報告書番号

EX23004

タイトル（和文）

コンクリート構造物の中性化深さ測定と鉄筋腐食検出に対する超音波探傷技術の適用性

タイトル（英文）

Applicability of ultrasonic testing to neutralization depth measurement and corrosion detection of reinforcing steel bars in concrete structures

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
発電プラントなどに多くの鉄筋コンクリート(RC)構造物が使用されている．RC構造物中の鉄筋はコンクリート中の高アルカリ環境によって腐食から保護されているが，大気中の二酸化炭素がコンクリート中へ侵入することでアルカリ性を低下させる中性化が鉄筋まで進むと，鉄筋が腐食環境下に置かれることとなる．鉄筋は腐食によって膨張し，コンクリートのひび割れや剥離が発生することで，RC構造物の耐荷性が低下する．このため，鉄筋腐食はRC構造物にとって最も重大な経年劣化とされており，RC構造物の維持管理を適切に行うためには中性化深さと鉄筋腐食状態を的確に把握することが重要であるが，その両者を把握する手法は破壊(微破壊)試験手法しかないのが現状である．このため，中性化深さの測定と鉄筋の腐食状態の評価を非破壊的に行う手法の開発が望まれている．
目　　的
RC構造物の中性化深さ測定と鉄筋の腐食状態評価に対する非破壊検査手法としての超音波探傷試験(UT)の適用性を評価する．
主な成果
1. 中性化深さ測定に対するUTの適用性
JIS A1153:2022注1)に従って促進中性化を進め，中性化深さの異なるモルタル試験体を作製した(図1)．中性化部と非中性化部をそれぞれ伝搬する超音波(図2)の音速を比較した結果，中性化後の音速は試験体表層の場合には速くなったが，内部の場合には顕著な変化は認められなかった(図3)．表層の音速が速くなったことは，中性化現象によるものではなく何らかの組成変化などによるものと推測される．以上の結果から，超音波の音速と中性化の間に相関は認められなかった．
2. 鉄筋の腐食状態評価に対するUTの適用性
丸棒状の鉄筋が入ったモルタル試験体を塩水(塩分濃度約3.5%)に浸漬し，通電して鉄筋を腐食させ(図4，5)，腐食の進行過程の超音波信号を測定した．その結果，鉄筋の腐食による膨張で発生した最初のひび割れが表面にまで進展した時点で鉄筋からのエコーとひび割れからのエコーが重なったエコーが観察され，さらに腐食が進んで膨張すると，鉄筋周辺に放射状に複数発生していると思われるひび割れによるエコーが現れた(図6)．これらの結果から，鉄筋の腐食状態に対応するひび割れの発生状況をUTで評価可能であることが分かった．

概要 （英文）

Reinforced concrete (RC) structures are widely used in a variety of infrastructures, such as power plants and so on, and rebars in RC structures are protected from corrosion by the highly alkaline environment of concrete. However, the rebar will be placed in a corrosive environment if neutralization progresses to the rebar. When rebar corrodes, expansion pressure causes cracking and delamination. Corrosion of steel bars is considered to be the most serious age-related deterioration of RC structures, and it is important to accurately determine the depth of neutralization and the state of corrosion of steel bars in order to properly maintain and manage RC structures. In this report, we tried to evaluate the applicability of ultrasonic testing as a nondestructive testing method for measuring the depth of neutralization and determining the corrosion state of rebars in RC structures.
We conducted accelerated neutralization tests to prepare mortar specimens with different depths of neutralization and measured the sound velocity of ultrasonic waves propagating through the neutralized and non-neutralized sections, respectively. Experiment results showed that the sound velocity in the neutralized section increased in the surface layer of the specimens, while no significant change was observed in the interior. It is assumed that the faster sound velocity at the neutralized zone in the surface layer is not due to the neutralization phenomenon but to the organizational changes under the environment of the accelerated neutralization test. These results indicate that it is difficult to identify the presence or absence of neutralization using ultrasonic sound velocity changes.
We immersed mortar specimens containing round bar-shaped rebars in salt water (salinity of approximately 3.4%) and energized to corrode the rebars. Then, we measured ultrasonic signals from the vicinity of the rebar during the process of rebar corrosion. As a result, when cracks were observed, echoes from the rebar and echoes from the cracks overlapped. In addition, what appeared to be echoes from micro-cracks appeared as the corrosion progressed. These results indicate that the corrosion state of the rebar can be evaluated by UT.

報告者

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