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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
説明

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

【課題】 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及びその装置を提供する。
【解決手段】 RC構造物の劣化モニタリング方法において、RC構造物(港湾構造物)1の表面に配置されるひずみゲージ6,7とこのひずみゲージ6,7に接続されるデータロガーとにより、RC構造物の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する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−240481号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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することを特徴とする。
【0008】
〔2〕上記〔1〕記載の鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法において、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。
〔3〕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、前記RC構造物の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することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
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。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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する。
【実施例】
【0012】
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柱の表面に配置されたひずみゲージである。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
(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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【産業上の利用可能性】
【0026】
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。
【符号の説明】
【0027】
1,10,21 RC構造物(港湾構造物)
2 地盤
3 RCスラブ
4 RC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
23 RC構造物の表面
25 データロガー
26 モニタリング装置
30 RC梁供試体
39 3%NaCl水溶液

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
請求項1記載の鉄筋腐食によるRC構造物の劣化モニタリング方法において、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。
【請求項3】
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、前記RC構造物の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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−96720(P2013−96720A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−236977(P2011−236977)
【出願日】平成23年10月28日(2011.10.28)
【出願人】(000173784)公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Fターム(参考)】