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リニューアル技術

耐久性評価ツール「LIFE D.N.A.®

コンクリート中の劣化因子移動や化学反応を予測する解析ソフト

近年、コンクリート構造物の耐久性向上のニーズが高まり、100年以上の耐用年数が要求されることもあります。しかし、100年以上の長期にわたる耐久性を、これまでのコンクリート構造物の実績や経験のみで説明することは極めて困難です。そこで、鹿島では解析的手法によりコンクリートの耐久性を評価する研究に取り組み、耐久性評価に重要な劣化因子のコンクリート内での移動を把握する手法について検討してきました。これらの研究成果をシステムとして取りまとめ、コンクリート内の劣化因子の移動を精度良く解析する、「LIFE D.N.A.(Diffusion’N’Advection)」を開発しました。

平成15年度土木学会吉田賞
2004年日本コンクリート工学会論文賞

図版:構造物に生じた劣化の一例

構造物に生じた劣化の一例

キーワード

コンクリート、耐久性、物質移行、劣化因子、溶脱、中性化、塩害、拡散係数、空隙率
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技術の詳細

LIFE D.N.A.は、コンクリートの耐久性を評価するために重要となる劣化因子(イオン、水分など)のコンクリート内での移動を把握することで、コンクリートの耐久性を高い精度で評価するシステムです。また、劣化因子の拡散・移流といった基本的な物質移動のみでなく、劣化因子の移動速度に関連するコンクリート内の化学反応も考慮しています。これにより、コンクリート内の劣化因子の移動を精度良く解析することができます。

LIFE D.N.A.では、塩分浸透などのイオンの移流拡散解析を行う「一般解析」、中性化の解析を行う「中性化解析」、Ca溶脱の解析を行う「溶脱解析」、複数イオンの移動を考慮した解析を行う「多種イオン溶脱解析」、硫酸による劣化の解析を行う「硫酸解析」、硫酸塩による劣化の解析を行う「硫酸塩解析」の6種類について、1次元および2次元で解析することができます。それぞれの要素ごとに拡散係数、初期含有量、境界条件を設けることが可能です。境界条件は、時間依存性を考慮することができるので、例えば補修後の塩分浸透性を解析することが可能です。

これらの機能により、新設構造物については、構造物の設計段階で、材料、構造物形状、初期欠陥の有無を考慮した耐久性評価を行うことができます。また、既設構造物については、劣化調査結果(欠陥、構造物形状、劣化程度)に基づき、補修方法、時期、材料の評価・選定を行うことができます。

図版:入力画面の例

入力画面の例

図版:浸透性給水防止材「マジカルリペラー」による塩分浸透抑制解析の事例

浸透性吸水防止材「マジカルリペラー」による塩分浸透抑制解析の事例

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特長・メリットココがポイント

ひび割れを有するコンクリートについて評価可能

コンクリートにひび割れが入ることで、劣化因子のコンクリート中への浸透が早くなり、構造物は早期に劣化します。LIFE D.N.A.では、このようなひび割れを有するコンクリートの耐久性を評価することができます。下図では、0.5mmのひび割れを有するコンクリートの塩害に対する照査例を示しています。

  • ひび割れの存在によって、塩化物イオンが早期に鉄筋位置まで浸透することが分かります。
  • 他にも、LIFE D.N.A.では、表面被覆された場合など、実際の環境に応じたコンクリートの耐久性評価が可能です。

図版:ひび割れを有するコンクリートの塩害照査例

ひび割れを有するコンクリートの塩害照査例

Caの溶脱についても精度良く評価可能

ダム、河川の橋脚、水道施設のように水と接するコンクリートからは、長期的にその主成分であるCaが溶け出してしまう、「溶脱」と呼ばれる現象が生じます。LIFE D.N.A.では、この「溶脱」に対する評価も可能です。

LIFE D.N.A.の解析精度を検証するため、実際に70年間供用された構造物についてCaの溶脱を調査し、LIFE D.N.A.による解析値と比較しました。

  • 実際の環境を考慮した解析を実施した結果、解析値と実測値は精度良く合致することが確認されました。

図版:実構造物の調査結果との比較(Caの溶脱)

実構造物の調査結果との比較(Caの溶脱)

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適用実績

図版:リニューアル

LIFE D.N.A.は、新設・既設構造物を合わせると、これまでに100件以上の構造物の塩害、中性化、溶脱などに関する耐久性評価・設計・維持管理に幅広く適用されています。

学会論文発表実績

  • 「コンクリート構造物の耐久性能評価ツール LIFE D.N.A.」,鹿島技術研究所年報,Vol.57,2009年
  • 「長期間暴露されたコンクリートの化学的侵食に関するマルチイオン解析」,コンクリート工学年次論文集,Vol.29,No.1,2007年
  • 「カルシウムの溶出に伴うコンクリートの変質に関する実態調査と解析的評価」,土木学会論文集,No.697/V-54,2002年

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