小林　悟志
コンクリート中の物質移動と鉄筋の腐食に関する数値解析

　塩害は，コンクリート構造物内部の鉄筋を腐食させ，構造物の耐久性を低下させる代表的
な劣化現象である。コンクリート標準示方書で，鋼材腐食に対する定量的な照査方法が導入
された。この方法は，簡便かつ物理的意味が明瞭であるので，実設計に適しているといえる。
しかし，簡便で実用的な照査法を持つ一方で，多少複雑であっても，条件を詳細に考慮でき
る，精度の高い予測手法の開発も続ける必要がある。本研究では，鉄筋コンクリートの内部
鉄筋の腐食による劣化過程を，より正確に予測でき，さまざまな条件下に適用できるモデル
の開発を目的とした。
鋼材の腐食速度を予測するため，電気化学的理論に基づき，水溶液中における鋼材の腐食
を定式化した。水溶液中の腐食を，コンクリート中の鉄筋の腐食に適用するため，コンクリ
ート細孔溶液のpH値を定めた。また，溶液の性質が，腐食速度に及ぼす影響を考慮した。
コンクリート中の物質移動は，既往の研究により，二次元での水分・塩化物イオン移動モデ
ルが構築されている。これに，酸素の移動モデルを加え，鉄筋近傍での物質量を算出した。
酸素は，コンクリート細孔中の気相・液相に存在し，ヘンリーの法則にしたがった平衡状態
にあると仮定してモデル化した。コンクリートの細孔構造に立脚した，水，塩化物イオン，
酸素の物質移動解析と鉄筋の腐食に関する連成解析により，コンクリート中の鉄筋の腐食速
度を予測可能とした。物質移動解析を二次元で行うことで，コンクリートに発生する曲げひ
び割れを考慮した，鉄筋軸方向の腐食分布が計算可能である。既往の実験結果と解析結果を
比較して連成解析システムの妥当性を検討した。実験値にはバラツキが見られるものの，経
年変化による平均腐食量の増加の傾向を，解析で予測できることを示した。構築した連成解
析システムを用い，コンクリートの曲げひび割れ幅，ひび割れ間隔，コンクリートの品質が，
鉄筋腐食性状に及ぼす影響を，数値シミュレーションにより検証した。その結果，それらを
合理的に考慮した劣化予測が可能であることを示した。また，ひび割れ幅とコンクリートの
品質が鉄筋腐食性状に及ぼす影響を把握するため，実験を行い，定性的な傾向を観察した。
コンクリートの品質については，解析結果と同様の傾向が観察されたが，ひび割れ幅に関し
ては，明確な傾向を把握することができなかった。これは，導入したひび割れが閉じてしま
ったためと考えられる。よって，今後，ひび割れ幅を継続的に保持・測定できる手法が必要
である。