載荷試験装置及び載荷試験方法
【課題】剥離や剥落が発生する時期を的確に予測することを可能にするための載荷試験装置を提供する。
【解決手段】鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるための載荷試験装置１である。そして、基面Ｆに間隔を置いて配置される複数の脚部２１，２１と、それらの脚部間に横架される梁部２２とを有する支持フレーム２と、支持フレームの梁部に吊り下げられるコンクリート製の供試体３の下面３ａから所定の値だけ上方に埋設させる中央部４ａと供試体の両側から突出される端部４ｂ，４ｂとを有する載荷棒４と、載荷棒の端部を押し下げる載荷手段５と、載荷棒の端部の変位を計測する変位計６とを備えている。
【解決手段】鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるための載荷試験装置１である。そして、基面Ｆに間隔を置いて配置される複数の脚部２１，２１と、それらの脚部間に横架される梁部２２とを有する支持フレーム２と、支持フレームの梁部に吊り下げられるコンクリート製の供試体３の下面３ａから所定の値だけ上方に埋設させる中央部４ａと供試体の両側から突出される端部４ｂ，４ｂとを有する載荷棒４と、載荷棒の端部を押し下げる載荷手段５と、載荷棒の端部の変位を計測する変位計６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリートの劣化に伴って起きる表層コンクリートの剥離や剥落などの現象を、把握するためにおこなう試験に使用される載荷試験装置及び載荷試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、時間の経過とともに鉄筋コンクリート構造物の表面に近い位置の鉄筋が腐食し、膨張することで、ひび割れが発生し、表層コンクリートに剥離又は剥落が生じることが知られている（特許文献１、２など参照）。
【０００３】
特許文献１には、セメントの水和生成物である水酸化カルシウムによって強アルカリ性を示している打設直後のコンクリートが、空気中の二酸化炭素と水との反応によって生成される炭酸によって徐々に中性化されることに着目したコンクリート中性化深さ検査装置が開示されている。
【０００４】
すなわち、水酸化物の酸化被膜によって鉄筋の表面が被覆されているときには腐食は起きないが、アルカリ性から中性に変化することで水酸化物の被膜が破壊されると、酸素と水が供給されることによって鉄筋の腐食が始まる。そこで、コンクリート表面から深部に向けての中性化深さを測定することで、鉄筋コンクリート構造物の鉄筋が腐食する状態にあるか否かを検査する。
【０００５】
また、特許文献２には、鉄筋コンクリートが老朽化して剥離や剥落が起き得る状態になった場合の補修工法について開示されている。そして、補修工法を選定するに際して、コンクリート構造物の損傷状況を的確に把握しなければならないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４５９１７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に開示されている技術は、使用中の鉄筋コンクリートに対して検査をおこない、その鉄筋コンクリートの現在の状態を把握するためのものである。
【０００８】
これに対して、鉄筋コンクリートに剥離や剥落が発生する時期が事前に的確に把握できれば、メンテナンス計画が立て易いうえに、剥落による被害も防ぐことができる。
【０００９】
そこで、本発明は、剥離や剥落が発生する時期を的確に予測することを可能にするための載荷試験装置及び載荷試験方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の載荷試験装置は、鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるための載荷試験装置であって、基面に間隔を置いて配置される複数の脚部と、それらの脚部間に横架される梁部とを有する支持フレームと、前記支持フレームの前記梁部に吊り下げられるコンクリート製の供試体の下面から所定の値だけ上方に埋設させる中央部と前記供試体の両側から突出される端部とを有する載荷棒と、前記載荷棒の端部を押し下げる載荷手段と、前記載荷棒の端部の変位を計測する計測手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記載荷棒の上方にそれと直交する方向に向けて前記供試体の内部に埋設させる背面鉄筋と、その背面鉄筋の両側と前記梁部とを繋ぐ連結部とを備えた構成にすることができる。
【００１２】
また、前記載荷手段は、前記載荷棒の両側の端部の上面に回転を拘束しない状態でそれぞれ載置させる自由回転支圧部と、それらの自由回転支圧部からそれぞれアームが上方に延伸されて前記支持フレームを跨ぐように形成される門形フレーム部と、前記門形フレーム部を押し下げ可能なジャッキ部とを備えた構成にすることができる。さらに、前記載荷棒の断面は、鉄筋が膨張した後の断面の模擬形状にすることができる。
【００１３】
また、本発明の載荷試験方法は、上記載荷試験装置を使った載荷試験方法であって、前記載荷棒と表面との距離が所定の値になるようにコンクリートを打設して供試体を製作する工程と、前記供試体の下面が試験中に前記基面に接触しない高さで前記供試体を前記支持フレームに固定する工程と、前記供試体の両側から突出された前記載荷棒の端部を前記載荷手段によって押し下げるとともに、前記計測手段によって前記端部の変位を計測する工程とを備えたことを特徴とする。ここで、前記供試体は、試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作される。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成された本発明の載荷試験装置は、支持フレームに吊り下げられるコンクリート製の供試体に中央部を埋設させる載荷棒と、その載荷棒の端部を押し下げる載荷手段と、載荷棒の変位を計測する計測手段とを備えている。
【００１５】
このため、鉄筋が腐食して膨張した際にコンクリートを内部から押し広げる現象を的確に再現させることができる。また、載荷棒の変位が鉄筋の膨張量と等しい又は比例しているとすれば、コンクリートにひび割れが起きるときの鉄筋の膨張量を知ることができる。そして、経年による鉄筋の膨張量が予測できれば、コンクリートがひび割れて剥離又は剥落が起きる時期を的確に予測することができる。
【００１６】
また、載荷棒の上方に載荷棒と略直交する方向に向けた背面鉄筋を埋設することで、背面に鉄筋が配置されている状態を忠実にモデル化することができる。そして、この背面の鉄筋による拘束の影響がある場合は、試験結果にも反映されることになる。
【００１７】
さらに、背面鉄筋と梁部とを繋ぐ連結部を設けることで、連結部を使って供試体を支持フレームに吊り下げることができる。また、載荷中の反力も、背面鉄筋と連結部とからなる支持材によって確保することができる。
【００１８】
また、載荷棒の両側の端部を、回転を拘束しない状態で加圧可能な自由回転支圧部を介して押し下げるようにすれば、載荷棒を傾かせることなく水平状態を維持したままで押し下げることができる。
【００１９】
さらに、載荷棒の断面を鉄筋が膨張した後の断面の模擬形状にすることで、応力の作用方向についても忠実に再現させることができる。
【００２０】
また、上記した載荷試験装置を使った載荷試験方法であれば、コンクリートの強度、鉄筋のかぶり厚さ又は鉄筋径を変えて多くの試験をおこなうことができ、鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を的確に把握することができる。
【００２１】
さらに、供試体を試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作することで、曲げによる影響を取り除くことができ、鉄筋の膨張に起因するひび割れの発生時期を精度良く予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の載荷試験装置の構成を示した正面図である。
【図２】本発明の実施の形態の載荷試験装置の構成を示した側面図である。
【図３】（ａ）は鉄筋コンクリート構造物としての高架橋の側面図、（ｂ）は（ａ）の範囲Ａで示した部分のコンクリート表面付近の配筋状態を示した図、（ｃ）は（ａ）の範囲Ｂで示した部分のコンクリート表面付近の配筋状態を示した図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態の載荷試験装置を使って載荷試験をおこなったときのひび割れの入り方を示した説明図、（ｂ）は供試体の下面に支点を配置した比較例のひび割れの入り方を示した説明図である。
【図５】（ａ）は断面が円形の鉄筋による応力の作用方向を示した説明図、（ｂ）は膨張した鉄筋による応力の作用方向を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の載荷試験装置１に供試体３をセットした状態を示した正面図、図２はその側面図である。
【００２４】
この載荷試験装置１は、鉄筋が錆などの腐食によって膨張したときに、鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるためにおこなわれる試験に使用される。
【００２５】
すなわち、鉄筋コンクリートで構築された構造物は、時間の経過とともに表面に近い位置の鉄筋が腐食し、膨張することで、コンクリートにひび割れが発生し、表層に近いコンクリートが剥離したり、剥落したりする。
【００２６】
図３（ａ）に示した鉄筋コンクリート構造物としての高架橋８を例に説明すると、高架橋８の壁状の高欄８１の表面近くには、図３（ｂ）に示すように、高架橋８の延伸方向に間隔を置いて配置される鉛直方向鉄筋８１ａ，・・・と、高さ方向に間隔を置いて配置される水平方向鉄筋８１ｂ，・・・とが格子状に配筋されている。
【００２７】
この図３（ｂ）に示した例では、鉛直方向鉄筋８１ａがコンクリート表面に近い側に配置され、それに直交する水平方向鉄筋８１ｂはコンクリートの内部側、言い換えると鉛直方向鉄筋８１ａの背面側に配置される。そこで、矩形一点鎖線で示したモデル化範囲Ｓ１を供試体３で模擬する。
【００２８】
一方、高架橋８の四角柱状の柱８２の表面近くには、図３（ｃ）に示すように、高さ方向に間隔を置いて配置される帯鉄筋８２ａ，・・・と、柱８２の幅方向に間隔を置いて配置される軸方向鉄筋８２ｂ，・・・とが配筋されている。
【００２９】
この図３（ｃ）に示した例では、四角柱状の柱８２の内周に沿って配筋される軸方向鉄筋８２ｂ，・・・の外側を囲むように帯鉄筋８２ａ，・・・が配筋されるので、コンクリート表面に近い側に帯鉄筋８２ａが配置され、それに直交する軸方向鉄筋８２ｂは帯鉄筋８２ａの背面側に配置されることになる。そこで、矩形一点鎖線で示したモデル化範囲Ｓ２を供試体３で模擬する。
【００３０】
図１，２に示した載荷試験装置１は、このようなモデル化範囲Ｓ１，Ｓ２を直方体に成形された供試体３の内部に再現させて載荷試験をおこなう装置である。
【００３１】
本実施の形態の載荷試験装置１は、門形に形成された支持フレーム２と、供試体３に埋設させる載荷棒４と、載荷棒４の端部を押し下げる載荷手段５と、載荷棒４の端部４ｂの変位を計測する計測手段としての変位計６とを備えている。
【００３２】
この支持フレーム２は、図１に示すように、基面Ｆに供試体３の横幅以上の間隔を置いて立てられる２本の脚部２１，２１と、それらの脚部２１，２１の上端間に横架される梁部２２とによって形成される。
【００３３】
この脚部２１，２１は、梁部２２に上縁を密着させた供試体３の下面３ａが、載荷試験中に基面Ｆに接触しない長さに形成される。すなわち供試体３は、基面Ｆから離隔した状態で支持フレーム２に吊り下げられる。
【００３４】
また、供試体３は、モデル化範囲Ｓ１，Ｓ２に打設されるコンクリートと同じ材質のコンクリートによって、図１，２に示すように、支持フレーム２内に収まる寸法の直方体に成形される。ここで、図１で見て供試体３の横方向の寸法を横幅とし、高さ方向の寸法を高さとし、図２で見て供試体３の横方向の寸法を厚さとする。
【００３５】
さらに、この供試体３の下面３ａから所定の高さだけ上方の位置に、背面鉄筋７が埋設される。この背面鉄筋７は、図３（ｂ）に示したモデル化範囲Ｓ１で言えば水平方向鉄筋８１ｂ、図３（ｃ）に示したモデル化範囲Ｓ２で言えば軸方向鉄筋８２ｂを供試体３中で模擬したものである。
【００３６】
この背面鉄筋７は、図１に示すように、供試体３の横幅方向の両縁付近まで延伸され、上方に向けて略直角に折り曲げられた部分が、連結部としての連結ネジ棒７１，７１となる。また、連結ネジ棒７１，７１の上部は、供試体３の上面から梁部２２の高さ以上の長さが突出されている。
【００３７】
この供試体３の上面から突出させた連結ネジ棒７１，７１は、梁部２２に鉛直方向に貫通された挿通孔（図示省略）に挿入され、梁部２２の上面から突出されたネジ溝にナット７１ａ，７１ａが螺入される。これによって供試体３が支持フレーム２の梁部２２に固定されることになる。
【００３８】
すなわち、この背面鉄筋７及び連結ネジ棒７１，７１は、供試体３を支持フレーム２に吊り下げるための支持材であるうえに、載荷時には載荷棒４を押し下げる力の反力材として機能することになる。よって、これらの力に耐えうるように、充分に剛性の高い材料によって、背面鉄筋７及び連結ネジ棒７１，７１を形成する。
【００３９】
また、供試体３の横幅方向の略中央の背面鉄筋７の下方には、背面鉄筋７に略直交する方向に向けて載荷棒４が埋設される。この載荷棒４は、図１，２に示すように、供試体３の下面３ａと背面鉄筋７との間のコンクリートに埋設される中央部４ａと、供試体３の厚さ方向の両側面から水平に突出される端部４ｂ，４ｂとを有している。
【００４０】
この載荷棒４は、載荷時に曲げが発生しないようにコンクリートよりも充分に大きな剛性（弾性係数）を有する材料によって成形される。例えば、円柱状の鋼棒が使用できる。
【００４１】
そして、この載荷棒４の下面と供試体３の下面３ａとの距離がかぶりになる。すなわち、モデル化したい鉄筋コンクリート構造物のかぶりの厚さに合わせて、供試体３の下面３ａから所定の値だけ上方に載荷棒４を配置すればよい。
【００４２】
この載荷試験装置１では、この載荷棒４の端部４ｂ，４ｂを載荷手段５によって押し下げ、載荷棒４を水平状態のまま供試体３の内部で下面３ａ方向に移動させることによって、鉄筋の膨張を模擬させる。
【００４３】
この載荷手段５は、載荷棒４の両側の端部４ｂ，４ｂの上面にそれぞれ載置させる自由回転支圧部５３，５３と、それらの自由回転支圧部５３，５３から上方に延伸されて支持フレーム２を跨ぐように形成される門形フレーム部５２と、この門形フレーム部５２を押し下げ可能なジャッキ部としての油圧ジャッキ５１とを備えている。
【００４４】
この自由回転支圧部５３は、図１，２に示すように円弧板状に形成されており、載荷棒４の端部４ｂの上半面に内周を接触させるだけなので、載荷棒４の周方向の拘束がなく、載荷棒４の端部４ｂには真下方向の力のみが作用する。
【００４５】
また、門形フレーム部５２は、図２に示すように、自由回転支圧部５３，５３からそれぞれ上方に延伸されるアーム５２ａ，５２ａと、アーム５２ａ，５２ａの上端間に横架される本体５２ｂとによって形成される。このアーム５２ａ，５２ａは、載荷中に本体５２ｂの下面が連結ネジ棒７１の上端面に接触しない長さに形成される。
【００４６】
さらに、油圧ジャッキ５１は、門形フレーム部５２を下方に押し下げるための加圧手段である。この油圧ジャッキ５１は、不動枠５４に取り付けられており、不動枠５４から門形フレーム部５２を押し下げるための反力を得ることができる。このような不動枠５４は、門形フレーム部５２の外周を覆うような門形形状であっても良いし、載荷試験装置１の両側に設けられた不動壁などに両端を固定するような形態であっても良い。
【００４７】
また、油圧ジャッキ５１の先端５１ａは門形フレーム部５２の本体５２ｂの上面に接合されており、門形フレーム部５２は油圧ジャッキ５１に吊り下げられた状態になる。
【００４８】
そして、油圧ジャッキ５１によって門形フレーム部５２の本体５２ｂが押し下げられると、それに接続されているアーム５２ａ，５２ａも下がり、アーム５２ａ，５２ａ下端に取り付けられた自由回転支圧部５３，５３を介して載荷棒４の端部４ｂ，４ｂに油圧ジャッキ５１の力が伝達されることになる。
【００４９】
このようにして押し下げられる載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの変位は、変位計６によって計測される。この変位計６は、バネによって伸縮する伸縮部６ａの押し下げ量を変位として計測する。また、この変位計６は、端部４ｂの変位が計測できる位置に配置させるために、例えば図１，２に示すように基面Ｆに設置された架台６１上に載置される。
【００５０】
次に、本実施の形態の載荷試験装置１を使った載荷試験方法について説明する。
【００５１】
まず、鉄筋の膨張によって鉄筋コンクリートの表面にひび割れが発生する現象を再現させたい鉄筋コンクリート構造物に使用するコンクリートを使って、供試体３を製作する。
【００５２】
この供試体３には、実際の鉄筋コンクリート構造物のかぶりの厚さに合わせて、下面３ａとなる表面からそのかぶりの厚さだけ上方の位置に載荷棒４を埋設する。また、背面側に配置される鉄筋の位置に合わせて載荷棒４の背面側に背面鉄筋７を配置する。
【００５３】
例えば、図３（ｂ）に示したモデル化範囲Ｓ１で言えば、鉛直方向鉄筋８１ａが載荷棒４で模擬され、水平方向鉄筋８１ｂが背面鉄筋７で模擬されることになる。また、図３（ｃ）に示したモデル化範囲Ｓ２で言えば、帯鉄筋８２ａが載荷棒４で模擬され、軸方向鉄筋８２ｂが背面鉄筋７で模擬されることになる。
【００５４】
ここで、この供試体３は、所定のコンクリート強度が発現するまで養生される。そして、載荷試験がおこなえる状態になった供試体３を載荷試験装置１にセットする。
【００５５】
この供試体３をセットする際には、供試体３を支持フレーム２の梁部２２の下方に移動させ、供試体３の上面から突出された連結ネジ棒７１，７１を、梁部２２の挿通孔（図示省略）に下から通し、梁部２２の上方に突出した連結ネジ棒７１，７１にナット７１ａ，７１ａを螺入して締め付ける。
【００５６】
このナット７１ａ，７１ａの締め付けによって、供試体３の上面は梁部２２の下面に密着し、支持フレーム２に固定される。また、図１に示すように、供試体３の下面３ａは基面Ｆから離隔しており、供試体３は支持フレーム２に吊り下げられた状態になる。
【００５７】
このようにして支持フレーム２に固定された供試体３の厚さ方向の両側からは載荷棒４の端部４ｂ，４ｂが突出しており、図２に示すように支持フレーム２の上方から吊り下げられた門形フレーム部５２の下端の自由回転支圧部５３，５３を端部４ｂ，４ｂの上に載せる。
【００５８】
この門形フレーム部５２は、不動枠５４に固定された油圧ジャッキ５１の先端５１ａに接続されて支持されており、油圧ジャッキ５１を伸長させることで、門形フレーム部５２を押し下げることができる。なお、必要に応じて、門形フレーム部５２を真っ直ぐに押し下げるためのガイドレールをアーム５２ａ，５２ａに沿って設けることもできる。
【００５９】
また、載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの下方には架台６１，６１をそれぞれ設置し、それらの架台６１，６１の上に変位計６，６を載せ、伸縮部６ａ，６ａの上端面が載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの下面に当接するように架台６１，６１の高さなどを調整する。
【００６０】
以上のようにして供試体３を載荷試験装置１にセットした後に、載荷手段５による載荷を開始する。この載荷は、静的載荷に相当するものとし、例えば油圧ジャッキ５１による載荷速度が10-4 mm／sec程度となる載荷をおこなう。
【００６１】
また、載荷中は、変位計６，６によって載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの変位量（押し下げられた量）を測定する。両方の端部４ｂ，４ｂにそれぞれ設置された２つの変位計６，６の計測結果は、平均してその値を鉄筋の膨張量とする。
【００６２】
このようにして載荷棒４を押し下げ続けると、ある時点で図４（ａ）に示すように、載荷棒４から斜め下方に向けてひび割れＣ１，Ｃ２が発生する。このひび割れＣ１，Ｃ２が、鉄筋（載荷棒４）が膨張した際に、表面（下面３ａ）近くのコンクリートに生じる剥離ひび割れといえる。
【００６３】
なお、図４（ｂ）に示した比較例は、供試体３の下面３ａを支点９，９で支持させたものである。このように支点９，９で支持させてしまうと、載荷棒４から支点９，９に向けて圧縮ストラットＤ，Ｄが形成され、それに沿ったひび割れＣ３，Ｃ４が発生することになる。しかしながら、実際のコンクリート表面には支点９，９に相当するものはなく、このようなひび割れＣ３，Ｃ４は実際の剥離ひび割れを再現したものとは言い難い。
【００６４】
次に、本実施の形態の載荷試験装置１及びそれを使った載荷試験方法の作用について説明する。
【００６５】
このように構成された本実施の形態の載荷試験装置１は、支持フレーム２に吊り下げられるコンクリート製の供試体３に中央部４ａを埋設させる載荷棒４と、その載荷棒４の端部４ｂ，４ｂを押し下げる載荷手段５と、載荷棒４の変位を計測する変位計６とを備えている。
【００６６】
このため、鉄筋が腐食して膨張した際にコンクリートを内部から押し広げる現象を的確に再現させることができる。また、載荷棒４の変位が鉄筋の膨張量と等しい又は比例しているとすれば、コンクリートにひび割れが起きるときの鉄筋の膨張量を知ることができる。
【００６７】
すなわち、変位計６によって計測されたひび割れＣ１，Ｃ２が発生した時点の変位が、剥離ひび割れが起きるときの鉄筋の膨張量であるいえる。そして、経年による鉄筋の膨張量は公知の手段によって予測ができるので、膨張量から期間を逆算することによって、コンクリートがひび割れて剥離又は剥落が起きる時期を的確に予測することができる。
【００６８】
また、鉄筋の膨張量を一律な変位として把握することができれば、非線形ＦＥＭ（有限要素法）解析などによる解析的検討と実験結果との比較を容易におこなうことができる。
【００６９】
また、載荷棒４の上方に載荷棒４と略直交する方向に向けた背面鉄筋７を埋設することで、背面に鉄筋が配置されている状態（図３のモデル化範囲Ｓ１，Ｓ２）を忠実にモデル化することができる。
【００７０】
さらに、この背面の鉄筋の有無と剥離ひび割れの発生との因果関係が明らかでなくても、実際の状態を模擬した供試体３を製作することによって、実際の現象に即した試験をおこなうことができる。
【００７１】
また、背面の鉄筋を模擬した背面鉄筋７の両側を折り曲げて連結ネジ棒７１，７１を形成することで、供試体３を支持フレーム２に吊り下げることができるうえに、載荷棒４の押し下げに対する反力も確保することができる。
【００７２】
さらに、載荷棒４の両側の端部４ｂ，４ｂを、回転を拘束しない状態で加圧可能な自由回転支圧部５３，５３を介して押し下げるようにすれば、載荷棒４の一方の端部４ｂが先行して押し下げられて載荷棒４が傾いてしまうようなことが起きず、水平状態を維持したままで載荷棒４を押し下げることができる。
【００７３】
また、本実施の形態の載荷試験装置１を使った載荷試験方法であれば、コンクリートの強度、鉄筋のかぶり厚さ又は鉄筋径を変えて多くの試験をおこなうことができる。例えば、コンクリートの強度や鉄筋のかぶり厚さを決める際に、この載荷試験結果と所望する耐久期間とに応じて、コンクリートの強度や鉄筋のかぶり厚さを設定することができる。
【実施例１】
【００７４】
以下、前記した実施の形態で説明した載荷試験装置１とは別の形態の載荷試験装置について、図５を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００７５】
前記実施の形態で説明した載荷棒４は、図５（ａ）に示した鉄筋Ｒのように断面視円形に成形されたものであったが、実際にコンクリートＣｎの中に埋設された鉄筋Ｒは、図５（ｂ）に示すように表面ＳＦに近い部分が先行して腐食し、錆による膨張部Ｖは表面ＳＦ側に形成される。
【００７６】
すなわち、鉄筋Ｒの錆は、コンクリートの表面ＳＦからの劣化因子の浸入やかぶりコンクリートの劣化により発生するので、表面ＳＦに近い部分に先に錆が生じると考えられる。
【００７７】
一方、前記実施の形態で説明した載荷試験では、断面視円形の載荷棒４を真下に押し下げるため、図５（ａ）の矢印で示すように載荷棒４から真下のコンクリートＣｎに応力が伝達される。
【００７８】
これに対して実施例１の載荷棒４Ａは、図５（ｂ）に示すように膨張部Ｖの形状を考慮して、鉄筋Ｒと膨張部Ｖとからなる断面を模擬した断面形状となっている。
【００７９】
そして、このような載荷棒４Ａを真下に押し下げると、図５（ａ）の載荷棒４とは違って、図５（ｂ）の矢印で示すように載荷棒４Ａを中心に広がって下方周辺のコンクリートＣｎに応力が伝達される。
【００８０】
ここで、この実施例１の載荷棒４Ａで模擬するのは、応力の伝達方向（作用方向）を再現するための膨張部Ｖの形状であり、膨張量はあくまで載荷棒４Ａを押し下げた量になる。このため、例えば鉄筋Ｒの膨張後の形状を模擬した載荷棒４Ａの直径は、膨張前の鉄筋Ｒの直径と等しくする。
【００８１】
このような応力の伝達される方向の相違によって、ひび割れが発生するまでの載荷棒４，４Ａの変位量に差が出るのであれば、載荷棒４Ａの断面を鉄筋Ｒが膨張した後の断面の模擬形状にすることによって、剥離ひび割れが発生する際の現象を忠実に再現できているといえる。
【００８２】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
【実施例２】
【００８３】
以下、前記した実施の形態で説明した供試体３の寸法を決定する方法について説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００８４】
前記した載荷試験装置１を使った載荷試験方法は、コンクリート内部で載荷棒４，４Ａを押し抜く載荷方法であり、供試体３全体に曲げが作用することが考えられる。他方、実際に発生する剥離ひび割れは、曲げによるものではないため、剥離ひび割れが発生する前に曲げひび割れが発生しないように供試体３の寸法を設定しなければならない。
【００８５】
そこで、曲げひび割れ発生時の載荷荷重PMと剥離ひび割れ発生時の載荷荷重PHを算出し、PM≧PHとなるように供試体３の寸法を設定する。
【００８６】
ここで、PHはかぶりｃの増加関数となるため、かぶりｃ＝30mmとしてPHを算出した。また、PMがPHの1.2倍程度になるように余裕を見込んだ寸法を設定した。なお、供試体３の横幅方向の側面から連結ネジ棒７１までのかぶりは、付着ひび割れの発生を防止するために25 mmとした。
【００８７】
そして、横幅L＝200 mm、厚さb＝50 mm、高さh＝100 mm、連結ネジ棒７１，７１間隔（横幅方向の芯間隔）150 mmとした供試体３の寸法について計算すると、PM＝1850Ｎ、PH＝1561Ｎとなり、PM≧PHとなっていることが確認できた。
【００８８】
このように供試体３を試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作することで、曲げによる影響を取り除くことができ、鉄筋の膨張に起因するひび割れの発生時期を精度良く予測することができる。
【００８９】
また、このような供試体寸法であれば、載荷試験装置１を大型化させなくても良い。さらに、供試体寸法を抑えることができれば、コンクリートの強度、かぶり厚さ又は鉄筋径などのパラメータを変えた多くの試験を容易におこなうことができる。
【００９０】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は実施例１と略同様であるので説明を省略する。
【００９１】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００９２】
例えば、前記実施の形態では、一本の鉄筋を折り曲げて背面鉄筋７と連結ネジ棒７１，７１とを形成したが、これに限定されるものではなく、供試体３の両縁付近まで延伸された背面鉄筋の両端に、鉛直方向に向けて埋設される連結部としての連結ネジ棒の下端をそれぞれ接合させる構成であってもよい。また、この場合は、背面鉄筋の端部ではなく、途中の上面に連結ネジ棒の下端を接合させることもできる。
【００９３】
また、前記実施の形態では、背面鉄筋７とそれに連続する連結ネジ棒７１，７１とによる支持材によって供試体３を支持フレーム２に吊り下げ、反力を確保したが、これに限定されるものではなく、背面鉄筋７とは別にアンカー部材を埋設させてそれを使って支持フレーム２に供試体３を吊り下げさせることもできる。
【００９４】
さらに、前記実施の形態では、供試体３の上面を梁部２２の下面に密着させたが、これに限定されるものではなく、供試体３の上面と梁部２２の下面とは離隔していてもよい。
【００９５】
また、前記実施の形態では、門形に形成された支持フレーム２について説明したが、これに限定されるものではなく、供試体３を吊り下げて支持できる形態であれば、脚部の数や梁部の数などは限定されない。
【００９６】
さらに、前記実施の形態では、バネ式の変位計６について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばレーザー変位計とターゲットとによって計測手段を構成してもよい。
【００９７】
また、前記実施の形態又は実施例１では、載荷棒４，４Ａの変位量を鉄筋の膨張量としたが、これに限定されるものではなく、実現象との比較により載荷棒４，４Ａの変位量にある係数を掛けた値を鉄筋の膨張量とすることもできる。
【符号の説明】
【００９８】
１ 載荷試験装置
２ 支持フレーム
２１ 脚部
２２ 梁部
３ 供試体
３ａ 下面（表面）
４，４Ａ 載荷棒
４ａ 中央部
４ｂ 端部
５ 載荷手段
５１ 油圧ジャッキ（ジャッキ部）
５２ 門形フレーム部
５２ａ アーム
５２ｂ 本体
５３ 自由回転支圧部
６ 変位計（計測手段）
７ 背面鉄筋
７１ 連結ネジ棒
８１ａ 鉛直方向鉄筋（鉄筋）
８２ａ 帯鉄筋（鉄筋）
Ｒ 鉄筋
Ｖ 膨張部
ＳＦ 表面
Ｆ 基面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリートの劣化に伴って起きる表層コンクリートの剥離や剥落などの現象を、把握するためにおこなう試験に使用される載荷試験装置及び載荷試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、時間の経過とともに鉄筋コンクリート構造物の表面に近い位置の鉄筋が腐食し、膨張することで、ひび割れが発生し、表層コンクリートに剥離又は剥落が生じることが知られている（特許文献１、２など参照）。
【０００３】
特許文献１には、セメントの水和生成物である水酸化カルシウムによって強アルカリ性を示している打設直後のコンクリートが、空気中の二酸化炭素と水との反応によって生成される炭酸によって徐々に中性化されることに着目したコンクリート中性化深さ検査装置が開示されている。
【０００４】
すなわち、水酸化物の酸化被膜によって鉄筋の表面が被覆されているときには腐食は起きないが、アルカリ性から中性に変化することで水酸化物の被膜が破壊されると、酸素と水が供給されることによって鉄筋の腐食が始まる。そこで、コンクリート表面から深部に向けての中性化深さを測定することで、鉄筋コンクリート構造物の鉄筋が腐食する状態にあるか否かを検査する。
【０００５】
また、特許文献２には、鉄筋コンクリートが老朽化して剥離や剥落が起き得る状態になった場合の補修工法について開示されている。そして、補修工法を選定するに際して、コンクリート構造物の損傷状況を的確に把握しなければならないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４５９１７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に開示されている技術は、使用中の鉄筋コンクリートに対して検査をおこない、その鉄筋コンクリートの現在の状態を把握するためのものである。
【０００８】
これに対して、鉄筋コンクリートに剥離や剥落が発生する時期が事前に的確に把握できれば、メンテナンス計画が立て易いうえに、剥落による被害も防ぐことができる。
【０００９】
そこで、本発明は、剥離や剥落が発生する時期を的確に予測することを可能にするための載荷試験装置及び載荷試験方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の載荷試験装置は、鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるための載荷試験装置であって、基面に間隔を置いて配置される複数の脚部と、それらの脚部間に横架される梁部とを有する支持フレームと、前記支持フレームの前記梁部に吊り下げられるコンクリート製の供試体の下面から所定の値だけ上方に埋設させる中央部と前記供試体の両側から突出される端部とを有する載荷棒と、前記載荷棒の端部を押し下げる載荷手段と、前記載荷棒の端部の変位を計測する計測手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記載荷棒の上方にそれと直交する方向に向けて前記供試体の内部に埋設させる背面鉄筋と、その背面鉄筋の両側と前記梁部とを繋ぐ連結部とを備えた構成にすることができる。
【００１２】
また、前記載荷手段は、前記載荷棒の両側の端部の上面に回転を拘束しない状態でそれぞれ載置させる自由回転支圧部と、それらの自由回転支圧部からそれぞれアームが上方に延伸されて前記支持フレームを跨ぐように形成される門形フレーム部と、前記門形フレーム部を押し下げ可能なジャッキ部とを備えた構成にすることができる。さらに、前記載荷棒の断面は、鉄筋が膨張した後の断面の模擬形状にすることができる。
【００１３】
また、本発明の載荷試験方法は、上記載荷試験装置を使った載荷試験方法であって、前記載荷棒と表面との距離が所定の値になるようにコンクリートを打設して供試体を製作する工程と、前記供試体の下面が試験中に前記基面に接触しない高さで前記供試体を前記支持フレームに固定する工程と、前記供試体の両側から突出された前記載荷棒の端部を前記載荷手段によって押し下げるとともに、前記計測手段によって前記端部の変位を計測する工程とを備えたことを特徴とする。ここで、前記供試体は、試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作される。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成された本発明の載荷試験装置は、支持フレームに吊り下げられるコンクリート製の供試体に中央部を埋設させる載荷棒と、その載荷棒の端部を押し下げる載荷手段と、載荷棒の変位を計測する計測手段とを備えている。
【００１５】
このため、鉄筋が腐食して膨張した際にコンクリートを内部から押し広げる現象を的確に再現させることができる。また、載荷棒の変位が鉄筋の膨張量と等しい又は比例しているとすれば、コンクリートにひび割れが起きるときの鉄筋の膨張量を知ることができる。そして、経年による鉄筋の膨張量が予測できれば、コンクリートがひび割れて剥離又は剥落が起きる時期を的確に予測することができる。
【００１６】
また、載荷棒の上方に載荷棒と略直交する方向に向けた背面鉄筋を埋設することで、背面に鉄筋が配置されている状態を忠実にモデル化することができる。そして、この背面の鉄筋による拘束の影響がある場合は、試験結果にも反映されることになる。
【００１７】
さらに、背面鉄筋と梁部とを繋ぐ連結部を設けることで、連結部を使って供試体を支持フレームに吊り下げることができる。また、載荷中の反力も、背面鉄筋と連結部とからなる支持材によって確保することができる。
【００１８】
また、載荷棒の両側の端部を、回転を拘束しない状態で加圧可能な自由回転支圧部を介して押し下げるようにすれば、載荷棒を傾かせることなく水平状態を維持したままで押し下げることができる。
【００１９】
さらに、載荷棒の断面を鉄筋が膨張した後の断面の模擬形状にすることで、応力の作用方向についても忠実に再現させることができる。
【００２０】
また、上記した載荷試験装置を使った載荷試験方法であれば、コンクリートの強度、鉄筋のかぶり厚さ又は鉄筋径を変えて多くの試験をおこなうことができ、鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を的確に把握することができる。
【００２１】
さらに、供試体を試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作することで、曲げによる影響を取り除くことができ、鉄筋の膨張に起因するひび割れの発生時期を精度良く予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の載荷試験装置の構成を示した正面図である。
【図２】本発明の実施の形態の載荷試験装置の構成を示した側面図である。
【図３】（ａ）は鉄筋コンクリート構造物としての高架橋の側面図、（ｂ）は（ａ）の範囲Ａで示した部分のコンクリート表面付近の配筋状態を示した図、（ｃ）は（ａ）の範囲Ｂで示した部分のコンクリート表面付近の配筋状態を示した図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態の載荷試験装置を使って載荷試験をおこなったときのひび割れの入り方を示した説明図、（ｂ）は供試体の下面に支点を配置した比較例のひび割れの入り方を示した説明図である。
【図５】（ａ）は断面が円形の鉄筋による応力の作用方向を示した説明図、（ｂ）は膨張した鉄筋による応力の作用方向を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の載荷試験装置１に供試体３をセットした状態を示した正面図、図２はその側面図である。
【００２４】
この載荷試験装置１は、鉄筋が錆などの腐食によって膨張したときに、鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるためにおこなわれる試験に使用される。
【００２５】
すなわち、鉄筋コンクリートで構築された構造物は、時間の経過とともに表面に近い位置の鉄筋が腐食し、膨張することで、コンクリートにひび割れが発生し、表層に近いコンクリートが剥離したり、剥落したりする。
【００２６】
図３（ａ）に示した鉄筋コンクリート構造物としての高架橋８を例に説明すると、高架橋８の壁状の高欄８１の表面近くには、図３（ｂ）に示すように、高架橋８の延伸方向に間隔を置いて配置される鉛直方向鉄筋８１ａ，・・・と、高さ方向に間隔を置いて配置される水平方向鉄筋８１ｂ，・・・とが格子状に配筋されている。
【００２７】
この図３（ｂ）に示した例では、鉛直方向鉄筋８１ａがコンクリート表面に近い側に配置され、それに直交する水平方向鉄筋８１ｂはコンクリートの内部側、言い換えると鉛直方向鉄筋８１ａの背面側に配置される。そこで、矩形一点鎖線で示したモデル化範囲Ｓ１を供試体３で模擬する。
【００２８】
一方、高架橋８の四角柱状の柱８２の表面近くには、図３（ｃ）に示すように、高さ方向に間隔を置いて配置される帯鉄筋８２ａ，・・・と、柱８２の幅方向に間隔を置いて配置される軸方向鉄筋８２ｂ，・・・とが配筋されている。
【００２９】
この図３（ｃ）に示した例では、四角柱状の柱８２の内周に沿って配筋される軸方向鉄筋８２ｂ，・・・の外側を囲むように帯鉄筋８２ａ，・・・が配筋されるので、コンクリート表面に近い側に帯鉄筋８２ａが配置され、それに直交する軸方向鉄筋８２ｂは帯鉄筋８２ａの背面側に配置されることになる。そこで、矩形一点鎖線で示したモデル化範囲Ｓ２を供試体３で模擬する。
【００３０】
図１，２に示した載荷試験装置１は、このようなモデル化範囲Ｓ１，Ｓ２を直方体に成形された供試体３の内部に再現させて載荷試験をおこなう装置である。
【００３１】
本実施の形態の載荷試験装置１は、門形に形成された支持フレーム２と、供試体３に埋設させる載荷棒４と、載荷棒４の端部を押し下げる載荷手段５と、載荷棒４の端部４ｂの変位を計測する計測手段としての変位計６とを備えている。
【００３２】
この支持フレーム２は、図１に示すように、基面Ｆに供試体３の横幅以上の間隔を置いて立てられる２本の脚部２１，２１と、それらの脚部２１，２１の上端間に横架される梁部２２とによって形成される。
【００３３】
この脚部２１，２１は、梁部２２に上縁を密着させた供試体３の下面３ａが、載荷試験中に基面Ｆに接触しない長さに形成される。すなわち供試体３は、基面Ｆから離隔した状態で支持フレーム２に吊り下げられる。
【００３４】
また、供試体３は、モデル化範囲Ｓ１，Ｓ２に打設されるコンクリートと同じ材質のコンクリートによって、図１，２に示すように、支持フレーム２内に収まる寸法の直方体に成形される。ここで、図１で見て供試体３の横方向の寸法を横幅とし、高さ方向の寸法を高さとし、図２で見て供試体３の横方向の寸法を厚さとする。
【００３５】
さらに、この供試体３の下面３ａから所定の高さだけ上方の位置に、背面鉄筋７が埋設される。この背面鉄筋７は、図３（ｂ）に示したモデル化範囲Ｓ１で言えば水平方向鉄筋８１ｂ、図３（ｃ）に示したモデル化範囲Ｓ２で言えば軸方向鉄筋８２ｂを供試体３中で模擬したものである。
【００３６】
この背面鉄筋７は、図１に示すように、供試体３の横幅方向の両縁付近まで延伸され、上方に向けて略直角に折り曲げられた部分が、連結部としての連結ネジ棒７１，７１となる。また、連結ネジ棒７１，７１の上部は、供試体３の上面から梁部２２の高さ以上の長さが突出されている。
【００３７】
この供試体３の上面から突出させた連結ネジ棒７１，７１は、梁部２２に鉛直方向に貫通された挿通孔（図示省略）に挿入され、梁部２２の上面から突出されたネジ溝にナット７１ａ，７１ａが螺入される。これによって供試体３が支持フレーム２の梁部２２に固定されることになる。
【００３８】
すなわち、この背面鉄筋７及び連結ネジ棒７１，７１は、供試体３を支持フレーム２に吊り下げるための支持材であるうえに、載荷時には載荷棒４を押し下げる力の反力材として機能することになる。よって、これらの力に耐えうるように、充分に剛性の高い材料によって、背面鉄筋７及び連結ネジ棒７１，７１を形成する。
【００３９】
また、供試体３の横幅方向の略中央の背面鉄筋７の下方には、背面鉄筋７に略直交する方向に向けて載荷棒４が埋設される。この載荷棒４は、図１，２に示すように、供試体３の下面３ａと背面鉄筋７との間のコンクリートに埋設される中央部４ａと、供試体３の厚さ方向の両側面から水平に突出される端部４ｂ，４ｂとを有している。
【００４０】
この載荷棒４は、載荷時に曲げが発生しないようにコンクリートよりも充分に大きな剛性（弾性係数）を有する材料によって成形される。例えば、円柱状の鋼棒が使用できる。
【００４１】
そして、この載荷棒４の下面と供試体３の下面３ａとの距離がかぶりになる。すなわち、モデル化したい鉄筋コンクリート構造物のかぶりの厚さに合わせて、供試体３の下面３ａから所定の値だけ上方に載荷棒４を配置すればよい。
【００４２】
この載荷試験装置１では、この載荷棒４の端部４ｂ，４ｂを載荷手段５によって押し下げ、載荷棒４を水平状態のまま供試体３の内部で下面３ａ方向に移動させることによって、鉄筋の膨張を模擬させる。
【００４３】
この載荷手段５は、載荷棒４の両側の端部４ｂ，４ｂの上面にそれぞれ載置させる自由回転支圧部５３，５３と、それらの自由回転支圧部５３，５３から上方に延伸されて支持フレーム２を跨ぐように形成される門形フレーム部５２と、この門形フレーム部５２を押し下げ可能なジャッキ部としての油圧ジャッキ５１とを備えている。
【００４４】
この自由回転支圧部５３は、図１，２に示すように円弧板状に形成されており、載荷棒４の端部４ｂの上半面に内周を接触させるだけなので、載荷棒４の周方向の拘束がなく、載荷棒４の端部４ｂには真下方向の力のみが作用する。
【００４５】
また、門形フレーム部５２は、図２に示すように、自由回転支圧部５３，５３からそれぞれ上方に延伸されるアーム５２ａ，５２ａと、アーム５２ａ，５２ａの上端間に横架される本体５２ｂとによって形成される。このアーム５２ａ，５２ａは、載荷中に本体５２ｂの下面が連結ネジ棒７１の上端面に接触しない長さに形成される。
【００４６】
さらに、油圧ジャッキ５１は、門形フレーム部５２を下方に押し下げるための加圧手段である。この油圧ジャッキ５１は、不動枠５４に取り付けられており、不動枠５４から門形フレーム部５２を押し下げるための反力を得ることができる。このような不動枠５４は、門形フレーム部５２の外周を覆うような門形形状であっても良いし、載荷試験装置１の両側に設けられた不動壁などに両端を固定するような形態であっても良い。
【００４７】
また、油圧ジャッキ５１の先端５１ａは門形フレーム部５２の本体５２ｂの上面に接合されており、門形フレーム部５２は油圧ジャッキ５１に吊り下げられた状態になる。
【００４８】
そして、油圧ジャッキ５１によって門形フレーム部５２の本体５２ｂが押し下げられると、それに接続されているアーム５２ａ，５２ａも下がり、アーム５２ａ，５２ａ下端に取り付けられた自由回転支圧部５３，５３を介して載荷棒４の端部４ｂ，４ｂに油圧ジャッキ５１の力が伝達されることになる。
【００４９】
このようにして押し下げられる載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの変位は、変位計６によって計測される。この変位計６は、バネによって伸縮する伸縮部６ａの押し下げ量を変位として計測する。また、この変位計６は、端部４ｂの変位が計測できる位置に配置させるために、例えば図１，２に示すように基面Ｆに設置された架台６１上に載置される。
【００５０】
次に、本実施の形態の載荷試験装置１を使った載荷試験方法について説明する。
【００５１】
まず、鉄筋の膨張によって鉄筋コンクリートの表面にひび割れが発生する現象を再現させたい鉄筋コンクリート構造物に使用するコンクリートを使って、供試体３を製作する。
【００５２】
この供試体３には、実際の鉄筋コンクリート構造物のかぶりの厚さに合わせて、下面３ａとなる表面からそのかぶりの厚さだけ上方の位置に載荷棒４を埋設する。また、背面側に配置される鉄筋の位置に合わせて載荷棒４の背面側に背面鉄筋７を配置する。
【００５３】
例えば、図３（ｂ）に示したモデル化範囲Ｓ１で言えば、鉛直方向鉄筋８１ａが載荷棒４で模擬され、水平方向鉄筋８１ｂが背面鉄筋７で模擬されることになる。また、図３（ｃ）に示したモデル化範囲Ｓ２で言えば、帯鉄筋８２ａが載荷棒４で模擬され、軸方向鉄筋８２ｂが背面鉄筋７で模擬されることになる。
【００５４】
ここで、この供試体３は、所定のコンクリート強度が発現するまで養生される。そして、載荷試験がおこなえる状態になった供試体３を載荷試験装置１にセットする。
【００５５】
この供試体３をセットする際には、供試体３を支持フレーム２の梁部２２の下方に移動させ、供試体３の上面から突出された連結ネジ棒７１，７１を、梁部２２の挿通孔（図示省略）に下から通し、梁部２２の上方に突出した連結ネジ棒７１，７１にナット７１ａ，７１ａを螺入して締め付ける。
【００５６】
このナット７１ａ，７１ａの締め付けによって、供試体３の上面は梁部２２の下面に密着し、支持フレーム２に固定される。また、図１に示すように、供試体３の下面３ａは基面Ｆから離隔しており、供試体３は支持フレーム２に吊り下げられた状態になる。
【００５７】
このようにして支持フレーム２に固定された供試体３の厚さ方向の両側からは載荷棒４の端部４ｂ，４ｂが突出しており、図２に示すように支持フレーム２の上方から吊り下げられた門形フレーム部５２の下端の自由回転支圧部５３，５３を端部４ｂ，４ｂの上に載せる。
【００５８】
この門形フレーム部５２は、不動枠５４に固定された油圧ジャッキ５１の先端５１ａに接続されて支持されており、油圧ジャッキ５１を伸長させることで、門形フレーム部５２を押し下げることができる。なお、必要に応じて、門形フレーム部５２を真っ直ぐに押し下げるためのガイドレールをアーム５２ａ，５２ａに沿って設けることもできる。
【００５９】
また、載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの下方には架台６１，６１をそれぞれ設置し、それらの架台６１，６１の上に変位計６，６を載せ、伸縮部６ａ，６ａの上端面が載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの下面に当接するように架台６１，６１の高さなどを調整する。
【００６０】
以上のようにして供試体３を載荷試験装置１にセットした後に、載荷手段５による載荷を開始する。この載荷は、静的載荷に相当するものとし、例えば油圧ジャッキ５１による載荷速度が10-4 mm／sec程度となる載荷をおこなう。
【００６１】
また、載荷中は、変位計６，６によって載荷棒４の端部４ｂ，４ｂの変位量（押し下げられた量）を測定する。両方の端部４ｂ，４ｂにそれぞれ設置された２つの変位計６，６の計測結果は、平均してその値を鉄筋の膨張量とする。
【００６２】
このようにして載荷棒４を押し下げ続けると、ある時点で図４（ａ）に示すように、載荷棒４から斜め下方に向けてひび割れＣ１，Ｃ２が発生する。このひび割れＣ１，Ｃ２が、鉄筋（載荷棒４）が膨張した際に、表面（下面３ａ）近くのコンクリートに生じる剥離ひび割れといえる。
【００６３】
なお、図４（ｂ）に示した比較例は、供試体３の下面３ａを支点９，９で支持させたものである。このように支点９，９で支持させてしまうと、載荷棒４から支点９，９に向けて圧縮ストラットＤ，Ｄが形成され、それに沿ったひび割れＣ３，Ｃ４が発生することになる。しかしながら、実際のコンクリート表面には支点９，９に相当するものはなく、このようなひび割れＣ３，Ｃ４は実際の剥離ひび割れを再現したものとは言い難い。
【００６４】
次に、本実施の形態の載荷試験装置１及びそれを使った載荷試験方法の作用について説明する。
【００６５】
このように構成された本実施の形態の載荷試験装置１は、支持フレーム２に吊り下げられるコンクリート製の供試体３に中央部４ａを埋設させる載荷棒４と、その載荷棒４の端部４ｂ，４ｂを押し下げる載荷手段５と、載荷棒４の変位を計測する変位計６とを備えている。
【００６６】
このため、鉄筋が腐食して膨張した際にコンクリートを内部から押し広げる現象を的確に再現させることができる。また、載荷棒４の変位が鉄筋の膨張量と等しい又は比例しているとすれば、コンクリートにひび割れが起きるときの鉄筋の膨張量を知ることができる。
【００６７】
すなわち、変位計６によって計測されたひび割れＣ１，Ｃ２が発生した時点の変位が、剥離ひび割れが起きるときの鉄筋の膨張量であるいえる。そして、経年による鉄筋の膨張量は公知の手段によって予測ができるので、膨張量から期間を逆算することによって、コンクリートがひび割れて剥離又は剥落が起きる時期を的確に予測することができる。
【００６８】
また、鉄筋の膨張量を一律な変位として把握することができれば、非線形ＦＥＭ（有限要素法）解析などによる解析的検討と実験結果との比較を容易におこなうことができる。
【００６９】
また、載荷棒４の上方に載荷棒４と略直交する方向に向けた背面鉄筋７を埋設することで、背面に鉄筋が配置されている状態（図３のモデル化範囲Ｓ１，Ｓ２）を忠実にモデル化することができる。
【００７０】
さらに、この背面の鉄筋の有無と剥離ひび割れの発生との因果関係が明らかでなくても、実際の状態を模擬した供試体３を製作することによって、実際の現象に即した試験をおこなうことができる。
【００７１】
また、背面の鉄筋を模擬した背面鉄筋７の両側を折り曲げて連結ネジ棒７１，７１を形成することで、供試体３を支持フレーム２に吊り下げることができるうえに、載荷棒４の押し下げに対する反力も確保することができる。
【００７２】
さらに、載荷棒４の両側の端部４ｂ，４ｂを、回転を拘束しない状態で加圧可能な自由回転支圧部５３，５３を介して押し下げるようにすれば、載荷棒４の一方の端部４ｂが先行して押し下げられて載荷棒４が傾いてしまうようなことが起きず、水平状態を維持したままで載荷棒４を押し下げることができる。
【００７３】
また、本実施の形態の載荷試験装置１を使った載荷試験方法であれば、コンクリートの強度、鉄筋のかぶり厚さ又は鉄筋径を変えて多くの試験をおこなうことができる。例えば、コンクリートの強度や鉄筋のかぶり厚さを決める際に、この載荷試験結果と所望する耐久期間とに応じて、コンクリートの強度や鉄筋のかぶり厚さを設定することができる。
【実施例１】
【００７４】
以下、前記した実施の形態で説明した載荷試験装置１とは別の形態の載荷試験装置について、図５を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００７５】
前記実施の形態で説明した載荷棒４は、図５（ａ）に示した鉄筋Ｒのように断面視円形に成形されたものであったが、実際にコンクリートＣｎの中に埋設された鉄筋Ｒは、図５（ｂ）に示すように表面ＳＦに近い部分が先行して腐食し、錆による膨張部Ｖは表面ＳＦ側に形成される。
【００７６】
すなわち、鉄筋Ｒの錆は、コンクリートの表面ＳＦからの劣化因子の浸入やかぶりコンクリートの劣化により発生するので、表面ＳＦに近い部分に先に錆が生じると考えられる。
【００７７】
一方、前記実施の形態で説明した載荷試験では、断面視円形の載荷棒４を真下に押し下げるため、図５（ａ）の矢印で示すように載荷棒４から真下のコンクリートＣｎに応力が伝達される。
【００７８】
これに対して実施例１の載荷棒４Ａは、図５（ｂ）に示すように膨張部Ｖの形状を考慮して、鉄筋Ｒと膨張部Ｖとからなる断面を模擬した断面形状となっている。
【００７９】
そして、このような載荷棒４Ａを真下に押し下げると、図５（ａ）の載荷棒４とは違って、図５（ｂ）の矢印で示すように載荷棒４Ａを中心に広がって下方周辺のコンクリートＣｎに応力が伝達される。
【００８０】
ここで、この実施例１の載荷棒４Ａで模擬するのは、応力の伝達方向（作用方向）を再現するための膨張部Ｖの形状であり、膨張量はあくまで載荷棒４Ａを押し下げた量になる。このため、例えば鉄筋Ｒの膨張後の形状を模擬した載荷棒４Ａの直径は、膨張前の鉄筋Ｒの直径と等しくする。
【００８１】
このような応力の伝達される方向の相違によって、ひび割れが発生するまでの載荷棒４，４Ａの変位量に差が出るのであれば、載荷棒４Ａの断面を鉄筋Ｒが膨張した後の断面の模擬形状にすることによって、剥離ひび割れが発生する際の現象を忠実に再現できているといえる。
【００８２】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
【実施例２】
【００８３】
以下、前記した実施の形態で説明した供試体３の寸法を決定する方法について説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００８４】
前記した載荷試験装置１を使った載荷試験方法は、コンクリート内部で載荷棒４，４Ａを押し抜く載荷方法であり、供試体３全体に曲げが作用することが考えられる。他方、実際に発生する剥離ひび割れは、曲げによるものではないため、剥離ひび割れが発生する前に曲げひび割れが発生しないように供試体３の寸法を設定しなければならない。
【００８５】
そこで、曲げひび割れ発生時の載荷荷重PMと剥離ひび割れ発生時の載荷荷重PHを算出し、PM≧PHとなるように供試体３の寸法を設定する。
【００８６】
ここで、PHはかぶりｃの増加関数となるため、かぶりｃ＝30mmとしてPHを算出した。また、PMがPHの1.2倍程度になるように余裕を見込んだ寸法を設定した。なお、供試体３の横幅方向の側面から連結ネジ棒７１までのかぶりは、付着ひび割れの発生を防止するために25 mmとした。
【００８７】
そして、横幅L＝200 mm、厚さb＝50 mm、高さh＝100 mm、連結ネジ棒７１，７１間隔（横幅方向の芯間隔）150 mmとした供試体３の寸法について計算すると、PM＝1850Ｎ、PH＝1561Ｎとなり、PM≧PHとなっていることが確認できた。
【００８８】
このように供試体３を試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作することで、曲げによる影響を取り除くことができ、鉄筋の膨張に起因するひび割れの発生時期を精度良く予測することができる。
【００８９】
また、このような供試体寸法であれば、載荷試験装置１を大型化させなくても良い。さらに、供試体寸法を抑えることができれば、コンクリートの強度、かぶり厚さ又は鉄筋径などのパラメータを変えた多くの試験を容易におこなうことができる。
【００９０】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は実施例１と略同様であるので説明を省略する。
【００９１】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００９２】
例えば、前記実施の形態では、一本の鉄筋を折り曲げて背面鉄筋７と連結ネジ棒７１，７１とを形成したが、これに限定されるものではなく、供試体３の両縁付近まで延伸された背面鉄筋の両端に、鉛直方向に向けて埋設される連結部としての連結ネジ棒の下端をそれぞれ接合させる構成であってもよい。また、この場合は、背面鉄筋の端部ではなく、途中の上面に連結ネジ棒の下端を接合させることもできる。
【００９３】
また、前記実施の形態では、背面鉄筋７とそれに連続する連結ネジ棒７１，７１とによる支持材によって供試体３を支持フレーム２に吊り下げ、反力を確保したが、これに限定されるものではなく、背面鉄筋７とは別にアンカー部材を埋設させてそれを使って支持フレーム２に供試体３を吊り下げさせることもできる。
【００９４】
さらに、前記実施の形態では、供試体３の上面を梁部２２の下面に密着させたが、これに限定されるものではなく、供試体３の上面と梁部２２の下面とは離隔していてもよい。
【００９５】
また、前記実施の形態では、門形に形成された支持フレーム２について説明したが、これに限定されるものではなく、供試体３を吊り下げて支持できる形態であれば、脚部の数や梁部の数などは限定されない。
【００９６】
さらに、前記実施の形態では、バネ式の変位計６について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばレーザー変位計とターゲットとによって計測手段を構成してもよい。
【００９７】
また、前記実施の形態又は実施例１では、載荷棒４，４Ａの変位量を鉄筋の膨張量としたが、これに限定されるものではなく、実現象との比較により載荷棒４，４Ａの変位量にある係数を掛けた値を鉄筋の膨張量とすることもできる。
【符号の説明】
【００９８】
１ 載荷試験装置
２ 支持フレーム
２１ 脚部
２２ 梁部
３ 供試体
３ａ 下面（表面）
４，４Ａ 載荷棒
４ａ 中央部
４ｂ 端部
５ 載荷手段
５１ 油圧ジャッキ（ジャッキ部）
５２ 門形フレーム部
５２ａ アーム
５２ｂ 本体
５３ 自由回転支圧部
６ 変位計（計測手段）
７ 背面鉄筋
７１ 連結ネジ棒
８１ａ 鉛直方向鉄筋（鉄筋）
８２ａ 帯鉄筋（鉄筋）
Ｒ 鉄筋
Ｖ 膨張部
ＳＦ 表面
Ｆ 基面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるための載荷試験装置であって、
基面に間隔を置いて配置される複数の脚部と、それらの脚部間に横架される梁部とを有する支持フレームと、
前記支持フレームの前記梁部に吊り下げられるコンクリート製の供試体の下面から所定の値だけ上方に埋設させる中央部と前記供試体の両側から突出される端部とを有する載荷棒と、
前記載荷棒の端部を押し下げる載荷手段と、
前記載荷棒の端部の変位を計測する計測手段とを備えたことを特徴とする載荷試験装置。
【請求項２】
前記載荷棒の上方にそれと略直交する方向に向けて前記供試体の内部に埋設させる背面鉄筋と、その背面鉄筋の両側と前記梁部とを繋ぐ連結部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の載荷試験装置。
【請求項３】
前記載荷手段は、前記載荷棒の両側の端部の上面に回転を拘束しない状態でそれぞれ載置させる自由回転支圧部と、それらの自由回転支圧部からそれぞれアームが上方に延伸されて前記支持フレームを跨ぐように形成される門形フレーム部と、前記門形フレーム部を押し下げ可能なジャッキ部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の載荷試験装置。
【請求項４】
前記載荷棒の断面は、鉄筋が膨張した後の断面の模擬形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の載荷試験装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の載荷試験装置を使った載荷試験方法であって、
前記載荷棒と表面との距離が所定の値になるようにコンクリートを打設して供試体を製作する工程と、
前記供試体の下面が試験中に前記基面に接触しない高さで前記供試体を前記支持フレームに固定する工程と、
前記供試体の両側から突出された前記載荷棒の端部を前記載荷手段によって押し下げるとともに、前記計測手段によって前記端部の変位を計測する工程とを備えたことを特徴とする載荷試験方法。
【請求項６】
前記供試体は、試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作されることを特徴とする請求項５に記載の載荷試験方法。
【請求項１】
鉄筋の膨張が鉄筋コンクリートの表面に生じさせる現象を捉えるための載荷試験装置であって、
基面に間隔を置いて配置される複数の脚部と、それらの脚部間に横架される梁部とを有する支持フレームと、
前記支持フレームの前記梁部に吊り下げられるコンクリート製の供試体の下面から所定の値だけ上方に埋設させる中央部と前記供試体の両側から突出される端部とを有する載荷棒と、
前記載荷棒の端部を押し下げる載荷手段と、
前記載荷棒の端部の変位を計測する計測手段とを備えたことを特徴とする載荷試験装置。
【請求項２】
前記載荷棒の上方にそれと略直交する方向に向けて前記供試体の内部に埋設させる背面鉄筋と、その背面鉄筋の両側と前記梁部とを繋ぐ連結部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の載荷試験装置。
【請求項３】
前記載荷手段は、前記載荷棒の両側の端部の上面に回転を拘束しない状態でそれぞれ載置させる自由回転支圧部と、それらの自由回転支圧部からそれぞれアームが上方に延伸されて前記支持フレームを跨ぐように形成される門形フレーム部と、前記門形フレーム部を押し下げ可能なジャッキ部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の載荷試験装置。
【請求項４】
前記載荷棒の断面は、鉄筋が膨張した後の断面の模擬形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の載荷試験装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の載荷試験装置を使った載荷試験方法であって、
前記載荷棒と表面との距離が所定の値になるようにコンクリートを打設して供試体を製作する工程と、
前記供試体の下面が試験中に前記基面に接触しない高さで前記供試体を前記支持フレームに固定する工程と、
前記供試体の両側から突出された前記載荷棒の端部を前記載荷手段によって押し下げるとともに、前記計測手段によって前記端部の変位を計測する工程とを備えたことを特徴とする載荷試験方法。
【請求項６】
前記供試体は、試験中に曲げひび割れが発生しない形状に製作されることを特徴とする請求項５に記載の載荷試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７２９７５（Ｐ２０１２−１７２９７５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１７７３（Ｐ２０１１−３１７７３）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
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