(57)【要約】【課題】コンクリート構造物の劣化を予測する技術において、塩害、または中性化、または両方による複合的な劣化の進行を予測する技術に関し、特には、コンクリート構造物の補修に用いた補修材の劣化も考慮した予測方法を提供すること。【解決手段】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法は、補修材を用いてコンクリート構造物を補修した場合の、補修後の塩害および／または中性化による劣化の進行を有限要素法により解析して予測するコンクリート構造物の劣化予測計算方法であって、前記補修材において予め設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの劣化の進行として、前記補修材の塩化物イオン拡散係数および／または炭酸ガス拡散係数を、経過時間に関連付けて変化させることを特徴とするものである。特には、前記補修材の塩化物イオン拡散係数および／または炭酸ガス拡散係数を、シグモイド関数を用いて経過時間に関連付けて変化させるようにした。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
補修材を用いてコンクリート構造物を補修した場合の、補修後の塩害および／または中性化による劣化の進行を有限要素法により解析して予測するコンクリート構造物の劣化予測計算方法であって、
前記補修材において予め設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの劣化の進行として、前記補修材の塩化物イオン拡散係数および／または炭酸ガス拡散係数を、経過時間に関連付けて変化させることを特徴とするコンクリート構造物の劣化予測計算方法。
【請求項２】
前記補修材に設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの所定期間における拡散係数の変化を下記の式▲１▼を用いて時間経過に関連付けることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造物の劣化予測計算方法。
Ｃ＝ｆ（ｔ）×Ｃ０            ▲１▼
ここに、Ｃ：拡散係数
Ｃ０：基準拡散係数、
ｆ（ｔ）：シグモイド関数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の劣化を予測計算する方法に関し、特には、塩害による劣化、またはコンクリートの中性化による劣化、またはこれらが複合して進行する現実的な場合の劣化を予測計算する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリート構造物の早期劣化が問題となっている。この背景には、コンクリート構造物がおかれる環境条件が以前より平均的に厳しくなったことに加えて、コンクリートの使用材料、製造方法、施工法などが変化していることがあげられる。
コンクリートの劣化の要因には、塩害による劣化と中性化等がある。
上記コンクリートの塩害とは、コンクリート中に存在する塩化物イオンの作用により鋼材（鉄筋、ＰＣ鋼材など。）が腐食し、コンクリート構造物に損傷を与える現象をいう。
【０００３】
上記コンクリートの中性化とは、下記の化学反応式（１）に示したように、コンクリート構造物中に存在する強アルカリ中にあるセメント水和生成物が大気中の二酸化炭素と反応し炭酸カルシウムを生成することである。
【化１】
2004233243.tif 000002
【０００４】
コンクリートが中性化すると、鉄筋の保護機能が失われ、鉄筋が腐食し、その膨張によってかぶりコンクリートにひび割れが生じる。このひび割れから水、酸素、炭酸ガス等が侵入し、腐食が促進され、かぶりコンクリートの浮き、剥落等の劣化を引き起こす。
そのために、既設のコンクリート構造物を適切な時期に補修することが望ましい。なお、季節のコンクリート構造物に対する補修の種類には、コンクリート表面を被覆する表面保護工と、コンクリート表層部を撤去した後に硬化材等の補修材料で撤去した部分を補修する断面修復工と、これら表面保護工と断面修復工を併用した補修方法がある。
なお、コンクリート構造物を維持管理するためには、コンクリートの劣化予測及び補修を施した場合のコンクリートの劣化予測が必要不可欠である。
【０００５】
本発明者らは、既設のコンクリート構造物を補修した後の劣化予測に関しては、塩害による劣化を予測する方法を特願２００１−１４２９６９号において提案し、中性化による劣化を予測する方法を特願２００１−１８８４２９号において提案し、これらの複合的な劣化を予測する方法を特願２００２−２２１１９号において提案した。
【０００６】
以下に、特願２００２−２２１１９号で提案した複合的な劣化を予測する方法の概要を説明する。
前記発明は、コンクリート構造物の塩害と中性化による劣化の進行を、種々の劣化因子を有限要素法により解析して予測するコンクリート構造物の劣化予測方法であって、
一方の辺に、コンクリート中のセメント水和生成物と大気中の二酸化炭素とを含み、他辺に、炭酸カルシウムを含んだ化学反応式と、
一方の辺に、炭酸カルシウムとアルミン酸と塩化物とを含み、他辺に、フリーデル氏塩と炭酸ガスとを含んだ可逆的な化学反応式と、
で表される複合劣化の進行を、
拡散方程式▲２▼、▲３▼
【数１】
2004233243.tif 000003
を有限要素法によって解析して予測するようにしたものである。
【０００７】
また、既設のコンクリート構造物を補修材料を用いて補修した場合の補修後のコンクリート構造物の劣化の進行を、前記発明の方法で予測する方法であって、
補修後の既設のコンクリート構造物の境界条件及び補修に用いられた補修材料の特性データを有限要素法による劣化予測の新たな因子に加えて、補修後のコンクリート構造物の劣化の進行を予測するようにしたものである。
【０００８】
さらにまた、補修材料の特性データには、さらに、その補修材料の初期の塩化物イオン濃度と、その補修材料の塩化物イオンの拡散係数とが含まれているものであり、補修材料の特性データには、さらに、その補修材料の初期の水酸化カルシウムイオン濃度と、その補修材料の炭酸ガスの拡散係数とが含まれている。
このようにして、補修後には、補修材料の特性データとして、補修材料の初期の塩化物イオン濃度、補修材料の塩化物イオンの拡散係数、補修材料の初期の水酸化カルシウムイオン濃度、補修材料の炭酸ガスの拡散係数の少なくとも何れかのデータを加えて解析することができるのである。
【０００９】
なお、上述した予測方法以外に、コンクリートの劣化を評価する技術が、特願２００２−１３１２１６号において提案されている。（特許文献１参照）
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１３１２１６号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
補修後においては、補修に用いた補修材も時間経過に応じて劣化するが、前述したような従来の予測方法では、補修材の劣化は考慮されていなかった。そのため、より精確な劣化予測を行うために、補修材の劣化を考慮した予測方法の確立が望まれていた。
【００１２】
以上の事情に鑑みて、本発明においては、コンクリート構造物の補修に用いた補修材の劣化も考慮した予測方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、
請求項１の発明にかかるコンクリート構造物の劣化予測計算方法は、
補修材を用いてコンクリート構造物を補修した場合の、補修後の塩害および／または中性化による劣化の進行を有限要素法により解析して予測するコンクリート構造物の劣化予測計算方法であって、
前記補修材において予め設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの劣化の進行として、前記補修材の塩化物イオン拡散係数および／または炭酸ガス拡散係数を、経過時間に関連付けて変化させることを特徴とするものである。
なお、補修後の塩害による劣化の進行を有限要素法により解析して予測する場合には、前記補修材の塩化物イオン拡散係数を経過時間に関連付けて変化させ、補修後の中性化による劣化の進行を有限要素法により解析して予測する場合には、前記補修材の炭酸ガス拡散係数を経過時間に関連付けて変化させ、
補修後の塩害および中性化による複合的な劣化の進行を有限要素法により解析して予測する場合には、前記補修材の塩化物イオン拡散係数、または炭酸ガス拡散係数、またはその両方を経過時間に関連付けて変化させるものとする。
【００１４】
そして、請求項２の発明では、前記補修材に設定された所定の品質保持期間を過ぎてからの所定期間における拡散係数の変化を下記の式▲１▼を用いて時間経過に関連付けて変化させることを特徴としている。
【００１５】
Ｃ＝ｆ（ｔ）×Ｃ０            ▲１▼
ここに、Ｃ：拡散係数
Ｃ０：基準拡散係数、
ｆ（ｔ）：シグモイド関数
なお、シグモイド関数ｆ（ｔ）は下記の式▲４▼のように示される。
【数２】
2004233243.tif 000004
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるコンクリート構造物の劣化予測計算方法を説明する。
【００１７】
まず、予測対象のコンクリート構造物の条件を特定する。例えば、有限要素法による数値解析に必要な各要素の初期値、係数等を決定する。次に、補修に用いる補修材に関しても同様に各要素の初期値、係数等を決定する。例えば、補修材の基準拡散係数Ｃ０、、拡散係数が所定値以下に保持されて所定の品質が保持されることを保証する品質保証期間を決定する。これは、補修材の仕様として決定される。
次に、本発明においては、補修材の劣化を勘案するので、補修材の劣化の進行を示す指標として、時間経過に応じた当該補修材の拡散係数を用いる。
そして、本発明においては、補修材の拡散係数が時間経過に応じて劣化する特性を近似することのできる関数としてシグモイド関数を用いるので、このシグモイド関数における係数Ａを決定する。これは、複数の実験データに基づいて、最も精度よく近似できる係数Ａを決定することが好ましい。
また、拡散係数が初期値から最大値まで変化する期間を実験データ等に基づいて勘案し、拡散係数変化期間として決定する。
補修材の拡散係数の時間経過に応じた変化を下記のシグモイド関数（式▲４▼）を用い、拡散係数の劣化を時間経過に関連付けて変化させるようにしたのである。
【００１８】
【数３】
2004233243.tif 000005
【００１９】
シグモイド関数は、ニューラルネットワークの判定によく使用される関数であり、図１に示すように係数Ａの値を種々変えることによって様々なパターンの劣化曲線を得ることができる。
即ち、実際に用いられる補修材の劣化に関する実験データが蓄積された時点で、前記係数Ａの値を修正してパターンを変え、シグモイド関数による劣化曲線を修正すればよいことになる。
【００２０】
以上のような条件を決定した後、劣化予測計算を行なう。
まず、品質保証期間内は拡散係数は０のままで保持されて劣化はなく、塩化物イオン濃度の上昇もない。
次に、品質保証期間を経過してから、拡散係数変化期間の間は、有限要素法を用いて拡散係数の変化をシミュレーション計算する。
図２においては、縦軸に拡散係数の変化を劣化係数として表し、横軸に時間経過を基準化年数として表している。ここでは、拡散係数の初期値を劣化係数０とするが、この拡散係数は拡散係数変化期間の間に次第に変化して補修材の基準拡散係数に近づく。従って、拡散係数変化期間終了後は、補修材の拡散係数は基準拡散係数の一定値に保持されるものとする。
このようにして拡散係数が劣化して到達する最大値を劣化係数１として基準化した。また、基準化年数として、品質保証期間を０．０から１．０までとし、その後の拡散係数が劣化して最大値、劣化係数１に到達する拡散係数変化期間を１．０から２．０までと基準化した。
【００２１】
シミュレーション計算において、補修材の劣化を考慮しない場合と、考慮する場合とで劣化のパターンは異なる。また、補修材の劣化を考慮する場合でも、補修の方法によっても劣化のパターンは異なる。
このような種々のパターンを図３、４、５、６に例示して説明する。
【００２２】
まず、図３においては、補修しない場合のパターンを参考のために示した。
【００２３】
図３は、初期条件を設定して５年後、１０年後、２０年後、３０年後、５０年後の深さに応じた塩化イオン濃度の変化を、有限要素法によるシミュレーション計算によって予測して、その予測結果をグラフ表示したものである。
なお、図３のグラフにおいて、縦軸は塩化物イオン濃度を示し、横軸は表面からの深さを示している。
そして、表面からの深さ５ｃｍの場所に鉄筋が存在していることを縦線Ａで示し、鉄筋が浸食を受ける塩化物イオン濃度（コンクリート標準示方書に示された限界塩化物濃度）の値を横線Ｂで示している。
この予測結果によれば、５年後、１０年後までは、鉄筋位置の塩化物イオン濃度は限界塩化物濃度未満であるが、２０年後には限界塩化物濃度を越えて鉄筋の腐食が始まることを示している。
【００２４】
次に、表面を補修した場合における、塩化物イオン濃度の変化を、上記同様に有限要素法を用いて予測計算した結果を図４を参照して説明する。
なお、図４の場合は、１０年後に表面被覆を行うことを条件として有限要素法によるシミュレーション計算を行ったものであるが、補修材の劣化は考慮していない。
この予測結果によれば、５年後、１０年後までは、図３と同様の結果を示しているが、１０年後に表面被覆を行ったので、鉄筋位置を含む表面から浅い部分における２０年後以降の塩化物イオン濃度は低い値に抑えられている。その結果、２０年後、３０年後、５０年後においても、限界塩化物濃度未満の状態が確保されて、鉄筋の腐食が抑制されていることを示している。
このように、補修材の劣化を考慮しない予測計算では、５０年後においても鉄筋の腐食が抑制されているという、現実とは異なる予測結果、即ち誤った予測結果が得られることを示している。
【００２５】
次に、表面被覆によって補修した場合であって、補修材の劣化を考慮した場合の塩化物イオン濃度の変化を、上記同様に有限要素法を用いて予測計算した結果を図５を参照して説明する。
図５によれば、補修材の劣化を考慮することによって、３０年後以降は限界塩化物濃度を越えることが予想され、現実と合致した予測結果、即ちより精確な予測結果が得られることを示している。
以上のことから、図４のように、補修材の劣化を考慮しない予測計算では精確な予測ができず、図５のように補修材の劣化を考慮した予測計算で精確な予測が可能になっていることが判明した。
以上のようにして、精確な予測を行った結果、表面被覆だけでは３０年以降の劣化を抑制できないので不十分であることが判明した。
【００２６】
次に、３０年以降の劣化も充分に抑制するために、１０年後の表面被覆に加えて、２５年後において断面修復を行う場合において、劣化の予測を行った。なお、この場合も補修材の劣化を考慮し、塩化物イオン濃度の変化を、上記同様に有限要素法を用いて予測計算して、その結果を図６に示した。
この図６によれば、２０年後には、鉄筋位置における塩化物イオン濃度は限界塩化物濃度近くまで増加するが、２５年後に断面修復を行って補修材と入れ替えるために、３０年後でも鉄筋位置における塩化物イオン濃度は大幅に低下している。そして、５０年後においても限界塩化物濃度を確実に下回っていることが判明した。
従って、１０年後の表面被覆と、２５年後の断面修復とを併用することによって、５０年後においても鉄筋位置における鉄筋の腐食を抑制することができることが判明した。
【００２７】
以上の結果に基づいて、鉄筋位置における塩化物イオン濃度の経年変化を、図７に示した。
図７においては、横軸に１００年後までの経過時間（経過年数）を示している。限界塩化物濃度の値を横線Ｂで示した。
図７によれば、補修を行わない場合には、グラフ▲１▼で示したように、１５年後に限界塩化物濃度を越えている。
１５年後に表面被覆で補修した場合には、グラフ▲２▼で示したように、塩化物イオン濃度は限界塩化物濃度を越えない。しかし、このグラフは補修材の劣化を考慮していないため、精確ではない。そこで、補修材の劣化も考慮した場合には、グラフ▲３▼で示したように、２５年を経過した後に限界塩化物濃度を越えている。
そこで、２５年目に断面修復で補修すると、グラフ▲４▼に示したように、５０年後においても限界塩化物濃度を越えない。
即ち、表面被覆と断面修復とを併用することで、コンクリート構造物の耐用年数は５０年まで伸びると判断することができる。
なおこの解析においては、表面被覆の品質保証期間は１０年、シグモイド関数を使った劣化期間は１０年としている。
【００２８】
【発明の効果】
本発明にかかる請求項１の発明によれば、補修材の劣化も考慮してコンクリート構造物の劣化を予測計算するので、補修した場合のコンクリート構造物の劣化予測をより現実に近い精確なものとすることができる。
従って、種々の補修方法を組み合わせて解析することによって、所望の耐用年数を得るために必要かつ最適な補修方法とその時期等を決定することもできるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法におけるシグモイド関数の説明図である。
【図２】前記劣化予測計算方法における劣化係数の変化パターンを例示した説明図である。
【図３】比較例として、補修しない場合の塩化物イオン濃度の変化を示す説明図である。
【図４】比較例として、補修した場合であって、且つ補修材の劣化を考慮しない場合の塩化物イオン濃度の変化を示す説明図である。
【図５】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法による予測結果を、補修した場合であって、且つ補修材の劣化を考慮した場合で示した説明図である。
【図６】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法による予測結果を、表面被覆と断面修復とを併用した場合であって、且つ補修材の劣化を考慮した場合で示した説明図である。造物の断面図である。
【図７】本発明のコンクリート構造物の劣化予測計算方法による予測結果を、鉄筋位置における塩化物イオン濃度の経年変化を示すグラフで示した説明図である。
【符号の説明】
Ｂ  基準酸化物濃度
【図１】
2004233243.tif 000006
【図２】
2004233243.tif 000007
【図３】
2004233243.tif 000008
【図４】
2004233243.tif 000009
【図５】
2004233243.tif 000010
【図６】
2004233243.tif 000011
【図７】
2004233243.tif 000012