鉄筋コンクリートの腐食速度と腐食誘発クラックの相互作用の解明

Kernkonzepte

鉄筋コンクリートの腐食誘発クラックの発生メカニズムは、腐食生成物の組成と密度の変化によって説明できる。

Zusammenfassung

本論文は、鉄筋コンクリートの腐食誘発クラックの発生メカニズムを解明することを目的としている。
まず、鉄筋表面から溶出したFe2+イオンおよびFe3+イオンの反応輸送と沈殿について、密度の異なる酸化鉄と水酸化鉄の生成比率が腐食電流密度に依存することを考慮したモデルを提案した。
次に、この腐食生成物の蓄積による鉄筋周辺のコンクリートへの圧力発生と、それによるコンクリートのき裂進展をPhase-field法を用いてモデル化した。
さらに、加速腐食試験における腐食電流密度の影響を再現し、表面クラック幅と腐食深さの関係を実験結果と比較することで、加速試験結果を自然環境下の腐食に外挿するための補正係数を提案した。
本モデルは、腐食生成物の組成と密度の変化が腐食誘発クラックの進展に大きな影響を及ぼすことを示しており、鉄筋コンクリートの耐久性評価に有用な知見を提供する。

Statistiken

鉄筋腐食速度1 µA/cm2の場合、表面クラック幅と腐食深さの関係の傾きは、100 µA/cm2の場合の6倍大きい。
腐食電流密度が増加すると、水酸化鉄の質量分率が減少し、生成される腐食生成物の密度が高くなる。

Zitate

「加速腐食試験では、自然環境下の腐食に比べて、クラックの進展が遅くなる」
「腐食生成物の組成、特に酸化鉄と水酸化鉄の質量分率の比率が、腐食電流密度によって変化する」

Wichtige Erkenntnisse aus

Unravelling the interplay between steel rebar corrosion rate and corrosion-induced cracking of reinforced concrete

by E. K... um arxiv.org 09-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.05889.pdf

Tiefere Fragen

腐食生成物の組成と密度の変化を制御する方法はあるか?

腐食生成物の組成と密度の変化を制御する方法として、主に腐食電流密度の調整が挙げられます。研究によると、腐食電流密度が高いほど、鉄酸化物と鉄水酸化物の質量比が変化し、特に鉄水酸化物の割合が減少します。これは、鉄水酸化物が鉄酸化物よりも密度が低いため、腐食生成物の全体的な密度に影響を与えます。具体的には、加速印加電流試験において、腐食電流密度を制御することで、生成される錆の組成を調整し、結果としてコンクリート内での圧力の発生を抑制することが可能です。また、化学的添加物の使用や、コンクリートの配合設計を工夫することで、腐食生成物の性質を改善し、耐久性を向上させることも考えられます。

加速腐食試験の結果を自然環境下の腐食に外挿する際の不確定性はどのようなものがあるか?

加速腐食試験の結果を自然環境下の腐食に外挿する際の不確定性は、主に以下の要因に起因します。まず、加速試験では通常、腐食電流密度が自然環境下の約1000倍以上に設定されるため、実際の腐食速度や亀裂の進展速度が異なる可能性があります。さらに、加速試験では、腐食生成物の組成や密度が異なるため、これが亀裂の進展に与える影響を正確に評価することが難しいです。また、自然環境では湿度、温度、化学物質の存在など、さまざまな要因が複雑に絡み合っており、これらの要因が腐食プロセスに与える影響を考慮する必要があります。したがって、加速試験の結果を自然環境に適用する際には、これらの不確定性を考慮した補正因子を導入することが重要です。

鉄筋コンクリートの耐久性向上のためには、どのような新しい材料や設計手法が考えられるか?

鉄筋コンクリートの耐久性向上のためには、いくつかの新しい材料や設計手法が考えられます。まず、耐腐食性の高い新しい材料として、ステンレス鋼や合金鋼の使用が挙げられます。これらの材料は、従来の炭素鋼に比べて腐食に対する耐性が高く、長寿命の構造物を実現します。また、コンクリート自体の改良として、ポゾラン材料や高性能コンクリート（HPC）の使用が推奨されます。これにより、コンクリートの密度が向上し、浸透性が低下することで、腐食因子の侵入を防ぎます。
設計手法としては、耐久性を考慮した設計基準の導入や、構造物の形状を工夫することで、雨水や塩分の侵入を防ぐことが重要です。さらに、自己修復機能を持つコンクリートや、ナノテクノロジーを利用した新しいコーティング技術の開発も、鉄筋コンクリートの耐久性向上に寄与する可能性があります。これらの新しい材料や設計手法を組み合わせることで、鉄筋コンクリートの耐久性を大幅に向上させることが期待されます。