皆川 浩

インフラ構造物におけるコンクリートは、中性化の進行や塩分の侵入が問題となっている。中性化や塩害が進行したコンクリートにさらに水分が侵入すると鋼材の腐食が生じ、部材劣化を引き起こすからである。コンクリート表面での中性化度や塩分濃度分布を評価できれば、どの部分が最も劣化しやすいかを評価でき、実際の劣化度合いを削孔して試験すべき場所を特定できることから、メンテナンスの高効率化が実現できる。しかし、この測定のために足場の設置や交通規制をしては、やはりコスト高になってしまう。本研究開発では、コンクリート表面の中性化、塩分濃度、水分の存在を３m以上離れた遠方から取得でき、画像化できる高感度近赤外分光技術を用いたインフラの遠隔診断技術の開発を行う。

「ＳＩＰ(戦略的イノベーション創造プログラム)インフラ維持管理・更新・マネジメント技術／構造物の補修・補強・更新に関する個別材料技術の研究開発／超耐久性コンクリートを用いたプレキャスト部材の製品化のための研究開発」の実施項目➀「超耐久性コンクリートを用いたプレテンション部材の性能確認」の一部を担う。

ハイドロゲルを鉄筋コンクリートに対する電気防食用電極に適用するための研究

廃止措置の現場のニーズを踏まえた優先研究課題として、『（１）格納容器・建屋等の健全性確保のための基礎・基盤研究』と『（２）燃料デブリの処理と放射性廃棄物の処分に関する基礎・基盤研究』の２つの課題に取り組む。各研究課題には、具体的目標を設けて現場で役立つ成果の創出を目指す。課題（１）の目標は、１）鋼構造物の実環境下での長期寿命管理と防食指針の策定、２）コンクリート施設の健全性診断手法と補強技術の開発、３）遠隔操作可能な検査・補修新技術の基礎的開発である。課題（２）の目標は、１）U－Zr－Fe－B－コンクリート系の相関係と核種溶出挙動解明、２）セメント系材料ウラン閉じ込め効果の定量化と具体的処分システムの提示、３）市民対話に基づく社会的受容性醸成の実践である。 人材育成面では、「廃止措置工学コース」を設け、鉄鋼材料、腐食、機器保全、非破壊検査、補修、建設材料、耐震性、遠隔技術、核燃料処理、アクチノイド物性、地層処分、リスクコミュニケーションなど、研究課題の基礎を成す広範な分野の科目を系統的に配置したカリキュラムを構築する。また、福島第一原子力発電所の廃止措置に向けた技術開発を行っている機関・企業へのインターンシップおよび海外研修を実施する。大学院生は、基盤技術研究に主体的に参画し、本プログラムで設置する「専門家会議」において各自のテーマの進捗、問題点、解決方策を報告し、国内外の専門家ならびに廃止措置技術開発を行っている企業等の技術者等との討論を定期的に経験する。これらの経験を通して、状況が複雑に変化する可能性がある廃止措置工程において異分野専門家との連携を図り、的確かつ重層的な対応を取ることができる中核人材を育成する。同時に、学生が廃止措置分野のキャリアに主体的興味を抱く動機を与える。

1.スチルカメラ等により撮影したコンクリート表面の画像データをもとに、画像解析技術によってひび割れを自動で検出し、その位置、ひび割れ幅の最小値・最大値、および形状を自動的に算出するシステムを開発する。本提案で用いる技術は、産業技術総合研究所（以下産総研と略す）の独自技術に基づき、ひび割れを撮影した際に画像上に現れる谷形状特有の輝度値曲面の幾何学的特性を直接的に表現する局所特徴量を抽出し、その共起パターンなどからひび割れ（＝谷）を判別する手法をコアとする。本提案の手法は、ひび割れ部分の構造的な特徴を画像から直接的に抽出できるため、局所的にひび割れ部分が汚れているなどしていても、谷としての特徴を有していれば検出が可能で、コンクリート表面の状態や撮影条件などによる変動に強い。しかも、特徴抽出プロセスは並列化することができ、高速化が可能である。特徴量抽出法の開発（産総研が担当）とともに個々の画像の特徴量からひび割れ部位を高速に判定する高度な学習型判定エンジンを開発（首都高技術と産総研が担当）することで、様々な条件下で撮影された画像データからひび割れ領域を高精度で検出し、ひび割れを特定した後にその位置や形状、最大長さ、最大ひび割れ幅等を算出する技術を確立する。 2.ひび割れデータを継続的に管理し、用途に応じて俯瞰的にも局所的にもモニタリング可能なシステムを開発する。このためには、１回の撮影では画角に収まらない対象部位を複数枚の分割画像の合成や建造物全体の俯瞰像を生成するパノラマ合成の機能が必要となる。平面領域同定による奥行きを考慮したパノラマ合成技術を開発する。その上で、点検年度毎のデータの対応部分を自動検出して容易に比較可能とする等のモニタリング機能を実現する経年変化モニタリング技術を開発する。 3.前述した技術を、首都高速道路の床版、橋台、橋脚、トンネル、道路、付帯構造物の多数の実画像データに適用し、その検出率や処理速度等の性能を構造物毎に評価する。評価にあたっては、実際の状態と検出率等の対応を統計的手法により数値化するとともに、主要な影響を与えると思われる状態を試験体によって再現し、実験を行うことで改善すべき課題を絞り込み、その結果を解析技術の開発にフィードバックし、開発した技術を導入した新たな点検作業フローを検討し、その効果や効率、リスクを明らかにする。

振動試験データに基づいて，コンクリート内部のひび割れ検知や地盤支持の状態を把握するためには，従来の振動試験方法と比較して大幅な精度向上が必要である．研究申請者らは，小型加振器によりRC版構造の局所的な共振(部材厚さ方向の縦振動)をアクティブに発生させ，振動が及ぶ範囲(直径300mm×版の厚さ)の共振周波数を得ることによって，既存技術よりも高精度かつ広い検査範囲(振動が及ぶ範囲)に対して疲労による内部ひび割れ性状を評価できる可能性を見出した．本研究申請課題は，この非破壊検査技術の実用化に向けた応用研究であり，振動試験による共振周波数と床版内部の損傷状況および構造性能との関係を整理する．これにより，振動試験によって床版内部の損傷状況を明らかにした疲労損傷度の評価が可能になる． また，踏掛版では地盤支持の状態によって減衰特性が大きく変化することが知られており，提案する小型加振器を用いた振動試験方法によって，踏掛版下面の空洞化範囲の推定も同時に可能になると考えられる． 提案技術は，申請者らのこれまでの基礎的研究の成果に基づくものであり，道路橋の簡易点検に向けた広範な実験データの収集と併せて，現場における実証試験も予定している．これらの検討によって，提案技術の実用化に向けた課題の整理とさらなる高度化を目指す．そして，東北地方の橋梁管理者，調査設計会社，研究者らによる委員会を組織し，提案技術を広く紹介・公開するとともに，意見交換を図って現場試験への試行につなげていく．

老朽化してくる橋梁が増加しているなか、PC橋では塩害による劣化損傷により鋼材の腐食破断といった最悪の場合、落橋に繫がりかねない重篤な損傷事例が報告されてきている。 塩害対策としては、鋼材腐食前に内部に浸透した塩分を除去し断面修復を行うのが望ましいが、実際は、鋼材が腐食し錆汁が露出してから顕在化している例が多くある。 塩害等による鋼材腐食したPC橋で実施されている対策工の一つである電気化学的防食工法（以降、電気防食工法という）はコンクリート構造物の補修対策として有効であり、塩分が浸入し鋼材腐食初期の段階では数少ない対策手段で、現在、約20万㎡の施工実績を有する工法であるが、補修後に再劣化してしまう橋梁も確認されている。PC鋼材の劣化損傷による破断は、橋の耐荷力低下に大きく寄与するため、再劣化を生じさせない適切な電気防食工法による補修技術や補修後の維持管理手法の確立が急務である。 本研究では、電気防食工法で補修したPC橋を対象として補修後の状況確認調査や電気防食工法による補修を行った撤去PC橋を対象に解体調査等を行い、塩害補修対策後の再劣化機構を解明するとともに、電気防食工法の維持管理の実態調査を行い、再劣化を防止するための効果的な維持管理手法の確立に向けた研究を実施するものである。 また、新たな電気防食工法を評価し、標準化するとともに副資材を含めた全体システムの耐久性向上策を調査整理して基準化するための研究も併せて実施する。

コンクリート構造物を対象とした電気防食工法の補修効果について，現地取得情報と数値解析を連携させた定量化手法を開発する．

①申請者らが構築した電気抵抗率から塩化物イオン拡散係数を推計する手法について，一般的なコンクリートと比較して緻密または粗なコンクリートに対する適用性を確認する． ②電気抵抗率から得られる拡散係数について，土木学会標準示方書【規準編】に示される電気泳動セル試験により得られる実効拡散係数，および，浸せき試験により得られるCl-見掛けの拡散係数との関連性を実験的に定量評価するとともに，これら拡散係数の相違点および位置付けを明確にする．

カルサイトの双晶発生を利用し，岩石やコンクリート中の応力分布を計測する技術の開発

コンクリートの化学的侵食，特に硫酸劣化に関する劣化予測式の構築と妥当性の検証

本研究により，これまで不明確であった電気抵抗率の種々の影響因子の影響程度，および電気抵抗率と塩化物イオン拡散係数の関連性を電気化学的知見に基づいて理論的かつ定量的に整理できる．本研究により，電気抵抗率と塩化物イオン拡散係数の関係が定式化できれば，飽水および不飽水状態のコンクリートの塩化物イオン拡散係数を電気抵抗率から迅速に推計する手法が提案でき，コンクリート構造物の維持管理の効率化に寄与すると考えられる．

凍害と塩害による複合劣化を受けたコンクリート構造物に適用する補修工法，補修材料の評価と適切な補修設計の構築に関する研究．

脱塩工法の設計および評価に関する研究

水セメント比が異なるコンクリート供試体を電気化学的促進試験と拡散試験に供し、コンクリートのカルシウム溶脱を実験的に評価した。また、数値解析も実施し、水セメント比がカルシウム溶脱に及ぼす影響を明らかにした。