塑性ひずみ履歴を受けた鋼材の腐食性状
コンクリート研究室
B４

河原井

指導教官

丸山貴之
久一教授

1. はじめに
阪神・淡路大震災は、神戸市を中心とし援・救急活動と二次災害防止活動に与えるて阪神地域の広範囲に大きな被害をもたら影響、地域の生活機能と経済活動に与えるした。道路や橋梁に関するコンクリート構

影響、復旧の難易度と工事費等を考慮して造物は、多様な損傷が発生していた。災害定めるのを原則としている。一般の場合、のダメージから元の生活に戻すために大規構造物の耐震性能は以下の 3 つとしている。

模な復旧工事が損傷頻度に応じて行われた。

（１） 耐震性能 1：地震時に機能を保持し、復旧工事では、費用を削減するために屈曲

地震後にも機能が健全で補修をしした鉄筋を直線に戻し、その一部もしくはないで使用が可能。

全部を再使用した。若松ら[1.2]は、震災に（２） 耐震性能 2：地震後に機能が短時間より被害を受けた地下鉄駅舎のＲＣ柱の打で回復でき、補強を必要としない。

ち変え部分と、打ち換え後の柱をＨ形鋼と（３） 耐震性能 3：地震によって構造物全鋼板で巻き立てた狭隘な空間内部を、膨張体系が崩壊しない。

性高流動コンクリートを用い、直接法によ

ここで、耐震性能１は、地震後の構造物る逆打ち工法で復旧させた。その際、塑性の残留変位が十分小さい範囲にとどまってひずみを受けた鉄筋を再使用している。山いる状態とする性能である。耐震性能 2 は，

内ら[1.3]は、地震の影響を受けた実構造物

地震後に構造物の耐火力は低下しない状態の柱主鉄筋と、交番繰り返し載荷を行ったとする性能である。一般には、地震時に各後の模型供試体の柱主鉄筋とを加熱矯正し、部材はせん断破壊せず、かつ各部材の応答引張試験を行っている。その結果、地震の変位が終局に至っていなければ、この耐震被害を受けた実構造物の柱主鉄筋は、加熱性能を満足すると考えてよい。耐震性能 3

矯正後の再使用が可能である。また、大変は、地震後に構造物が修復不可能となった

位の交番繰り返し荷重を受けた柱軸方向筋としても、構造物の質量および負債質量、は、伸び能力が落ちるものの十分再使用が土圧、水（液）圧などによって、構造物全可能であることを報告している。コンクリ

体系は破壊しない状態とする性能であるとート標準示方書[耐震性能照査編][1.1]によしている。

ると、構造物が保有すべき耐震性能は、構現在も阪神・淡路大震災から復旧したコ

造物の損傷が人命に与える影響、非難・救ンクリート構造物には、塑性ひずみを受けた鉄筋を再使用され続けている。再使用さる｡塑性ひずみの量は、図 2.1 を参考にして、れた鉄筋の力学的な研究報告は山内ら[1.3]5000μ、10000μ、50000μ、３つの最大の研究を含め多数されている。しかし、腐ひずみを与える。実際に試験体に与えられ食性に関する報告はなされていない。腐食るひずみの量は､除荷するので残留ひずみ性に関する研究は、塑性ひずみを受けていとなる。

ない鉄筋で実験するのが一般的である。そこで、本研究では、塑性ひずみ履歴を与え表 2.1 試験体の塑性ひずみ履歴た鉄筋を用意して電解腐食法により腐食をひずみ 最大ひずみ 残留ひずみ促進させ、塑性ひずみを受けた鋼材の腐食[μ]性状を検討することを目的としている。

２．実験の概要
2.1

使用材料と供試体作成方法

実験に用いた実験材料は、D16 異形鉄筋を使用した。まず、代表的な鉄筋の応力−ひずみ関係のグラフを図 2.1 に示す。
600

[μ]

[μ]

00

No.1 ε=50004660

3375

No.2 ε=10000

10062.5

6109.75

No.3 ε=50000

50374

46711.5

No.4 ε=50005090

3627

No.5 ε=10000

10356

6459.25

No.6 ε=50000

50331

46655.5

No.0 ε=0

次に、引張った D16 異形鉄筋からサンプルを 2 本切り出す。切り出した試験体の寸500法を図 2.2 に示す。
応力[N/mm2]400

Ｄ１６異形鉄筋300

ひずみゲージ

20080ｃｍ

100赤線で切断
0010000

20000

30000
ひずみ[μ]

40000

5000060000

図 2.1.1 鉄筋の応力−ひずみ関係
D16 異形鉄筋を 800mm に切断し、鉄筋２０ｃｍ２０ｃｍ

サンプル1サンプル２

図 2.1.2 試験体の寸法の中心にひずみゲージを対象に貼り付け、データロガ―を用いてひずみを測定しなが次に、切断した試験体の質量を測定する。

ら、引張試験機により、塑性ひずみを与え測定方法は、デジタル質量計で 100 分の 1gまでとした。今回は、試験体の黒皮を 10％

表 2.2 実験条件

クエン酸アンモニウム溶液を用いて除去し電流量

1[A]た。後に、試験体にリード線をつないでエ積算電流量

99.4[A・h]

ポキシ樹脂を用いて鋼材の表面積が一定に電解質溶液3､10％食塩水なるようにシーリングを行った。試験体のシーリング寸法を図 2.3 に示す。

リード線
エポキシ樹脂- +D16異形鉄筋

直流安定化電源15ｍｍ

異形鉄筋

図 2.1.3 試験体のシーリング寸法
2.2

チタンメッシュ
水槽

食塩水

実験方法
図 2.2.1 電解腐食装置

試験体の腐食方法は、電解質溶液中で鉄筋を陽極、側面に配置したチタンメッシュを陰極に配線し、直流安定化電源により強2.3

実験結果

制的に直流電流を通電し､鋼材表面のイオ

図 2.3.1、図 2.3.2 に腐食量とひずみにつン化を促進させる電解腐食法を用いた。電いてのグラフ、図 2.3.3 に塩化物イオン濃度

解腐食装置を図 2.2.1 に示す。水槽内の電解による腐食量の差のグラフを示す。図 2.3.1

質溶液は、腐食を促進するために海水相当より､３％食塩水を用いた時の各試験体は､の食塩水（NaCl：３％）、もっと過酷な状ひずみを受けていない試験体と比較すると況を想定し食塩水（NaCl：10％）とした。

腐食量に差がないことが分かる。図 2.3.2

尚､陽極の鉄筋と陰極のチタンメッシュがからも､10％食塩水を用いた時の試験体は､接触しショートすることを防止するためにひずみを受けていない試験体と比較すると水槽の底に粗骨材をしくことにした。電流腐食量に大きな差がないことが分かる。図の大きさは、1A に設定した。通電期間は2.3.3 からは、3％食塩水を用いるより 10％11 日とし､積算電流量を一定にして塑性ひ食塩水を用いた方が腐食の量が大きかった。

ずみ履歴を受けた鉄筋の腐食性状についてこのことから､塩化物イオン濃度が高い方検討を行った。実験条件を表 2.2 に示す。

が腐食量に大きな影響を与える事がわかる。

120

腐 食 量 [g]

1003．

80

塑性ひずみ履歴を受けた鋼材がどのよ60

うな腐食性状をしているのかを解明する

40

ため､電解腐食法を用いて鉄筋の腐食を20促進させた結果､本実験の範囲で以下の0ことが明らかとなった。

05000
10000
最大ひずみ[μ]50000（1）塑性ひずみを受けた鉄筋は、電解腐食

図 2.2.1 最大ひずみと腐食量の関係
３％食塩水（2）コンクリート中の鋼材腐食を再現する

腐 食 量 [g ]実験を行なうことが必要である。

参考文献[1.1]土木学会：コンクリート標準示方書[耐震性能照査編]、2‐3、2002

05000
10000
最大ひずみ[μ]50000

10％食塩水3％食塩水[1.2]若松岳、竹中康訓、田中広司、横溝文
行：震災を受けた地下ＲＣ柱の膨張性高流動コンクリートによる補修、コン

図 2.2.2 最大ひずみと腐食量の関係

クリート工学年次論文報告集 vol.18、
p.17‐22、1996

１０％食塩水[1.3]山内俊幸､石橋忠良、菅野貴浩、大久保啓一：交番繰り返し荷重を受けた柱軸1101081061041021009896

方向筋の強度特性、コンクリート工学
年次論文報告集 vol.18、p.11−16、1996

0図 2.2.3法では腐食の差がほとんど無いことがわかった。

120100806040200

腐 食 量 ［ｇ］

結論500010000
最大ひずみ［μ］

50000

塩化物イオン濃度による腐食量の差