約０．１０ｍｍに急増し、その後ほぼ一定の値になった。このことから、このコンクリートポール１には、ひび幅０．１０ｍｍのひびが導入されたことがわかる。

ここで、ＰＣ鉄筋に生じるひずみについて考察する。ＰＣ構造物に水平方向のひびが生じた場合に、ひびの上下それぞれ２５ｍｍの範囲にわたり、コンクリートと内部の鉄筋とが密着していないものと仮定する。この場合、コンクリートから解放された上下方向に５０ｍｍの鉄筋が、ひび幅０．１０ｍｍだけ水平方向に伸びることにより、ひびが生じたものと考えることができる。言い換えれば、ＰＣ構造物に水平方向に荷重が負荷されることにより、０．２０％（＝０．１０ｍｍ／５０ｍｍ）のひずみがＰＣ鉄筋に生じたことになる。

次に、算出工程では、負荷応力とひずみ量との関係に基づいて、測定されたひび幅の変位に対応する負荷応力が算出される。この算出工程において、負荷応力の算出は、例えば、メモリに記憶された処理プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて実現される演算装置が実行する。

また、負荷応力とひずみ量との関係は、例えば、ＰＣ構造物から取り出されたＰＣ鉄筋の引張試験により求められる。この負荷応力とひずみ量との関係は、算出工程で求めてもよいし、予め求めておいてもよい。

図４は、コンクリートポール１から取り出された鉄筋の引張試験で得られた負荷応力とひずみ量との関係を例示する図である。図４に示すように、例えば、負荷応力１０００ＭＰａ以下の弾性応力領域では、負荷応力とひずみ量との関係は１次関数で近似される。したがって、０．２０％のひずみ量を生じさせる負荷応力すなわち追加応力は、１４４ＭＰａと算出される。

［決定工程］
ステップＳ２の決定工程では、実環境すなわちＰＣ鉄筋が曝されているコンクリート環境を模擬する試験溶液が決定される。これにより、実環境下のＰＣ鉄筋の水素脆化を再現可能となる。

ここで、実環境の再現は困難であるため、予め決められた指標を用いて試験溶液が決定される。例えば、試験溶液のｐＨ、試験溶液に含まれるイオン、試験溶液中の錆の形成状態等が指標とされる。本実施形態では、試験溶液のｐＨを指標として用い、ｐＨ８．３の１ＭのＮａＨＣＯ_３に１％のＮＨ_４ＳＣＮを添加した水溶液を試験溶液とした。

［評価工程］
ステップＳ３の評価工程では、ステップＳ１の処理で推定された負荷応力と、ステップＳ２の処理で決定された試験溶液とを用いて、ＰＣ鉄筋の定荷重試験が行われ、ＰＣ鉄筋の水素脆化感受性が評価される。具体的に、定荷重試験では、評価対象のＰＣ鉄筋に、ｐＨ８．３の１ＭのＮａＨＣＯ_３に１％のＮＨ_４ＳＣＮを添加した水溶液に接触させ、既知のプレストレス値５５０ＭＰａと推定された追加応力１４４ＭＰａとの合計の応力に対応する荷重６９４ＭＰａが所定の試験時間、負荷される。その結果、ＰＣ鉄筋が破断しなかった場合に、水素脆化感受性として、水素脆化が発生しないと評価される。また、ＰＣ鉄筋が破断した場合には、水素脆化感受性は、例えば、破断までの時間等で評価される。

なお、試験時間は、ＦＩＰ試験と同様に最大２００ｈとして予め設定される。また、定荷重試験では、ステップＳ１の処理で推定された負荷応力、またはステップＳ２の処理で決定された試験溶液を用いるかわりに、測定誤差、製品の品質のばらつき、あるいは実環境の多種多様さ等を考慮して、より厳しい条件となるように変更してもよい。例えば、負荷する荷重を前述の６９４ＭＰａより大きい８００ＭＰａ等に変更してもよい。さらに、ＰＣ鉄筋の水素の吸収を促進させるよう、ＰＣ鉄筋の電位を制御してもよい。例えば、参照電極を銀／塩化銀電極とし、対極を白金電極とした三電極法により、ポジションスタットを用いて電位を−１０００ｍＶｖｓ．ＳＳＥに制御する。あるいは、試験溶液がＰＣ鉄筋に水素を吸収させる作用を持たない水溶液である場合に、電位の制御に加え、あるいは電位の制御の代わりに、ＰＣ鉄筋の水素の吸収を促進させるＮＨ_４ＳＣＮ等を添加してもよい。これにより、測定誤差、製品の品質のばらつき、あるいは実環境の多種多様さ等に対応して、より精度高くＰＣ鉄筋の水素脆化感受性を評価できる。

以上、説明したように、本実施形態の評価方法では、予めひびが導入されたコンクリートポール１に所定の荷重を負荷し、ひび幅の変位をコンクリートポール１中のＰＣ鉄筋のひずみ量として測定する。また、コンクリートポール１から取り出されたＰＣ鉄筋の引張試験を行って、負荷応力とひずみ量との関係を得る。この負荷応力とひずみ量との関係から、測定されたひび幅の変位に対応する負荷応力を追加応力として算出する。そして、既知のプレストレス値と算出された追加応力とに基づいて、実環境下のＰＣ鉄筋に対する負荷応力を推定する。また、実環境を模擬する試験溶液を決定する。そして、ＰＣ鉄筋を決定された試験溶液に接触させ、該ＰＣ鉄筋に対して推定された負荷応力に対応する荷重を所定時間負荷する定荷重試験を行って、該ＰＣ鉄筋の水素脆化感受性を評価する。

これにより、ＰＣ構造物中のＰＣ鉄筋に元から負荷されているプレストレス値と、実環境下のＰＣ構造物に対して負荷される荷重によりＰＣ鉄筋に負荷される追加応力との合計の応力を精度高く推定できる。また、実環境に模擬する試験溶液を用いることにより、実環境下のＰＣ鉄筋の水素脆化を再現可能となる。したがって、実環境下のＰＣ鉄筋の水素脆化感受性を精度高く評価することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１コンクリートポール
２固定装置

Claims

プレストレストコンクリート構造物中の鉄筋に元から負荷されている応力と、実環境下で前記プレストレストコンクリート構造物に対して負荷される荷重により該鉄筋に負荷される応力とに基づいて、該実環境下の該鉄筋に対する負荷応力を推定する推定工程と、
実環境を模擬する試験溶液を決定する決定工程と、
前記鉄筋を前記試験溶液に接触させ、該鉄筋に対して前記負荷応力に対応する荷重を所定時間負荷する定荷重試験を行って、該鉄筋の水素脆化感受性を評価する評価工程と、
を含んだことを特徴とする評価方法。
前記推定工程は、
予めひびが導入された前記プレストレストコンクリート構造物に所定の荷重を負荷し、ひび幅の変位を前記鉄筋のひずみ量として測定する測定工程と、
負荷応力とひずみ量との関係に基づいて、測定された前記ひび幅の変位に対応する負荷応力を算出する算出工程と、
を含んだことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
前記算出工程において、負荷応力とひずみ量との関係を、前記プレストレストコンクリート構造物から取り出された前記鉄筋の引張試験を行うことにより求めることを特徴とする請求項２に記載の評価方法。
前記定荷重試験を行う際に、前記鉄筋の電位を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の評価方法。
前記試験溶液に前記鉄筋に水素の吸収を促進させる物質を添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の評価方法。