(57)【要約】【課題】ひび割れ発生時の腐食量を簡易に求めることができ、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、ひび割れ発生時の腐食量を容易に求めることが可能な鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置を提供する。【解決手段】鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施すると共に、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させたときの鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基にひび割れ発生時の腐食量を演算し、得られたひび割れ発生時の腐食量と、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する。【選択図】図５
2011043352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法であって、
前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算し、
得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測することを特徴とする鉄筋コンクリートの寿命評価方法。
【請求項２】
前記ひび割れ発生時の腐食量の演算は、
前記コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度Δｔと、前記鉄筋の腐食前の半径ｒと、前記鉄筋の線膨張係数ａとに基づき、下式（１）
ｒd＝ａ×ｒ×Δｔ＋ｒ    ・・・（１）
により、仮想的に膨張させた鉄筋の半径ｒdを求めると共に、下式（２）
β＝（πｒd2−πｒ2）／πｒ2×１００    ・・・（２）
により、鉄筋膨張率βを求め、得られた鉄筋膨張率βと、予め設定した体積膨張率αとに基づき、下式（３）
Δｘ＝｛（１＋β／１００）1/2−１｝／（α1/3−１）    ・・・（３）
により、腐食深さΔｘを求め、かつ、得られた腐食深さΔｘと、前記鉄筋の密度ρとに基づき、下式（４）
Ｗcr＝Δｘ×ρ    ・・・（４）
により、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることにより行われる請求項１記載の鉄筋コンクリートの寿命評価方法。
【請求項３】
前記鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比である腐食面積率を予め設定しておき、前記腐食面積率に対応した前記鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、前記ＦＥＭ解析を実施するようにした請求項１または２記載の鉄筋コンクリートの寿命評価方法。
【請求項４】
前記腐食後の腐食速度は、分極抵抗法により求められる請求項１〜３いずれかに記載の鉄筋コンクリートの寿命評価方法。
【請求項５】
鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価装置であって、
前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算する解析部と、
該解析部で得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する寿命予測部とを備えたことを特徴とする鉄筋コンクリートの寿命評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリートの塩害による劣化のメカニズムは、表面より侵入した塩化物イオンが鉄筋表面に到達し、鉄筋腐食が発生した後、コンクリートの表面にひび割れが発生し、コンクリートの剥離などが発生するものであると考えられている。
【０００３】
このような劣化のメカニズムは、図１０に示すように、時間と腐食量の劣化曲線で整理することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０に示す劣化曲線は、塩化物イオンがコンクリートに徐々浸透して鉄筋に到達し、鉄筋に腐食が発生する時期を示す鉄筋の腐食開始時期と、鉄筋に腐食が発生した後の腐食量の増加の割合を示す腐食発生後の腐食速度の両者を求めることで得ることができる。
【０００５】
鉄筋の腐食開始時期については、Ｆｉｃｋの拡散式、自然電位法、分極抵抗法、コンクリート抵抗法などを用いて求めることができる。他方、腐食発生後の腐食速度については、分極抵抗法を用いて求めることができる。
【０００６】
図１０の劣化曲線を用いることにより、鉄筋がある腐食量に達する時間（時期）を予測することが可能となる。よって、コンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量（以下、ひび割れ発生時の腐食量という）を求めれば、鉄筋がこのひび割れ発生時の腐食量に達する時間、すなわち鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期（鉄筋コンクリートの寿命）を予測することが可能となる。
【０００７】
従来、ひび割れ発生時の腐食量は、鉄筋コンクリートの圧縮強度やかぶり（コンクリート表面から鉄筋までの距離）に関わらず、１０ｍｇ／ｃｍ2で一定であると規定されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−８２７４９号公報
【特許文献２】特開２００２−９０２３０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６４８４０号公報
【特許文献４】特開平９−１６５８３９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】社団法人土木学会、コンクリート標準示方書［維持管理編］、２００７年、ｐ．９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ひび割れ発生時の腐食量について、本発明者が実際に実験を行って検討したところ、ひび割れ発生時の腐食量は、鉄筋コンクリートの圧縮強度やかぶりの大小により大きく変化していることが分かった。したがって、上述のようにひび割れ発生時の腐食量を１０ｍｇ／ｃｍ2で一定とした場合、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を正確に予測することはできない。
【００１１】
つまり、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を正確に予測するためには、評価対象となる鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量を正確に求めることが必要となる。
【００１２】
ひび割れ発生時の腐食量を求める方法としては、鉄筋コンクリートの試験体を作製して鉄筋を強制的に腐食させ、実際にコンクリート表面にひび割れが入ったときの腐食量を測定する方法が考えられる。
【００１３】
しかし、この方法では、実際に実験を行ってひび割れ発生時の腐食量を測定する必要があるため、非常に時間がかかってしまうという問題がある。特に、コンクリートのかぶりが大きい場合などは、数年にわたって実験を行わなければコンクリート表面にひび割れが生じない場合もあり、現実的ではない。
【００１４】
また、実験的にひび割れ発生時の腐食量を求める方法では、形状や構造の異なる鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量を求めるためには、鉄筋コンクリートの形状や構造ごとに実験を行わなければならず、コストや時間がかかってしまうという問題もある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ひび割れ発生時の腐食量を簡易に求めることができ、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、ひび割れ発生時の腐食量を容易に求めることが可能な鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法であって、前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求め、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算し、得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価方法である。
【００１７】
前記ひび割れ発生時の腐食量の演算は、前記コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度Δｔと、前記鉄筋の腐食前の半径ｒと、前記鉄筋の線膨張係数ａとに基づき、下式（１）
ｒd＝ａ×ｒ×Δｔ＋ｒ    ・・・（１）
により、仮想的に膨張させた鉄筋の半径ｒdを求めると共に、下式（２）
β＝（πｒd2−πｒ2）／πｒ2×１００    ・・・（２）
により、鉄筋膨張率βを求め、得られた鉄筋膨張率βと、予め設定した体積膨張率αとに基づき、下式（３）
Δｘ＝｛（１＋β／１００）1/2−１｝／（α1/3−１）    ・・・（３）
により、腐食深さΔｘを求め、かつ、得られた腐食深さΔｘと、前記鉄筋の密度ρとに基づき、下式（４）
Ｗcr＝Δｘ×ρ    ・・・（４）
により、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることにより行われてもよい。
【００１８】
前記鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比である腐食面積率を予め設定しておき、前記腐食面積率に対応した前記鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、前記ＦＥＭ解析を実施するようにしてもよい。
【００１９】
前記腐食後の腐食速度は、分極抵抗法により求められるとよい。
【００２０】
また、本発明は、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度、およびコンクリート表面にひび割れが発生するときの鉄筋の腐食量であるひび割れ発生時の腐食量を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する鉄筋コンクリートの寿命評価装置であって、前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施すると共に、前記鉄筋コンクリートの鉄筋に該鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、前記鉄筋を仮想的に膨張させたときの前記鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、前記鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求め、求めた仮想の温度を基に前記ひび割れ発生時の腐食量を演算する解析部と、該解析部で得られたひび割れ発生時の腐食量と、前記鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、前記鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する寿命予測部とを備えた鉄筋コンクリートの寿命評価装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ひび割れ発生時の腐食量を簡易に求めることができ、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、ひび割れ発生時の腐食量を容易に求めることが可能な鉄筋コンクリートの寿命評価方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法の原理を説明する説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明において、腐食面積率を説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法のフローチャートである。
【図５】本発明において、無垢の鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量によるひび割れ発生時期の予測を行う際のフローチャートである。
【図６】本発明において、補修鉄筋コンクリートにてコンクリートと補修材の界面でひび割れが発生することを説明する説明図である。
【図７】本発明において、補修鉄筋コンクリートのひび割れ発生時の腐食量によるひび割れ発生時期の予測を行う際のフローチャートである。
【図８】本発明において、電気泳動法を説明する説明図である。
【図９】本発明において、電気泳動法にて腐食させた鉄筋を取り出したときの鉄筋の展開図である。
【図１０】時間と腐食量の劣化曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２４】
まず、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法に用いる鉄筋コンクリートの寿命評価装置について説明する。
【００２５】
図１に示すように、鉄筋コンクリートの寿命評価装置１は、評価対象となる鉄筋コンクリートの物性値（圧縮強度、引張強度、弾性係数）、かぶりの大きさ、および予め設定した腐食面積率（鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比；詳細は後述する）を入力するための鉄筋コンクリート特性入力部２と、鉄筋コンクリート特性入力部２で入力された入力値を基にひび割れ発生時の腐食量を演算する解析部３と、解析部３での解析結果を記憶する記憶部４と、鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を入力する腐食特性入力部５と、解析部３で求めたひび割れ発生時の腐食量、腐食特性入力部５で入力された鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測する寿命予測部６と、寿命予測部６で予測した鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期をディスプレイなどの表示器に出力する出力部７とを備えている。
【００２６】
これら鉄筋コンクリート特性入力部２、解析部３、記憶部４、腐食特性入力部５、寿命予測部６、出力部７は、インターフェイス、メモリ、ＣＰＵ、ソフトウェアなどを適宜組み合わせて実現される。
【００２７】
解析部３は、鉄筋コンクリート特性入力部２で入力された入力値を基に鉄筋コンクリートのＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法）解析を実施すると共に、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させたときの鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めると共に、求めた仮想の温度を基にひび割れ発生時の腐食量を演算するようにされる。
【００２８】
また、寿命予測部６は、解析部３で得られたひび割れ発生時の腐食量と、腐食特性入力部５で入力された鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測するようにされる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法を説明する。
【００３０】
まず、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法の原理を図２を用いて説明する。
【００３１】
図２に示すように、鉄筋が腐食すると、腐食生成物を含む鉄筋（腐食後の鉄筋）は、腐食前の鉄筋と比較して膨張する。つまり、腐食生成物を含む鉄筋の半径ｒdは、腐食前の鉄筋の半径ｒよりも大きくなる。
【００３２】
また、鉄筋が腐食すると、腐食前の鉄筋と比較して、腐食後の健全な鉄筋は小さくなる。腐食前の鉄筋の半径ｒから腐食後の健全な鉄筋の半径を引いたものを腐食深さΔｘという。
【００３３】
本実施の形態では、このような腐食による鉄筋の膨張を、鉄筋に仮想の温度を与えた際の膨張で模擬している。つまり、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させ、その膨張による影響をＦＥＭで解析することにより、コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めるようにしている。コンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度を求めることにより、これに対応した鉄筋の腐食量、すなわち、ひび割れ発生時の腐食量を得ることができる。
【００３４】
より具体的には、鉄筋に与える仮想の温度を０〜３００℃程度まで徐々に上昇させつつＦＥＭ解析を行い、ひび割れが発生するときの仮想の温度Δｔを求める。仮想の温度を徐々に上昇させることで、仮想的に腐食が進んだことを模擬できる。なお、ここでいう仮想の温度とは、絶対温度ではなく、環境温度に対する相対的な温度である。
【００３５】
ひび割れが発生するときの仮想の温度Δｔを与えたときの鉄筋の半径は、ひび割れが発生するときの腐食生成物を含む鉄筋の半径ｒdと等価であり、鉄筋の線膨張係数をａとすると、下式（１）
ｒd＝ａ×ｒ×Δｔ＋ｒ    ・・・（１）
で表すことができる。本実施の形態では、鉄筋の線膨張係数をａ＝１．２×１０-5に設定した。
【００３６】
他方、鉄筋膨張率βは、腐食前後での鉄筋断面積の変化量と腐食前の鉄筋断面積との比で表されることから、下式（２）
β＝（πｒd2−πｒ2）／πｒ2×１００    ・・・（２）
で表される。式（１）で求めた、腐食生成物を含む鉄筋の半径ｒdを式（２）に代入することで、ひび割れ発生時における鉄筋膨張率βが得られる。
【００３７】
また、ＪＣＩ（Japan Concrete Institute；日本コンクリート工学協会）により提案されている下式（３）
Δｘ＝｛（１＋β／１００）1/2−１｝／（α1/3−１）    ・・・（３）
に、式（２）で求めた鉄筋膨張率βを代入することにより、ひび割れ発生時における腐食深さΔｘを求めることができる。式（３）において、αは体積膨張率（＝腐食生成物の体積／鉄筋の腐食によって失われた体積）であり、本実施の形態では体積膨張率をα＝３．２に仮定した。
【００３８】
さらに、式（３）で得られた腐食深さΔｘを下式（４）
Ｗcr＝Δｘ×ρ    ・・・（４）
に代入することにより、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることができる。なお、式（４）におけるρは鉄筋の密度であり、ここでは、鉄筋の密度として鉄の密度（ρ＝７．８６ｇ／ｃｍ3）を用いた。
【００３９】
このように、腐食による鉄筋の膨張を、鉄筋に仮想の温度を与えたときの膨張で模擬することにより、ＦＥＭ解析によってひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることが可能となる。
【００４０】
次に、腐食面積率について説明する。
【００４１】
本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法では、鉄筋の全表面積に対する腐食部分の面積の比である腐食面積率を予め設定しておき、設定した腐食面積率に対応した鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、ＦＥＭ解析を実施するようにしている。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、腐食面積率１００％では鉄筋３１が全方位に膨張し、図３（ｂ）に示すように、腐食面積率５０％では、鉄筋３１の半分（かぶりが小さい側の半分）のみが膨張することになる。同様に、図３（ｃ）に示すように、腐食面積率３３％では、鉄筋３１の１／３（かぶりが小さい側の１／３）のみが膨張することになる。このように、腐食面積率を適宜設定することにより、鉄筋３１の周囲のコンクリート３２に与える影響を任意に設定できる。
【００４３】
鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させるようにした理由としては、実際の鉄筋の腐食において、鉄筋の全表面が腐食することはほとんどなく、鉄筋の表面の一部のみ、すなわち鉄筋のかぶりが小さい側のみが腐食する場合がほとんどであるためである。本発明者が実験を行った結果、実際の腐食面積率は、４０〜５０％程度であることが多い。よって、本実施の形態では、腐食面積率を４０〜５０％程度に設定するようにした。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法の手順を図４，５を用いて詳細に説明する。
【００４５】
ここでは、評価対象となる鉄筋コンクリートが、補修が行われていない、いわゆる無垢の鉄筋コンクリートである場合について説明する。
【００４６】
図４に示すように、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法では、まず、自然電位法または分極抵抗法などを用いて、評価対象となる鉄筋コンクリートの電気化学的測定を行い（ステップＳ１）、鉄筋コンクリートの鉄筋に腐食が発生しているか否かを判定する（ステップＳ２）。自然電位法や分極抵抗法については、従来技術に属するため、説明を省略する。
【００４７】
ステップＳ２において、腐食ありと判定された場合、鉄筋コンクリートのコンクリート表面における塩分濃度（表面塩分）を測定し（ステップＳ３）、得られた表面塩分を基に、Ｆｉｃｋの拡散式を用いて鉄筋の腐食開始時期を予測する（ステップＳ４）。ここでは、既に鉄筋に腐食が発生しているため、ステップＳ４では、計測時より何年前に腐食が発生していたかを推定することとなる。
【００４８】
その後、分極抵抗法により、鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定する（ステップＳ５）。鉄筋の腐食速度を測定する方法については、従来技術に属するため、ここでは説明を省略する。
【００４９】
鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を求めた後、図１の鉄筋コンクリートの寿命評価装置１を用いて、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrによるひび割れ発生時期の予測を行う（ステップＳ６）。ステップＳ６における手順を図５に詳細に示す。
【００５０】
図５に示すように、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrによるひび割れ発生時期の予測を行う際には、まず、鉄筋コンクリートの寿命評価装置１のコンクリート特性入力部２に、コンクリートの物性値（圧縮強度、引張強度、弾性係数）を入力する（ステップＳ１１）と共に、かぶりの大きさ、および予め設定した腐食面積率を入力する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。ステップＳ１１〜Ｓ１３でそれぞれの値を入力した後、評価対象となる鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析モデルを作成する（ステップＳ１４）。
【００５１】
その後、ステップＳ１１〜Ｓ１３でコンクリート特性入力部２に入力された入力値、およびステップＳ１４で設定したＦＥＭ解析モデルに基づき、解析部３にてＦＥＭ解析を実行する（ステップＳ１５）。解析部３は、鉄筋に与える仮想の温度を徐々に変化させつつＦＥＭ解析を行い、ひび割れ発生時の仮想の温度Δｔを求めると共に、上述の式（１）〜（４）を用いてひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを算出する（ステップＳ１６）。なお、解析部３における解析結果は、記憶部４に記憶される。
【００５２】
その後、腐食特性入力部５に、ステップＳ４で求めた鉄筋の腐食開始時期と、ステップＳ５で求めた鉄筋の腐食発生後の腐食速度を入力する（ステップＳ１７）。
【００５３】
寿命予測部６は、ステップＳ１６で求めたひび割れ発生時の腐食量Ｗcr、およびステップＳ１７で入力された鉄筋の腐食開始時期、および腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋のひび割れ発生時期を求める（ステップＳ１８）。寿命予測部６は、求めた鉄筋のひび割れ発生時期を出力部７を介して表示器等に出力する。
【００５４】
図４に戻り、ステップＳ２にて腐食なしと判定された場合、鉄筋コンクリートのコンクリート表面における塩分濃度（表面塩分）を測定し（ステップＳ７）、得られた表面塩分を基に、Ｆｉｃｋの拡散式を用いて鉄筋の腐食開始時期を予測する（ステップＳ８）。ここでは、鉄筋に腐食が発生していないため、ステップＳ８では、計測時より何年後に腐食が発生するかを推定することとなる。
【００５５】
鉄筋に腐食が発生していない場合、評価対象の鉄筋コンクリートから鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定することはできないが、例えば、評価対象の鉄筋コンクリートと同じ形状・構造を有する試験体を作成することで、その試験体を用いて鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定することができる。鉄筋の腐食発生後の腐食速度が得られれば、図５と同様の手順で鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態に係る鉄筋コンクリートの寿命評価方法では、鉄筋コンクリートの鉄筋に鉄筋の腐食を模した仮想の温度を与えて、鉄筋を仮想的に膨張させたときの鉄筋コンクリートのＦＥＭ解析を実施して、鉄筋コンクリートのコンクリート表面にひび割れが発生するときの仮想の温度Δｔを求めると共に、求めた仮想の温度Δｔを基にひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを演算し、得られたひび割れ発生時の腐食量Ｗcrと、鉄筋の腐食開始時期、腐食発生後の腐食速度を基に、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を予測している。
【００５７】
これにより、ＦＥＭ解析にてひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることが可能となり、実験を行わずとも、シミュレーションのみでひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることが可能となる。よって、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを簡易に、かつ短時間で求めることが可能となり、実験にかかるコストを削減できる。
【００５８】
また、本実施の形態では、ＦＥＭ解析によりひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めるため、形状や構造が異なる鉄筋コンクリートであっても、ＦＥＭ解析モデルを変更するだけで、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを容易に求めることが可能となる。
【００５９】
さらに、本実施の形態では、ＦＥＭ解析によりひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めるため、例えば、コンクリートのかぶりが大きい場合など、数年にわたって実験を行わなければコンクリート表面にひび割れが生じない場合であっても、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを容易に求めることができる。
【００６０】
さらにまた、本実施の形態では、腐食面積率を予め設定しておき、腐食面積率に対応した鉄筋の一部のみを仮想的に膨張させて、ＦＥＭ解析を実施するようにしているため、より正確にひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることができる。
【００６１】
上記実施の形態では、評価対象となる鉄筋コンクリートとして、補修が行われていない無垢の鉄筋コンクリートを用いる場合を説明したが、本発明は、補修材を用いて補修を行った鉄筋コンクリート（以下、補修鉄筋コンクリートという）についても適用可能である。
【００６２】
図６に示すように、補修鉄筋コンクリート７１では、腐食により鉄筋７２が膨張すると、コンクリート７３と補修材７４との界面７５に剥離が発生し、その剥離が補修鉄筋コンクリート７１の表面まで達したときにひび割れが発生する。
【００６３】
したがって、コンクリート７３の物性値はもちろん、補修材７４の物性値（圧縮強度、引張強度、弾性係数）や、補修条件（界面７５の長さｄ、補修材７４の厚さ、付着強度）も考慮してＦＥＭ解析を行う必要がある。
【００６４】
よって、図７に示すように、補修鉄筋コンクリート７１のひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求める際の手順は、図５で説明した無垢のコンクリートでひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求める際の手順において、コンクリート７３の物性値を入力するステップＳ１１と、かぶりの大きさを入力するステップＳ１２との間に、補修材の物性値（圧縮強度、引張強度、弾性係数）を入力するステップＳ２１と、補修条件（界面７５の長さｄ、補修材７４の厚さ、付着強度）を入力するステップＳ２２が加わる。ステップＳ２１，Ｓ２２で入力した入力値を加味してＦＥＭ解析を行うことで、補修鉄筋コンクリート７１のひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めることが可能となる。
【００６５】
なお、ステップＳ１３にて入力する腐食面積率については、補修材７４で覆った部分の鉄筋７２には腐食が発生しにくいことを考慮して決定するとよい。具体的には、例えば、補修材７４が鉄筋７２の表面積の半分以上を覆っている場合、補修材７４から露出している部分の鉄筋７２の表面積の割合を、腐食面積率とすればよい。また、補修材７４が鉄筋７２全体を覆っている場合（あるいは鉄筋７２のほぼ全体を覆っている場合）の腐食面積率については、例えば、１５〜２０％程度とすればよい。
【００６６】
上記実施の形態では、Ｆｉｃｋの拡散式を用いて鉄筋の腐食開始時期を予測したが、鉄筋の腐食開始時期を予測する方法はこれに限定されず、例えば、自然電位法、分極抵抗法、コンクリート抵抗法など、任意の方法を用いて求めてもよい。
【００６７】
また、上記実施の形態では、分極抵抗法により鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定したが、鉄筋の腐食発生後の腐食速度を測定する方法はこれに限定されない。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００６９】
コンクリートに使用した材料の一覧を表１に示す。また、コンクリートの配合を表２に示す。
【００７０】
【表１】
2011043352.tif 000003
【００７１】
【表２】
2011043352.tif 000004
【００７２】
表２の配合のコンクリートを用い、２００ｍｍ×２００ｍｍ×１００ｍｍの鉄筋コンクリート試験体を作成した。鉄筋コンクリート試験体は、鉄筋（みがき棒鋼φ１６ｍｍ、高炉品）の本数を１，２本（２本の場合については鉄筋ピッチ５０ｍｍと１００ｍｍ）とし、かぶりを３０ｍｍとして作成した。
【００７３】
作成した鉄筋コンクリート試験体の物性値は以下の通りであった。
圧縮強度：２４．０５Ｎ／ｍｍ2（材齢７日）、３２．５５Ｎ／ｍｍ2（材齢２８日）静弾性係数：２６．４６ｋＮ／ｍｍ2（材齢２８日）
【００７４】
また、表３に示す物性を有する補修材を用いて、補修鉄筋コンクリート試験体を作成した。
【００７５】
【表３】
2011043352.tif 000005
【００７６】
表３において、プライマーとは、コンクリートと補修材との間に塗布される接着剤のことである。補修鉄筋コンクリート試験体は、鉄筋の本数を１本とし、かぶりを３０ｍｍ、コンクリートと補修材の界面長さを２０，４０ｍｍ、補修材厚を鉄筋の中央まで、あるいは鉄筋の上部まで、プライマー有りとして、各条件で作成した。補修鉄筋コンクリート試験体の大きさは、界面長さ２０ｍｍのものは１００ｍｍ×７０ｍｍ×５６ｍｍ、界面長さ４０ｍｍのものは１００ｍｍ×７０ｍｍ×９６ｍｍとした。
【００７７】
作成した補修鉄筋コンクリート試験体の物性値は以下の通りであった。
圧縮強度：２１．２５Ｎ／ｍｍ2（材齢７日）、３１．２４Ｎ／ｍｍ2（材齢２８日）静弾性係数：２７．７１ｋＮ／ｍｍ2（材齢２８日）
【００７８】
作成した各試験体の塩化物を浸透させる面を除いた５面を、水道用無溶剤形エポキシ樹脂塗料規準（ＪＷＷＡＫ１５７日本水道協会基準）を満足するエポキシ樹脂塗装で被覆し、電気泳動法による腐食促進を行った。なお、補修鉄筋コンクリート試験体については、コンクリートの表面を塩化物を浸透させる面とした。
【００７９】
電気泳動法では、図８に示すように、濃度３％の塩化物イオン水溶液Ｓを満たした水槽９１内に、試験体（ここでは鉄筋コンクリート試験体）９２を収容する。試験体９２は、塩化物を浸透させる面（エポキシ樹脂塗装で被覆していない面）を下側として、水槽９１の底面に設置された設置台９３上に配置される。
【００８０】
設置台９３には、陰極となるチタンメッシュ９４が設けられており、また、試験体９２の鉄筋９５近傍（塩化物を浸透させる面と反対側）には、陽極となるチタンメッシュ９６が設けられる。このチタンメッシュ９６は、試験体作成時に予め設けておいたものであり、チタンメッシュ９６と鉄筋９５とが接触しないように、これらの間にプラスチックメッシュ（図示せず）を配置して、両者の短絡を防ぐようにしている。
【００８１】
両チタンメッシュ９４，９６は直流電源９７に接続されている。ここでは、直流電源９７により１８Ｖの電圧を印加し、両チタンメッシュ９４，９６間に０．０７〜０．１Ａの電流を流すことで、コンクリート９８表面から塩化物イオン（Ｃｌ-）を侵入させて、内部の鉄筋を腐食させた。
【００８２】
すると、電気泳動開始１４日程度で鉄筋に沿ったひび割れが発生した。ひび割れ発生後、試験体９２から鉄筋９５を取出し、エッチング処理した外観を図９に示す。図９に示すように、腐食は、鉄筋９５の塩化物を浸透させる面側のみで発生していることが確認された。
【００８３】
取り出した鉄筋９５の腐食の評価は、重量変化の腐食率（以下、腐食率という）、腐食量（単位鉄筋面積あたり）、腐食面積率で評価した。なお、腐食面積率に関しては、図９のように腐食部分と腐食していない部分とを黒と白に分け、画像解析により数値を算出した。鉄筋コンクリート試験体における評価結果を表４に、補修鉄筋コンクリート試験体における評価結果を表５に示す。
【００８４】
【表４】
2011043352.tif 000006
【００８５】
【表５】
2011043352.tif 000007
【００８６】
補修鉄筋コンクリート試験体では、無垢の鉄筋コンクリート（鉄筋コンクリート試験体）と異なり、塩化物を浸透させる面にはひび割れが発生せず、試験体の側面であるエポキシ樹脂塗装表面にひび割れが発生した。これは、コンクリート側で発生した膨張圧がコンクリートと補修材との間に界面剥離を引き起こし、エポキシ樹脂塗装表面にひび割れが発生したためであると考えられる。
【００８７】
ひび割れ発生後に補修鉄筋コンクリート試験体を割ったところ、界面に鉄筋腐食による錆が見られ、腐食が著しく発生していることが確認された。また、鉄筋表面の腐食位置を確認したところ、補修材側では腐食発生が見られず、コンクリート側のみで腐食が発生していることが確認された。つまり、今回の試験でコンクリート側から塩化物イオンが侵入して鉄筋を腐食させる鉄筋コンクリートの再劣化を模擬することができた。
【００８８】
他方、作成した試験体の物性値を入力してＦＥＭ解析を実施し、ひび割れ発生時の腐食量Ｗcrを求めた。このとき、鉄筋コンクリート試験体、および補修材厚を鉄筋の中央までとした補修鉄筋コンクリート試験体については、腐食面積率を５０％とし、補修材厚を鉄筋の上部までとした補修鉄筋コンクリート試験体については、腐食面積率を１６．７％とした。
【００８９】
また、補修鉄筋コンクリート試験体のＦＥＭ解析を実施するに際して、ひび割れが発生した側面に設けたエポキシ樹脂塗装の物性を考慮して解析を行った。エポキシ樹脂塗装の物性は、以下のように設定した。
静弾性係数Ｅ：４．０ｋＮ／ｍｍ2
引張強度ｆt：１０Ｎ／ｍｍ2
被覆厚：１．０ｍｍ
【００９０】
さらに、コンクリートと補修材の界面の物性は、圧縮強度、引張強度の２つのモール円から求めた。得られたコンクリートと補修材の界面の物性を以下に示す。
粘性係数Ｃ：４．５２Ｎ／ｍｍ2
摩擦係数ｔａｎφ：１．６７
【００９１】
ＦＥＭ解析により得られた解析値を表４，５に併せて示す。
【００９２】
表４に示すように、鉄筋コンクリート試験体における解析値は、実験値とよく一致しており、従来用いられている数値（１０ｍｇ／ｃｍ2）よりも実測値に近いことが分かった。また、鉄筋ピッチの影響を調べたところ、共に解析値の腐食量は２２．３ｍｇ／ｃｍ2であり、鉄筋ピッチが５０ｍｍ程度では腐食量に影響を与えないことがわかった。よって、ＦＥＭ解析を用いてひび割れ発生時の腐食量を求めることで、ひび割れ発生時の腐食量の予測精度が向上したことを確認できた。
【００９３】
他方、表５に示すように、補修鉄筋コンクリート試験体では、界面長さ２０ｍｍで補修材厚を鉄筋の中央までとした試験体については、実験値と解析値が比較的よい一致を示したが、界面長さ２０ｍｍで補修材厚を鉄筋の上部までとした試験体については、腐食率および腐食量が解析値の方が２倍程度大きくなった。この原因は、実験では腐食面積率が大きくなり広範囲で腐食が発生し、腐食による膨張圧が広く分散されたためであると考えられる。よって、ＦＥＭ解析を実施する際に腐食面積率を実際の現象に合わせて高く設定すれば、実験値と解析値は近い値になると考えられる。
【００９４】
また、界面長さ４０ｍｍで補修材厚を鉄筋の中央までとした試験体については、腐食率および腐食量が実験値の方が４倍程度大きくなった。この原因は、コンクリートと補修材の間に剥離が生じ、腐食生成物がその間に流出したためと考えられる。また、今回の実験では、試験体の側面にエポキシ樹脂塗装を被覆しており、エポキシ樹脂塗装の静弾性係数はコンクリートよりも低く、引張強度はコンクリートよりも高いたため、このエポキシ樹脂塗装の影響により、エポキシ樹脂塗装の表面にひび割れが生じるまでの腐食量が大きくなっていると考えられる。実際には、ＦＥＭによる解析結果から、コンクリートと補修材間の剥離は、腐食量が比較的小さくても生じることが分かる。
【００９５】
以上の結果から、ＦＥＭ解析によりひび割れ発生時の腐食量を予測する本発明によれば、従来用いられている数値（１０ｍｇ／ｃｍ2）よりも実際の数値に近いひび割れ発生時の腐食量を求めることができ、鉄筋コンクリートのひび割れ発生時期を精度よく予測可能となることが分かる。
【符号の説明】
【００９６】
１  鉄筋コンクリートの寿命評価装置
２  鉄筋コンクリート特性入力部
３  解析部
４  記憶部
５  腐食特性入力部
６  寿命予測部
７  出力部
【図１】
2011043352.tif 000008
【図２】
2011043352.tif 000009
【図３】
2011043352.tif 000010
【図４】
2011043352.tif 000011
【図５】
2011043352.tif 000012
【図６】
2011043352.tif 000013
【図７】
2011043352.tif 000014
【図８】
2011043352.tif 000015
【図９】
2011043352.tif 000016
【図１０】
2011043352.tif 000017