(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリートの鉄筋膨張の影響をコンクリート内部や表面に伝えて、鉄筋の腐食膨張を再現する載荷試験装置であって、
先端が角錐状の押し込み部と、
いくつかの、前記押し込み部の先端の角錐部分の角度と同じ角度のクサビ型の膨張部と、
前記押し込み部の先端を差し込むことができる程度の穴のあいたガイド部と、
前記押し込み部を押し込む載荷手段と、
前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込む荷重を鉄筋の膨張力として計測する荷重計測手段と、
前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込み量を計測する変位計測手段と、
を備えたことを特徴とする鉄筋膨張模擬載荷試験装置。
【請求項２】
鉄筋コンクリートの鉄筋膨張の影響をコンクリート内部や表面に伝えて、鉄筋の腐食膨張を再現する載荷試験装置であって、
先端が円錐形状の押し込み部と、
いくつかの、前記押し込み部の先端の円錐部分の角度と同じ角度のクサビ型の膨張部と、
前記押し込み部の先端を差し込むことができる程度の穴のあいたガイド部と、
前記押し込み部を押し込む載荷手段と、
前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込む荷重を鉄筋の膨張力として計測する荷重計測手段と、
前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込み量を計測する変位計測手段と、
を備えたことを特徴とする鉄筋膨張模擬載荷試験装置。
【請求項３】
前記押し込み部及び膨張部に、膨張部分の動作を一方向にするための溝、レール又はねじ切りをさらに備えたこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の鉄筋膨張模擬載荷試験装置。
【請求項４】
前記膨張部が、鉄筋腐食膨張を模擬しようとする位置となるように調節するための位置調節用スペーサーをさらに備えたこと、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の鉄筋膨張模擬載荷試験装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の鉄筋膨張模擬載荷試験装置を用いた載荷試験方法であって、
前記押し込み部、前記膨張部及び前記ガイド部を挿入できて、それらの外周が接する程度の円柱状の穴が空いたコンクリートを打設して、供試体を作製する工程と、
前記膨張部を、鉄筋腐食膨張を模擬しようとする位置となるように調節する工程と、
前記押し込み部で、前記膨張部に接しない方の端を、前記載荷装置で押し込む工程と、
前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込む荷重を鉄筋の膨張力として計測する工程と、
前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込み量を計測する工程と、
を備えたことを特徴とする載荷試験方法。
【請求項６】
コンクリート内部や表面に、はく離やはく落を防止する工法を施工して、前記はく離やはく落を防止する工法の試験を行うこと、
を特徴とする請求項５に記載の載荷試験方法。
【請求項７】
コンクリート供試体を円筒状に作製して、前記膨張部が前記円筒状の中心位置となるように調整して膨張させて、コンクリートの引張応力の試験を行うこと、
を特徴とする請求項５に記載の載荷試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物の鉄筋腐食膨張がコンクリート内部や表面に影響することによって、はく離やはく落が起こる現象を、鉄筋腐食膨張の模擬を行うことで、容易かつ精度よく実験的に把握するための、鉄筋膨張模擬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】
適切な設計・施工・維持管理が行われた鉄筋コンクリートは、長期に渡りその形状を維持し、機能が保持されるものである。
【０００３】
しかし、不適切な設計・施工や設計荷重を上回るような使用、地震、アルカリシリカ反応によるコンクリート膨張等により、コンクリートにひび割れが生じると、コンクリート内部に、塩化物イオン、酸素、水、その他コンクリートに好ましくない物質が侵入する。
【０００４】
そして、アルカリ性に保たれて安定するはずの鉄筋コンクリート内部で、鉄筋の不動態被膜が破壊される。鉄筋は、腐食により膨張して、ひび割れがさらに進行していくという悪循環に陥り、コンクリート表面のはく離やはく落が起こる。
【０００５】
そのため、コンクリートはく離やはく落のメカニズムの解明、はく離やはく落を未然に防ぐ対策の研究は、喫緊の課題である。
【０００６】
それらの研究を行うため、コンクリート内部で装置を膨張させることによって物性値を得る方法や、コンクリート内部で鉄筋膨張を模擬しようとする方法について提案されている(特許文献１〜２、非特許文献１)。
【０００７】
特許文献１には、鉄筋コンクリートを削孔して、その孔内に、油圧により加圧できる載荷試験装置を挿入して、孔径方向のコンクリートの変位を測定する装置及び方法について開示されている。
【０００８】
特許文献２には、鉄筋コンクリート内の鉄筋を、鉄筋の軸に垂直方向に、はく離面と反対の方向から鉄筋を押し出す構造により、鉄筋膨張を模擬する装置及び方法について開示されている。
【０００９】
非特許文献１には、円柱空洞を設けた鉄筋コンクリートに、円柱状の弾性体ゴムを挿入して、その弾性体ゴムを挿入方向に変形させることで、孔径方向に変位させて、鉄筋膨張を模擬する装置及び方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４３５８７２８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７２９７５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】高谷ら：「弾性体を用いた鉄筋腐食膨張圧モデル化の実証的検証」、土木学会第５９回年次学術講演会講演概要集、ｐｐ５４７、２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１では、油圧により加圧させて孔径を測定するには、装置の組み込みのために、ある程度の大きさの孔径が必要である。また、油圧装置のため、設備全体が大がかりとなる、という課題がある。
【００１３】
特許文献２では、膨張の方向が一方向のために、必ずしも実際の腐食膨張を再現できていない。また、特殊な組み方の設備であるため、設備全体が大がかりとなり、汎用性が高くない、という課題がある。
【００１４】
非特許文献１では、孔径方向の膨張量と孔径方向に広がろうとする力を、膨張部分の弾性体ゴムを完全な弾性体とみなして換算して算出する必要があるため、データの正確性に欠ける、という課題がある。 
【００１５】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、鉄筋コンクリートのはく落やはく落のメカニズムの解明、はく落やはく落を未然に防ぐ対策の研究を、正確かつ容易に行うことを可能にするための、鉄筋膨張模擬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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の鉄筋膨張模擬載荷試験装置は、鉄筋コンクリートの鉄筋膨張の影響をコンクリート内部や表面に伝えて、鉄筋の腐食膨張の模擬を可能とする載荷試験装置であって、先端が角錐状の押し込み部と、いくつかの、前記押し込み部の先端の角錐部分の角度と同じ角度のクサビ型の膨張部と、前記押し込み部の先端を差し込むことができる程度の穴のあいたガイド部と、前記押し込み部を押し込む載荷手段と、前記押し込み部を押し込んでいる最中に、前記押し込み部の変位量を計測する変位計測手段と、前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込む荷重を計測する荷重計測手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、前記押し込み部の先端が円錐形状であることができる。
【００１８】
また、前記押し込み部及び膨張部に、膨張部分の動作を一方向にするための溝、レール又はねじ切りをさらに備えた構成にすることができる。
【００１９】
また、前記膨張部が、鉄筋腐食膨張を模擬しようとする位置となるように調節するための位置調節用スペーサーをさらに備えた構成にすることができる。
【００２０】
また、本発明の載荷試験方法は、前記押し込み部、前記膨張部及び前記ガイド部を挿入できて、それらの外周が接する程度の円柱状の穴が空いたコンクリートを打設して、あるいは打設後にその円柱状の穴を空けて、供試体を製作する工程と、前記膨張部を、鉄筋腐食膨張を模擬しようとする位置となるように調節する工程と、前記押し込み部で、前記膨張部に接しない方の端を、前記載荷装置で押し込む工程と、前記押し込み部を押し込んでいる最中に、その押し込む荷重を計測する荷重計測手段と、その押し込み量を計測する工程を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記載荷試験方法は、コンクリート内部や表面に、はく離やはく落を防止する工法を施工して、その工法の試験を行うことができる。
【００２２】
また、前記載荷試験方法は、コンクリートを円筒状に作製して、前記膨張部が前記円筒状の中心位置となるように調整して膨張させて、コンクリートの引張応力の試験を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、長さや径が異なる膨張部を簡易に作製することが可能であるため、多種多様な試験方法が可能である。
【００２４】
また、押し込み部を押し込むことができる装置さえあればどこの実験室でも試験可能であるので、汎用性に非常に優れている。
【００２５】
さらに、従来技術と比較して、膨張部分の半径変化量と、押し込み力を変換した鉄筋の膨張力が容易かつ精度よく算出できるという優れた点がある。
【００２６】
そのため、鉄筋コンクリートの鉄筋膨張の影響をコンクリート内部や表面に伝えて、鉄筋の腐食膨張の模擬が可能となり、コンクリートのはく離やはく落のメカニズムの解明や、はく離やはく落時期の予測に向けての研究が容易となる。 
【００２７】
また、コンクリート内部や表面に、はく離やはく落を防止する工法を施工して、その工法の試験を容易に行うことができるので、はく離やはく落を未然に防ぐ技術の試験方法となることができる。
【００２８】
他の効果として、コンクリートを円筒状に作製して、円筒の直径と比較して、円筒の厚さを十分に小さくした供試体と、円筒の内側に接する程度の適切な前記押し込み部、膨張部、ガイド部を利用すると、引張応力以外を無視することができて、円筒状のコンクリートには引張応力のみが作用するとみなすことができるので、コンクリートの引張応力の試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明実施例のコンクリートはく離模擬試験の構成を示した正面図である。
【図２】本発明実施例のコンクリートはく離模擬試験の構成を示した側面図である。
【図３】膨張部を模式的に示した図である。
【図４】図１のコンクリート表面にはく離に抵抗する表面保護工法を追加した正面図である。
【図５】図２のコンクリート表面にはく離に抵抗する表面保護工法を追加した側面図である。
【図６】本発明実施例のコンクリート引張試験を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、実施例１の形態の正面図、図２は、その側面図である。
【００３２】
実施例１は、鉄筋コンクリートの表面にはく離を生じさせることができる模擬試験である。
【００３３】
押し込み部１、膨張部２及びガイド部３を挿入できて、それらの外周が接する程度の円柱状の穴が空いたコンクリートであって、適所に鉄筋６を配置したコンクリートを打設して、鉄筋コンクリートの供試体５を製作して、底面１０に設置する。
【００３４】
鉄筋コンクリートの供試体５に、膨張部２が鉄筋腐食膨張を模擬しようとする位置となるように調節したスペーサー４と、ガイド部３、膨張部２、押し込み部１を挿入する。
【００３５】
必要に応じて、荷重計８、鉛直変位計９をセットして、載荷装置７で載荷を行う。
【００３６】
図３は、膨張部２を模式的に示した図である。
【００３７】
実施例１では、押し込み部１の勾配部分は正四角錐台として、勾配角を３度とした。
【００３８】
非常にゆっくりと載荷する場合、押し込み部１と膨張部２、膨張部２とガイド部３の摩擦力を無視することができて、押し込み力に対して、膨張部２を約２０倍の力で膨張させることができる。
【００３９】
膨張部分の動作を一方向にするために、押し込み部１及び膨張部２に、溝、レール又はねじ切りを設けることができる。
【００４０】
また、押し込み部１の先端を円錐形状にすることができる。
【００４１】
押し込み部１を載荷すると、膨張部２はガイド部３の上端で力の向きを変えて、押し込み方向に対して直角に広がり、周囲のコンクリートを押し広げていく。
【００４２】
周りのコンクリートが鉄筋膨張に耐えられなくなる、ある段階を過ぎると、内部からコンクリートにひび割れが生じ始めて、やがて、コンクリート表面にひび割れが表れて、はく離に至る。
【００４３】
このように、押し込み力を変換した鉄筋の膨張力と、鉄筋の膨張量の関係が正確に把握できて、さらに、コンクリートにひび割れが生じ始める時期やはく離に至る時期との関係を把握することができる。 
【００４４】
そこで、鉄筋の腐食量と腐食速度を予測できれば、コンクリート表面にひび割れが入り始めて、はく離に至る時期を精度よく予測することができる。
【００４５】
また、コンクリート表面のひび割れ状態から、鉄筋の腐食量を予測できて、さらに腐食速度を予測できれば、そこから、はく離に至る時期を精度よく予測することができる。
【００４６】
加えて、鉄筋の膨張の各段階で、コンクリート内部のひび割れ進展の過程を把握することができれば、コンクリートがはく離やはく落に至るメカニズム解明に向けた研究を大きく前進させることが期待できる。
【実施例２】
【００４７】
図４は、実施例２の形態の正面図、図５は、その側面図である。
【００４８】
実施例２は、実施例１の形態に加えて、コンクリート表面にはく離やはく落を防止する表面保護工法を適用することで、表面保護工法の性質や性能を検査可能な試験方法である。
【００４９】
鉄筋コンクリートの供試体５のはく離を生じさせる面に、はく離に抵抗する表面保護工１１を適用する。
【００５０】
表面保護工を適用した場合と、表面保護工を未適用の場合とのデータの比較、あるいは、他の表面保護工とのデータの比較を行うことで、表面保護工の性質や効果の評価が可能となる。
【実施例３】
【００５１】
図６は、実施例３のコンクリート引張試験を模式的に示した断面図である。
【００５２】
実施例３は、コンクリートの供試体５を円筒状に作製して、膨張部２が円筒の中心となるように設置して載荷を行い、コンクリートの引張応力を行う試験である。
【００５３】
円筒の直径と比較して円筒の厚さを十分に小さくしたコンクリートの円筒状の供試体５を作製して、その内径に合わせた押し込み部１、膨張部２、ガイド部３を作製して設置して、載荷を行う。
【００５４】
円筒の直径と比較して円筒の厚さが十分に小さい場合は、薄肉円筒とみなすことができて、コンクリートには円周方向の引張応力のみが作用するとみなすことができるので、コンクリートの引張応力の試験を行うことができる。
【００５５】
以上、実施例を記述してきたが、現在や今後の土木建築分野におけるコンクリートに代わる新材料の開発も見据えて、本発明が対象とする試験材料は、鉄筋コンクリートに限らず、広く土木建築材料一般に対して、鉄筋膨張を模擬した載荷試験を行うことができるので、これも本発明に含まれる。
【００５６】
ただし、その場合は、押し込み部、膨張部及びガイド部の材料が、試験の対象とする供試体の材料よりも十分硬い場合において可能となる、 
【００５７】
また、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、当分野において通常の知識を有する者により可能な実施形態の変更は、本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１            押し込み部
２            膨張部
３            ガイド部
４            スペーサー
５            供試体
６            鉄筋
７            載荷装置
８            荷重計
９            鉛直変位計
１０            底面
１１            はく離に抵抗する表面保護工
【図１】
0005950283.tif 000002
【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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