コンクリートの界面におけるひび割れ伸展のメカニズム解明と力学特性値の向上

本研究は新コンクリートを既存建造物に付加する際,コンクリート構造物に生じる新旧コンクリート界面の付着に関わる性能向上を検討するものである。本年度は「破面解析モデルゴを提案し,モデルを有限要素解析に適用することで,界面のひび割れ伸展メカニズム解明に着手した。下記に破面解析モデルを中心とした研究成果について示す。q)破面解析モデルと有限要素解析破面解析モデルは著者が開発したもので,コンクリート構成材料を単純化,理想化して二次元に配置するモデルである。界面近傍の化学的な解析を基に,界面は水酸化カルシウムが多く,骨材が少ない界面層としてモデル化した。さらに本研究で提案した破面解析モデルを有限要素解析(FEM)に適用し力学特性値を評価した。FEM結果の力学特性値と最終ひび割れ歪み(ひび割れ)の特徴について考察した。(2)ひび割れ伸展メカニズムに関する考察上記のFEMの結果,材料内部の脆弱な要素の分布状態が異なることで,力学特性値とひび割れが異なることが分かった。まず,脆弱な要素が集中して分布する打継ぎ界面の場合には,ひび割れが界面のみを伸展するため,破面の総延長は短くなり力学特性値が低下するのである。しかし,脆弱な遷移帯が適度に分布する場合,破壊時には遷移帯を縫うようにひび割れが伸展するため,破面の総延長がモルタルより長くなり,見つけ面積当たりの強度が大きくなるのである。(3)力学特性値の向上の具体策上述のように,コンクリートとその界面のひび割れ伸展メカニズムに関する考察が深化したことで,コンクリート界面を含む部材の力学特性値向上に関する具体策が提案できた。例えば,補修材を母材よりあえて弱くすることで,界面を破壊せずに補修材側へひび割れを大きく迂回させ,部材としては強度や靱性を向上させることが可能である。これらの成果は博士論文「非均質性を考慮した破面解析の提案」としてまとめた。

本研究は新コンクリートを既存建造物に付加する際,コンクリート構造物に生じる新旧コンクリート界面の付着に関わる性能向上を検討するものである。本年度は「破面解析モデルゴを提案し,モデルを有限要素解析に適用することで,界面のひび割れ伸展メカニズム解明に着手した。下記に破面解析モデルを中心とした研究成果について示す。q)破面解析モデルと有限要素解析破面解析モデルは著者が開発したもので,コンクリート構成材料を単純化,理想化して二次元に配置するモデルである。界面近傍の化学的な解析を基に,界面は水酸化カルシウムが多く,骨材が少ない界面層としてモデル化した。さらに本研究で提案した破面解析モデルを有限要素解析(FEM)に適用し力学特性値を評価した。FEM結果の力学特性値と最終ひび割れ歪み(ひび割れ)の特徴について考察した。(2)ひび割れ伸展メカニズムに関する考察上記のFEMの結果,材料内部の脆弱な要素の分布状態が異なることで,力学特性値とひび割れが異なることが分かった。まず,脆弱な要素が集中して分布する打継ぎ界面の場合には,ひび割れが界面のみを伸展するため,破面の総延長は短くなり力学特性値が低下するのである。しかし,脆弱な遷移帯が適度に分布する場合,破壊時には遷移帯を縫うようにひび割れが伸展するため,破面の総延長がモルタルより長くなり,見つけ面積当たりの強度が大きくなるのである。(3)力学特性値の向上の具体策上述のように,コンクリートとその界面のひび割れ伸展メカニズムに関する考察が深化したことで,コンクリート界面を含む部材の力学特性値向上に関する具体策が提案できた。例えば,補修材を母材よりあえて弱くすることで,界面を破壊せずに補修材側へひび割れを大きく迂回させ,部材としては強度や靱性を向上させることが可能である。これらの成果は博士論文「非均質性を考慮した破面解析の提案」としてまとめた。