既設桟橋上部工の定量的な塩害劣化予測手法および入力パラメータの設定方法に関する研究

研究者　大即　信明　教授

東京工業大学大学院理工学研究科国際開発工学専攻

共同研究者　網野　貴彦　博士課程1年

東京工業大学大学院理工学研究科国際開発工学専攻

研究開発の目的・意義

鉄筋コンクリート構造物の塩害劣化機構は多くの研究により解明が進められ，新設構造物の設計・施工段階から配慮すべき性能照査方法や，既設構造物の維持管理に対する考え方が整備されてきた。その一方で，少子化の影響により維持管理費の減少が見込まれ，ＬＣＣ評価に基づく効率的な維持管理戦略を立案することが重要視されている。しかし，実際の構造物では，同じ構造・設計思想であっても，環境，コンクリートの品質，施工などに含まれる不確定性によって，部位・部材ごとに多様な変状を呈するため，ＬＣＣ分析に必要な将来の劣化数量を定量的に推定することは難しいとされてきた。
そこで，本研究では，桟橋上部工の塩害劣化を対象に，構造形式や波浪条件などが異なる実桟橋での調査データを収集し，桟橋上部工内の空間的な腐食環境の違いを整理・分析するとともに，桟橋上部工の将来的な劣化状況を，工学的根拠を持って定量予測できる手法の開発を目的とする。
なお，本手法の開発により将来の劣化数量の定量予測が可能となり，さらに維持管理計画の立案（ＬＣＣ分析など）において有効なツールとして活用できると言う点で，本テーマ開発の重要性は高いものと考えられる。

研究開発の概要

（社）土木学会をはじめとして，各機関から表－１に示すような「部材の劣化状態と塩害対策工法の標準的な組合せ」が提案されている。この表はこれまでの桟橋上部工の維持管理において数多く使用された実績があり，今後もこれをベースに維持管理計画の立案や補修工事が行われるものと考えられる。そのため，これからの構造物の維持管理では，ＬＣＣ分析に用いるための「任意の経過年数に対する潜伏期，進展期などの各劣化過程に属する数量（部材数又は面積など）」の明確な工学的根拠に基づいた定量予測が必要であり，そのためのツール（劣化予測手法の確立）を整備していくことが急務である。
そこで，我々は，各劣化過程に属する（部材又は面積の）劣化割合を定量予測できる手法として，塩害劣化の主要因である表面塩化物イオン濃度Ｃ0，コンクリート中の塩化物イオンの拡散係数Ｄ，かぶりｄの不確定性を考慮したモンテカルロ法による劣化予測手法について検討してきた。具体的には，図－１に示すように，同一の桟橋上部工における各種要因のばらつきが正規分布に従っている実態を考慮して，各種要因を「平均値＋標準偏差×正規乱数」と表現させ，各要因に対して独立の（異なる）正規乱数を複数個（1000個）発生させて1000ケース分の予測計算を行い，これにより図－２に示すように，任意の劣化状態に至る確率（割合）を計算により推定するものである。
しかし，本手法による予測においては次に示す課題が挙げられたため，本研究ではこれらの課題解決について検討を実施する計画とする。

1. 桟橋上部工内の空間的な腐食環境
   桟橋の構造形式や供用・波浪条件によって桟橋上部工に供給される塩化物イオン量が異なるため，本手法において信頼性の高い予測を行うためには，対象桟橋ごとの広範囲な部位からのサンプリングが必要である。
   そこで，数種の構造形式や波浪条件の異なる桟橋に対して，桟橋上部工内の空間的な塩化物イオン供給分布を分析し，劣化予測に必要なサンプリング位置の選定方法や，限られたデータから表面塩化物イオン濃度に関する入力値（平均値や標準偏差）を設定する方法を検討する。
2. 腐食発生限界塩化物イオン濃度
   これまで本手法の適用に際しては，一般的に耐久性照査に使用される1.2～2.4kg/m3の範囲で腐食発生限界塩化物イオン濃度（以下，Clim）を適宜設定してきた。しかし，Climの設定値が予測結果に影響を及ぼすため，本予測手法の信頼性をより確実にするために，Climの設定根拠をより明確にできる考え方の構築が必要である。
   そこで，本検討では種々の条件を考慮した鉄筋コンクリート供試体を作製し，使用セメントの種類（Ｎ又はＢＢ）に応じた腐食発生限界塩化物イオン濃度の推奨値や設定方法を考案し，そのばらつきについて検討する。

なお，本研究における最終的な成果として，上記1,2の成果を取り込んだ塩害劣化予測手法を開発することを目的とする。

対策工法	劣化状態
塗装	劣化しない（潜伏期）
電気防食	腐食進行中（進展期）
断面修復	腐食ひび割れ進行中
断面修復＋補強	限界に近い状態以上

表－1　劣化状態と対策工法の組合せ

図－1　各種要因のばらつき

図－2　建設後50年の鉄筋位置の塩化物イオン量のばらつき計算例

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