佃　有射

材料劣化の空間分布が鉄筋コンクリート部材の力学性能に及ぼす影響

指導教官：下村　匠

塩害による内部鋼材の腐食は，鉄筋コンクリート構造物の代表的な劣化現象である。塩害による劣化過程の概略は，腐食促進物質である水，酸素，塩化物イオンがコンクリート中に侵入・蓄積し，コンクリート中の鉄筋を腐食させることにより，鉄筋の腐食膨張圧によるコンクリートのひび割れ，鉄筋断面積の減少，鉄筋とコンクリート間の付着の劣化などが起こり，部材の力学性能が劣化するというものである。
この劣化過程を，ミクロレベルの物理化学モデルの組み合わせた数値シミュレーションにより解析的に予測する研究が進められている。それらの研究は，コンクリート中の水・塩化物イオンの移動，鋼材の腐食，腐食生成物の発生，腐食ひび割れの発生，部材の耐荷性状を順次数値解析により精度良く予測する手法を確立することで，構造物の合理的な耐久設計や維持管理に資することを目的としている。当然ながら，精度の良い予測システムを構築するためには，予測システムの各部分を構成するミクロモデルが，実現象をよく表すものでなければならない。そのための基礎的な研究が大いに必要とされている。
水分，塩化物イオンなどの腐食物質のコンクリート中の移動については，これまで多くの研究が行われてきており，現在も精力的に続けられている。その結果，物質の侵入から鉄筋の腐食の開始段階，すなわち塩害の劣化区分における潜伏期，進展期の範囲は，一応数値解析により予測する技術は整備されるに至っている。
鉄筋の腐食とそれに伴うコンクリートのひび割れの発生については，多くの研究が行われている。その中のいくつかは，腐食量と腐食ひび割れの関係を予測するモデルを提案している。腐食量とひび割れの関係を予測するモデルの多くは腐食量，腐食ひび割れを部材内で一様に仮定している。しかし，実現象では腐食量，ひび割れ幅ともに一様ではなく，位置によって異なる。鋼材の腐食した鉄筋コンクリート部材の鋼材の腐食量はひび割れの非一様性が構造面でどのような影響を及ぼすのか，それが安全側に働くのか危険側に働くのかさえわからない状況である。そのため，ミクロレベルの解析より詳細な解析が行われたとしてもその結果を活かしきることができず，どの程度詳細に解析を行う必要があるのかも定かではない。
そこで，本論文では腐食を軸方向一様と仮定した解析の適用限界を検討することを目的として，簡単な解析で腐食による劣化を予測できるかを検討するため実験と解析を行った。
これより，材料強度を腐食量の関数として与えた簡単な曲げ解析により鋼材の腐食したRC部材の荷重―変位関係の予測の工学的意味と軸方向に非一様に劣化したRC部材においても軸方向一様と仮定して計算することが可能であることを確認した。