Service life estimation of RC structure depends on the accuracy of prediction of deterioration. Out of many causes of deterioration Corrosion of reinforcing bar due to salt attack is one of the major deterioration phenomenons for RC structure. Chloride at the surface of steel bar initiates the corrosion of steel embedded inside concrete. Expansion of steel occurs by corrosion products that creates tremendous pressure at surrounding concrete and crack generates. Finally the safety and serviceability of the structure has to face the question.

All the previous models, to predict chloride penetration, take the Fick's law as the basis of computation. According to this law, chloride will penetrate as the time goes on and on, that means no limitation of depth of penetration. This does not support the penetration behavior in some cases of really durable concrete structure. Current durability design based on Fick's law, specified by JSCE, overestimates the cover size of concrete while the concrete quality is very good. Adopting always Fick's law for good quality of concrete makes uneconomical and irrational design where steel may yields fast and can generate problems against safety and serviceability of RC structure.

Recent findings from the inspection data of a bank protection structure constructed in Okinawa suggests that the depth of chloride ion penetration is limited to certain depth although the chloride profile was measured at different ages of 1.5, 3.5 and 8.75 years which is similar to the depth of saturation front. This observation was found in Fly ash concrete which was very good in case of cover resistivity. Another type of medium grade concrete was inspected for chloride profiling from the same structure of Okinawa. This concrete explored that not only the penetration front but also its variation around the mean depth is an important parameter to be taken into account for service life prediction. Now it is important to modify Fick's law by the inclusion of limited depth of penetration coupling with the mean and variation of depth of water front

An attempt was given to predict relationship among parameters by experiments to quantify liquid water front. w/c ratio were varied as 40%, 55% and 70% to visualize good, medium and bad types of concrete. Specimens containing 70% of w/c ratio showed good agreement for chloride profiling with that analyzed by Fick law.

Based on above findings from inspection and experiments, a classification of analysis method is proposed that should be applied depending on the type of concrete. At the design stage, quality of concrete is judged by its mix proportion while for the existing structure w/c ratio becomes just a reference value and the performance of concrete cover is influenced by construction process. Thus the criterion for judgment of quality of cover concrete should be different for the structure prior and post construction process. In this context, w/c ratio and torrent permeability are set to be criterion to choose suitable methods of analysis for new and existing structures respectively.

Accuracy of service life prediction largely influence life cycle cost of infrastructure. In current days, a lot of money is investing for the rehabilitation of infrastructure like bridges by the government in every country. However, the cost of maintaining the infrastructure is increasing significantly all over the world, that throw challenges to the engineers, businessmen and the infrastructure managers to have cost effective decision on maintenance planning that can save huge amount of expenditure. Maintenance planning includes all the costs such as initial construction cost, user cost, inspection cost and repair cost expended throughout the lifetime of the infrastructure. This whole scenario can well be reflected by Life Cycle Cost (LCC) analysis. Regarding precise prediction of LCC, practical engineers do not agree with the calculation done by desk researchers. The cost do not match between the image of LCC done by top most engineers who are concerned about the durability of structure and the researcher who calculate LCC based on Fick law. It is proved in this research that adoption of the proper method based on type of concrete can synchronizes the LCC supposed by engineers with that of desk researchers.

It is well known that cover size can be treated as fundamental parameter to make barrier against foreign matter ingress. Thus safe cover design was done as application of LCC based on water penetration front.

Finally a comprehensive framework is developed which includes the liquid water front and variation as cover resistance parameters where proposed analysis methods can be used depending on the quality of cover concrete and subsequent LCC can be computed.

塩分浸透による鉄筋腐食は、鉄筋コンクリートの最も深刻な劣化現象の一つであり、土木学会コンクリート標準示方書をはじめとする各規準類は、設計段階において、フィックの拡散則に基づいた劣化予測を行うこととしている。コンクリート品質が悪い場合には表面からの塩分の侵入が数十cmにも及ぶ事例があることは知られているが、コンクリート品質が十分であったとしても、100年にも及ぶ設計耐用期間を対象とした耐久性能照査においては、塩分浸透の算定結果は深部に及ぶ。実際に、かぶりが200mmにも及ぶ新設の事例が出てきているが、近年、耐久設計の結果として、設計かぶりが著しく厚くなってしまうことの不都合が指摘されている。200mmにも及ぶ厚いかぶりは、経済性の観点のみならず、鉄筋コンクリートとしてのひび割れ発生以降の靭性を喪失しかねないという負の側面も持っている。一方、近年実施された実構造物の調査によって、沿岸部に建設された護岸構造物であっても、特に遮塩性の高い混合セメントを用いた場合に塩分の侵入が表層近傍のみに留まり、現行の耐久設計を適用すると過度に安全側で不経済な評価になる事例があることが報告されている。また、コンクリート中への液状水の浸潤は、コンクリート品質に応じて、ある深さで停滞するとの報告もある。

このような背景の下、本研究は、液状水の浸潤位置と塩分の浸透深さの関係に関する実験的な検討を行い、両者の対応関係がコンクリート品質に応じて三段階に区分できることを明らかにした。そして、液状水浸潤位置とそのばらつきを考慮しつつ、それぞれの区分に適した塩分浸透評価手法を適用することで、現実に即した合理的な塩分浸透予測とライフサイクルコスト(LCC)評価が可能になることを示したものである。

まず、セメント種類、水セメント比をそれぞれ段階的に振った供試体を作製し、液状水の浸潤試験を実施した。そして、供試体の重量変化が長期材齢で収束傾向を示すことを確認した後、重量増加収束後の供試体を割裂して、液状水の浸潤深さを把握した。その結果、液状水の浸潤停滞深さはコンクリート品質に応じて大きく異なり、高品質で液状水浸潤停滞深さが浅い場合には、そのばらつきが少ないのに対して、低品質で液状水浸潤停滞深さが深い場合には、飽和領域と不飽和領域の境界が不明瞭であり、そのばらつきも大きくなることを確認した。

また、塩水浸せき試験を実施し、コンクリート表層から深さ方向の塩分分布、特に塩分浸透最深部と液状水浸潤深さとの位置関係を比較した。その結果、高品質で液状水の浸透がごく表層に留まる場合には、塩分の浸透も液状水の浸透領域に留まることを確認した。一方、低品質の場合には、液状水の浸透がかなり深い位置で停滞傾向を示すものの、塩分の浸透は液状水の浸透停滞位置をはるかに越えて進行することを確認した。また、品質が両者の中間的な場合には、液状水の浸透は両者の中間程度の位置で停滞し、塩分の浸透は液状水浸透停滞位置の平均値を一定程度越えたところで停滞することを確認した。そして、液状水浸潤深さと塩分浸透最深部との位置関係は上記三段階に区分できることを指摘した。

続いて、液状水浸潤深さと塩分浸透最深部との位置関係に関する三段階の区分ごとに、塩分浸透を適切に予測するための評価手法の検討を行った。その結果、高品質で液状水の浸透がごく表層に留まる場合には、まず液状水の浸透可能深さを確定的に予測し、その範囲においてコンクリート品質に応じた拡散係数を用いた浸透解析を行い、液状水が浸透しない不飽和領域においては拡散係数を0として塩分浸透は生じないとする解析が妥当とした。低品質で塩分浸透が液状水の浸透停滞位置をはるかに越えて進行する場合には、液状水の浸透深さにかかわらず、コンクリートを深さ方向に一様と見なして、従来同様に拡散係数を一定とした評価を行うのが妥当とした。塩分の浸透が液状水浸透停滞位置の平均値を一定程度越えたところで停滞する中間の場合には、液状水の浸透可能深さにばらつきを考慮した確率的な予測を行い、飽和領域から不飽和領域への遷移区間では、拡散係数をコンクリート品質に応じた値から0へと漸減させた解析を行うのが妥当とした。そして、三段階の適用評価手法の使い分けは、設計段階ではセメント種類および水セメント比に応じて場合分けを行い、実構造物に対しては、表層透気試験結果等の非破壊試験結果に基づいて場合分けを行うのが妥当とした。

また、提案した塩分浸透解析手法を品質が大きく異なる三種類のコンクリートに適用してLCCを試算した結果、遮塩性能の高い高品質コンクリートほどLCC評価が合理的になり、LCCに関する実務者の経験的な感覚に近いLCC試算結果を得ることが可能となった。

以上、本研究は、コンクリート中への塩分浸透における液状水浸潤の関与を明らかにし、コンクリート品質に応じて液状水浸潤の影響を考慮に入れた適切な塩分浸透評価手法を提示した意義は大きく、今後、耐久設計とLCC評価の両面で評価精度の向上に寄与することが期待され、学術的な新規性と実務における有用性を備えた研究成果と評価できる。

よって本論文は博士(工学)の学位請求論文として合格と認められる。