ASR 供試体を用いた鉄筋亀裂進展度の評価
住友大阪セメント(株) 正会員 ○草野 昌夫 九州工業大学 正会員 幸左 賢二 九州工業大学 正会員 合田 寛基 九州工業大学 学生会員 土肥 宏記
１．はじめに
現在，鉄筋破断がASRを生じた実構造物で確認されており，
その主要因の解明が求められている．筆者らは，ASR模擬供試 体を用いた研究により，帯鉄筋曲げ加工時に発生した初期亀裂 が ASR 膨張により進展し，破断に至ることを確認した．しか し，上記の研究では急速に膨張が進展する膨張コンクリートを 使用しており，実構造物のような経時的な劣化状況下での鉄筋 亀裂進展の検討が必要と考えられる．そこで，本研究では図－
1に示す形状の反応性骨材を用いた供試体を作成し，長期暴露 状況下での劣化程度をパラメータとして劣化進展に伴う鉄筋 亀裂進展の評価を行った．
２．供試体の劣化進展状況
図－2に供試体ひび割れ密度の経時変化を示す．ひび割れ密 度は，主鉄筋方向の幅0.2mm以上のひび割れを使用し，供試体 の下面を除く3側面のひび割れ密度の平均値を示す．日数の経 過とともにひび割れ密度を計測した結果，劣化初期の case1で はひび割れ密度が 1.78m/m2，劣化中期の case2 では 3.98m/m2 と進展した．その後，case3では5.39 m/m2と，ひび割れの発生 は定常状態となり，劣化が終局状態まで達していた．
次に，ひび割れの発生傾向を検討するため，case3 に生じた ひび割れを用いて発生方向別にひび割れ密度を算出した結果 を図－3に示す．帯鉄筋方向は，1113日でひび割れ密度1.48m/m2， 主鉄筋方向は6.75m/m2とひび割れ発生量に差が生じた．また，
帯鉄筋方向では790日からひび割れ発生が収束するが，主鉄筋 方向のひび割れ発生量は 1100 日から若干少なくなる傾向が見 られる程度であり，ひび割れ発生が収束する時期にも差が見ら れた．このことから，ASRの膨張は拘束が弱い方に集中し，劣 化が進むにつれてその傾向が顕著になることが推察される．
３．鉄筋亀裂観察結果
図－4に示すように鉄筋曲げ加工部を軸方向で1/2カットし，
顕微鏡で50～200倍の断面観察を行い亀裂深さの測定を行った．
個別の曲げ加工を行った鉄筋で初期亀裂を観察し，膨張試験後 の亀裂進展の観察は各供試体からはつり出した旧節鉄筋を用 いて行った．なお，亀裂進展量の評価は亀裂深さを鉄筋径で除 した値を用いて行っている．
キーワード アルカリ骨材反応，鉄筋破断，節形状
連絡先 〒804-8550 福岡県北九州市戸畑区仙水町1-1 九州工業大学 TEL，FAX (093)-884-3123 図－1 供試体形状
旧節D16断面 300 340
300340
旧節D16鉄筋 現行D10鉄筋 帯鉄筋比：0.41%
670
340
100
単位：mm 340
試料1
試料2 試料3
図－3 方向別ひび割れ密度経時変化（case3）
1 2 3 4 5
0 200 400
経過日数（日）
ひび割れ密度（m/m2 ）
600 800 1000 1200 6
7
側面B 算
出 範 囲
1.89m/m2
3.97m/m2
6.75m/m2
0.94m/m2
1.31m/m2 1.48m/m2 帯鉄筋方向 主鉄筋方向 5.60m/m2
1.27m/m2
図－4 亀裂進展確認手法 図－2 供試体ひび割れ密度の経時変化 1
2 3 4 5
0 200 400
経過日数（日）
ひび割れ密度（m/m2 ）
600 800 経過日数：452日
密度：1.78m/m2
経過日数：790日 密度：3.98m/m2
上面 側面B 側
面 A 密 度 算 出 範 囲
1000 1200 経過日数：1113日
密度：5.39m/m2
case1 case2 case3 土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
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図－5に旧波節D16鉄筋の亀裂進展量を示す．最大亀裂進展 量は，初期亀裂が2.07％，劣化初期で4.72％，劣化中期で6.22％，
劣化終局では 6.00%であり，いずれも図－4に示す発生箇所 b
（曲げ加工の中央部）で確認された．ここで，亀裂進展が劣化 中期以降は定常状態になる傾向が見られたため，この要因を既 往の竹節鉄筋を用いた実験の結果をもとに検 討 し た ． ４．亀裂進展の特徴
図－6に竹節鉄筋の初期亀裂と終局時の亀裂進展量の結果を 示す．使用した竹節鉄筋は節高さ1.22mm，節変化率0.9mmで あり，波節と比較して節変化率はより小さい鉄筋である．鉄筋 亀裂に着目すると，竹節鉄筋の初期亀裂の最大値は4.00%，終 局の亀裂は鉄筋破断となり波節鉄筋（初期:2.07%，終局: 6.00%）
に比べ，竹節鉄筋の亀裂進展が著しく大きい結果となった．
図－7に示すように，鉄筋亀裂進展はASR膨張により帯鉄筋 が曲げ戻され，曲げ加工部内側に軸方向の引張力が生じ，鉄筋 曲げ加工時に節付け根部に生じた初期亀裂が進展することで 生じると考えられる．しかし，図－8に示すように鉄筋曲げ加 工の際，波節鉄筋の場合は45°の方向に，竹節鉄筋の場合は90°
の方向に初期亀裂が発生する．そのため,波節鉄筋は初期亀裂と 引張力とは 45°の角度を有するが，竹節鉄筋では初期亀裂に対 して直角方向に引張力が作用し，初期亀裂が進展するため鉄筋 破断が生じることが考えられる．以上のような原因から鉄筋に 同じ作用力が加わっても，波節鉄筋は角度を持った初期亀裂の ために亀裂進展量が小さくなったと考えられる．
５．まとめ
(1) 経年劣化に伴う旧波節鉄筋の亀裂深さの進展（初期亀裂 2.07%，劣化初期4.72%，劣化中期6.22，劣化終局6.00%） を確認した．ただし，劣化終局であっても亀裂は鉄筋径D16 に対して6.0%の進展にとどまった．
(2) 波節鉄筋の亀裂進展量が竹節鉄筋に比べて小さくなった原 因の一つとしては，初期亀裂に対して波節鉄筋は45°の方向 に，竹節鉄筋は90°の方向に膨脹力が作用するためであると 考えられる．
図－8 曲げ加工時の亀裂状況（a:波節 b:竹節）
(a)波節鉄筋 (b)竹節鉄筋
亀裂
45°
90°
膨張による 作用力方向
図－7 鉄筋亀裂進展のメカニズム
軸方向 深さ方向
円周方向
②引張力
③亀裂進展
①曲げ戻し 図－5 鉄筋亀裂（波節）
亀裂深さ/鉄筋径（%）
図－6 鉄筋亀裂（竹節）
亀裂深さ/鉄筋径（%）
試料3 試料2 40
30 20
0 100
Max:4.00
鉄筋破断
10
平均:2.17 平均:14.1 各鉄筋における最大値 各試料における最大値
※ 節3つに対する平均値
(1)節高さ( mm)※ (2)節変化率φ(mm)※0.9
1.22
試料1 試料2 試料3 初期亀裂
試料1
劣化終局 土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)
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