名古屋大学 材料形態学グループ コンクリート研究室

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研究内容

研究室のメイントピック

「コンクリート構造物のライフサイクルにおける損傷、劣化予測、保有性能の定量的評価、スキーム、ツールの構築」

背景

 高度経済成長期に大量に建設されたコンクリート構造物の寿命が刻々と近づいている中、我々コンクリートに携わる技術者には何ができるのでしょうか...

 コンクリート構造物といった国民の生活に密接に関わっている社会基盤施設の補修や更新を行う上で重要なことは、いつ手を打つべきかということです。種々の環境因子により劣化するコンクリート構造物の性能変化をどのように評価・予測するのかということが、近年非常に重要視されています。

 コンクリート構造物の維持管理の必要性は周知の通りですが、コンクリートの劣化の度合いに対してコンクリート構造物の性能がどのように変化しているのかということが判然としていないことが現状です。例えば、塩害や中性化により生じる鉄筋腐食では、発錆時期・腐食に伴う膨張ひび割れの発生時期、構造物に要求されている性能を下回る時期といったものを、正確に予測することが難しいということです。これは、コンクリート構造物がセメント+水+砂+砂利+補強材(鉄筋やFRPなど)から成る複合材料であることや巨大な物量を有することなどに起因します。

研究内容

 ここで、どのようにコンクリート構造物という複合材料の構造性能を評価するのか、特に、劣化した場合はどのように評価するのか、ということが問題です。これが我々の研究室が一丸となって取り組んでいる課題になります。 具体的には、「塩害や火害による構造性能の変化を予測可能な解析的手法の確立」を目指しています。これには、1.構造性能の評価と2.劣化現象の評価を同時に行うことが必要です。

1.構造性能の評価

 一般に、コンクリート構造物の構造性能を評価する場合、構造解析を用います。これは、橋梁やダムなどの巨大なコンクリート構造物を実験的に壊して、その耐力を求めることが実際に不可能であるからです。一言で構造解析といっても様々なモデルが提案されています。本研究室では、RBSM(=Rigid Body Spring Model)という要素間の不連続な挙動(ひび割れ)を表現することに適した構造解析手法を主に扱っています。

2.劣化現象の評価

 本研究室で主に対象としているのは、塩害による鉄筋腐食と火害です。塩害は、外環境から塩化物イオンが浸透することで鉄筋近傍の不動態被膜が破壊されて腐食生成物が析出し、その膨張圧によってひび割れが発生して構造性能を著しく低下させる現象です。また、火害は、コンクリート構造物が外部から熱せられてコンクリート自体が劣化すること、コンクリート中の水蒸気圧の上昇により比較的表面が剥離してしまうという爆裂現象が生じること、鉄筋とコンクリートとの熱膨張の差により鉄筋とコンクリートの界面にひび割れが生じて構造性能を著しく低下させるなどの現象です。これらの劣化現象は、物質移動(イオンの移動論や熱伝導論)によって時空間的に予測する手法が知られています。本研究室では、独自にトラスモデルという物質移動解析を可能にする手法を有しています。これは、ひび割れと物質移動を同時に評価可能なモデルであり、構造解析との連成を図る際に大きなメリットを持っています。


構造解析と劣化シミュレーションの統合

 これらの構造解析と劣化シミュレーションを組み合わせて劣化現象とそれに伴う破壊を表現することで、時空間的に構造性能の推移を予測・評価する手法の構築を目指しています。

 鉄筋腐食や火害の他にも、色々な外力・環境因子を想定した研究に取り組んでいます。以下に、本研究室で行っている研究の大枠をまとめます。

  1. 鉄筋腐食によって発生するひび割れ性状の数値解析的研究
  2. 火害を受けた鉄筋コンクリートの爆裂挙動およびひび割れの進展性状の数値解析的研究
  3. 正負交番載荷を受けるRC部材の内部ひび割れ性状に関する研究
  4. コンクリート構造物の時間依存変形挙動の非線形3次元有限要素解析
  5. 不静定構造物の耐震性能照査
  6. 既存不適格鉄筋コンクリート構造物の挙動に関する数値解析的研究

質問などがございましたら、以下にご連絡いただければと思います。
連絡先:三浦泰人