(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物が塩害及び中性化による複合劣化により劣化する進行を、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（１）、（２）
【数１】
0003968247.tif 000041
の２つの式を連立させて有限要素法によって解析して予測することを特徴とするコンクリート構造物の劣化予測方法。
【請求項２】
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、請求項１に記載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方法。
【請求項３】
補修材料の特性データには、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ことを特徴とする請求項２に記載のコンクリート構造物の劣化予測方法。
【請求項４】
補修材料の特性データには、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とを特徴とする請求項２又は３に記載のコンクリート構造物の劣化予測方法。
【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する方法に関し、特には、塩害による劣化と、コンクリートの中性化による劣化とが、複合して進行する現実的な場合に則したコンクリート構造物の劣化予測方法に関する。
【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には、主に、塩害による劣化と中性化による劣化とがある。
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】
0003968247.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。
【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号において提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のコンクリート構造物の劣化は、塩害による劣化と、中性化による劣化とが複合して進行するものであるので、さらに高精度の劣化予測を行うためには、塩害と中性化の複合的な劣化を考慮した予測方法の提案が待たれていた。
普通に考えると、コンクリート構造物の表面から奥へ向かう塩化物イオンの濃度分布は、表面がもっとも高濃度で、奥に向かう程（深くなる程）濃度が低下すると考えられるが、実際のコンクリート構造物における塩化物イオン濃度分布は、表面より内部の塩化物イオン濃度が高くなる現象がある。このような現象は、塩害による劣化や中性化による劣化を個々に解析する方法では表現できないので、塩害と中性化による複合的な劣化を予測する手法が待たれていた。
【０００７】
下記の可逆的な化学反応式（２）は、塩害および中性化の両方を考慮した複合劣化を解析するための式である。
【化２】
0003968247.tif 000003
上記式において、右辺第１項はフリーデル氏塩と呼ばれる固定塩分であり、コンクリートの劣化には直接は寄与しない。
コンクリートの周辺部において、初期の塩化物イオン濃度が大きい場合には、上記（２）式において右辺へ向かう反応が進行して、塩素はフリーデル氏塩として固定される。この時に、炭酸ガスが発生するので（１）式の反応により中性化が進行して、pHが低下する。pHが低下すると、
【０００８】
（２）式において左辺へ向かう反応が進行して塩素イオンが発生して塩害が進行する。
【０００９】
そこで、本発明においては、塩害と中性化による複合的な劣化の進行を予測するために、前記（１）、（２）式で表される反応を有限要素法によって解析してコンクリートの劣化を予測する方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【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の発明は、
コンクリート構造物が塩害及び中性化による複合劣化により劣化する進行を、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（１）、（２）
【数２】
0003968247.tif 000004
の２つの式を連立させて有限要素法によって解析して予測するようにした。
【００１１】
請求項２の発明は、
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、請求項１に記載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。
【００１２】
請求項３の発明では、
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。
請求項４の発明では、
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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、コンクリート構造物の塩害と中性化による複合的な劣化現象を説明する。
【００１４】
１  複合劣化に関する現象の説明
なお、下記の説明は、「コンクリート構造物の耐久性診断シリーズ、コンクリート構造物の早期劣化と耐久性診断」（小林一輔）森北出版、及び「コンクリートの長期耐久性に関する研究委員会報告書」（社団法人日本コンクリート工学協会）より引用した。
【００１５】
1.1 硬化したコンクリートの性質
１）２相系の多重構造
骨材  ：70〜80％
セメント系硬化体組織  ：25〜30％
２）空孔の存在        通常は１０数％
これらの空孔はＮａ+、Ｋ+で満たされ高いｐＨを保っている。
・セメントの硬化機構から不可逆的に生じる毛管孔隙およびゲル空隙
・材料分離
・締固め不足
・界面活性剤を用いて導入する微小な独立気泡
これらの空孔が物質移動の経路となる。物質移動は拡散方程式でモデル化
【００１６】
1.2 ポルトランドセメントの主要な化合物
【化３】
0003968247.tif 000005
【００１７】
【化４】
0003968247.tif 000006
【００１８】
1.3   空気中の二酸化炭素と水和生成物の反応
セメントの水和反応により、コンクリート中の硫酸イオンを取り込んでエトリンガイト、塩化物イオンを取り込んでフリーデル氏塩の複塩を形成する。これらの複塩と炭酸ガスの反応により硫酸イオンおよび塩化物イオンを遊離する。炭酸ガスと硫酸イオンおよび塩化物イオンは相互に影響を及ぼす。これらの相互作用を考慮した形で劣化に関するモデル化が必要となってきている。
【００１９】
【化５】
0003968247.tif 000007
【００２０】
・海砂、混和剤よりコンクリート中に導入された塩化物イオンはセメント重量の約０.４％に相当する量がフリーデル氏塩として固定される。
セメント中のアルカリ硫酸塩から溶出する硫酸イオンや凝結調節のために添加される石膏はアルミン酸三石灰（Ｃ3Ａ）と反応してエトリンガイト＋ＣＯ2と反応し硫酸イオンを遊離する。
遊離したイオンは炭酸化の進行にともなって、非炭酸化部分に移動しフリーデル氏塩やエトリンガイトを形成する。塩化物および硫化物の濃縮・遊離現象の発生。
【００２１】
【化６】
0003968247.tif 000008
【００２２】
1.4 コンクリート内部での物質移動を図１を参照して説明する。
内部では、塩分、硫黄分、アルカリ分などの移動が活発である。
表層部におけるアルカリ分の濃度低下のメカニズム
・  表面から供給される湿分によって表層部のアルカリ濃度が低下
・  内部のアルカリ分が表面に向かって拡散
・  表面部では二酸化炭素と反応してアルカリ炭酸塩となり溶出する
・１０〜２０年経過して炭酸化の進行が著しくなると、内部のアルカリ濃度が表層部より低下しアルカリ濃度の逆転現象
【００２３】
大気中のＣＯ2は、
【化７】
0003968247.tif 000009
【００２４】
したがって、炭酸化領域においてアルカリ金属が多くなる。
二酸化炭素の侵入
フリーデル氏塩とエトリンガイトは分解し塩素イオンと硫酸イオン遊離する。
【００２５】
1.5 炭酸化（中性化）
二酸化炭素は空気中に０.０３５％存在する。（これが早期劣化の引き金となる。）
セメント製造における炭酸カルシウムと二酸化炭素の関係
１tonfのセメント
１.２tonf  の石灰石
４５ＷＴ％の二酸化炭素を放出  ＣaＯ
０.３tonf  の粘土
ＣaＯが空気と反応し炭酸カルシウムに戻る現象であり、鉄が錆びる現象と同じ現象といえる。
【００２６】
セメントとの水和反応により
【化８】
0003968247.tif 000010
が生成され、これらの水和物が二酸化炭素と反応すると
【化９】
0003968247.tif 000011
と反応する。
【００２７】
コンクリート構造物においては、上記２）の現象が急速に進展している。そして、上記３）、４）式の反応がコンクリート構造物内部の塩化物・硫黄化合物を濃縮するために鉄筋が腐食する。
【００２８】
なお、これまでの炭酸化の説明において、
【化１０】
0003968247.tif 000012
コンクリートの細孔溶液の組成はＮａ+、Ｋ+と平衡状態にあるＯＨ―でＣａ2+はごくわずかである。コンクリート中のｐＨはこの水酸イオンに支配されている。
【００２９】
水酸化カルシウムの溶解度
【化１１】
0003968247.tif 000013
という反応が進み炭酸カルシウムとなり沈殿する。
細孔近傍の水酸化カルシウムが消失するまでｐＨの変化はない。
【００３０】
1.6 塩分の移動・濃縮を図２を参照して説明する。
細孔溶液のｐＨが高い状態にあるコンクリートほど炭酸化速度が大きい
１）塩化ナトリウムの添加量を増すと水酸基イオン濃度が上昇
２）塩化ナトリウムはＮａ+、Ｃｌ―に解離
３）セメント中のアルミン酸三石灰
【化１２】
0003968247.tif 000014
はセメント重量の0.4％まではＣｌ―と結合しフリーデル氏塩を生成する。
４）塩化物イオンが減少
これに見合う陰イオンが必要となり固相に存在する水酸化カルシウムが溶出
【００３１】
炭酸化による塩化物および硫黄化合物の移動・濃縮と鉄筋の腐食劣化調査における事実は以下の通りである。
１）コンクリート表面付近では塩化物の含有量が少なく、むしろ内部で含有量が多い。
２）相当内部の鉄筋が腐食しているケースがある
３）コンクリートの炭酸化が異常に早い
【００３２】
１．７炭酸化（中性化）のメカニズムを図３を参照して説明する。
空気中の二酸化炭素は水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変えるだけでなく、エトリンガイトおよびフリーデル氏塩と反応して水溶性の塩化物および硫黄化合物を生成する。これらのイオンが濃度拡散によりコンクリート内部に移動し濃縮される。
コンクリート中の塩化ナトリウムは細孔溶液のｐＨを高めるが、これは炭酸化を著しく促進させる。
空気中の二酸化炭素は水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変えるだけでなく、エトリンガイトおよびフリーデル氏塩と反応して水溶性の塩化物および硫黄化合物を生成する。これらのイオンが濃度拡散によりコンクリート内部に移動し濃縮される。
コンクリート中の塩化ナトリウムは細孔溶液のｐＨを高めるが、これは炭酸化を著しく促進させる。
【００３３】
２  複合劣化のモデル化
２．１  コンクリート内部の物質移動
コンクリート内部の物質移動は拡散現象として仮定する。また、拡散現象を示す物質として炭酸ガス、塩化物、水酸イオンとする。また、フリーデル氏塩による塩化物の濃縮・遊離に関係するフリーデル氏塩、炭酸カルシウム、アルミン酸は固定しているものとする。
【００３４】
【化１３】
0003968247.tif 000015
【００３５】
２．２水酸イオンの濃度
コンクリート表面のアルカリ金属（Ｎａ+、Ｋ+、Ｃａ2+）の流出に伴い内部と外部付近のアルカリ金属の濃度勾配が生じる。この濃度勾配によりアルカリ金属が水酸イオンを伴って表層部に移動する。
【００３６】
２．３  塩化物濃度
コンクリート中の塩化物はコンクリート中に最初から含まれる塩化物量と外部からの拡散現象による塩化物量の合計とする。また塩化物は水酸化カルシウムの濃度によりフリーデル氏塩として固定される場合と解放される場合がある。
【００３７】
条件
水酸化カルシウムの濃度＞閾値の場合
フリーデル氏塩＞０．４％
外部からの塩化物の拡散現象により濃度が決定される。
フリーデル氏塩＜０．４％
拡散現象により流入してきた塩化物をフリーデル氏塩が０．４％になるまでは塩化物を固定する。
フリーデル氏塩と塩化物の反応速度定数が必要である。
水酸化カルシウムの濃度＜閾値の場合
フリーデル氏塩が炭酸ガスとの反応により塩化物を遊離する。遊離された塩化物は拡散現象によりコンクリート中に拡がる。
炭酸ガスとフリーデル氏塩の反応速度定数が必要である。
したがって、塩化物濃度は外部からの拡散による塩化物イオンとフリーデル氏塩との反応により発生する塩化物イオンの合計となる。
【００３８】
２．４  炭酸ガス濃度
外部からの拡散現象により計算する。また、水酸化カルシゥムとの反応によりコンクリート中に吸収される。また、塩化物イオンがフリーデル氏塩として固定される場合炭酸ガスを発生する。したがって、炭酸ガス濃度は両者の合計とする。
【００３９】
２．５  水酸化カルシウムの濃度
水酸化カルシゥムの濃度は水酸カルシウムと炭酸ガスとの反応により求められる。したがって、炭酸ガスの濃度分布を求め、その結果として水酸化カルシゥムの濃度が決定される。したがって、水酸化カルシゥムの濃度は炭酸ガスとの反応により計算する。
【００４０】
２．６  フリーデル氏塩の濃度
フリーデル氏塩の濃度は水酸化カルシウムの濃度により次のように計算する。
水酸化カルシウムの濃度＞閾値
０．４％までは塩化物を固定し増加する。
０．４％以上では塩化物の固定はなく反応による増減はない。
水酸化カルシウムの濃度＜閾値
フリーデル氏塩が炭酸ガスと反応し塩化物を遊離し減少する。
【００４１】
３  複合劣化に関する基礎式の誘導
２節で述べた現象の基礎式を誘導する。
拡散現象によりコンクリート中を移動する物質は水酸イオン、塩化物および炭酸ガスとする。また、水酸化カルシウム、アルミン酸およびフリーデル氏塩はコンクリート中に固定されていると仮定する。また、モデル化は塩化物と中性化の相互作用のみを対象としており、硫化物と炭酸ガスおよびエトリンガイトに関する現象は取り扱っていない。
水酸イオン（アルカリ金属）の濃度拡散を式-3.1に示す。式-3.1において空気と接する境界条件をノイマン型の条件としアルカリ金属をコンクリートから流出させる。
【００４２】
【数３】
0003968247.tif 000016
【００４３】
炭酸ガス、塩化物およびアルミン酸に関する化学反応式を式-3.2に示す。
アルミン酸と塩化物の反応によりフリーデル氏塩を生成（塩化物の濃縮）
【化１４】
0003968247.tif 000017
【００４４】
フリーデル氏塩と炭酸ガスが反応し塩化物を生成（塩化物の遊離）
式-3.2の反応式は塩化物、炭酸ガス、アルミン酸およびフリーデル氏塩の相互作用で反応の方向が決定されると仮定する。また、反応の方向は水酸化カルシウム、塩化物イオンおよび炭酸ガス濃度により決定する。式-3.2の反応を考慮した形で炭酸ガスおよび塩化物の拡散方程式を式-3.3、式-3.4に示す。
【００４５】
また、反応速度はアレニウスの式に従うと仮定する。
【数４】
0003968247.tif 000018
【００４６】
ここに
【化１５】
0003968247.tif 000019
【００４７】
式-3.3の右辺第１項は外部から流入した炭酸ガスの濃度拡散に関する項、第２項は水酸化カルシウムと炭酸ガスとの反応により炭酸ガスの減少量を示す項、第3項はアルミン酸と塩化物が反応して炭酸ガスを生成する項である。すなわち、式-3.2の第3項は式-3.4に示す反応式において塩化物をフリーデル氏塩としてコンクリート中に固定する場合発生する炭酸ガスの増加を示している。また拡散係数は水酸イオンに依存した形で決定する。
【００４８】
また、式-3.4の右辺第1項は外部から流入した塩化物の濃度拡散、第２項は炭酸ガスとフリーデル氏塩が反応して塩化物を遊離、第3項はアルミン酸と塩化物が反応し塩化物の固定を示している。式-3.3および式-3.4はコンクリート中に固定しないで移動する物質（炭酸ガス、塩化物）の量を求める式で別途コンクリート中に固定している水酸化カルシウム、フリーデル氏およびアルミン酸を求める式が必要である。これらの量を求める式を式-3.5、式-3.6、式-3.7に示す。式-3.5は水酸化カルシウムを求める式で水酸化カルシウムの量は炭酸ガスとの反応により決定されると仮定する。また式-3.5の反応は水酸化カルシウムが炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムを生成する一方向のみであると仮定する。したがって、下式の反応は右方向のみの反応とする。
【００４９】
【化１６】
0003968247.tif 000020
【００５０】
また、式-3.6、式-3.7よりフリーデル氏塩とアルミン酸の量を求める。式-3.7の右辺第1項は塩化物とアルミン酸が反応しフリーデル氏塩を生成する場合アルミン酸の減少量、第2項はフリーデル氏塩と炭酸ガスの反応により塩化物を遊離する場合のアルミン酸の減少量を示している。また式-3.7は式-3.6の逆の反応でフリーデル氏塩の量を求める式である。したがってフリーデル氏塩の量は炭酸ガスと塩化物およびアルミン酸の相互作用の形で求められる。
水酸化カルシウムと炭酸ガスの反応
【００５１】
【数５】
0003968247.tif 000021
【００５２】
ここに
【化１７】
0003968247.tif 000022
【００５３】
▲１▼の反応はコンクリート中に水酸化カルシウムが存在すれば一方向の反応とする。また、式-3.6、式-3.7の反応は次のように仮定する。
【００５４】
【数６】
0003968247.tif 000023
上記した減少を模式的に書くと図４のようになる。
【００５５】
４  複合劣化に関する定式化
4.1 拡散方程式の定式化
式-3.1〜式-3.8の定式化を行う。定式化にはガラーキン法を適用する。式-3.1は式-3.2の特別な形であるため式-3.2の定式化を次に示す。
【００５６】
【数７】
0003968247.tif 000024
【００５７】
解析対象を有限個の要素に分割し要素ｅ内の濃度分布を式-4.2のように表現する。
【００５８】
【数８】
0003968247.tif 000025
【００５９】
ここで  一次元要素の形状関数を
【数９】
0003968247.tif 000026
【００６０】
ガラーキン法における重み関数は形状関数と同じ関数を適用するため、式-4.1に重みをかけて要素内で積分すると式-4.5になる。
【００６１】
【数１０】
0003968247.tif 000027
【００６２】
式-4.5において濃度Ｃに対する２階微分項が含まれているのため、ガウス・グリーン定理に基づく部分積分を施すと式-4.6になる。
【００６３】
【数１１】
0003968247.tif 000028
【００６４】
式-4.6に式-4.3、式-4.4を代入し書き換えると式-4.7となる。
【数１２】
0003968247.tif 000029
【００６５】
式-3.5の塩化物の拡散方程式も同様な方法で定式化する。式-3.5は式-3.2の右辺第3項がない場合と同様な形をしているためと式-4.9になる。
【００６６】
【数１３】
0003968247.tif 000030
【００６７】
式-3.6、式-3.7も同様な方法を適用すると式-4.10、式-4.11になる。
【数１４】
0003968247.tif 000031
【００６８】
4.2 時間に関する差分化
4.1節で誘導した基礎式を時間に関して差分化する。炭酸ガスと塩化物に関する拡散方程式を式-4.12、式-4.13に示す。
【００６９】
【数１５】
0003968247.tif 000032
【００７０】
式-4.14、式-4.15を時間に関して差分化すると最終的に式-4.16式-4.17を解くことになる。
【００７１】
【数１６】
0003968247.tif 000033
【００７２】
0003968247.tif 000034
【００７３】
【数１７】
0003968247.tif 000035
【００７４】
式-4.16、式-4.17を整理すると式-4.18、式-4.19になる。
【００７５】
【数１８】
0003968247.tif 000036
【００７６】
式-4.18、式-4.19の各項を次のようにおくと式-4.18、式-4.19は最終的に式-4.20の形にまとめられる。
【００７７】
【数１９】
0003968247.tif 000037
【００７８】
式-4.16は炭酸ガスと塩化物の相互作用をまとめた形になっており、式-4.16を解くことにより両者の相互作用が考慮された形で濃度分布が求められる。
次に、水酸化カルシウム、アルミン酸およびフリーデル氏塩を求める式-3.3、式-3.6、式-3.7の時間に関する差分化を行う。式-3.6、式-3.7のガラーキン表示は式-4.10、式-4.11にすでに示した。その式を次に示す。また、式-3.3の水酸化カルシウムを算定する式は相互作用のない形であるため式-4.20のようになる。
【００７９】
【数２０】
0003968247.tif 000038
【００８０】
式-4.21、式-4.22、式-4.23を時間に関して差分化すると式-4.24、式-4.25、式-4.26になる。
【００８１】
【数２１】
0003968247.tif 000039
【００８２】
式-4.24、式-4.25の各項を次のようにおくと、式-4.27となる。また、水酸化カルシウムを求める式は炭酸ガスとの一方向の反応であるため式-4.26を解く。
【００８３】
【数２２】
0003968247.tif 000040
【００８４】
【実施例１】
以下に、本発明の劣化予測方法によるコンクリート構造物の複合的な劣化の予測結果の具体例を説明する。
図５は、実際のコンクリート構造物に関して、本発明の方法で予測した３０年経過後の塩化物イオン濃度分布曲線Ａと、実測した３０年経過後の塩化物イオン濃度分布曲線Ｂを示したものである。なお、図５の例は、３０年間コンクリート構造物の補修は行わなかった場合の例である。
図５の分布曲線Ｂにおいて顕著に現れているように、実際の塩化物イオン濃度分布は、表面より内部（深さ約2.5cm）に濃度分布のピークが現れている。本発明により予測した分布曲線でも同様のピークが表現されており、さらに深い部部での濃度分布も実測値に極めて近いものとなっている。
【００８５】
また、図７の（ａ）には、５年後から100年後までの塩化物イオン濃度の算出結果を示した。
そして、図７の（ｂ）には、５年後から100年後までの水酸化カルシウム濃度の算出結果を示した。
【００８６】
このことから、本発明の方法によれば、塩害と中性化による複合的な劣化の進行状況を把握することができる塩化物イオン濃度分布を適正に算出することができるのである。
【００８７】
次に、途中でコンクリート構造物の補修を行った場合の、劣化予測方法を説明する。このように途中で補修を行った場合には、その補修方法の種類により、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劣化予測の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。
【００８８】
既設のコンクリート構造物の補修の種類には、コンクリート表面を被覆する表面保護工（図６の（ａ）参照。）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（図６の（ｂ）参照。）と、これら表面保護工と断面修復工を併用した補修方法（図６の（ｃ）参照。）がある。
【００８９】
【実施例２】
表面被覆工を行った場合のコンクリート構造物の劣化予測の結果を図８の（ａ）に示す。
この場合は、表面からの炭酸ガスの供給が少なくなり、フリーデル氏塩として固定されている塩化物イオンが可溶性塩分として分離されないため、塩化物イオン濃度の最大値が大きくならないという現象を表している。
【００９０】
【実施例３】
次に、表面から４cmまで、断面修復工による補修を行った場合のコンクリート構造物の劣化予測の結果を図９の（ａ）に示す。
この場合は、表面から４cmまで新しいコンクリートとなるため、コンクリート中の可溶性塩分がフリーデル氏塩として固定されるた深さ方向に分布していた塩化物イオン濃度が小さくなるという現象を表している。
【００９１】
【実施例４】
次に、表面被覆工と断面修復工の両方の補修を行った場合の、コンクリート構造物の劣化予測の結果を図１０の（ａ）に示す。
この場合は、実施例２の現象と実施例３の現象が加算されて現れている状態を示している。
【００９２】
次に、中性化による劣化の予測を水酸化カルシウムの減少量で評価する場合の予測結果を図８の（ｂ）〜図１０の（ｂ）に示す。
図８の（ｂ）は表面被覆工の場合、図９の（ｂ）は断面修復工の場合、図１０の（ｂ）は表面被覆工と断面修復工とを行った場合を示したものである。
また、これらをまとめた結果を図１１、図１２に示す。
【００９３】
以下に、本発明の予測方法をコンピュータを用いて実施する手順の概要を説明する。
図６の（ａ）は、上記表面保護工を用いて、コンクリート表面を補修材料Ｄ１により被覆した場合の補修後のコンクリート構造物Ｚの断面を示している。
この場合において、本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法では、既設のコンクリート構造物Ｚのコンクリート表面の境界層の境界条件を、補修材料Ｄ１により被覆して補修した後のコンクリート表面の境界条件に変更して、補修後のコンクリート構造物Ｚの劣化の進行を予測する。
【００９４】
図６の（ｂ）は、断面修復工を用いて、コンクリート構造物の表層部を撤去した後、補修材料Ｄ２で撤去した部分を補修した補修後のコンクリート構造物Ｚの断面を示している。
この場合において、本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法では、補修材料Ｄ２で補修した部分の塩化物イオン濃度と水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガスの拡散係数を、補修材料Ｄ２の初期の塩化物イオン濃度と水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガスの拡散係数に変更する。
【００９５】
また、既設のコンクリート構造物Ｚからコアを採取して塩化物イオン濃度を測定し、またフェノールフタレイン溶液を用いて得た中性化深さの測定値より、炭酸ガスの拡散方程式を用いて逆解析により拡散係数を求め、補修した部分より奥の既設コンクリートの拡散係数をこの値に変更し、さらに、補修材料Ｄ２により補修されたコンクリート構造物の境界条件を変更して、これらのデータから有限要素法によりコンクリート構造物Ｚの劣化の進行を予測する。
【００９６】
図６の（ｃ）は、表面保護工と断面修復工を併用して、コンクリート構造物の表層部を撤去した後、補修材料Ｄ２で撤去した部分を補修し、その補修材料Ｄ２の表面に補修材料Ｄ１を被覆した補修後のコンクリート構造物Ｚの断面を示している。
この場合において、本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法では、補修材料Ｄ１により被覆して補修した後のコンクリート表面の境界条件に変更するとともに、補修材料Ｄ２で補修した部分の塩化物イオン濃度及び水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガスの拡散係数を、それぞれ補修後のコンクリート表面の境界条件、補修材料Ｄ２の初期の塩化物イオン濃度及び初期の水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガスの拡散係数にそれぞれ変更する。さらに、既設のコンクリート構造物Ｚからコアを採取して得た塩化物イオン濃度及び中性化深さの測定値より、炭酸ガスの拡散方程式を用いて逆解析により拡散係数を求め、これらのデータから有限要素法によりコンクリート構造物Ｚの劣化の進行を予測する。
【００９７】
つぎに、上記コンクリート構造物の劣化予測方法の具体的な手順について、図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
ここで、本発明の劣化予測方法の各手順は、ソフトウェアにより実現されるため、以下に述べる説明においては、上記ソフトウェアを実行処理するハードウェアの操作手順を含めて説明する。
【００９８】
なお、上記ハードウェアは、入力装置、記憶装置、演算装置及び表示装置（いずれも図示せず）を備えて構成されており、以下の説明においては、入力装置より必要なデータを入力し、このデータを記憶装置に記憶されたプログラムの各ステップに従って演算装置で演算処理することにより、補修後のコンクリート構造物の劣化の予測結果を表示装置に表示することができる構成となっている。
【００９９】
図１３に示すように、本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法は、コンクリート構造物の構造条件に関する特性データを入力するステップＳ１０１〜Ｓ１０９と、補修した場合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入力するステップＳ２０１〜Ｓ２０３と、入力された各データからコンクリート構造物の劣化の進行を予測計算するステップＳ３０１とから構成されている。
【０１００】
まず、ステップＳ１０１で補修の対象となるコンクリート構造物の構造条件に関する特性データ、例えば、コンクリート構造物のかぶり、部材厚、主筋径等を入力する。
つぎに、ステップＳ１０２で、このコンクリート構造物の境界条件を設定する。この境界条件は、例えば、境界層の塩化物イオン吸収率、炭酸ガスの吸収率、境界層の厚さ、境界層からの塩化物イオンの流出速度及び炭酸ガスの流出速度係数等を入力する。
そして、ステップＳ１０３で、このコンクリート構造物が新設の構造物か、或るいは既設の構造物かを選択する。
【０１０１】
つぎに、上記ステップＳ１０３で、既設のコンクリート構造物が選択された場合に、ステップＳ１０４に進み、この既設のコンクリート構造物のこれまでの劣化の進行を測定するか否かを選択する。
ここで、「コンクリート構造物の劣化の進行を測定する」を選択すると、ステップＳ１０５で、既設のコンクリート構造物のコアを採取して測定した測定データ、すなわち塩化物イオン濃度と中性化深さの測定値を入力する。
【０１０２】
ステップＳ１０６では、上記ステップＳ１０５で入力された塩化物イオン濃度と中性化深さの測定データから炭酸ガスの拡散方程式を用いて逆解析することにより、この既設のコンクリート構造物の拡散係数を算出する。
なお、上記ステップＳ１０４で既設のコンクリート構造物の劣化の進行を測定しない場合には、ステップＳ１０７に進み、既設のコンクリート構造物の炭酸ガスの拡散係数を設定する。この炭酸ガスの拡散係数は、コンクリート標準示方書に記載されているコンクリートの種類毎の拡散係数を用いる。
【０１０３】
つぎに、ステップＳ２０１では、既設のコンクリート構造物を補修するか否かを選択する。
ここで、「補修する」を選択すると、ステップＳ２０２で、補修方法を選択する。
具体的には、補修方法選択画面（図示しない。）に、上述した表面保護工、断面修復工及び表面保護工と断面修復工を併用した補修方法の選択項目が用意されており、これらの中から補修方法を選択する構成となっている。
【０１０４】
そして、上記ステップＳ２０２で補修する方法を選択すると、つぎのステップＳ２０３で、選択した補修方法の種類に応じて補修部分の境界条件、炭酸ガスの拡散係数及び初期の塩化物イオン濃度と初期の水酸化カルシウム濃度の設定を行う。
また、補修方法として表面保護工を選択した場合の境界条件を入力する画面（図示しない。）に表示された各項目毎に必要なデータを入力して境界条件の設定を行う。
【０１０５】
また、上記選択画面で断面保護工を選択した場合には、補修材料で補修した部分の初期の塩化物イオン濃度及び初期の水酸化カルシウム濃度及び炭酸ガスの拡散係数を入力し、さらに補修方法として表面保護工と断面修復工を併用する補修方法を選択した場合には、境界条件、塩化物イオン濃度及び水酸化カルシウム濃度及び拡散係数を前もって設定されたデータベースから読み出すことによって設定を行う。
なお、上記ステップＳ２０１で「補修しない」を選択した場合には、上記ステップＳ１０６で逆解析により算出した拡散係数を用いる。
【０１０６】
また、上述したステップＳ１０３でコンクリート構造物が新設である場合を選択すると、ステップＳ１０８でセメント種別と水セメント比等の計算条件を入力し、ステップＳ１０９で炭酸ガスの拡散係数を算出する。
【０１０７】
以上のように、塩害と中性化によるコンクリート構造物の劣化予測に必要なデータが全て入力されると、ステップＳ３０１に進み、有限要素法に基づいて塩害と中性化の複合劣化によるコンクリート構造物の劣化予測計算を実行し、計算結果を表示装置に表示する。
図７〜１０は、上記計算結果をグラフ形式で出力した場合の出力結果を示している。
【０１０８】
上記予測結果からも明らかなように、本発明の劣化予測方法によれば、補修しない場合のコンクリート構造物の複合劣化を予測できるとともに、補修した場合には、その補修方法の種類により、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新たな劣化予測の要因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ため、従来の劣化の予測方法と比較して、より正確に補修後のコンクリート構造物の劣化を予測することができるという効果がある。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明にかかる請求項１の発明によれば、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、前記拡散方程式▲１▼、▲２▼を有限要素法によって解析するので、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予測することが可能になったのである。
【０１１０】
請求項２の発明では、補修した場合には、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ため、より正確に補修後のコンクリート構造物の中性化による劣化の進行を予測することができるという効果がある。
【０１１１】
請求項３、４の発明では、補修材料の特性データには、その補修材料の初期の塩化物イオンの濃度、塩化物イオンの拡散係数、水酸化カルシウムイオン濃度、炭酸ガスの拡散係数が含まれているため、補修後には補修材料の特性データを考慮してコンクリート構造物の劣化の進行を予測することができ、この結果、より正確に補修後のコンクリート構造物の中性化による劣化の進行を予測することができるという効果がある。
【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方法を説明する説明図である。
【図２】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を説明する説明図である。
【図３】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を説明する説明図である。
【図４】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法を模式化した説明図である。
【図５】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法による予測結果を、実測結果と対比させて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方法に用いられる補修方法を説明するためのコンクリート構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方法による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構成図である。
【図８】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構成図である。
【図９】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構成図である。
【図１０】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構成図である。
【図１１】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構成図である。
【図１２】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法による予測結果をグラフ形式で出力した場合を示す画面構成図である。
【図１３】本発明のコンクリート構造物の劣化予測方法の各手順を示すフローチャートである。
【図１４】本明細書にて使用した各変数を説明する表である。
【符号の説明】
Ｚ  コンクリート構造物
Ｘ  コンクリート構造物の深さ４０mmの地点
Ｄ１  表面補修材料
Ｄ２  断面修復材料
【図１】
0003968247.tif 000042
【図２】
0003968247.tif 000043
【図３】
0003968247.tif 000044
【図４】
0003968247.tif 000045
【図５】
0003968247.tif 000046
【図６】
0003968247.tif 000047
【図７】
0003968247.tif 000048
【図８】
0003968247.tif 000049
【図９】
0003968247.tif 000050
【図１０】
0003968247.tif 000051
【図１１】
0003968247.tif 000052
【図１２】
0003968247.tif 000053
【図１３】
0003968247.tif 000054
【図１４】
0003968247.tif 000055