Title コンクリート中の鉄筋腐食における劣化予測に関する研 究

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コンクリート中の鉄筋腐食における劣化予測に関する研
究( Dissertation_全文 )
玉井, 譲
Kyoto University (京都大学)
2005-03-23
http://dx.doi.org/10.14989/doctor.k11549
Right
Type
Textversion
Thesis or Dissertation
author
Kyoto University
コンクリート中の鉄筋腐食における
劣化予測に関する研究
2005 年 3 月
玉井
譲
目
第 1章
次
序 論 ··························································································· 1
1.1
本 研 究 の 背 景 と 目 的 ·········································································· 1
1.2
本 論 文 の 構 成 ···················································································· 3
第 2章
2.1
既 往 の 研 究 ················································································· 6
コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 腐 食 過 程 ························································· 6
2.1.1
鉄 筋 の 腐 食 メ カ ニ ズ ム ································································ 6
2.1.2
コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 量 と 鉄 筋 腐 食 発 生 の 関 係 ··························· 7
2.1.3
コ ン ク リ ー ト 中 の pH と 鉄 筋 腐 食 発 生 の 関 係 ································ 8
2.2
塩 害 の 劣 化 過 程 に お け る 支 配 要 因 ······················································ 9
2.2.1
塩 害 ··························································································· 9
2.2.2
コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 浸 透 評 価 ··················································· 9
2.3
化 学 的 侵 食 の 劣 化 過 程 に お け る 支 配 要 因 ·········································· 12
2.3.1
化 学 的 侵 食 ··············································································· 12
2.3.2
コ ン ク リ ー ト 中 に お け る 化 学 的 侵 食 評 価 ··································· 13
2.3.3
化 学 的 侵 食 に よ る 鉄 筋 腐 食 へ の 影 響 ·········································· 14
2.4
混 和 材 お よ び 表 面 含 浸 剤 に 関 す る 研 究 ············································· 15
2.4.1
混 和 材 に 関 す る 研 究 ·································································· 15
2.4.2
シ ラ ン を 用 い た 表 面 含 浸 剤 に 関 す る 研 究 ··································· 18
2.5
高 流 動 コ ン ク リ ー ト ········································································ 19
2.6
鉄 筋 腐 食 の 非 破 壊 検 査 手 法 ······························································ 19
2.6.1
自 然 電 位 ··················································································· 19
2.6.2
分 極 抵 抗 ··················································································· 22
2.6.3
コ ン ク リ ー ト 抵 抗 ····································································· 23
2.7
鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 劣 化 予 測 に 関 す る 研 究 ···························· 24
第 3章
コ ン ク リ ー ト の 塩 分 浸 透 性 の 評 価 ··········································· 31
3.1
は じ め に ························································································· 31
3.2
種 々 の コ ン ク リ ー ト に お け る 塩 分 浸 透 性 ·········································· 31
3.2.1
実 験 概 要 ··················································································· 31
3.2.2
混 和 材 を 用 い た コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 の 存 在 形 態 ······················ 34
i
3.2.3
コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 浸 透 性 状 ················································· 35
3.2.4
表 面 塩 分 量 お よ び 拡 散 係 数 ························································ 38
3.3
促 進 試 験 に お け る 塩 分 浸 透 性 状 の 評 価 ············································· 40
3.3.1
実 験 概 要 ··················································································· 40
3.3.2
電 気 泳 動 試 験 に よ る 実 効 拡 散 係 数 の 評 価 ··································· 42
3.3.3
実 効 拡 散 係 数 と 見 か け の 拡 散 係 数 の 関 係 ··································· 44
3.4
本 章 の ま と め ·················································································· 46
第 4章
鉄 筋 腐 食 の 非 破 壊 検 査 手 法 の 評 価 ··········································· 48
4.1
は じ め に ························································································· 48
4.2
混 和 材 の 使 用 が 腐 食 モ ニ タ リ ン グ 指 標 に 与 え る 影 響 ························· 48
4.2.1
実 験 概 要 ··················································································· 48
4.2.2
自 然 電 位 と 分 極 抵 抗 の 関 係 ························································ 50
4.2.3
腐 食 面 積 率 と 自 然 電 位 の 関 係 ···················································· 51
4.2.4
腐 食 面 積 率 と 分 極 抵 抗 の 関 係 ···················································· 53
4.3
化 学 的 侵 食 に よ る 腐 食 が 腐 食 モ ニ タ リ ン グ 指 標 に 与 え る 影 響 ··········· 54
4.3.1
実 験 概 要 ··················································································· 54
4.3.2
硫 酸 に よ る 侵 食 が 鉄 筋 腐 食 に 与 え る 影 響 ··································· 57
4.3.3
硫 酸 水 溶 液 中 で の 鉄 筋 の 電 気 化 学 的 特 性 ··································· 58
4.3.4
自 然 電 位 ··················································································· 59
4.3.5
分 極 抵 抗 逆 数 値 （ 腐 食 速 度 指 標 ） ············································· 60
4.3.6
コ ン ク リ ー ト 比 抵 抗 ·································································· 61
4.3.7
鉄 筋 の 腐 食 状 況 ········································································· 61
4.3.8
中 性 化 残 り と 腐 食 面 積 率 の 関 係 ················································· 62
4.3.9
電 気 化 学 的 鉄 筋 腐 食 モ ニ タ リ ン グ と 腐 食 開 始 お よ び 進 展 の 関 係 · 63
4.3.10
4.4
硫 酸 侵 食 に お け る 鉄 筋 の 腐 食 生 成 物 ········································ 64
本 章 の ま と め ·················································································· 65
第 5章
分 布 を 考 慮 に 入 れ た 塩 分 浸 透 性 お よ び 鉄 筋 腐 食 性 状 の 評 価 ···· 67
5.1
は じ め に ························································································· 67
5.2
鉄 筋 腐 食 に 関 す る 各 劣 化 指 標 の 平 面 分 布 ·········································· 67
5.2.1
実 験 概 要 ··················································································· 67
5.2.2
コ ン ク リ ー ト 中 の 全 塩 分 量 の 分 布 ·············································· 69
ii
5.2.3
コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 の 腐 食 面 積 率 の 分 布 ································ 71
5.2.4
鉄 筋 の 自 然 電 位 お よ び 分 極 抵 抗 の 分 布 ······································· 72
5.2.5
供 試 体 中 の 塩 分 量 の 分 布 形 状 ···················································· 74
5.2.6
供 試 体 中 の 腐 食 面 積 率 の 分 布 形 状 ·············································· 74
5.3
腐 食 面 積 率 と 塩 分 量 の 関 係 ······························································ 77
5.3.1
各 種 混 和 材 の 影 響 ····································································· 77
5.3.2
腐 食 発 生 限 界 量 ········································································· 78
5.4
腐 食 面 積 率 と ひ び 割 れ 発 生 確 率 の 関 係 ············································· 79
5.5
各 劣 化 指 標 の 分 布 の 相 関 関 係 ··························································· 80
5.5.1
全 塩 分 量 の 変 動 係 数 が 与 え る 影 響 ············································· 80
5.5.2
腐 食 面 積 率 の 変 動 係 数 が 与 え る 影 響 ·········································· 81
5.5.3
分 布 を 考 慮 に 入 れ た 維 持 管 理 対 策 ············································· 82
5.6
本 章 の ま と め ·················································································· 83
第 6章
鉄 筋 の 劣 化 予 測 に 関 す る 提 案 ·················································· 85
6.1
は じ め に ························································································· 85
6.2
従 来 の 劣 化 予 測 手 法 ········································································ 85
6.2.1
耐 久 性 照 査 と 設 計 ····································································· 85
6.2.2
点 検 と 維 持 管 理 ········································································· 87
6.3
確 率 理 論 に 基 づ い た 劣 化 予 測 手 法 ···················································· 88
6.3.1
点 検 お よ び 劣 化 予 測 ·································································· 88
6.3.2
腐 食 面 積 率 と 腐 食 確 率 ······························································ 90
6.3.3
腐 食 確 率 お よ び 腐 食 面 積 率 と ひ び 割 れ 発 生 確 率 ························· 94
6.3.4
ば ら つ き を 考 慮 に 入 れ た 場 合 の 劣 化 曲 線 ··································· 95
6.3.5
分 布 を 考 慮 に 入 れ た 安 全 係 数 の 算 定 ·········································· 99
6.4
劣 化 予 測 に お け る ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト ········································· 101
6.4.1
確 率 論 的 手 法 に 基 づ い た ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト の 算 出 ·············· 101
6.4.2
ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト の 試 算 ···················································· 104
6.5
本 章 の ま と め ················································································· 108
第 7章
結 論 ························································································ 110
謝 辞 ······································································································ 116
iii
第 1 章
1.1
序
論
本研究の背景と目的
土木構造物はインフラストラクチャーとして、われわれの生活において重要な
役割を担っている。中でも鉄筋コンクリート構造物は多くの構造部材として用い
られてきている。コンクリートと鋼材の弱点を補い合った鉄筋コンクリートは従
来までは耐久的でメンテナンスフリーに近いと考えられてきた。しかし、近年に
なって塩害・中性化・アルカリ骨材反応および化学的侵食による劣化、あるいは
構造物の性能が低下する例が多くみられるようになり、構造物の維持管理の必要
性が高まっている
1）
。また、維持管理を実際に行うためには、コンクリート構造
物の現時点での状態を把握することが重要であり、さらに時間軸上における性能
の評価および検討が不可欠となってきている。このような各種劣化機構によって
生じる問題の中でコンクリート構造物の性能低下の観点から鉄筋腐食は最も重要
なものである。
鉄筋腐食の評価技術としては、原因となるかぶりコンクリート部の劣化因子の
浸透状態の把握および電気化学的モニタリング手法を用いた鉄筋の腐食状態の把
握がある。
塩害環境下にある鉄筋コンクリート構造物においては、寿命評価や維持管理を
行うにあたって、塩分の浸透性状を評価することがきわめて重要である。塩害の
劣化過程からは、塩分が鉄筋表面において腐食発生限界量に達するまでの潜伏期
間を予測することは、コンクリート構造物のシナリオを設定する上で不可欠なも
のであると考えられている。
鉄筋の腐食防止対策としてもっとも一般的な手法は、有害成分の鉄筋表面への
到達を遅延させることである。遅延させる方法としては、コンクリートの水セメ
ント比を小さくし密実にすること、かぶりを増大させること、に加えて混和材の
使用による浸透速度の抑制、あるいはコンクリート表面処理による有害成分の遮
断を挙げることができる。しかし、すでに腐食が開始し進行している構造物に対
してはこれらの対策は適切ではない。このような構造物に対しては、自然電位、
分極抵抗およびコンクリート比抵抗による鉄筋の腐食状態を検知し、将来におけ
る進行の予測を行うことが必要となる。これらの手法を用いることにより、鉄筋
の腐食状態を把握した上で電気化学的防食工法あるいは断面修復工法を施し、そ
1
れ以降は、劣化の進行を生じないようにする必要がある。
一方、化学的侵食に曝されている鉄筋コンクリート構造物においては、鉄筋腐
食に関しては特に考慮する必要がないとされてきた。その理由としては、化学的
侵食を受けるコンクリート構造物においては、硫酸イオンの浸透により表面部分
のコンクリートから劣化が生じるので、鉄筋の腐食が生じる状態のときには、す
でにかぶりコンクリートは消失している場合が多く見られるという理由からであ
る
2）
。しかし、硫酸イオンは中性化深さよりもさらに内部にまで高濃度で達して
いるとも言われており
3）
、硫酸イオンも塩化物イオンと同様に不動態被膜を破壊
する作用を有することから、鉄筋が露出する以前に、内部の鉄筋が硫酸イオン浸
透による影響を受けている懸念がある。つまり塩害の場合と同様に硫酸イオン浸
透深さに基づいた評価が必要であると考えられる。
各 種 構 造 物 に 対 す る 耐 久 性 設 計 お よ び 維 持 管 理 に つ い て は 、「 性 能 規 定 」 の 概
念が取り入れられつつある
4）
。しかし、不確定要素を取り扱うために、構造面の
みでなく、耐久性の分野においても腐食範囲および状態の表現等において、確率
理論に基づいた評価方法が求められている。そのため、鉄筋腐食などの劣化指標
をその分布を考慮に入れて扱う必要性が生じている。さらに、ライフサイクルコ
ストの検討を行う上で、腐食確率は不可欠な要素であり、不確定要素を考慮に入
れた劣化予測
5 ）、 6 ）
およびライフサイクルコストの算定
7 ）、 8 ）
を行う研究について
もなされ始めている。したがって、これら劣化指標の分布性状を実験的に把握す
ることはきわめて重要である。
しかし、塩害における混和材および表面処理の使用による浸透抑制効果につい
ては、まだ十分に検討されておらず
9）
、また化学的侵食における硫酸イオンの浸
透に伴う鉄筋腐食の発生メカニズムおよびその進行過程についても十分に解明さ
れていないのが現状である。さらに、混和材の使用あるいは硫酸侵食の場合の自
然電位、分極抵抗およびコンクリート比抵抗への適用性に関してもあまり研究は
行われていない。
そこで本研究では、シリカフューム、あるいは高炉スラグ微粉末を混和材とし
て用いたコンクリート、およびシランにより表面含浸を行ったコンクリートに関
して塩分の浸透抑制効果を検討し、これらのコンクリートにおける塩分浸透の予
測手法の評価を行った。次いで、シリカフューム、高炉スラグ微粉末を混和した
コンクリート、あるいは化学的侵食により劣化したコンクリート中の鉄筋の腐食
2
状態を自然電位、分極抵抗およびコンクリート比抵抗により把握する電気化学的
モニタリング手法の特徴および適用性に関して検討を行った。さらに、はり型供
試体を作成し、同一の供試体内で多数のサンプルを採取し、塩分量、腐食モニタ
リング指標および鉄筋の腐食量の測定を行うことで、そのばらつきを種々のコン
クリートについて評価し、分布の特徴について統計的な検討を行った。
以上のことから、コンクリートにおける塩分量および鉄筋腐食のばらつきを実
験的に評価し、確率論的な腐食評価方法の確立を目的とした。さらに、これらを
総合的に判断した上で、コンクリート構造物の寿命予測および劣化予測を行い、
補修を含めた適切な維持管理手法を提案することを試みた。
1.2
本論文の構成
本論文は 7 章からなる。
第 1 章「序論」においては、本研究の背景と目的を述べた。
第 2 章「既往の研究」においては、塩害による鉄筋腐食メカニズム、塩分の浸
透性状評価、化学的侵食による鉄筋の劣化メカニズム、塩分浸透抑制対策として
の混和材および表面処理材の位置づけ、および鉄筋腐食に対する各非破壊検査手
法の特徴について既往の研究および現状における問題点に関して述べた。
第 3 章「コンクリートの塩分浸透性の評価」においては、シリカフューム、高
炉スラグ微粉末の混和、あるいはシランによる表面処理がコンクリート中の塩分
浸透性に与える影響について検討を行い、塩分の浸透性に関する予測および評価
を行った。
第 4 章「鉄筋腐食の非破壊検査手法の評価」においては、シリカフューム、高
炉スラグ微粉末を混和したコンクリート、あるいは化学的侵食されたコンクリー
ト中の鉄筋腐食に対して非破壊的な電気化学的モニタリング手法の適用性および
評価手法について検討を行った。
第 5 章「分布を考慮に入れた塩分浸透性および鉄筋腐食性状の評価」において
は、シリカフューム、高炉スラグ微粉末およびスランプが塩分浸透量および鉄筋
腐食量の分布に与える影響について検討を行い、コンクリート中における各劣化
要因の分布についての評価を行った。
第 6 章「鉄筋の劣化予測に関する提案」においては、コンクリート中の鉄筋の
腐食性状の分布を表す指標として、鉄筋の腐食確率を定義し、塩分浸透量および
3
かぶりの分布が鉄筋の腐食確率に与える影響について検討を行なった。また、腐
食確率に基づき耐久性に関するライフサイクルコストの評価を行い、鉄筋腐食に
関して分布を考慮に入れた劣化予測の提案を行った。
第 7 章「結論」においては、各章で得られた結果から、コンクリート中におけ
る鉄筋腐食の劣化予測に関しての提案を行い、各章で得られた結果を総括すると
ともに、今後の課題を指摘し、結論とした。
以 上 の 本 論 文 の 構 成 を フ ロ ー チ ャ ー ト と し て 図 1.1 に 示 す 。
鉄筋腐食による劣化
腐食開始以後
腐食開始以前
第 3 章
コンクリートの
第 4 章
塩分浸透性の評価
手法の評価
混和材、硫酸侵食の影響
混和材、表面処理の影響
第 5 章
鉄筋腐食の非破壊検査
分布を考慮に入れた塩分浸透性
および鉄筋腐食性状の評価
コンクリート中における各要因の分
布性状およびその関連性
第 6 章
鉄筋の劣化予測に関する提案
腐食確率に基づいた劣化予測手法お
よびライフサイクルコストの算出
第 9 章
結論
本論文のまとめと今後の課題
図 1.1
本論文の構成
4
参考文献
1 ）日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 ： コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 研 究 委
員 会 報 告 書 、 1998
2）土 木 学 会 ： コ ン ク リ ー ト の 化 学 的 侵 食 ・ 溶 脱 に 関 す る 研 究 、コ ン ク リ ー ト 技 術
シ リ ー ズ 53、 2003
3 ）日 本 下 水 道 事 業 団 編 著 ： 下 水 道 構 造 物 に 対 す る コ ン ク リ ー ト 腐 食 抑 制 技 術 お よ
び 防 食 技 術 指 針 ・ 同 マ ニ ュ ア ル 、 2002
4） 湯 山 茂 徳 ： 構 造 物 の 性 能 規 定 設 計 ・ 管 理 お け る 検 査 技 術 の 動 向 、 非 破 壊 検 査 、
Vo l . 2 1 、 N o . 1 、 p p 3 - 7 、 2 0 0 2
5）岸 雅 之 ほ か ： 鉄 筋 腐 食 劣 化 を 考 慮 し た RC 部 材 の 性 能 評 価 の 評 点 化 手 法 、コ ン
ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vo l . 2 3 、 N o . 1 、 p p . 1 1 7 1 - 1 1 7 6 、 2 0 0 1
6） 上 東 泰 ほ か ： コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 外 観 変 状 状 態 の 予 測 に 関 す る 検 討 、 第 58
回 年 次 講 演 会 講 演 概 要 集 、 No.5、 pp.169-170、 2003
7 ） Ta r a m a Wi l l i a m s . e t . a l : R e l i a b i l i t y - B a s e d N o n d e s t r u c t i v e Te s t i n g a n d R e p a i r o f
Concrete Seawall, ACI Structural Journal,pp.166-174,2000
8） S.Engelund et al: Evaluation of Repair and Maintenance Strategies for Concrete
Coastal Bridges on a Probabilistic Basis, ACI Material Journal, pp160-166, 1999
9） 日 本 材 料 学 会 編 ： コ ン ク リ ー ト 混 和 材 料 ハ ン ド ブ ッ ク 、 2004
5
第 2 章
2.1
2.1.1
既往の研究
コンクリート中の鉄筋腐食過程
鉄筋の腐食メカニズム
一 般 に コ ン ク リ ー ト の 細 孔 溶 液 は 水 酸 化 カ ル シ ウ ム で 飽 和 し て お り 、 そ の pH
は 約 1 2 ～ 1 3 で あ る 。こ の よ う な 強 い ア ル カ リ 性 環 境 の も と で は 鉄 筋 表 面 に 不 動 態
被膜が形成されており、鉄筋は腐食から保護されている。しかし、中性化、ある
いはある種の有害成分の混入により、鉄筋が活性態となると腐食しやすくなる。
鉄 筋 の 不 動 態 被 膜 を 破 壊 す る 有 害 成 分 に は 、 ハ ロ ゲ ン イ オ ン （ C l － 、 B r － 、 I － ）、
硫 酸 イ オ ン （ S O 4 2 － ）、 ま た は 硫 化 物 （ S 2 － ） な ど の 陰 イ オ ン が 挙 げ ら れ る 1 ）。 こ の
中で塩化物イオンは不動態被膜の破壊作用が強く、しかもコンクリート中に混入
あるいは飛来する機会が多いので、コンクリート中の鉄筋の腐食に対する最も有
害なイオンである。以上のような作用によって不動態被膜が破壊された場合、次
式 （ 2 . 1 ）、（ 2 . 2 ） で 表 さ れ る 電 気 化 学 的 反 応 に よ っ て 鉄 筋 は 容 易 に 酸 化 ・ 腐 食 を
引き起こす。
アノード反応
Fe→Fe2＋ +2e－
（ 2.1）
カソード反応
1/2O2+H2O+2e－ →2OH－
（ 2.2）
コンクリート中の鉄筋の腐食では、鉄
FeOOH： 赤錆
イオンが溶出するとともに電子を発生す
Fe(OH)3： 水酸化第二鉄
るアノード反応と、その電子が溶存酸素
+1/2H2O+1/4O2
を還元するために消費されるカソード反
Fe(OH)2： 水酸化第一鉄
応が鉄筋表面で生じ、腐食電池を形成す
+2OH
る。その結果、溶出した鉄イオンは複雑
Fe
2+
2e +H2O+1/2O2
な反応を経て水和イオンや錆になる。こ
鉄筋表面
の 2 種 類 の 反 応 式 （ 2 . 1 ）、（ 2 . 2 ） を １ つ
Fe
に ま と め る と 式（ 2 . 3 ）の よ う に 表 さ れ る
アノ ード 部
（ 図 2 . 1 参 照 2 ) ）。
図 2.1
2Fe+O2+2H2O→ 2Fe(OH)2
2e
カ ソ ード 部
鉄筋の腐食反応機構
（ 2.3）
6
鉄の錆層（水酸化第二鉄）は多孔質であるため、発錆後も腐食を抑制する効果
が 小 さ く 腐 食 は 進 行 す る 。 ま た 、 一 般 的 に 腐 食 生 成 物 は 鉄 よ り 約 2.5 倍 の 体 積 を
有するため、その膨張圧がコンクリートのひび割れおよび剥離を引き起こし、ひ
び割れがさらなる腐食の進行を促す結果となる。
2.1.2
コンクリート中の塩分量と鉄筋腐食発生の関係
コンクリート中に浸透した塩分の一部はセメント中の成分と化学的に結合し、
腐食に影響を与えないフリーデル氏塩を形成しており、コンクリート中の鉄筋の
腐食発生に関しては限界値があるとされている。普通ポルトランドセメントにお
い て は 0 . 4 % ま で の 塩 化 物 イ オ ン が 固 定 さ れ る と 報 告 さ れ て い る 。コ ン ク リ ー ト 標
準 示 方 書 ［ 施 工 編 ］ 3） で は 、 腐 食 発 生 の 限 界 値 を 1.2kg/m3 と 設 定 し て い る が 、 実
際にはかぶり、水セメント比、温度および環境条件により様々な結果が得られて
い る 。土 木 研 究 所 の 実 験 結 果 に よ る と 、W / C = 7 0 ％ で の 限 界 量 は 0 . 2 5 ㎏ / m 3 で あ り 、
W/C=55％ で の 限 界 量 は 0.50 ㎏ /m3 で あ る と 報 告 さ れ て い る 4)。 ま た 、 通 常 の 黒 皮
の あ る 鉄 筋 に つ い て は セ メ ン ト 百 分 率 で 0.2％ （ 約 0.8 ㎏ /m3） で あ る と の 報 告 も
あ る 5)。 さ ら に 、 モ ル タ ル 中 の 鉄 筋 の ア ノ ー ド 分 極 曲 線 か ら 不 動 態 被 膜 の 有 無 を
判 断 し た 大 即 ら の 研 究 6 ）、 7 ） に よ る と 、塩 分 量 が 2 . 2 5 k g / m 3 以 下 で は 8 0 ％ 以 上 の 場
合で不動態を有するのに対し、それ以上になると不動態が存在する割合は急激に
低 下 し 、50％ 以 下 に な る と 報 告 さ れ て い る 。こ の 他 、Browne ら の 研 究 で は 、限 界
値 と し て 設 定 せ ず 、塩 分 量 ご と に 表 2 . 1 の よ う に 腐 食 リ ス ク を 示 し た も の も あ る 8 ) 。
表 2.1
各塩分量の腐食危険度
塩分量
塩分量
（セメント重量％）
(kg/m3)
＞ 2.0
＞ 1.6
Certain
1.0-2.0
0.8-1.6
Probable
0.4-1.0
0.03-0.8
Possible
＜ 0.4
＜ 0.03
Neglible
7
腐食危険度
2.1.3
コンクリート中のｐH と鉄筋腐食発生の関係
鉄 の 腐 食 を 例 に と る と 、 図 2 . 2 9 ） に 示 す よ う に 、 p H ≦ 4（ 酸 性 域 ） で は 鉄 は 溶 解
し 腐 食 速 度 は 著 し く 大 き い 。p H ＞ 1 0 で は 不 動 態 化 が 強 化 さ れ 腐 食 速 度 は 著 し く 小
さ く な る 。 よ っ て コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 は 錆 び に く い 。 pH4～ 10 で は 腐 食 速 度 は
ほぼ一定である。これはカソード表面へ拡散してくる酸素の量によって律速され
て い る た め で あ る 。 pH≦ 4 で は 、 鉄 表 面 の 酸 化 物 が 溶 解 す る た め に 水 溶 液 と 直 接
に 接 す る こ と で 腐 食 速 度 は 大 き く な る 。弱 酸 の 場 合 は 、p H 5 ～ 6 で も 水 素 発 生 を 伴
っ て 腐 食 速 度 は 増 大 す る 。 こ の よ う に pH は 、 金 属 の 耐 食 性 に 大 き く 影 響 す る こ
とが分かる。
ま た 縦 軸 に 電 位 (E)、 横 軸 に pH を と っ て 、 水 中 に お け る 金 属 の 安 定 状 態 を 示 し
た も の に 電 位 － pH 図 、 い わ ゆ る プ ル ー ベ （ M.Pourbaix） の 電 位 － pH 図 を 図 2.3
に示す。ａ破線は水素発生の上限を、ｂ破線は酸素発生の下限を示す。いわゆる
腐食は水の安定領域（a と b で囲まれた領域）で起こる。①③⑨以下の電位では
腐食せず不変態として安定である。また④③⑧⑦に囲まれた領域および⑤⑦と破
線 ｂ に 囲 ま れ た 領 域 は そ れ ぞ れ Fe3O4 お よ び Fe2O3 の 生 成 に よ り 不 働 態 化 さ れ 、
鉄 の 腐 食 は 抑 制 さ れ る 。 ① ④ ⑤ ⑥ に 囲 ま れ た 領 域 に お い て は 、 Fe2＋ 、 Fe3＋ が 安 定
で あ り 鉄 が 溶 出 す る （ 腐 食 さ れ る ）。 し か し 、 図 2 . 3 は 腐 食 を 引 き 起 こ す イ オ ン が
存 在 し な い 場 合 で あ り 、 Cl-あ る い は SO42-が 存 在 す る 場 合 に お い て は 異 な っ た も
のとなる。
図 2.2
鉄 の 腐 食 に 与 え る pH の 影 響
図 2.3
8
鉄 の 電 位 － pH 図
2.2
2.2.1
塩害の劣化過程における支配要因
塩害
塩 害 と は 、 コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 の 不 動 態 被 膜 が 塩 化 物 イ オ ン に よ っ
て 破 壊 さ れ 、 鉄 筋 が 腐 食 し 、 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 と し て の 性 能 を 低 下 さ
せ 機 能 に 害 を 与 え る 現 象 の こ と で あ る 。 一 般 に 、 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の
塩 害 に よ る 劣 化 過 程 は 潜 伏 期 、 進 展 期 、 加 速 期 、 劣 化 期 の 4 段 階 に 区 分
す る こ と が で き る 。そ れ ぞ れ の 段 階 の 特 徴 は 以 下 の よ う な も の で あ る（ 図
2.4 参 照
10)
）。
Ⅰ .潜 伏 期 ： 鋼 材の かぶり位 置におけ る塩分濃 度が腐食 発生限界 濃度に達 する
までの期間であり、塩分の拡散および初期含有塩分濃度に支配さ
れる。
Ⅱ .進 展 期 ： 鋼 材の 腐食開始 から腐食 ひび割れ 発生まで の期間で あり、鋼 材の
腐食速度に支配される。
塩害に よ る 劣化
Ⅲ .加 速 期 ： 腐 食 ひ び 割れ発 生 によ
り腐食速度が増大する
期間であり、ひび割れ
を有する場合の鋼材の
コ ンク リ ート に
ひび割れ発生
鋼材の腐食開始
使用期間
腐食速度に支配される。
部材の 性能低下
Ⅳ .劣 化 期 ： 腐 食 量 の 増加に よ り耐
荷力の低下が顕著な期
間であり、加速期と同
様にひび割れを有する
場合の鋼材の腐食速度
潜伏期 進展期
図 2.4
加速期
劣化期
塩害における劣化過程
に支配される。
2.2.2
コンクリート中の塩分浸透評価
コンクリート中の塩分の移動現象に関する一般的な解析においては、コンクリ
ート中の塩分は塩化物イオンとして細孔などに存在する未水和水中を濃度拡散に
よ り 移 動 す る と い う 考 え 方 を 基 本 と し て い る 。し か し 移 動 に 与 え る 要 因 と し て は 、
他に塩分の固定、イオンの相互作用、電気的作用、およびコンクリート細孔溶液
中の水分移動が複雑に影響している。そのため、コンクリート中の塩分浸透に対
9
しては、これらの各要因を含めた見掛けの拡散係数として扱われている。したが
って、コンクリート中の塩分の移動には、コンクリートの細孔構造や乾湿繰返し
による水分の移動が大きく関係するものと考えられる。また、コンクリートの水
セメント比が大きい場合や養生が十分ではない場合には、コンクリートの組織構
造は緻密ではなくなり塩分は移動しやすくなる。これらはセメントの種類や用い
る混和材料の種類にも影響を受ける。
塩 分 の 拡 散 浸 透 を 表 現 す る の に 広 く 一 般 に 用 い ら れ て い る の が 、F i c k の 第 2 法
則 に 基 づ い て 、 拡 散 係 数 を 一 定 と し た 拡 散 方 程 式 （ 2.4） で あ る 。
∂C
∂ 2C
=D 2
∂t
∂x
（ 2.4）
こ こ に 、 C： 塩 分 量 (kg/m3)
t： 供 用 期 間 (sec)
x： コ ン ク リ ー ト 表 面 か ら の 距 離 (m)
D： 見 か け の 拡 散 係 数 (m2/sec)
式 (2.4)を 初 期 条 件 C(x,0)=0
C(0,t)=C0（ 一 定 ）
の も と で 解 く と 式 （ 2.5） の よ う に な る 。
⎧
⎛ x ⎞⎫
C ( x, t ) = C0 ⎨1 − erf ⎜
⎟⎬
⎝ 2 Dt ⎠⎭
⎩
（ 2.5）
こ こ に 、 C0： 表 面 塩 分 量
erf： 誤 差 関 数
一 般 に は 、式（ 2.5）を 用 い る こ と に よ っ て コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 浸 透 予 測 が さ
れ て い る が 、よ り 詳 細 に か つ 正 確 に 塩 分 浸 透 性 を 予 測 す る た め に 、Fick の 第 2 法
則を基本とする他の解析的な予測式が提案されている。例えば、表面塩分量が時
間 ｔ の 平 方 根 に 比 例 す る （ C0(t)=ｋ √ t） と い う 報 告 11） が あ る が 、 そ の 場 合 の 式
（ 2.4） の 解 は 式 （ 2.6） の よ う に な る 。 ま た 、 よ り 複 雑 な 境 界 条 件 の 場 合 に お い
ては、有限要素法などの数値計算による方法も用いられている。
⎧⎪ ⎛ x 2 ⎞ ⎛ x π
⎛ x ⎞ ⎞⎪⎫
⎟⎟ − ⎜
erf
⎜⎜
C ( x, t ) = k t ⎨exp⎜⎜ −
⎟⎟ ⎟⎟⎬
⎪⎩ ⎝ 4 Dt ⎠ ⎜⎝ 2 Dt
⎝ 2 Dt ⎠ ⎠⎪⎭
10
（ 2.6）
塩分浸透を評価する場合においては、通常表面塩分量および拡散係数が必要で
ある。表面塩分量は拡散方程式を解くための境界条件として必要であり、一般的
には一定として計算されている。さらに、様々な塩害環境条件における表面塩分
量 の 設 定 値 に つ い て は コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書［ 施 工 編 ］で 示 さ れ て い る（ 表 2 . 2
参照
3）
）。し か し 、海 洋 環 境 の 飛 沫 帯 の よ う な 乾 湿 繰 返 し の 激 し い 環 境 で は 、表 層
部分の塩分濃度が経時的に高くなるという現象が知られている。その予測式につ
い て は 多 く の 研 究 で 明 ら か に な っ て お り 、 丸 屋 ら の 研 究 で は C0(t)=ｋ √ t、 金 谷
ら の 研 究 12） で は C0(t)=a(1-e-bt)、 竹 田 ら の 研 究 13） で は C0(t)=b(1-e-β ｔ )に 基 づ
いて変化すると報告されている。
表 2.2
表 面 に お け る 塩 分 量 （ ㎏ /㎡ ）
海 岸 か ら の 距 離 (㎞ )
飛沫帯
13.0
汀線付近
0.1
0.25
0.5
1.0
9.0
4.5
3.0
2.0
1.5
拡散係数も表面塩分量と同様に、一般的には一定値であると仮定されている。
塩分の浸透予測を行うにあたって拡散係数を決定することが必要であり、コンク
（ 2 . 8 ）が 提 案 さ れ て い る 。
リ ー ト 標 準 示 方 書 [ 施 工 編 ] 3 ）で は 以 下 の よ う な 式（ 2 . 7 ）、
普通ポルトランドセメントを使用した場合
log D = 3.9(W / C ) + 7.2(W / C ) − 2.5
2
（ 2.7）
高炉セメントかシリカフュームを使用した場合
log D = −3.0(W / C ) + 5.4(W / C ) − 2.2
2
2
（ 2.8）
拡散係数の経時変化については、供用期間とともに小さくなるということが既
往 の 研 究 に お い て 報 告 さ れ て お り 1 4 ）、 こ れ は 細 孔 構 造 の 変 化 が 影 響 し て い る と 考
えられている
14)
。し か し 、水 セ メ ン ト 比 に よ る 拡 散 係 数 の 推 定 に 関 し て は 、水 セ
メ ン ト 比 が 0.4 よ り も 小 さ い と き に つ い て は 比 較 的 信 頼 で き る が 、 ば ら つ き が 大
きいために水セメント比ではなく圧縮強度を指標とするべきであるとの報告もさ
れ て い る 1 5 ) 。さ ら に 、横 関 ら が 行 っ た 海 洋 暴 露 試 験 と 電 気 泳 動 試 験 の 結 果 1 6 ） か ら
11
拡 散 係 数 を 式 （ 2.9） お よ び （ 2.10） で 求 め る 方 法 を 提 案 し て い る 。
Dc = 10 {(C − m ) / n}
C = 8β ⋅ a ⋅ e
（ 2.9）
b⋅ f 7 c
（ 2.10）
こ こ で 、 m、 n： 環 境 区 分 と 塩 分 の 浸 透 方 向 に か か わ る 係 数
β：年平均気温
a、 b： セ メ ン ト の 種 類 に 関 わ る 係 数
ｆ ’ｃ ： 圧 縮 強 度
また、表面塩分量および拡散係数は測定点ごとにばらつくものであるが、これ
ら の 特 性 値 を 設 定 す る 場 合 に お い て 、 そ の 特 性 値 が 平 均 値 に 1σ 加 え た 値 以 下 の
範 囲 に 入 っ て い れ ば ば ら つ き を 考 慮 に 入 れ て も 84％ の 確 率 で 安 全 側 で あ る と の
報 告 も さ れ て い る 17)。
2.3
化学的侵食の劣化過程における支配要因
2.3.1
化学的侵食
化学的侵食とは、コンクリート保護層、コンクリート、鉄筋の順に硫酸などの
化学的な作用によって劣化・消失させ、コンクリート構造物としてその機能に害
を 与 え る 現 象 の こ と で あ る 。一 般 に 、コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 化 学 的 侵 食 に よ
る 劣 化 過 程 は 潜 伏 期 、 進 展 期 、 加 速 期 、 劣 化 期 の 4 段 階 に 区 分 す る こ と
が で き る 。 そ れ ぞ れ の 段 階 の 特 徴 は 以 下 の よ う な も の で あ る ( 図 2.5 参 照
)。
コ ンク リ ート 保護層の変質開始
Ⅰ .潜 伏 期 ： コ ン ク リ ー ト の 変 質 が
コ ン ク リ ー ト 保 護 層 中 へ
の 劣 化 因 子 の 侵 食 速 度 に
支 配 さ れ る 。
Ⅱ . 進 展 期：コ ン ク リ ー ト の 変 質 が 鋼 材
位置に達するまでの期間であ
り、コンクリート中への劣化
化学的侵食
に よ る 劣化
生 じ る ま で の 期 間 で あ り 、
鋼材の腐食開始
部材の性能低下
18)
因 子 の 侵 食 速 度 に 支 配 さ れ る 。 図 2.5
12
コ ン ク リ ート
の変質開始
加速期
潜伏期
使用期間
劣化期
進展期
化学的侵食における劣化過程
Ⅲ .加 速 期 ： 鋼 材 腐 食 が 進 行 す る 期 間 で あ り 、 鋼 材 の 腐 食 速 度 に 支 配 さ れ る 。
Ⅳ .劣 化 期 ： コ ン ク リ ー ト の 断 面 欠 損 ・ 鋼 材 の 断 面 減 少 な ど に よ り 耐 荷 力 の 低 下
が顕著な期間であり、加速期と同様に鋼材の腐食速度に支配される。
2.3.2
コンクリートに対する化学的侵食評価
酸によるコンクリートの化学的侵食は、酸とセメント水和物が反応することに
より、水和生成物が分解されて溶解性物質に変化し、溶出またはゲル化して浸出
することで組織が多孔化および分解するものである。セメント水和物と酸の化学
反 応 を 示 す と 、 一 般 的 に は 式 （ 2 . 11 ） の よ う に な る 。
水 酸 化 カ ル シ ウ ム ： Ca(OH)２ ＋ 2H＋ →Ca2+＋ 2H2O
C-S-H
： 3CaO･2SiO2･3H2O＋ 6H+→3Ca2+＋ 2SiO2＋ 6H2O
フリーデル氏塩
： 3CaO･Al2O3･CaCl2･10H2O＋ 6H＋
→3Ca2+＋ Al2O3･3H2O＋ CaCl2+10H2O
（ 2.11）
モ ノ サ ル フ ェ ー ト ： 3CaO･Al2O3･CaSO4･12H2O＋ 6H+
→3Ca2+＋ Al2O3･3H2O＋ CaSO4＋ 12H2O
エトリンガイト
： 3CaO･Al2O3･3CaSO4･32H2O＋ 6H+
→3Ca2+＋ Al2O3･3H2O＋ 3CaSO4＋ 32H2O
上記のような化学反応を経て劣化が進行していく化学的侵食の劣化予測を行
う た め に は 、変 質 部 分 と 劣 化 因 子 の 浸 透 深 さ は 異 な っ て い る 1 9 ） と さ れ て い る た め 、
変質部分と劣化因子とは区別して考える必要がある。以下での劣化予測は、コン
クリートへの劣化因子の浸透深さに対して行う場合のものである。
①シミュレーション試験の利用
化学的侵食は、コンクリート保護層またはコンクリートの表面から徐々に進行
していく場合が多い。しかし、これまでのところ化学的侵食の劣化予測に関する
体 系 的 な 方 法 は 提 案 さ れ て い な い 。ま た 、劣 化 因 子 が 高 濃 度 に 存 在 す る 場 合 に は 、
化学的侵食による生成物が急激に生成されて細孔内を充填するために、劣化因子
が低濃度の場合よりも化学的侵食の進行が遅延される場合もある。したがって、
構造物のおかれた環境を把握しながら、構造物と接触が予想される劣化因子とそ
の濃度を用いたシミュレーション試験を行い、浸透深さの予測を行うことが望ま
13
しい。
②
t 則 20） の 利 用
酸 性 劣 化 で は 、 pH が 低 い 場 合 （ pH＝ 1～ 3 程 度 ） に は 、 劣 化 因 子 の 浸 透 深 さ は
時 間 の 平 方 根 に 比 例 す る 場 合 が 多 く 、 式 （ 2.12） の よ う に 表 さ れ る 。
ｙ＝ｂ
（ 2.12）
t
こ こ に 、 ｙ ： 劣 化 因 子 の 浸 透 深 さ （ mm）
ｔ：化学的侵食をもたらす物質に曝される期間（年）
ｂ ： 劣 化 因 子 の 侵 食 速 度 係 数 （ mm／
年）
化学的侵食の劣化因子の浸透は塩分の浸透とは異なり、コンクリート中への浸
透に加えてセメント水和物の溶出を伴うことから、実験的な予測式が用いられて
いるのが現状である。また、脆弱部の除去の有無によっても侵食速度は異なり、
脆弱部を除去した場合の劣化因子の浸透深さは時間に比例するとの報告もある。
劣化因子の浸透深さの予測については、断面減少と複合的に検討を行う必要があ
る。
2.3.3
化学的侵食による鉄筋腐食への影響
硫酸により腐食しているコンクリート構造物の深さ方向への硫酸イオンの侵
入 と pH 分 布 の 関 係 を 図 2.621） に 示 す 。 図 に 示 す よ う に 、 硫 酸 に よ る 化 学 的 侵 食
を受けるコンクリー
CaSO4･2H2O＋Ca(OH)2
トの腐食断面では、
中性化領域より深い
CaSO4･2H2O のみ
部分に硫酸イオンが
鉄筋腐食可能範囲
ｐH12～13
侵入していると考え
コンクリートの状態
フェノールフタレイン
ｐＨ値
られ、その程度は、
Ca(OH)2 のみ
(健全部分)
で呈色しない範囲
ｐH 8～10
やコンクリート腐食
環境により異なり、
ｐH2～3
(消失･劣化部分)
概 ね 1～ 2cm 程 度 で
あり、内部の鉄筋が
硫酸イオン浸透によ
フェノールフタレインで呈色するが
硫酸イオンの侵入している範囲
コンクリート表面からの距離
図 2.6
硫酸イオンによるコンクリート腐食の概念図
14
る影響を受けている可能性がある。
化学的侵食の進行予測は、コンクリート保護層およびコンクリートの品質なら
びに構造物が供用される環境条件の影響を適切に考慮して行われなければならな
い 。 表 2.3 に 化 学 的 侵 食 に よ る 鋼 材 腐 食 の 進 行 予 測 を 示 す 。 し か し 、 劣 化 因 子 の
浸透深さを簡易に測定することが困難なことから、腐食の開始時期が中性化残り
で判定されていること、さらに腐食開始後の進行予測についても鉄筋をはつりだ
すことによる点検結果から予測を行っているのが現状である。また、シミュレー
ション試験に利用についても、結果を得るためには長期間および多くの実験結果
を要するといった問題点が存在するのが現状である。このような問題点があるこ
とから、化学的侵食に伴う鉄筋腐食のメカニズム、およびその非破壊的な検査手
法の確立が望まれる。
表2.3　化学的侵食による鋼材腐食の進行予測
時期
方法
鋼材の腐食開始時期
中性化残りで判定する
点検結果で得られた腐食量に基づく方法
鋼材の腐食進行予測
シミュレーション試験の利用
2.4
2.4.1
混 和 材 お よ び 表 面 含 浸 剤 に 関 す る 研 究
混和材に関する研究
近年、資源の再利用および有効利用を目的として様々な種類の混和材が利用さ
れ つ つ あ り 、そ の 塩 分 浸 透 性 状 や 鉄 筋 腐 食 性 状 に 関 す る 研 究 も 多 く 行 わ れ て い る 。
①高炉スラグ微粉末
高炉スラグ微粉末は高炉において銑鉄を製造するときに副産物として発生す
る高炉スラグを水により急冷し、乾燥・粉末状にしたガラス質の粉体である。粒
子 径 は 粉 砕 の 程 度 に よ っ て 5～ 10μm（ 比 表 面 積 は 4000～ 8000cm2/g） の も の が 存
在する。製造された高炉スラグ微粉末の一部はポルトランドセメントと少量のせ
っこうとともにプレミックスしたものが高炉セメントとして製品化されている。
高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 は 、 NaOH、 KOH な ど の ア ル カ リ 刺 激 剤 と 呼 ば れ る 少 量 の 物 質
が 存 在 す る と 硬 化 す る 潜 在 水 硬 性 を 有 し て お り 、コ ン ク リ ー ト の 温 度 上 昇 の 抑 制 、
コンクリート組織の緻密化による水密性・塩分遮蔽性の向上、海水や酸・硫酸塩
に対する化学抵抗性の向上、アルカリシリカ反応の抑制などに効果があることが
15
認 め ら れ て い る 2 2 ) 、 2 3 ）。 特 に 塩 分 遮 蔽 性 に
関 し て は 、 図 2.7 に 示 す よ う に 高 炉 ス ラ グ
微 粉 末 を 用 い た コ ン ク リ ー ト は 20 年 海 水
中に浸せきした場合の塩分量が表面から 3
～ 6cm で は 普 通 コ ン ク リ ー ト の 半 分 以 下 で
あり、同一水セメント比においても塩分の
浸 透 抑 制 効 果 が あ る と さ れ て い る 24)。 高 炉
スラグ微粉末がコンクリート中に浸透した
塩化物イオンと反応し、フリーデル氏塩を
生成することから、鉄筋位置に同量の塩分
が浸透した場合においても腐食面積率は小
さ い と の 報 告 も あ る 2 5 ）。 ま た 、 コ ン ク リ ー
ト中のアルカリ分を消費して硬化するため
にｐH が低下するという問題点に関しては、
同一水セメント比の場合では、普通ポルト
ランドセメントに比べて高炉スラグ微粉末
図 2.7
海 水 中 に 20 年 間 浸 漬 し
た コ ン ク リ ー ト の NaCl 測 定 結 果
を 混 和 し た セ メ ン ト の 方 が 、 腐 食 面 積 率 は 小 さ い と い う 結 果 が 得 ら れ て い る 2 6 ）。
しかし、電気化学的な手法による腐食モニタリングについては、腐食していない
に も か か わ ら ず 自 然 電 位 が 卑 な 傾 向 に な る と い う 点 も 指 摘 2 7 ）、 2 8 ） さ れ て い る 。一
方 、フ レ ッ シ ュ 性 状 と し て は 、無 混 入 の も の に 比 べ 単 位 水 量 を 2～ 6％ 低 減 で き る
うえにワーカビリティおよび流動性の向上を得られることから、比表面積の大き
なものでは高流動コンクリート用結合材としても用いられている。高炉スラグ微
粉 末 を 用 い た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト の 塩 分 浸 透 性 お よ び 鉄 筋 腐 食 に 関 す る 研 究 29）
では、同一の強度を持つ普通コンクリートよりも塩分浸透および鉄筋腐食は抑制
されているという結果が得られていた。そこで、流動性の向上により、打設時に
おけるコンクリートの不均一性を低減でき、マクロセル的腐食電池の形成を低減
できる可能性もあると考えられる。
②シリカフューム
シリカフュームは、フェロシリコン、金属シリコンを生産する際に発生する排
ガ ス か ら 捕 集 さ れ る 超 微 粒 子 で 、非 晶 質 の S i O 2 を 主 成 分 と す る も の の 総 称 で あ る 。
16
形 状 は き れ い な 球 状 (写 真 2.1)で あ り 、 粒 子 径 が
0.1～ 0.5μm、 比 表 面 積 10～ 25ｍ 2/g 程 度 の 超 微 粒
子である。このシリカフュームをコンクリートに
混和して得られる効果としては、シリカフューム
は 図 2.8 に 示 す よ う に セ メ ン ト 粒 子 表 面 に 凝 集 し
ており、超微粒子であるシリカフュームがより大
きい粒子の間隙を充填するマイクロフィラー効果、
お よ び Ca(OH)2 と 反 応 し 珪 酸 カ ル シ ウ ム 水 和 物
（ C-S-H） を 生 成 し 強 度 を 発 現 す る ポ ゾ ラ ン 反 応
が挙げられる。シリカフュームを混和したコンク
リートのフレッシュ性状としては、低水結合材比
写 真 2.1
とした場合の高強度コンクリートの流動性、特に
透過電子顕微鏡写真
シリカフュームの
粘性の向上に有効である。シリカフュームを用い
たコンクリートの耐久性に関しては、まだ十分な
研究がなされてはいないものの総じて向上すると
考えられている。特に水密性においては、シリカ
フュームのポゾラン反応およびマイクロフィラー
効果によって、強固で緻密な組織となるため有効
である。シリカフュームを用いたコンクリートの
図 2.8
シリカフューム
の凝集モデル
塩 分 浸 透 性 に つ い て の 研 究 30） で は 、 暴 露 10 年 で も コ ン ク リ ー ト 内 部 へ の 塩 分 の
浸 透 は 大 幅 に 抑 制 さ れ て お り 、シ リ カ フ ュ ー ム に よ る 抑 制 効 果 が 認 め ら れ て い る 。
シ リ カ フ ュ ー ム を 用 い た コ ン ク リ ー ト の 長 期 海 洋 環 境 に お け る 研 究 に よ る と 31)、
シリカフュームの混和率が大きくなるほどに塩分浸透深さは小さくなっており、
鉄 筋 の 腐 食 面 積 率 も 小 さ く な っ て い る 。特 に 、水 セ メ ン ト 比 を 40～ 60％ の 間 に お
い て は 、 50％ の と き に も っ と も 影 響 が 顕 著 に な っ て い る 。 ま た 、 中 性 化 と 塩 害 の
複合劣化を受けたコンクリート中の鉄筋腐食に関しても抑制効果があるとの報告
32）
も あ る 。さ ら に 、水 密 性 お よ び 流 動 性 の 向 上 に よ り 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 で 述 べ
たようにばらつきを低減できることで、マクロセル的腐食電池の形成を低減でき
る可能性もあると考えられる。
17
③その他の混和材
その他の混和材としては、ポゾラン反応を有するフライアッシュや硬化過程に
おけるコンクリートの温度上昇および硬化後の過度な強度発現を抑制する目的で
使用されることが多い石灰石微粉末などが挙げられる。これらを用いる場合の鉄
筋腐食性状は、組織が緻密になるなどの特性を有しており、腐食に対しても抑制
効果があるとされている。
2.4.2
シランを用いた表面含浸剤に関する研究
コンクリート中の水分制御を行うことを目的として、多くの表面処理材料・工
法がある。コンクリートの表面処理工法は水分制御法によって大きく次のように
分類される。外部からの水分の侵入も許さないが、内部からの水分の逸散も許さ
ない遮水系と外部からの水分の侵入をある程度許すが、内部からの水分の逸散能
力に優れた撥水系の 2 種類である。
コンクリート中に水分が存在したままで遮水系の補修を行った場合、すでにコ
ン ク リ ー ト 中 に 含 ま れ て い た 水 分 、あ る い は 未 補 修 部 か ら の 水 分 の 侵 入 に よ っ て 、
再びアルカリ骨材膨張による劣化や、鉄筋が再腐食するなど、場合によっては無
処 理 の 場 合 よ り も 変 状 が 大 き く な る こ と す ら あ る 33)。 こ の よ う な 再 変 状 を 防 止 す
るために、コンクリート中の水分を逸散させることを期待されているのが撥水系
の表面処理工法であり、内部からの水分逸散能力に優れた水分制御の観点から、
シ ラ ン を 用 い た 撥 水 系 表 面 含 浸 が 注 目 さ れ て い る 34)、 35)。
シ ラ ン は コ ン ク リ ー ト の 細 孔 に 浸 透 し 、 細 孔 構 造 に 存 在 す る 水 分 と 式 （ 2.13）
のように加水分解反応を起こしシラノールを形成する。
R-Si(OR)3+3H2O→R-Si(OH)3+3ROH
（ 2.13）
シラノールはコンクリート中のシリケート構造の水酸基と反応して結合すると同
時に、互いに網目構造を形成することで撥水性が得られる。シランには分子構造
および分子量の異なった種類があり、シランの疎水基が大きいものほど遮水性や
遮 塩 性 が 向 上 す る と 報 告 さ れ て い る 36)。 一 方 、 コ ン ク リ ー ト の 性 状 が シ ラ ン の 浸
透 性 状 に 与 え る 影 響 に 関 す る 研 究 3 7 ） で は 、水 セ メ ン ト 比 が 小 さ い ほ ど 浸 透 深 さ は
小さくなるという報告であった。しかし、他の研究では、海洋構造物において用
18
いられるような低水セメント比のコンクリートにおいても遮水効果を発揮すると
さ れ て い る 38)。
シランを用いた表面処理による塩分浸透抑制効果に関しては、他の表面被覆材
などに比べて塩分の浸透量は少ないと報告されている例もあるが、長期における
耐 久 性 に つ い て 問 題 点 が あ る と 指 摘 さ れ て い る 39)。 ま た 、 シ ラ ン の 鉄 筋 腐 食 抑 制
効果については、初期塩分が存在している場合にはシランによる抑制効果は認め
ら れ な い と い う 報 告 も あ る 40)。
2.5
高流動コンクリート
高流動コンクリートとは「フレッシュ時の材料分離抵抗性を損なうことなく流
動 性 を 高 め た コ ン ク リ ー ト 」と 定 義 さ れ
41）
、狭 義 で は「 締 固 め 作 業 を 行 わ な く と
も、自重のみで型枠の隅々までゆきわたることを目指した」自己充填性を有する
コ ン ク リ ー ト の こ と を い う 。こ こ で い う 流 動 性 と は 、
「重力や外力による流動のし
や す さ を 表 す フ レ ッ シ ュ コ ン ク リ ー ト の 性 質 」 と 定 義 さ れ て い る 4 1 ）。
一 般 に 高 流 動 コ ン ク リ ー ト は 低 水 セ メ ン ト 比 で あ る た め 、 物 質 透 過 性
が 小 さ い 点 で 硬 化 後 の 耐 久 性 は 良 好 で あ る と 考 え ら れ て い る 。 さ ら に 打
設 時 に お け る 締 固 め 不 良 お よ び ば ら つ き を 低 減 で き 均 質 で あ る た め 、 鉄
筋 の マ ク ロ セ ル 腐 食 を 抑 制 で き る 点 で も 、 優 れ た コ ン ク リ ー ト で あ る と
考 え ら れ る 。 そ の 結 果 、 耐 久 性 に お い て も 局 所 的 な 劣 化 が 生 じ に く い と
さ れ て い る が 、 実 証 さ れ て い な い の が 現 状 で あ る 。
し か し 、 高 流 動 コ ン ク リ ー ト に つ い て フ レ ッ シ ュ 時 の 性 状 お よ び 施 工
に 関 し て は よ く 知 ら れ て い る が 、 硬 化 後 の 性 状 お よ び 耐 久 性 に 関 す る 長
期 的 な 研 究 は 、 あ ま り な さ れ て い な い の が 現 状 で あ る 。
2.6
2.6.1
鉄 筋 腐 食 の 非 破 壊 検 査 手 法
自 然 電 位
自然電位法はコンクリート表面で測定された鉄筋の自然電位を測定すること
によって鉄筋腐食を診断しようとするもので、その原理は次のように説明されて
い る 。健 全 な コ ン ク リ ー ト 中 で は 強 ア ル カ リ 性 の た め 、鉄 筋 は 不 動 態 化 し て お り 、
そ の 電 位 は 飽 和 塩 化 銀 電 極（ Ag/AgCl）基 準 で － 90mV よ り 貴 な 値 を 示 す が 、塩 化
物 の 侵 入 や 中 性 化 に よ っ て 図 2.3 に 示 す 不 動 態 被 膜 が 破 壊 さ れ 、 鉄 筋 が 腐 食 領 域
になると、その電位は卑な方向へ変化する。すなわち自然電位を測定することに
19
より鉄筋が腐食しうる状況にあるかどうかを判断することができ、鉄筋の電位は
鉄筋の腐食箇所の検出や腐食状態の診断に有効であると考えられる。
自然電位による鉄筋の腐食性の判定は、電位値および電位分布により行われて
いる。自然電位値からコンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態を診断する評価基
準 と し て は 、 ASTM C 876 規 格 42)が 広 く 用 い ら れ て い る 。 こ れ は 、 コ ン ク リ ー ト
表 面 に お け る 鉄 筋 の 自 然 電 位 E と 鉄 筋 腐 食 性 の 関 係 を 表 2.4 の よ う に 定 義 し て い
る （ 飽 和 塩 化 銀 電 極 基 準 ）。 ま た 、 イ ギ リ ス で は B r i t i s h S t a n d a r d （ B S 7 3 6 1 ） と し
て 基 準 が 制 定 さ れ て い る 4 3 ) （ 表 2 . 5 参 照 ）。 わ が 国 で は 、 1 9 8 3 年 に 日 本 コ ン ク リ
ート工学協会により「海洋コンクリート構造物の防食指針（案）－改訂版－」資
料 5 に「コンクリート中の鋼材の電位測定方法の一試案」として自然電位の測定
基 準 案 が 示 さ れ て い る 44)。
表2.4　自然電位Eと鉄筋腐食性の関係
自然電位E（vs AgCl)
鉄筋腐食性
-90mV＜E
非腐食領域（90％以上の確率で腐食は生じていない）
-240mV≦E≦-90ｍV
不確定領域
E＜-240ｍV 非腐食領域（90％以上の確率で腐食は生じている）
表2.5　自然電位Eと鉄筋腐食性の関係
自然電位E（vs CuSO4)
鉄筋腐食の可能性
-200mV＜E
5%
-350mV≦E≦-200ｍV
50%
E＜-350ｍV
95%
コンクリート表面で測定される鋼材の自然電位は、かぶり部分のコンクリート
の品質・性状に起因して生じる電位分が加算されるため、実測値による判定結果
と実際の腐食状態が一致しないことがある。この電位変動分は、コンクリート表
層の含水率が低い場合に生じる電気抵抗による電位降下や中性化、塩分浸透から
生じる液間電位差などにより生じるため、補正の必要がある。その補正量は、電
位変動に大きく影響する含水率と炭酸化による中性化深さおよび塩分量に依存し、
こ れ ら の 値 を 用 い て 、以 下 の 式（ 2 . 1 4 ）～（ 2 . 1 6 ）か ら 、算 出 で き る と し て い る 4 5 ）。
Z=Z1+Z2
（ 2.14）
こ こ に 、 Z： 電 位 変 動 分 、 Z 1 ： 含 水 率 に よ る 電 位 変 動 分 、 Z 2 ： 中 性 化 の 進 行 に 伴 う
電位変動分
20
（ 2.15）
①塩分を含まない場合
Z1=-25×X+180
Z2=8×Y
② 塩 分 を 3kg/m3 含 む 場 合
（ 2.16）
Z1=-20×X+150
Z2=4×Y
こ こ に 、 Z 1 、 Z 2 ： 電 位 変 動 分 （ ｍ V ）、 X ： 含 水 率 （ ％ ）、 Y ： 中 性 化 深 さ （ m m ）
し た が っ て 、 補 正 電 位 は 以 下 の 式 （ 2.17） と な る 。
（ 2.17）
（補正自然電位）＝（測定自然電位）－（電位変動分）
ま た 、 塩 分 を 3kg/m3 含 む 場 合 の 電 位 変 動 分 を （ 2.18） に よ り 補 正 す る 方 法 も 提
案 さ れ て い る 4 6 ）。
含水率による電位変動分（mV）＝－20×Ｘ（含水率、％）＋140
（2.18）
ただし、Ｘ≧6 では、補正を行わない。
さ ら に 、 補 正 自 然 電 位 と 目 視 に よ る 腐 食 度 の 分 類 の 関 係 と し て 、 表 2.6 が 提 案
されている。
し か し 、こ れ ら の 判 定 基 準 は 、塩 害 を 受 け る 構 造 物 を 主 対 象 と し た も の で あ り 、
全ての環境下のコンクリート構造物に適用できるとは限らない
1）
。
また、自然電位および分極抵抗の測定においては、コンクリートが湿潤状態に
あ る こ と が 重 要 で あ る 4 7 ） た め 、噴 霧 等 を 行 っ た 上 で 測 定 を 行 わ な け れ ば な ら な い 。
したがって、給水による含水率変化に伴う自然電位の変化についても適切に把握
することが重要である。
表2.6　補正自然電位と鉄筋腐食度の関係
補正自然電位（mV vs CSE）
鉄筋腐食度
-250mV（-130）＜E
Ⅰ 腐食がなく黒皮の状態
-350mV（-230）＜E
Ⅱ
鉄筋表面に僅かな点錆が生じている状態
≦-250（-130）mV
-450mV(-330)＜E
鉄筋表面に薄い浮き錆が生じており、コンクリー
Ⅲ
トに錆が付着している状態
≦-350(-230)mV
Ⅳ
E≦-450(-330)mV
Ⅴ
やや厚みがある膨張性の錆が生じているが、断
面欠損は比較的少ない状態
鉄筋全体に渡って著しい膨張性の錆が生じて
おり、断面欠損がある状態
（　）内は、Ag/AgCl照合電極基準の場合
21
2.6.2
分 極 抵 抗
自然電位は、本来はコンクリート中の鉄筋が腐食しているかどうかという可能
性を示す指標にすぎない。これに対し分極抵抗法は、電極反応速度論から「腐食
電流（腐食速度）は分極抵抗と呼ばれる腐食反応の抵抗と反比例の関係にある」
ことを利用して、コンクリート表面に当てた電極から内部鉄筋へ微弱な電流を流
したときの抵抗（分極抵抗）を測定して鉄筋の腐食速度を推定しようとする方法
で あ る 。そ の 方 法 は 式（ 2 . 1 9 ）に よ っ て 表 さ れ る 腐 食 電 流 値 に よ っ て 推 定 で き る 4 8 ）。
⎛ b ⎞ ⎛ Δi ⎞ K
I corr = ⎜ a ⎟ ⋅ ⎜
⎟=
⎝ 2.3 ⎠ ⎝ ΔE ⎠ R p
（ 2.19）
Icorr： 腐 食 電 流 (A)、 ba： ア ノ ー ド タ ー フ ェ ル 係 数 、 Δ i： 外 部 電 流 (A)、
Δ E： 自 然 電 位 か ら の 分 極 (V)、 Rp： 分 極 抵 抗 (Ω )、
K： Icorr と Rp の 関 係 を 表 す 係 数 (V)[一 般 に K 値 と 呼 ば れ る ]
式 （ 2.19） は 鋼 材 表 面 に 酸 化 被 膜 な ど の 腐 食 生 成 物 が な く 、 電 解 質 の 流 動 も な
いという理想的な状態における場合にのみ成立するものであり、実際には鉄筋の
黒皮や乾湿繰返し作用によるコンクリート中での水分の移動が存在するため、K
値 を 別 に 求 め る 必 要 が あ る 。一 般 に K 値 は 重 量 損 失 の デ ー タ と 分 極 抵 抗 値 を 別 々
に 求 め て 作 成 し た も の か ら 実 験 的 に 求 め ら れ て い る 4 9 ）、 5 0 ）。
腐 食 速 度 に つ い て は 、 図 2.9 に 示 す 概 念 図 に よ っ て 説 明 で き る 。 ア ノ ー ド 反 応
によって生じた電子をカソードで消費
す る た め に は 、ア ノ ー ド ･ カ ソ ー ド 両 反
応が同一速度で進まなければならない。
したがって腐食系の電気抵抗が十分に
小さい場合には、両反応の分極曲線の
交 点 が 腐 食 速 度 と な る 。 図 2.9 に 示 す
ように塩分が存在しない場合、溶存酸
素量の多少にかかわらず、カソード分
極曲線はアノード分極曲線の不動態部
で交差し、腐食速度＝電流は非常に小
さ く Ip と な る 。こ れ に 対 し て 、塩 分 を
図 2.9
ある濃度以上含んでいる場合、溶存酸
22
分極曲線の概念図と腐食速度
素 量 が 多 い 場 合 に は IB’、 少 な い 場 合 は IB と し て 得 ら れ 、 両 者 と も Ip よ り も は る
かに大きな腐食速度となる。なお、アノード・カソード間の電気抵抗が大きな場
合、腐食起電力の一部がオーム電位降下によって消費されるため、腐食速度は小
さくなる。
分 極 抵 抗 測 定 値 と 実 際 の 腐 食 状 況 と の 相 関 関 係 に つ い て は 、分 極 抵 抗 逆 数 の 時
間積分値と腐食減量実測値の関係を求めた研究によると、室内試験および実環境
に お け る 暴 露 試 験 と も に 比 例 関 係 が 認 め ら れ て い る 5 1 ）。 ま た 、 海 岸 構 造 物 に 対 し
て 分 極 抵 抗 と 鉄 筋 腐 食 量 の 実 測 値 に つ い て 検 討 を 行 っ た 例 に よ る と 5 2 ）、 分 極 抵 抗
の時間積分値と実測の鉄筋腐食量とはよい相関が得られていたという結果が得ら
れ て い る 。 C E B に よ る 判 定 基 準 を 表 2 . 7 に 示 す 5 3 ）。
表2.7　CEBによる腐食速度の判定基準
分極抵抗Rct
腐食速度測定
腐食速度の判定
2
2
Icorr(μA/cm )
(kΩcm )
0.1－0.2未満
130－260より大
不動態状態
0.2以上0.5以下 低～中程度の腐食速度 52以上130以下
0.5以上1以下 中～高程度の腐食速度 26以上52以下
26未満
１より大
激しい、高い腐食速度
2.6.3
コンクリート抵抗
コ ン ク リ ー ト 抵 抗 は コ ン ク リ ー ト の 組 成 、 含 水 量 、 Cl－ 等 の 塩 類 含 有 量 な ど に
依存し、腐食電池内を流れる腐食電流の大きさを支配するので、鉄筋の腐食速度
に影響を与える要因の一つである。コンクリート中の鋼材の腐食状況を直接表す
も の で は な い が 、 鋼 材 の 腐 食 性 と 密 接 な 関 わ り が あ る こ と が 知 ら れ て い る 5 4 ）。 コ
ンクリート抵抗の測定法としてはコンクリート試験体の両端に電極を当て電流を
流す方法や実構造物を対象にした４点電極法がある。コンクリート表面から鉄筋
に 対 し て 微 弱 な 電 流 を 流 す こ と に よ り 分 極 抵 抗 お よ び コ ン ク リ ー ト 抵 抗 Rs が 測
定 さ れ る 。 こ の コ ン ク リ ー ト 抵 抗 Rs は コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 腐 食 評 価 の 場 合 、
コンクリート表面に当てた照合電極と内部鉄筋との間のコンクリート抵抗に相当
す る 5 5 ）。 し た が っ て 分 極 抵 抗 法 に お け る R s 測 定 は コ ン ク リ ー ト 抵 抗 を 求 め る 一
方 法 と し て 位 置 づ け ら れ る 。 表 2.8 に コ ン ク リ ー ト 比 抵 抗 に よ る 鋼 材 腐 食 性 評 価
の 例 を 示 す 。 表 2.8 に よ れ ば 、 比 抵 抗 が 20000Ω cm 以 上 で あ れ ば 鉄 筋 腐 食 は 生 じ
な い 。こ の 比 抵 抗 の 限 界 値 を 50000～ 70000Ω cm の 範 囲 と す る 文 献 56） も あ る 。い
23
ずれにしろ、コンクリートの比抵抗がこの値以上の場合には、鉄筋付近に塩分、
酸素などが浸透しても、鉄筋腐食による被害は生じないといわれている。また、
分極抵抗とコンクリート抵抗の相関関係より腐食速度を推定する方法についても
試 み ら れ て い る 5 7 ）。
表 2.8 コ ン ク リ ー ト 比 抵 抗 に よ る 鋼 材 腐 食 性 評 価 の 例
C a v a l i e r a n d Va s s i e
Ta y l o r Wo o d r o w R e s L a b
武若および小林
比 抵 抗 (Ω cm)
腐食性
比 抵 抗 (Ω cm)
腐食性
比 抵 抗 (Ω cm)
腐食性
＞ 12000
徴候なし
＞ 20000
なし
＞ 10000
小さい
危険性
10、 000～ 20000
小さい
5000～ 10000
不確定
あり
5000～ 10、 000
大きい
確実
＜ 5000
非常に大
＜ 5000
大きい
5000～ 12000
＜ 5000
2.7
鉄筋コンクリート構造物の劣化予測に関する研究
構 造 物 の 信 頼 性 解 析 に つ い て は 、耐 荷 力 の 分 野 で は 早 く か ら 研 究 が 行 わ れ て お
り、確率論的な荷重と構造物の耐力の関係もより詳細な解析が行われるようにな
ってきている。しかし、構造物の耐久性に関する分野における信頼性解析は研究
が な さ れ 始 め た ば か り で あ る 。さ ら に 、近 年 各 種 構 造 物 の 設 計 施 工 ･ 維 持 管 理 を 行
う際において「性能規定」の概念が広く取り入れられつつある。この性能規定に
おける維持管理を行うにあたって
は、非破壊検査による欠陥の検出
確率を求め、信頼性設計を行うこ
と が 重 要 で あ る 58)。 中 性 化 に よ る
鉄筋の腐食を確率論的に述べた研
究 59)は あ る が 、 塩 分 に よ る 研 究 は
あまり行われていない。ここで、
腐食確率という指標を用いること
ができれば、鉄筋腐食の状態が数
値的に推測・判断可能となり、さ
らに将来にわたるライフサイクル
図 2.10
24
寿命設計の概念図
コストを含めた議論が可能となる。耐久性に関する信頼性解析は、ライフサイク
ルコストを議論するためには不可欠な要素であり、コンクリート構造物の空間
的・時間的な設計を可能にし、維持管理を行うにあたっても重要な要素となるも
の で あ る (図 2.1060)参 照 )。鉄 筋 腐 食 に よ る 信 頼 性 解 析 を 用 い て 構 造 物 の 耐 荷 力 の
低 下 す な わ ち 破 壊 確 率 の 変 化 を 検 討 し た 研 究 61)に よ る と 、 サ ン プ ル を 採 取 す る 間
隔を小さくするほど腐食を原因とする耐力低下による破壊確率は大きくなるとの
報告であった。また、水セメント比、かぶりおよび腐食限界塩分量について不確
定性を考慮に入れた劣化予測を行ったときのひび割れの発生確率算出した研究例
62）
も あ る 。さ ら に 、塩 害 劣 化 構 造 物 に 対 し て ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト に 基 づ い て 最
適 な 維 持 管 理 手 法 の 選 定 に 関 す る 研 究 も な さ れ て い る 6 3 ）、 6 4 ）、 6 5 ）。
25
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ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 報 告 集 、 Vo l . 2 3 、 N o . 2 、 p p . 5 2 9 - 5 3 4 、 2 0 0 1
32） 添 田 政 司 、 大 和 竹 史 、 江 本 幸 雄 ： シ リ カ フ ュ ー ム の 使 用 が コ ン ク リ ー ト 中 の
鉄 筋 の 腐 食 に お よ ぼ す 影 響 、土 木 学 会 第 4 4 回 年 次 講 演 会 講 演 概 要 集 、p p . 2 4 6 - 2 4 7 、
1989
33） 宮 川 豊 章 ： 土 木 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 変 状 と 補 修 ・ 補 強 の 考 え 方 、 コ ン ク リ
ー ト 工 学 、 Vo l . 3 1 、 N o . 7 、 p p . 2 5 - 3 1 、 1 9 9 3 . 7
34 ） M.A.Berube 、 et.al:Influence
Cycles、 and
International
Effectiveness of
Conference
3 5 ） F. S a l o m e ： F i e l d
Tr e a t me n t
10th
on
AAR
International
on
of
Sealers
AAR
Evaluation
in
We t t i n g - D r y i n g
Concrete
Conference
on
on
in
and
Freezing-Thawing
ASR 、 Proceedings
of
the
10th
Concrete、 pp.1056-1063、 1996.8
of
the
Mitigating
Railway
Sleepers 、
AAR
Concrete、 pp.599-605、 1996.8
in
Effect
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Proceedings
Silane
of
the
36） 和 田 環 、 山 下 千 明 、 新 藤 竹 文 ： シ ラ ン 含 浸 材 料 に 関 す る 基 礎 的 研 究 、 土 木 学
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37） 久 保 善 司 、 玉 井 譲 、 栗 原 慎 介 、 宮 川 豊 章 ： シ ラ ン 含 浸 コ ン ク リ ー ト の 発 水 効
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phase
application
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hydrophobic
coatings
to
cement-based materials、 Magazine of Concrete Research 、 53、 No.5、 pp347-352、
2001.9
39） 中 田 善 久 、 枡 田 佳 寛 、 鹿 毛 忠 継 、 西 山 直 洋 ： コ ン ク リ ー ト の 各 種 表 面 処 理 方
法 に よ る 塩 化 物 イ オ ン 浸 透 抑 制 効 果 、コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 報 告 集 、Vo l . 1 8 、
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40） 田 中 博 一 、 堀 耕 次 、 服 部 篤 史 、 宮 川 豊 章 ： シ ラ ン 系 は っ 水 剤 の 分 子 構 造 が コ
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4 1 ）高 流 動 コ ン ク リ ー ト 施 工 指 針 、土 木 学 会 、コ ン ク リ ー ト ラ イ ブ ラ リ ー 9 3 、1 9 9 8
42） ASTM C 876： Half cell Potentials of Reinforcing Steel in Concrete、 1977
43） BS 7361： Part1、 Section 5、 Reinforcing steel in concrete、 1991
28
4 4 ） 日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 ： 海 洋 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 防 食 指 針 （ 案 ）、
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45） 佐 々 木 孝 彦 、 飯 島 亨 、 立 松 英 信 ： 自 然 電 位 に よ る 鉄 筋 腐 食 判 定 に 関 す る 一 考
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46） 立 松 英 信 、 佐 々 木 孝 彦 、 高 田 潤 ： 塩 害 に よ る 鉄 筋 腐 食 の 診 断 と 抑 制 に 関 す る
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47） コ ン ク リ ー ト 委 員 会 腐 食 防 食 小 委 員 会 ： 鉄 筋 腐 食 ・ 防 食 お よ び 補 修 に 関 す る
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48） 岡 田 清 編 ： 最 新 コ ン ク リ ー ト 工 学 、 国 民 科 学 社 、 1986
49 ） C.Andrade 、 J.A.Gonzales ： Quantitative Measurements of Corrosion Rate of
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50） 横 田 優 ： 電 気 化 学 的 手 法 に よ る コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 腐 食 速 度 評 価 に お け る
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52） 横 田 優 ： 電 気 化 学 的 手 法 に よ る コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 腐 食 評 価 、 コ ン ク リ ー
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55） コ ン ク リ ー ト 委 員 会 腐 食 防 食 小 委 員 会 ： 鉄 筋 腐 食 ・ 防 食 お よ び 補 修 に 関 す る
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29
5 8 ）湯 山 茂 徳 ： 構 造 物 の 性 能 規 定 設 計 ・ 管 理 お け る 検 査 技 術 の 動 向 、非 破 壊 検 査 、
Vo l . 2 1 、 N o . 1 、 p p 3 - 7 、 2 0 0 2 . 1
59） 小 林 豊 治 、 米 澤 敏 男 、 出 頭 圭 三 ： コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 耐 久 性 診 断 シ リ ー ズ
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60） 例 え ば CEB、 New approach to durability design、 1997.5
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研 究 、 土 木 学 会 第 58 回 年 次 講 演 会 講 演 概 要 集 、 pp.175-176、 2003
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定による補修工法および補修時期選定システムの開発、コンクリート工学年次論
文 報 告 集 、 Vo l . 2 5 、 N o . 2 、 p p . 1 9 4 5 - 1 9 5 0 、 2 0 0 3
64） 相 原 康 平 、 松 下 博 通 、 鶴 田 浩 章 、 佐 川 康 貴 ： 塩 害 環 境 下 に お け る コ ン ク リ ー
ト 道 路 橋 の L C C 評 価 に 関 す る 研 究 、 コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 報 告 集 、 Vo l . 2 6 、
No.2、 pp.1783-1788、 2004
65） 中 川 将 秀 、 佐 野 清 史 、 谷 口 修 、 濱 田 秀 則 ： 劣 化 進 行 モ デ ル を 用 い た 桟 橋 RC
上 部 工 の LCC 算 定 例 、 コ ン ク リ ー ト の 補 修 、 補 強 、 ア ッ プ グ レ ー ド 論 文 報 告 集 、
第 4 巻 、 pp341-346、 2004
30
第 3 章
3.1
コンクリートの塩分浸透性の評価
はじめに
第 3 章では、シリカフューム、高炉スラグ微粉末を用いたコンクリート、さら
にスランプ性状の異なるコンクリート中の塩分浸透性について検討を行った。ま
た、アルカリ骨材反応対策としても用いられており、撥水剤として注目されてい
るシランを塗布したコンクリートの塩分浸透性状についても検討を行った。さら
に電気泳動試験による浸透性の評価も一部において実施し、塩分浸透に関するパ
ラメータの評価手法についての検討も行った。
3.2
3.2.1
種々のコンクリートにおける塩分浸透性
実験概要
①コンクリートの配合
コ ン ク リ ー ト と し て は 、通 常 程 度 の ス ラ ン プ 性 状 を 持 っ た コ ン ク リ ー ト（ 以 下 、
普通コンクリートと表記する）および締固め不要である高流動コンクリートを用
いた。水密性および化学抵抗性の向上に効果があるとされている高炉スラグ微粉
末、または防食効果があり、海洋環境における耐久性向上に効果があるとされる
シリカフュームを混和したコンクリートの浸透性状についてもあわせて検討を行
うこととした。混和材はセメント置換とし、置換率については既往の研究から高
炉 ス ラ グ 微 粉 末 に つ い て は 6 0 ％ 、シ リ カ フ ュ ー ム に つ い て は 1 0 ％ と し た 。水 結 合
材 比 に つ い て は 、塩 分 の 浸 透 が 十 分 に 考 え ら れ る 60％ と し た 。ま た 、比 較 用 に 無
混和の普通コンクリートも作成した。
表3.1　示方配合
SLまた W/B 細骨材率
(％)
はSF(cm) (％)
普通
コンクリート
9±1
60
48
高流動
コンクリート
55±5
60
48
Ｗ
170
175
175
175
175
単位量(㎏/m３）
B
Ｓ
Ｃ SF*1 SG*2
283
0
0
870
117
0
175 841
263 29
0
865
117
0
175 841
263 29
0
865
31
Ｇ
950
933
955
933
955
B×％(cc/m3)
W×％(g/m3)
AE減水
AE助剤
増粘剤
剤
0.25
1.6
0.2
0.3
0.3
0.25*3
*3
0.5
0.15
1.8
*3
0.5
3.7
*1：シリカフューム
*2：高炉スラグ微粉末
*3：高性能AE減水剤を使用
用 い た 5 種 類 の 示 方 配 合 を 表 3.1 に 示 す 。 な お 、 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た
高 流 動 コ ン ク リ ー ト に 関 し て は 、材 料 分 離 抵 抗 性 を 与 え る た め に 増 粘 剤 を 用 い た 。
②供試体の作成
セ メ ン ト は 普 通 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト （ 比 重 3 . 1 5 、 比 表 面 積 3 , 2 6 0 c m 2 / g ）、 シ
リ カ フ ュ ー ム は 比 重 2.20、比 表 面 積 200,000cm2/g の 粉 体 状 の も の 、高 炉 ス ラ グ 微
粉 末 は 比 重 2 . 8 8 、比 表 面 積 4 , 0 8 0 c m 2 / g の も の 、細 骨 材 は 滋 賀 県 野 洲 川 産 川 砂（ 比
重 2 . 5 5 、 F. M . 2 . 4 9 ）、 粗 骨 材 は 滋 賀 県 土 山 産 砕 石 （ 比 重 2 . 6 1 、 最 大 寸 法 1 5 m m ） を
使 用 し た 。供 試 体 は 、角 柱 供 試 体 ( 1 0 0 × 1 0 0 × 4 0 0 m m ) と し た 。打 設 1 日 後 に 脱 型 し 、
2 週 間 散 水 養 生 を 行 っ た 後 、 図 3.1 の よ う に 打 込 み 方 向 の 影 響 を 抑 え る た め に 、
打設面に垂直な側面 2 面を残しエポキシ樹脂でコーティングを行った。シランを
適用するものに関しては、塗布面をサンダーにより下地処理を行い、浸透面に対
して刷毛塗りでシランを塗布した。
塩 分浸 透面
100
打 設面
400
100
×印 の 部 分 に は エ ポ キ シ 樹 脂 に よ る 遮 塩 コ ー テ ィ ン グ を 行 っ て い る
図 3.1
供 試 体 概 要 図 （ 単 位 ： mm）
③シランによる浸透抑制効果
筆者らの実験
1）
により良好な撥水性が得られたと報告されている 2 種類の
1 0 0 ％ シ ラ ン を 用 い た 。塗 布 量 （ g / m 2 ） は コ ン ク リ ー ト 表 面 に 変 状 を 起 こ さ な い 最
大 塗 布 量 と し た 。 そ れ ら の 詳 細 を 表 3.2 に 示 す 。
32
表 3.2
シランの分子構造と塗布量
塗布量
名称
略称
分子式
分子量
デシルトリメトキシシラン
C10 メトキシ
C10H21Si(OCH3)3
262
100
ヘキシルトリエトキシシラン
C6 エトキシ
C6H13Si(OC2H5)3
248
200
(g/m2)
④環境条件
塩 分 濃 度 5％ (Cl－ 換 算 )の 塩 水 を 室 内 で 毎 日 1 回 散 水 す る こ と に よ り 乾 湿 繰 返 し
状態を模擬した。散水は、打設面を上にした状態で静置し、暴露状態における供
試体両側面に散水を行った。
⑤測定項目
コンクリート中の塩分量は経時的に測定を行った。
JCI 腐 食 防 食 研 究 委 員 会 が 定 め た 「 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 腐 食 ・ 防 食 に 関 す る
試 験 方 法 な ら び に 基 準 案 (JCI-SC)」 に 基 づ い て 、 塩 化 物 イ オ ン 選 択 性 電 極 を 用 い
た 電 位 差 滴 定 法 ( J C I - S C 4 ) を 用 い て 、全 塩 分 量 お よ び 可 溶 性 塩 分 量 の 測 定 を 行 っ た 。
測 定 に お い て は 、 ま ず 図 3.2 の 切 断 図 ① の よ う に 長 手 方 向 に 厚 さ 40mm に コ ン ク
リ ー ト カ ッ タ ー を 用 い て 切 断 し 、 そ の 切 断 片 に 対 し て 図 3.2 の 切 断 図 ② の よ う に
両 側 の 浸 透 面 か ら 深 さ 方 向 に 10mm ご と に 切 断 し た 試 料 を 使 用 し た 。 測 定 後 は 切
断面をエポキシ樹脂でコーティングし、再び暴露を行うことによって複数の暴露
時期に塩分量の測定を行えるようにした。
各暴露経過時に切断
0m
m
浸透深さ毎に切断
10
40mm
切断図①
図 3.2
10@10mm
切断図②
塩分量測定用の試料作成方法（点線部でカッティング）
33
3.2.2
混和材を用いたコンクリート中の塩分の存在形態
普 通 コ ン ク リ ー ト お よ び シ リ カ フ ュ ー ム 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た コ ン ク
リ ー ト の 全 塩 分 量 と 可 溶 性 塩 分 量 の 関 係 を 図 3.3 に 示 す 。
普通セメントを用いたコン
ク リ ー ト に 関 し て は 、 W/C お よ
3
可溶性塩分量(kg/m )
び環境条件にかかわらずほぼ線
■：W/C=60％、無混和
□：W/B=60％、シリカフューム
◇：W/B=60％、高炉スラグ微粉末
20
形の関係にある。一方、シリカ
フュームまたは高炉スラグ微粉
末を混和したものに関しては、
無混和のものと同様に線形関係
15
10
5
があると考えられ、その場合の
0
傾きは無混和とほぼ同様あるい
0
10
15
20
3
は若干小さな値となっている。
全塩分量と可溶性塩分量との間
5
全塩分量(kg/m )
図 3.3
全塩分量と可溶性塩分量の関係
に線形関係が認められたことか
ら、コンクリート中では浸透した塩分が一定の割合で固定されているものと考え
られる。また、混和材の種類による有意な違いは認められなかった。高炉スラグ
微粉末においては従来の研究により塩化物イオンを固定化する能力に優れている
とされているが、シリカフュームにおいても同等の固定化能力を有しているもの
と考えられる。
コンクリート中のセメント水和物に固定化される塩化物イオン量として、全塩
分量と可溶性塩分量の差を結合材重量との比で表したものと全塩分量との関係を
図 3.4 に 示 す 。無 混 和 で は 、全 塩 分 量 が 5.0kg/m3 以 下 で は 、固 定 塩 分 量 は 0.1%以
下 と な っ て い る 。 し か し 、 全 塩 分 量 が 5.0kg/m3 以 上 で は 、 全 塩 分 量 が 大 き い ほ ど
固 定 塩 分 量 も 大 き く な っ て お り 、全 塩 分 量 が 1 5 k g / m 3 程 度 で 固 定 塩 分 量 は 0 . 4 % 程
度 と な っ て い る 。 一 般 に 、 塩 化 物 イ オ ン は セ メ ン ト 重 量 の 約 0.4％ ま で が 腐 食 に
無 関 係 な フ リ ー デ ル 氏 塩 と し て 固 定 化 さ れ て い る と 考 え ら れ て い る 2 ）。 今 回 の 実
験では、測定上での可溶性塩分の不安定性によるものと考えられるが、全塩分量
によって固定塩分量は異なり、全塩分量によらず一定量が固定されるというもの
とは異なる結果が得られた。また、混和材を用いたコンクリートに関しては、全
塩 分 量 が 5.0kg/m3 以 下 で は 、 無 混 和 と 同 様 に 固 定 塩 分 量 は 0.1%以 下 で あ っ た が 、
34
全 塩 分 量 が 5.0kg/m3 以 上 で は 、 シ リ カ フ ュ ー ム 、 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 用 い た コ ン
クリートの方が無混和に比べて大きくなった。無混和に比べてシリカフューム、
高炉スラグ微粉末を混和した方がより多くの塩化物イオンが固定されることによ
り、同量の塩分が浸透した場合においても鉄筋の腐食抑制効果が期待できるもの
と考えられる。しかし、塩分量によって固定化される塩分量が異なっており、普
通 セ メ ン ト と 同 様 に 0 . 4 % 程 度 が 最 大 と な っ て い る 。し た が っ て 、セ メ ン ト 量 に 対
し て 0 . 4 % の 塩 化 物 イ オ ン 量 が 固 定 さ れ る も の の 、そ れ に 対 応 す る 可 溶 性 塩 化 物 イ
オン量もまた存在するものと考えられる。
固定塩分量の結合材重量比(％)
0.5
0.4
0.3
0.2
■：W/C=60％、無混和
□：W/B=60％、シリカフューム
◇：W/B=60％、高炉スラグ微粉末
0.1
0.0
0
5
10
15
20
3
全塩分量(kg/m )
図 3.4
3.2.3
全塩分量と固定塩分量の結合材重量比の関係
コンクリート中の塩分浸透性状
①混和材による影響
混 和 材 無 混 和 の 普 通 コ ン ク リ ー ト お よ び 、シ リ カ フ ュ ー ム ま た は 高 炉 ス ラ グ 微
粉末を混和した普通コンクリートの暴露 1 年および 2 年後の各深さにおける全塩
分 量 を 図 3.5 に 示 す 。
な お 、 全 塩 分 量 に つ い て は 、 深 さ 方 向 に 厚 さ 10mm の サ ン プ ル に お い て 測 定 し
たもので、その厚さ内での平均値である。そこで、以降、浸透深さはサンプルの
中 央 深 さ 、 例 え ば 10～ 20mm 区 間 に 対 し て 15mm と 表 す 。
シリカフューム、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートに関しては、いず
れ の 深 さ に お い て も 同 一 の 水 セ メ ン ト で 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト の 、 1/2 か ら 1/3
程度に全塩分量は低減されていた。混和材の種類に関しては、暴露 1 年および 2
35
年 後 に お い て 明 確 な 差 は 認 め ら れ な か っ た 。こ れ は 、シ リ カ フ ュ ー ム に つ い て は 、
混和したことによるポゾラン反応およびマイクロフィラー効果によって緻密な組
織となり、高炉スラグ微粉末についても潜在水硬性によって組織が緻密となった
ためであると考えられる。同一の水結合材比の場合、シリカフュームまたは高炉
スラグ微粉末を混和することにより、塩分の浸透抑制効果が期待できるものと考
えられる。
また、暴露期間に関しては、シリカフューム、高炉スラグ微粉末を混和したコ
ン ク リ ー ト に お い て は 、 表 面 か ら 15mm 程 度 ま で の 表 面 近 傍 の 全 塩 分 量 は 暴 露 1
年 と 2 年 で 大 き な 差 は み ら れ な い が 、1 5 m m 以 深 で は 全 塩 分 量 の 増 加 が み ら れ た 。
内部への浸透が生じにくいために表面近傍に滞留すると考えられるが、今回の実
験においては表面近傍の全塩分量については、滞留は認められず無混和のコンク
25
20
20
3
全塩分量(kg/m )
25
3
全塩分量(kg/m )
リートよりも小さいという結果が得られた。
15
10
5
15
10
5
0
0
0
20
40
60
80
100
0
深さ(mm)
20
40
60
80
100
深さ(mm)
（ 1） 暴 露 1 年 後
（ 2） 暴 露 2 年 後
○：無混和　□：シリカフューム　△：高炉スラグ微粉末
図 3.5
混和材の影響
②スランプ性状による影響
シ リ カ フ ュ ー ム 、あ る い は 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た 普 通 お よ び 高 流 動 コ ン
ク リ ー ト の 暴 露 1 年 お よ び 2 年 後 の 全 塩 分 量 を 図 3.6 に 示 す 。
シリカフュームおよび高炉スラグ微粉末において、高流動コンクリートの方が
普通コンクリートよりも塩分浸透量が小さくなっている点もあるが、逆転してい
36
る点もあり、普通と高流動コンクリートによる明確な傾向は認められなかった。
塩分浸透性に関しては普通コンクリートと高流動コンクリートにおけるスランプ
性状の影響は少ないものと考えられる。また、暴露 2 年後において、シリカフュ
ーム混和したコンクリートの方が高炉スラグ微粉末を混和したものより塩分浸透
量が小さくなっているのは、シリカフュームの方が粒子がきわめて小さいために
セメント粒子間の隙間を埋める効果が高炉スラグ微粉末より大きくより緻密なコ
20
20
15
15
3
全塩分量(kg/m )
3
全塩分量(kg/m )
ンクリートが形成されたためと考えられる。
10
5
0
10
5
0
0
20
40
60
80
100
0
20
深さ(mm)
40
60
80
100
深さ(mm)
（ 1） 暴 露 1 年 後
（ 2） 暴 露 2 年 後
□ ：普 通、 シ リカ フュ ー ム　△： 普 通、 高炉 ス ラグ 微粉 末
■ ： 高流 動、 シ リカ フュ ー ム　▲： 高 流動 、高 炉 スラ グ微 粉 末
図 3.6
スランプ性状の影響
③シラン処理による影響
デシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシランによる表面処理を行
っ た 無 混 和 の 普 通 コ ン ク リ ー ト の 暴 露 1 年 お よ び 2 年 後 の 全 塩 分 量 を 図 3.7 に 示
す。
暴露 1 年後では、デシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシランを
用いたコンクリートは無処理と比べて塩分浸透量はきわめて小さく、表面を除い
てまったく塩分は検出されなかった。撥水効果のあるシランは内在塩分がない場
合においては大きな浸透抑制効果が期待できると考えられる。しかし、暴露 2 年
後では、ヘキシルトリエトキシシランを塗布したコンクリートは 1 年後とあまり
37
変化は見られないが、デシルトリメトキシシランを塗布したコンクリート中に塩
分の浸透が認められた。これは塩水の噴霧によってシランの撥水効果が低下した
た め と 考 え ら れ る 。デ シ ル ト リ メ ト キ シ シ ラ ン は 親 水 基 が メ ト キ シ 基（ O C H 3 ） で
あるためにコンクリート中での加水分解速度が大きく、塗布時にコンクリート内
部まで含浸せずに表面のみに撥水層が形成されている。これに対し、ヘキシルト
リ エ ト キ シ シ ラ ン は 、 親 水 基 が エ ト キ シ 基 （ OC2H5） で あ る た め に メ ト キ シ 基 を
有するデシルトリメトキシシランよりも加水分解速度が小さく、より大きな撥水
層 （ 5 m m 程 度 ） を 形 成 し て い る と の 報 告 が あ る 3 ）。 こ の た め 、 デ シ ル ト リ メ ト キ
シシランでは表面の劣化後すぐに塩分の浸透が開始するが、ヘキシルトリエトキ
シシランでは表面は劣化しても内部の撥水層が存在しているために、浸透抑制効
果 が 持 続 し た も の と 考 え ら れ る 。塩 分 浸 透 の 防 止 法 と し て シ ラ ン を 用 い る 場 合 は 、
25
20
20
全塩分量(kg/m )
25
3
3
全塩分量(kg/m )
シランの劣化による再塗布を行う必要があると考えられる。
15
10
15
10
5
5
0
0
0
20
40
60
80
100
0
20
深さ(mm)
40
60
80
100
深さ(mm)
（ 1） 暴 露 1 年 後
（ 2） 暴 露 2 年 後
○ ： 無 処 理 ◆ ： ﾍｷｼﾙﾄﾘｴﾄｷｼｼﾗﾝ　■ ： ﾃﾞｼﾙﾄﾘﾒﾄｷｼｼﾗﾝ
図 3.7
3.2.4
シラン処理の影響
表面塩分量および拡散係数
各 供 試 体 に お い て 暴 露 期 間 6 ヶ 月 、1 年 お よ び 2 年 で の 表 面 塩 分 量 C 0 お よ び 拡
散 係 数 D の 算 出 を 行 っ た 。第 2 章 に お け る 式（ 2 . 5 ）に 基 づ い て 最 小 二 乗 法 を 用 い
て 算 出 を 行 い 、図 3 . 1 に 示 す よ う に 供 試 体 両 側 面 か ら 得 ら れ た 値 を 平 均 し て い る 。
ただし、シランを含浸させたコンクリートは、塩分浸透量が小さいので表面塩分
38
量および拡散係数を求めていない。
①表面塩分量の経時変化
各供試体における表面塩分量の経
普 通 、無 混和
高 流 動、 シリ カ フュ ーム 混 和
普 通 、シ リカ フ ュー ム混 和
高 流 動、 高炉 ス ラグ 微粉 末 混和
普 通 、高 炉ス ラ グ微 粉末 混 和
時 変 化 を 図 3.8 に 示 す 。 無 混 和 お よ
び高炉スラグ微粉末を混和したコン
30
クリートについては、暴露期間とと
25
3
表面塩分量（ kg/m ）
もに表面塩分量は大きくなる傾向が
認められた。これに対し、シリカフ
ュームを混和したコンクリートにつ
いては、暴露期間によらずほぼ一定
20
15
10
の値を示していた。表面塩分量に関
5
しては、暴露期間とともに大きくな
0
0.0
る と い う 報 告 4 ） 5 ） が あ り 、無 混 和 お
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
暴露 期間 （ 年）
よび高炉スラグ微粉末については同
図 3.8
表面塩分量の経時変化
様の傾向が見られた。塩水噴霧によ
る乾湿繰返しによって、表面付近に塩分が蓄積され、表面塩分量が増加していく
ものと考えられる。しかし、シリカフュームについては、コンクリート内部の塩
分量は増加しているにもかかわらず表面付近は変化していないという結果が得ら
れた。これは、シリカフュームを混和することによって、粗骨材下部におけるブ
リージングの影響による脆弱部の形成が抑制されたために、無混和および高炉ス
ラグ微粉末を混和したコンクリートに比べて、表面付近では飽和状態となったた
めに乾湿繰返しの影響が低減されたと考えられる。
②拡散係数
全塩分量分布の測定値を用いて算出した各供試体における拡散係数の経時変
化 を 図 3.9 に 示 す 。図 中 に は 2002 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書［ 施 工 編 ］に お
ける方法により算出した拡散係数についても示している。経時変化に関しては、
高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た 普 通 コ ン ク リ ー ト を 除 い て 、暴 露 期 間 1 年 で 減 少 し 、
暴露 2 年では再び増加する傾向が見られた。拡散係数の経時変化については、セ
メントの未水和の部分が時間とともに反応するので、拡散係数は経時的に小さく
なるといわれている
4） 6）
。こ れ に 対 し て 、実 構 造 物 か ら 採 取 し た 塩 分 浸 透 量 か ら
算 出 さ れ た 拡 散 係 数 の 経 時 変 化 の 報 告 7） に よ る と 、 暴 露 期 間 が 20 年 以 上 の 長 期
39
にわたる場合においては、セメントの
普通、無混和
高流動、シリカフューム混和
普通、シリカフューム混和
高流動、高炉スラグ微粉末混和
普通、高炉スラグ微粉末混和
水和反応の効果は小さくなり、コンク
リート中の拡散係数はほぼ一定である
12
拡散係数×10 （cm /sec ）
としている。今回の実験においては、
-8
算出に用いた点が 3 点と少なかったこ
ともあり、明確な傾向は認められなか
った。種々の海洋実構造物から採取し
たコアサンプルの測定結果によると、
するという報告
普通ポルトランドセメント使用
8
6
4
2
高炉セメント、シリカフューム使用
0
海中部および飛沫帯では経時的に増加
8）
10
2
暴露 6 ヶ月および 1 年では拡散係数の
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
暴露期間（年）
もされているので、
さらに長期の暴露実験により傾向の判
図 3.9
拡散係数の経時変化
断を行うのが望ましいと考えられる。
実際には、表面塩分量も経時的に増加しているため、塩分量分布から得られた拡
散係数よりも大きいと考えられる。
一方、実験により得られた拡散係数と示方書による計算値に関しては、普通ポ
ルトランドセメントを使用したコンクリートでは、暴露期間による差が大きく計
算値とは一致していないという結果であった。しかし、シリカフューム、高炉ス
ラグ微粉末を混和したコンクリートの拡散係数では、暴露 2 年後のシリカフュー
ムを混和したコンクリートを除いて、実験値と計算値は比較的一致した値を示し
ていた。
3.3
3.3.1
促進試験における塩分浸透性状の評価
実験概要
①コンクリートの配合
水 結 合 材 比 と し て は 、通 常 の 土 木 構 造 物 に 用 い ら れ る 55％ と し た 。用 い た 混 和
材 に つ い て は 、シ リ カ フ ュ ー ム を 置 換 率 1 0 ％ で 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 は 置 換 率 6 0 ％
としてセメント置換することにより配合設計を行った。また、超高強度コンクリ
ートの塩分浸透性を把握するために、結合材としてシリカセメントを用い水結合
材 比 は 17％ と し た 。ま た 、超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト に つ い て は 練 混 ぜ 時 に 消 泡 剤 を
用 い た 。 表 3.3 に 示 方 配 合 を 示 す 。
40
表3.3　示方配合
配合名
NN55
SF55
SG55
T-0
３
単位量(㎏/m ）
スランプ
(cm)
空気量
（％）
W/C
(％)
s/a
(％)
W
8±1
4±0.5
55
44.8
182
60±5
2±0.5
17
43.8
155
C
331
298
132
912*4
*1
SF
0
33
0
0
*2
SG
0
0
199
0
B×％
S
790
791
789
618
G AE減水剤 AE助剤
996
0.25
0.2
*3
978
0.3
0.25
976
1.6
0.3
*3
795
0
1.6
消泡剤
0
0
0
0.1
*1：シリカフューム
*2：高炉スラグ微粉末
*3：高性能AE減水剤を使用
*4：シリカフュームをプレミックスしたセメントを使用
②供試体の作成
セメントは超高強度コンクリートのみシリカフュームをプレミックスしたセ
メ ン ト （ 比 重 3.08、 比 表 面 積 6120 cm2/g） を 用 い た 。 そ の 他 は 低 熱 ポ ル ト ラ ン ド
セ メ ン ト （ 比 重 3.24、 比 表 面 積 3230 cm2/g） に 、 シ リ カ フ ュ ー ム は 比 重 2.20、 比
表 面 積 200,000cm2/g の 粉 体 状 の も の 、 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 は 比 重 2.88、 比 表 面 積
4,080 cm2/g の も の を 混 和 す る こ と に よ り 、 供 試 体 の 作 成 を 行 っ た 。 細 骨 材 は 宮 城
県 名 取 産 安 山 岩 砕 砂（ 比 重 2 . 6 4 、F. M . 2 . 7 4 ）、粗 骨 材 は 宮 城 県 名 取 産 安 山 岩 砕 石（ 比
重 2.65、 最 大 寸 法 20mm） を 使 用 し た 。 供 試 体 は 円 柱 供 試 体 （ φ 100×200mm） と
し た 。打 設 1 日 後 に 脱 型 し 、28 日 間 水 中 養 生 を 行 っ た 後 、側 面 に エ ポ キ シ 樹 脂 で
コーティングを行った。
③試験方法および測定項目
試 験 方 法 と し て は 、「 J S C E - G 5 7 1 - 2 0 0 3
電気泳動によるコンクリート中の塩化
物 イ オ ン の 実 効 拡 散 係 数 試 験 方 法 （ 案 ）」 9 ) （ 以 下 、 電 気 泳 動 試 験 と 表 記 す る ） に
準拠して、実効拡散係数を求めることとした。また、実際の浸透状況と比較検討
す る た め に 同 時 に「 JSCE-G572-2003
浸せきによるコンクリート中の塩化物イオ
ン の 見 掛 け の 拡 散 係 数 試 験 方 法 （ 案 ）」 9 ) （ 以 下 、 浸 せ き 試 験 と 表 記 す る ） も 実 施
し た （ 図 3 . 1 0 参 照 ）。
測 定 項 目 は 、 電 気 泳 動 試 験 に つ い て は 、 NaOH 溶 液 中 の 塩 化 物 イ オ ン 濃 度 を 測
定 し 、 浸 せ き 試 験 に つ い て は 第 3 章 の 3.2 と 同 様 に 深 さ 方 向 の 全 塩 分 量 を 測 定 し
た。
41
15V直 流電 源
供試体
0.3mol/L
NaOH溶 液
0.5mol/L
NaCl 溶 液
10％NaCl
供試体
水 溶液
電極
（ 1） 電 気 泳 動 試 験
（ 2） 浸 せ き 試 験
図 3.10
3.3.2
試験概略図
電気泳動試験による実効拡散係数の評価
実 効 拡 散 係 数 の 計 算 法 に つ い て は 、 電 気 化 学 法 則 （ Nernst-Planck の 式 ） を 適 用
し て 以 下 の 式 （ 3 . 1 ）、（ 3 . 2 ） に 基 づ い て 算 出 を 行 っ た 。
J Cl =
V ΔcCl
A Δt
（ 3.1）
こ こ に 、 JCl(mol/(cm2・ 年 ))： 塩 化 物 イ オ ン の 定 常 状 態 に お け る 流 束
V(L)： 陽 極 側 の 溶 液 体 積
A(cm2)： 供 試 体 断 面 積
Δ CCl/Δ ｔ ((mol/L)/年 )： 陽 極 側 塩 化 物 イ オ ン 濃 度 の 増 加 割 合
De =
Z Cl
J Cl RTL
× 100
FC Cl (ΔE − ΔE c )
（ 3.2）
こ こ に 、 De(cm2/年 )： 実 効 拡 散 係 数
R((J/(mol・ K))： 気 体 定 数
T(K)： 絶 対 温 度 測 定 値
ZCl： 塩 化 物 イ オ ン の 電 荷
F(C/mol)： フ ァ ラ デ ー 定 数
CCl(mol/L)： 陰 極 側 の 塩 化 物 イ オ ン 濃 度 測 定 値
Δ E-Δ Ec（ V)： 供 試 体 表 面 間 の 測 定 電 位
L(mm)： 供 試 体 厚 さ
42
陽 極 側 の 塩 化 物 イ オ ン 濃 度 の 変 化 の 一 例 と し て 、 超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト （ T- 0 ）
お よ び 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト （ NN55） 供 試 体 に つ い て 図 3.11 に 示 す 。 通 常 の 水
セ メ ン ト 比 で あ る NN55 の 場 合 で は 通 電 開 始 後 6 日 で 陽 極 側 に 塩 化 物 イ オ ン が 検
出 さ れ 始 め て い る が 、 T- 0 で は 検 出 開 始 ま で 1 5 日 程 度 経 過 し て い る 。 ま た 、 T- 0
で は 塩 化 物 イ オ ン の 検 出 量 も NN55 の 場 合 と 比 べ て 1/4 程 度 と き わ め て 小 さ な 値
と な っ て い た 。水 結 合 材 比 が 17％ と 非 常 に 小 さ い た め に 、電 圧 を 印 加 し た 状 態 に
おいても塩化物イオンの移動に対しての抵抗は大きいものと考えられる。
塩化物イオン濃度 (mol/L)
0.14
◇：No.1
□：No.2
△：No.3
0.12
0.1
傾き：0.0084
傾き：0.0069
0.08
0.06
0.04
0.02
傾き：0.0061
0
0
5
10
15
20
25
30
35
経過時間(日）
① 超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト （ T- 0 ）
塩化物イオン濃度 (mol/L)
0.50
0.45
0.40
傾き：0.0283
傾き：0.0309
0.35
0.30
◇：No.1
□：No.2
△：No.3
0.25
0.20
0.15
傾き：0.0303
0.10
0.05
0.00
0
5
10
15
20
25
経過時間(日）
② 無 混 和 コ ン ク リ ー ト （ NN55）
図 3 .11
塩化物イオン濃度の経時変化
43
30
35
図 3.12 に 式 （ 3.1） お よ び （ 3.2） に 基 づ い て 算 出 し た 各 コ ン ク リ ー ト に お け る
実効拡散係数を示す。無混和のコンクリートに比べて、シリカフュームあるいは
高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートは若干小さくなった。電気泳動試験に
よる結果からも、混和材の使用により塩分浸透が抑制することが確認された。
ま た 、 超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト に つ い て は 、 水 結 合 材 比 55％ と 比 べ て 1/4 程 度 で
あることから、低水結合材比で塩分浸透の抑制効果が高いと考えられる。低水結
合材比のコンクリートに対しても、電気泳動試験を用いた塩分浸透性の評価は可
能であると考えられ、実環境における塩分の浸透性とあわせて評価することが今
後の課題であると考えられる。
2
（cm /sec ） ×10
実効拡散係数
-8
10
8
6
4
2
0
無混和
シリカフューム
混和
高炉スラグ
微粉末混和
超高強度
コンクリート
コ ンクリ ートの 種類
図 3.12
3.3.3
各コンクリートにおける実効拡散係数
実効拡散係数と見かけの拡散係数の関係
浸せき試験により得られた暴露 6 ヵ月における、各コンクリート中の塩分浸透
量 を 図 3.13 に 示 す 。な お 、超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト に お い て は 、ご く 表 層 付 近 に お
いてのみ塩分が検出されているので、見かけの拡散係数の評価を行っていない。
無混和のコンクリートが混和材を用いたコンクリートよりも塩分浸透量は大きく、
シリカフュームと高炉スラグ微粉末の差は認められなかった。これは、電気泳動
試験の傾向とほぼ一致しており、混和材を用いたコンクリートにおいても電気泳
動による促進試験は有効であると考えられる。
次 に 、 浸 せ き 試 験 の 結 果 よ り 算 出 し た 見 か け の 拡 散 係 数 と 電 気 泳 動 試 験 （ De）
に よ る 実 効 拡 散 係 数 （ Dap） の 比 お よ び 2002 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 ［ 施
工 編 ］ に 基 づ い た 計 算 値 を 表 3.5 に 示 す 。 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト に 比 べ て 、 シ リ
44
カ フ ュ ー ム 、 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た 方 が Dap/De は 小 さ く な っ た 。 海 水 を 模
擬 し た 3％ の 塩 水 に よ る 乾 湿 繰 返 し 試 験 、 あ る い は 浸 せ き 試 験 を 行 っ た 場 合 、 高
炉 セ メ ン ト を 用 い る と D a p / D e は 小 さ く な る と い う 報 告 1 0 ）、 1 1 ） が さ れ て い る 。1 0 ％
と高濃度の塩水を用いた場合においても、高炉スラグ微粉末、シリカフュームを
用 い た コ ン ク リ ー ト で は 、 Dap/De に 関 し て 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ た 。 こ れ は 、 乾 湿
繰 返 し を 受 け る 環 境 で は 、コ ン ク リ ー ト 表 面 付 近 の 細 孔 溶 液 中 の 塩 分 濃 度 は 、1 0 ％
程 度 の な っ て い る と の 報 告 12） も あ る た め 、 同 様 の 傾 向 が 得 ら れ た と 考 え ら れ る 。
ま た 、セ メ ン ト 水 和 物 中 で の 塩 化 物 イ オ ン の 固 定 化 が 大 き い ほ ど D a p / D e は 小 さ く
なるという関連があるとされている。そのため、シリカフューム、あるいは高炉
スラグ微粉末を混和することによって、水密性の向上に加えてコンクリート中の
塩化物イオンの固定化能力が向上し、塩分浸透の抑制に影響を与えたと考えられ
る。また、固定化能力が高いことから、鉄筋腐食に対しても抑制効果が期待でき
ると考えられる
20
3
全塩分量 (kg/m )
無混和
15
シリカフューム混和
高炉スラグ微粉末混和
10
5
0
0
図 3.13
10
20
30
コンクリート表面からの深さ(mm)
40
各コンクリートの塩分浸透量
表3.5　実効拡散係数と見かけの拡散係数
コンクリート標準示方書
実効拡散係数
見かけの拡散係数
［施工編］
-8
2
-8
2
De(×10 、cm /sec) Dap(×10 、cm /sec)
Dp(×10-8、cm2/sec)
無混和
シリカフューム混和
高炉スラグ微粉末混和
8.28
2.89
2.89
8.75
7.13
7.54
45
10.80
6.40
5.44
Dap/De
1.23
0.90
0.72
3.4
本章のまとめ
本章の範囲内で得られた結果を以下に示す。
(1)乾 湿 繰 返 し に よ る 暴 露 試 験 に よ り 、無 混 和 の 普 通 コ ン ク リ ー ト に 比 べ て 、シ リ
カフューム、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートは同一水結合材比におい
ても十分な塩分浸透に対する抑制効果が認められた。また、普通コンクリートと
高流動コンクリートのスランプの違いによる塩分浸透性については明確な傾向は
認められなかった。
( 2 ) シ ラ ン に よ り 表 面 処 理 を 行 っ た コ ン ク リ ー ト は 、無 処 理 と 比 べ て 大 き な 抑 制 効
果が見られ、塩害防止対策として適用が可能であると考えられる。しかし、浸透
深さが小さなシランについては、定期的な再処理が必要となると考えられる。
( 3 ) 表 面 塩 分 量 お よ び 拡 散 係 数 の 経 時 変 化 に 関 し て 暴 露 期 間 が 2 年 で あ る が 、表 面
塩分量は暴露期間とともに大きくなる傾向が見られ、無混和のコンクリートにお
いてその傾向が顕著であった。シリカフュームを混和したコンクリートはほぼ一
定となり、表面近傍における塩分の滞留は認められなかった。一方、拡散係数で
は暴露期間が短期間であることもあり明確な傾向は認められなかった。
( 4 ) 電 気 泳 動 試 験 お よ び 浸 せ き 試 験 に よ る 各 々 の 拡 散 係 数 の 算 出 結 果 か ら 、シ リ カ
フューム、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートは、無混和に比べて塩化物
イオンの固定化能力に優れているために、水密性の向上とともに塩分の浸透抑制
に大きな影響をおよぼしていると考えられる。
(5)水 結 合 材 比 が 17％ の 超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト の 塩 分 浸 透 に 対 し て き わ め て 大 き
な抑制効果を有しているものと考えられる。
46
参考文献
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お よ び コ ン ク リ ー ト の 含 水 状 態 が 撥 水 性 に 与 え る 影 響 、土 木 学 会 第 5 4 回 年 次 講 演
会 講 演 概 要 集 、 pp.82-83、 1999、 9
2 ）R i c h a r t z , W：D i e b i n d i n g v o n C h l o r i d b e i d e r Z e m e n t e r h a r t u n g ，Z e m e n t - K a l t - G i p s ，
Heft 10， 1969， pp.447-456
3）久 保 善 司 、玉 井 譲 、栗 原 慎 介 、宮 川 豊 章 ： シ ラ ン 含 浸 コ ン ク リ ー ト の 発 水 効 果
の 耐 久 性 、 コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vo l . 2 3 、 N o . 1 、 p p 4 2 1 - 4 2 6 、 2 0 0 1
4）土 木 学 会 ： 鉄 筋 腐 食 ・ 防 食 お よ び 補 修 に 関 す る 研 究 の 現 状 と 今 後 の 動 向（ そ の
2 ）、 コ ン ク リ ー ト 技 術 シ リ ー ズ 4 0 、 2 0 0 0
5） A.Costa, J.Appleton: Chloride Penetration into Concrete in Marine Environment,
M a t e r i a l a n d S t r u c t u r e s , Vo l . 3 2 , p p . 3 5 4 - 3 5 9 , 1 9 9 9
6 ）S . H e l l a n d : S e r v i c e L i f e o f C o n c r e t e O f f s h o r e S t r u c t u r e s , S t r u c t u r a l C o n c r e t e , Vo l . 2 ,
No.3, pp.121-125, 2001
7） A.Lindvall,et.al: Chloride Ingress Data from Danish and Swedish Road Bridges
Exposed to Splash from De-icing Salt, Proceeding of the 2nd International RILEM
Wo r k s h o p o n Te s t i n g a n d M o d e l i n g t h e C h l o r i d e I n g r e s s i n t o C o n c r e t e , p p . 8 5 - 1 0 3 ,
2001
8 ） 濱 田 秀 則 、 R . N . S w a m y： 種 々 の 海 洋 環 境 下 に お け る コ ン ク リ ー ト 中 へ の 塩 化 物
イ オ ン の 浸 入 過 程 お よ び 浸 入 量 に 関 す る 一 考 察 、コ ン ク リ ー ト 工 学 論 文 集 、Vo l . 7 、
N o . 1 、 p p 11 - 2 2 、 1 9 9 6
9 ）土 木 学 会 ： コ ン ク リ ー ト の 塩 化 物 イ オ ン 拡 散 係 数 試 験 方 法 の 制 定 と 規 準 化 が 望
ま れ る 試 験 方 法 の 動 向 ， コ ン ク リ ー ト 技 術 シ リ ー ズ 55， 2003
10） 細 川 佳 史 、 山 田 一 夫 、 高 見 満 、 杉 山 隆 文 ： 浸 せ き 法 お よ び 電 気 泳 動 法 に よ り
評価した塩化物イオン拡散係数に関する検討、コンクリート工学年次論文集、
Vo l . 2 5 、 N o . 1 、 p p 7 2 5 - 7 3 0 、 2 0 0 3
11） 吉 田 行 、 田 口 史 雄 、 渡 辺 宏 ： 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 用 い た 改 質 ビ ー ラ イ ト 系 セ
メ ン ト コ ン ク リ ー ト の 塩 分 浸 透 性 、コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、Vo l . 2 4 、N o . 1 、
pp639-644、 2002
1 2 ） 丸 屋 剛 、 S . Ta n g t e r m s i r i k u l 、 松 岡 康 訓 ： コ ン ク リ ー ト の 表 層 部 に お け る 塩 化 物
イ オ ン の 移 動 に 関 す る モ デ ル 化 、 土 木 学 会 論 文 集 、 N o . 5 8 5 、 V- 3 8 、 p p . 7 9 - 9 5 、 1 9 9 8
47
第 4 章
4.1
鉄筋腐食の非破壊検査手法の評価
はじめに
第 4 章では、コンクリート中の鉄筋腐食に対して通常用いられている電気化学
的な非破壊検査手法（自然電位、分極抵抗）に対して、シリカフューム、高炉ス
ラグ微粉末を混和することによる影響について検討を行った。また、硫酸劣化し
たコンクリート中の鉄筋腐食に関しては、非破壊検査手法の適用性について検討
を行うと同時に、硫酸侵食に伴う腐食発生のメカニズムおよびその進行過程につ
いても検討を行った。
4.2
混和材の使用が腐食モニタリング指標に与える影響
4.2.1
実験概要
①コンクリートの配合
コ ン ク リ ー ト と し て は 、通 常 程 度 の ス ラ ン プ 性 状 を 持 っ た コ ン ク リ ー ト（ 以 下 、
普通コンクリートと表記する）を用いた。水密性および化学抵抗性の向上に効果
があるとされている高炉スラグ微粉末、または防食効果があり、海洋環境におけ
る耐久性向上に効果があるとされるシリカフュームを混和したコンクリートの浸
透性状についてもあわせて検討を行うこととした。混和材はセメント置換とし、
置 換 率 に つ い て は 既 往 の 研 究 か ら 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 に つ い て は 60％ 、 シ リ カ フ ュ
ー ム に つ い て は 10％ と し た 。 水 結 合 材 比 に つ い て は 、 塩 分 の 浸 透 が 十 分 に 考 え ら
れ る 6 0 ％ と し た 。ま た 、比 較 用 と し て 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト に つ い て も 作 成 し た 。
用 い た 3種 類 の コ ン ク リ ー ト の 示 方 配 合 を 表 4.1に 示 す 。
配合
NN6015
SG6015
SF6015
Gmax
(mm)
15
15
15
表4.1　示方配合
単位量（ｃｃ）
W/B 細骨材率
単位量(㎏/m３）
(％)
(％)
Sg
SF
AE減水剤
AE助剤
Ｗ
Ｃ
Ｓ
Ｇ
60
48
170 283
0
0
870 950
708
566
60
48
175 117 175
0
864 954
730
584
60
48
175 263
0
29 865 955
4670
875
②供試体の作成
セ メ ン ト は 普 通 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト 、 シ リ カ フ ュ ー ム は 比 重 2.20、 比 表 面 積
200,000cm2/gの 粉 体 状 の も の 、 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 は 比 重 2.88、 比 表 面 積 4,080cm2/g
48
の も の 、 細 骨 材 は 滋 賀 県 野 洲 川 産 川 砂 （ 比 重 2 . 5 5 、 F. M . 2 . 4 9 ）、 粗 骨 材 は 滋 賀 県 土
山 産 砕 石 （ 比 重 2.61、 最 大 寸 法 15mm） を 使 用 し た 。 供 試 体 は 100×200×1600mmの
梁 型 供 試 体 と し 、 長 さ 1500mmの 鉄 筋 （ D10） を 、 端 部 を 研 磨 後 に 長 さ 500mmの 絶
縁被覆つきコードをハンダ付けし、この部分を自己融着テープとエポキシ樹脂で
被 覆 し た も の 4本 を 図 4.1に 示 す よ う に 配 置 し た 。
③養生および環境条件
供 試 体 は 材 齢 1日 で 脱 型 を 行 い 、 材 齢 28日 ま で 室 内 に 静 置 し 散 水 養 生 を 行 っ た 。
養 生 終 了 後 、室 内 で 打 設 面 を 上 に し た 状 態 で 静 置 し 、両 側 面 に 対 し て 毎 日 1 回 ず つ
塩 分 濃 度 5％ （ Cl-換 算 ） の 塩 水 を 散 水 し 、 乾 湿 繰 返 し 条 件 と な る よ う に し て 腐 食
を促進させた。
④測定項目
コンクリート中に埋設した鉄筋に対して、自然電位および分極抵抗を定期的に
測 定 し た 。 飽 和 銀 塩 化 銀 電 極 （ Ag/AgCl） を 照 合 電 極 と し て 用 い 、 分 極 抵 抗 測 定
は、腐食状況がある程度局部的に得られる交流インピーダンス法（交流電圧：±
1 0 m V p - p 、周 波 数 ： 1 0 H z か ら 2 0 m H z 、ス テ ン レ ス 製 円 盤 か ら な る 径 4 c m の 対 極 お よ
1600
100
10
60
10
200
20 0
60
30
30
50
50
1500
図 4.1
（ 単 位 ： mm）
供試体図
16 00
200
70 7 0
1 00
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
14 0
14 0
14 0
1 40
14 0
1 40
1 40
14 0
1 40
140
図 4.2
測 定 位 置 （ 単 位 ： mm）
49
1 00
び 径 11㎝ の ガ ー ド 対 極 を 用 い た 2重 対 極 方 式 、 D 1 0 に 対 し て 被 測 定 面 積 6 .2c m2 ） を
用 い て 行 っ た 。 測 定 は 、 図 4.2に 示 す よ う に 1本 の 鉄 筋 に つ き 10点 (鉄 筋 直 上 )の 両
側面において行った。
ま た 、 腐 食 面 積 率 に つ い て は 、 図 4.2に 示 す 140mm毎 に 切 断 し 、 は つ り だ し た 鉄
筋の表面画像を取り込み、色差による画像処理を行い、目視による判定と合わせ
て測定を行った。
4.2.2
自然電位と分極抵抗との関係
暴 露 開 始 6 ヶ 月 お よ び １ 年 後 に お け る 自 然 電 位 と 分 極 抵 抗 の 関 係 を 図 4.3 に 示
す。後述する腐食面積率の結果より暴露開始 6 ヶ月後は腐食開始直後であり、1
年後については腐食がある程度進行した鉄筋も含まれている。無混和のコンクリ
ートについては、6 ヶ月および 1 年後ともに自然電位が卑なほど分極抵抗が小さ
くなる傾向が見られた。暴露 1 年後の方が 6 ヵ月後よりもその傾向が顕著となっ
ており、今回の実験のように、腐食傾向から非腐食傾向まで広い範囲にわたって
いる場合においては、自然電位と照合電極直下の鉄筋の腐食状態を表していると
されている交流インピーダンス法により得られた局部的な分極抵抗の間に線形関
係が見られたものと考えられる。
また、シリカフュームを混和したものについては、無混和と同様の傾向を示し
ており、自然電位と分極抵抗の関係においては通常のコンクリートと同様に検討
を行ってよいと考えられる。しかし、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリート
0
0
100
200
300
非腐食領域
0
400
-100
-100
-150
-200
自然電位(mV）
自然電位(mV）
-50 0
▲無混和
●シリカフューム混和
○高炉スラグ微粉末混和
-250
-300
-350
分極抵抗(kΩ･cm )
（ 1） 暴 露 6 ヶ 月
図 4.3
200
非腐食領域
▲無混和
腐食領域 ●シリカフューム混和
○高炉スラグ微粉末混和
分極抵抗(kΩ･cm2 )
（ 2） 暴 露 1 年
自然電位と分極抵抗の関係
50
150
-300
-500
2
100
-200
-400
腐食領域
50
については、同一の分極抵抗値であっても自然電位は卑な傾向を示している。特
に暴露 6 ヵ月後においては顕著であり、分極抵抗では腐食傾向を示していないに
も 関 わ ら ず 、 自 然 電 位 は -250mV 以 下 と 腐 食 傾 向 を 示 し て い る 。 自 然 電 位 が 卑 化
する原因としては、高炉スラグ微粉末を用いることにより、鉄筋とペースト部間
の界面性状が異なったためと考えられる。したがって、高炉スラグ微粉末を混和
したコンクリートに対して、自然電位に関する従来の基準を用いて鉄筋腐食を非
破壊的に判断するのは困難であり、自然電位とともに分極抵抗を用いて腐食の判
断を行なう必要がある。
4.2.3
腐食面積率と自然電位の関係
暴 露 開 始 後 6 ヶ 月 お よ び １ 年 に お け る 腐 食 面 積 率 と 自 然 電 位 の 関 係 を 図 4.4 に
示 す 。 暴 露 6 ヵ 月 後 の 測 定 で は 、 多 く の 測 定 点 で 腐 食 面 積 率 が 1%前 後 と あ ま り
腐 食 は 生 じ て い な か っ た 。 ASTM C 8761)規 格 に よ る と 、 自 然 電 位 の 値 が -240mV
以 下 で は 9 0 ％ の 確 率 で 腐 食 が 生 じ て い る と さ れ て い る が 、今 回 の 研 究 の 範 囲 で は
-240mV 以 下 の 場 合 に お い て は ば ら つ き は 大 き い が ほ ぼ す べ て の 測 定 点 で 腐 食 が
認 め ら れ 、不 確 定 領 域 で あ る - 9 0 m V か ら - 2 4 0 m V の 場 合 に お い て も 、- 2 4 0 ｍ V 以 下
よりは腐食面積率は小さいもののすべての鉄筋で腐食が認められた。暴露 1 年後
に お い て も 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ た が 、 90％ の 確 率 で 腐 食 が 生 じ て い な い と さ れ る
- 9 0 ｍ V 以 上 に お い て も 腐 食 し て い る 鉄 筋 が 存 在 す る な ど 、腐 食 ・ 非 腐 食 の 判 断 に
おいては不確定な部分が多いと考えられる。これは、非腐食部が分極され、同一
50
▲無混和
●シリカフューム混和
○高炉スラグ微粉末混和
4
3
腐食領域
非腐食領域
2
1
0
-400
-300
-200
自然電位(mV)
-100
0
（ 1） 暴 露 6 ヶ 月
図 4.4
腐食面積率(％)
腐食面積率(％)
5
腐食領域
非腐食領域
40
▲無混和
●シリカフューム混和
○高炉スラグ微粉末混和
30
20
10
0
-500
-400
-300
-200
自然電位(mV)
（ 2） 暴 露 1 年
腐食面積率と自然電位の関係
51
-100
0
の 鉄 筋 に 対 し て 測 定 し た 10 点 の 自 然 電 位 が 平 均 化 す る 傾 向 に あ る こ と も 一 因 と
考えられる。自然電位より腐食の位置および開始について判定を正確に行うのは
困難と考えられ、分極抵抗など他の非破壊試験をあわせて検討することが必要で
ある。
一方、シリカフュームを混和したものについては、暴露 1 年後において、自然
電 位 が -240mV 以 下 で も 腐 食 が 生 じ て い な い も の も 多 く 、 ま た 腐 食 部 と 非 腐 食 部
の差が大きいことから判定基準にさらなる検討が必要である。また、高炉スラグ
微粉末を混和したコンクリートについては、腐食していないにも関わらず自然電
位 が -300mV 以 下 を 示 し て い る 。 し か し 、 -450mV 以 下 で は 腐 食 が 生 じ て い る も の
も見られることから、自然電位と腐食面積率はある程度の関係はあると考えられ
る。そのため、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートについては、独自の腐
食判定基準を定める必要があると考えられる。
ま た 、 同 一 の 鉄 筋 に 対 し て 全 測 定 点 10 箇 所 中 、 鉄 筋 の 腐 食 が 認 め ら れ た 箇 所
数の割合をその鉄筋における腐食発生確率と定義し、暴露 6 ヶ月および 1 年にお
け る 各 測 定 点 で 得 ら れ た 自 然 電 位 と 腐 食 発 生 確 率 の 関 係 を 併 せ て 図 4.5 に 示 す 。
な お 、腐 食 面 積 率 が 1 . 0 ％ を 腐 食・非 腐 食 の 境 界 と し て い る 。A S T M 基 準 で は 、- 9 0 m V
以 上 で は 90％ 以 上 の 確 率 で 腐 食 し て お ら ず 、 -230mV 以 下 で は 、 90％ 以 上 の 確 率
で腐食しているとされているが、無混和のコンクリートについてはほぼ同様の結
果が得られた。しかし、シリカフュームを混和したコンクリートについては不確
定領域の腐食発生確率が大きくなっており、高炉スラグ微粉末を混和したもので
は、腐食領域に存在しているにもかかわらず、腐食発生確率はきわめて小さな値
1.0
無混和
腐食発生確率
0.8
シリカフューム混和
高炉スラグ微粉末混和
0.6
0.4
0.2
0.0
-90mV以上
-90mV～-230mV
-230mV以下
自然電位（mV vs Ag/AgCl）
図 4.5
自然電位と腐食発生確率の関係
52
と な っ た 。 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト に つ い て は 、 ASTM 基 準 を 用 い て 腐 食 ・ 非 腐 食
の判断は可能であると考えられるが、混和材を用いたコンクリートについては、
新たな判断基準を設定する必要があると考えられる。
4.2.4
腐食面積率と分極抵抗の関係
暴露期間 6 ヶ月および１年における腐食面積率と分極抵抗逆数の時間積分値の
関 係 を 図 4.6 に 示 す 。 暴 露 1 年 後 に お い て は 、 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト で は 、 積 分
値 が 2 0 以 上 で は 、ば ら つ き は 大 き い も の の 、積 分 値 に よ ら ず 腐 食 面 積 率 は ほ ぼ 一
定 の 値 と な っ て い る 。一 方 、シ リ カ フ ュ ー ム を 混 和 し た コ ン ク リ ー ト に つ い て は 、
積 分 値 が 2 0 以 下 で は 、積 分 値 が 大 き い ほ ど 腐 食 面 積 率 が 大 き く な っ て い る 。積 分
値 が 20 以 上 に つ い て は 、 無 混 和 と 同 様 に 腐 食 面 積 率 が 一 定 の 傾 向 を 示 し て い る 。
高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートについては、腐食面積率が小さく明確
な傾向は得られなかった。
無 混 和 お よ び 混 和 材 を 用 い た コ ン ク リ ー ト に よ ら ず 積 分 値 が 20 以 下 に つ い て
は分極抵抗逆数の時間積分値と腐食面積率には相関があると考えられる。また、
マクロセル腐食においては、腐食面積率が大きくなるとそれ以降の腐食面積率の
増加は鈍化するために一定となったと考えられる。ガード対極を有する交流イン
ピーダンス法を用いて得られた分極抵抗の値については、今回の実験においては
腐 食 面 積 率 が 3 0 ％ 以 下 の 場 合 に お い て は 積 分 値 と 腐 食 面 積 率 に 相 関 が 見 ら れ 、局
部的な鉄筋の腐食状況を表していると考えられる。
5
50
▲無混和
●シリカフューム混和
○高炉スラグ微粉末混和
40
腐食面積率(％)
腐食面積率(％)
4
3
2
1
30
20
▲無混和
●シリカフューム混和
○高炉スラグ微粉末混和
10
0
0
0
5
10
15
20
25
20
40
60
80
∫1/(分極抵抗)(day/(kΩ・cm ))
∫1/(分極抵抗)dt(day/(kΩ・cm ))
（ 1） 暴 露 6 ヶ 月
図 4.6
0
2
2
（ 2） 暴 露 1 年
腐食面積率と分極抵抗の関係
53
4.3
4.3.1
化学的侵食による腐食が腐食モニタリング指標に与える影響
実験概要
①コンクリートの配合
コ ン ク リ ー ト お よ び モ ル タ ル の 示 方 配 合 を 表 4 . 2 に 示 す 。水 セ メ ン ト 比（ 以 下 、
W / C ）は 硫 酸 イ オ ン の 浸 透 が 硫 酸 に よ る 侵 食 に 対 し て 卓 越 す る と 考 え ら れ る 6 0 ％
2）
と し た 。モ ル タ ル は よ り 単 純 な 系 と し て 用 い 、コ ン ク リ ー ト か ら 粗 骨 材 を 除 い
た配合とした。
表4.2　示方配合
Gmax
(mm)
コンクリート
15
モルタル
-
3
3
単位量(kg/m )
S.L.
(cm)
Air
(%)
W/C
(%)
s/a
(%)
W
C
S
8±1
4±0.5
60
51
170
283
936
混和剤(cc/m )
G
927
-
NaCl
AE減水剤 AE助剤 (g/m3)
708
1132
494*
*塩水環境の供試体のみ添加
②供試体の作成
セメントは普通ポルトランドセメント、細骨材は滋賀県野洲川産川砂（比重
2 . 5 5 、 F. M . 2 . 4 9 ）、 粗 骨 材 は 滋 賀 県 土 山 産 砕 石 （ 比 重 2 . 6 1 、 最 大 寸 法 1 5 m m ） を 使
用 し た 。供 試 体 の 寸 法 は い ず れ も 1 0 0 × 5 0 × 4 0 0 m m と し 、長 さ 3 0 0 m m の 鉄 筋（ D 1 0 ）
を 供 試 体 中 心 に 配 置 し た 。電 気 化 学 的 鉄 筋 腐 食 モ ニ タ リ ン グ の た め に 、鉄 筋 は 端
部 を 研 磨 後 、絶 縁 被 覆 つ き コ ー ド を ハ ン ダ 付 け し 、こ の 部 分 を 自 己 融 着 テ ー プ と
エ ポ キ シ 樹 脂 で 被 覆 し て 図 4.7 に 示 す よ う に 配 置 し た 。
③養生および環境条件
供 試 体 は 材 齢 1 日 で 脱 型 を 行 い 、 材 齢 28 日 ま で 室 内 に お い て 水 中 養 生 を 行 っ
た。
環 境 条 件 を 表 4.3 に 示 す 。 浸 せ き に お い て は 室 温 で 鉄 筋 中 心 位 置 ま で 溶 液 に 浸
し （ 図 4 . 8 参 照 ）、 乾 湿 繰 返 し は 浸 せ き 3 日 、 乾 燥 4 日 （ 室 内 ） を 1 サ イ ク ル と し
た。
400
20 20
50
100
50
300
50
ポリプロピレン製 の棒
図 4.7 供 試 体 形 状 （単 位 mm）
54
図 4.8 浸 せき状 況
硫酸水溶液の濃度は、コンクリートとの反応における腐食速度や腐食形態が異
なると考えられる
3）
低 濃 度 の 0 . 1 5 w ％ （ p H = 1 . 5 1 ）、 高 濃 度 の 2 . 0 w ％ （ p H = 0 . 3 8 9 ）
の 2 種 類 と し た 。 ま た 硫 酸 劣 化 と の 比 較 の た め に 海 水 を 模 擬 し て NaCl が 3.0w％
の塩水も設定した。
な お 、 塩 水 に 供 す る 供 試 体 は 、 作 成 時 に 0.3kg/m3 と な る NaCl を 外 割 で 混 入 し
た。
表 4.3
濃度
硫酸水溶液
塩水
環境条件
環境
供試体
浸せき
コンクリート、モルタル
乾湿繰返し
コンクリート、モルタル
0.15ｗ ％
乾湿繰返し
コンクリート、モルタル
3.0ｗ ％
乾湿繰返し
コンクリート、モルタル
2.0ｗ ％
④測定項目
各 材 齢 に お い て 、目 視 に よ る 外 観 観 察 に 加 え て 、侵 食 深 さ の 測 定 、電 気 化 学 的
鉄筋腐食モニタリングおよび鉄筋腐食量の測定を行った。
今 回 の 実 験 で は 、全 測 定 項 目 に お い て 人 為 的 な 脆 弱 部 除 去 を 行 っ て い な い 。ま
た、乾湿繰返しでは乾燥 4 日目に、浸せきでは測定前日に溶液から取り出し約 1
日室内で乾燥後に全供試体について測定を行った。
・硫酸イオン浸透深さ
供 試 体 の 切 断 面 に 0.2w％ ジ メ チ ル ス ル ホ ナ ゾ － Ⅲ 水 溶 液 と 2.0w％ 塩 化 バ リ ウ
ム 水 溶 液 を 順 に 霧 吹 き で 噴 霧 し 、青 色 か ら 赤 色 に 呈 色 す る 範 囲 を 硫 酸 イ オ ン 浸 透
深さとし
3）
、その深さをノギスによ
測 定断 面
り 各 供 試 体 に つ き 100mm 間 隔 の 3
断 面 で 測 定 し た（ 図 4 . 9 参 照 ）。非 浸
CL
せき面から測定することにより、変
100
色深さについては消失部も含めた値
図 4.9
100
切 断 位 置 （ 単 位 ： mm）
となっている。
・ 試 薬 に よ る pH 分 布 測 定
供試体の切断面にメチルオレンジ、メチルレッド、ブロモチモールブルー、フ
55
ェ ノ ー ル フ タ レ イ ン の 各 p H 指 示 薬 を 噴 霧 し 、呈 色 状 態 に よ り 断 面 の p H 値 変 化 を
観 察 し 、試 薬 の 非 呈 色 反 応 深 さ（ 酸 性 領 域 ）を ノ ギ ス に よ り 各 供 試 体 に つ き 1 0 0 m m
間 隔 の 3 断 面 で 測 定 し た （ 図 4 . 9 参 照 ）。
硫酸イオン浸透深さと同様に測定し、非呈色深さについては消失部も含めた値
となっている。
用 い た 指 示 薬 の 呈 色 範 囲 （ pH） と そ の 変 色 に つ い て 表 4.4 に 示 す 。
表 4.4
各指示薬の呈色範囲と変色
4）
指示薬名
酸性色
変 色 域 の pH
塩基性色
メチルオレンジ
赤
3.1～ 4.4
黄
メチルレッド
赤
4.2～ 6.3
黄
黄
6.0～ 7.6
青
無
8.3～ 10.0
赤
ブロモチモール
ブルー
フェノール
フタレイン
・電気化学的鉄筋腐食モニタリング
定期的に自然電位、分極抵抗およびコンクリート抵抗を測定した。飽和銀塩化
銀 電 極（ Ag/AgCl）を 照 合 電 極 と し て 用 い た 。実 際 の 測 定 状 況 を 考 慮 し 、侵 食 面 か
らの測定とした。
自 然 電 位 は 、各 供 試 体 に つ き 1 0 0 m m 間 隔 で 3 箇 所 の 侵 食 面 の 鉄 筋 直 上 で 測 定 し
た 。 分 極 抵 抗 お よ び コ ン ク リ ー ト 抵 抗 は 、 矩 形 波 電 流 分 極 法 （ 電 流 値 ： 10μ A～ 1
ｍ A、 周 波 数 ： 0.1Hz お よ び 0.8kHz、 被 測 定 面 積 ： 長 さ 30cm×周 長 3cm=90cm2）
に よ り 、侵 食 面 と 同 じ 大 き さ の 銅 板 を 対 極 と し て 侵 食 面 に 設 置 し 測 定 し た 。な お 、
対極として用いた銅版の中心を開口し、その部分に照合電極を当てることにより
測 定 を 行 っ た 。 以 上 の 電 気 化 学 的 鉄 筋 腐 食 モ ニ タ リ ン グ の 概 要 を 図 4.10 に 示 す 。
56
穴(φ15)
侵 食面
照 合電極
保水性布
腐食モニター
銅板
侵食面
鉄筋
100
鉄筋
100
（ 1） 自 然 電 位 （ 単 位 mm）
（ 2） 分 極 抵 抗 お よ び
コンクリート抵抗
図 4.10
4.3.2
電気化学的鉄筋腐食モニタリングの概要
硫酸による侵食が鉄筋腐食に与える影響
暴 露 350 日 目 に お け る 2.0w％ 硫 酸 水 溶 液 浸 せ き お よ び 乾 湿 繰 返 し の モ ル タ ル 供
試 体 の 断 面 に お け る 、ジ メ チ ル ス ル ホ ナ ゾ － Ⅲ 水 溶 液 の 赤 変 深 さ お よ び p H 指 示 薬
に よ る 非 呈 色 深 さ を 図 4 . 11 に 示 す 。 な お 、 0 . 1 5 w ％ 硫 酸 水 溶 液 で は 、 い ず れ の 指
示薬でも明確な呈色深さが認められなかった。
浸せきの方が乾湿繰返しよりも呈色深さが大きく、断面減少と同様に硫酸水溶
液と接触する期間が影響していると考えられる。また、各指示薬については、硫
酸 イ オ ン 浸 透 深 さ の 指 標 と な る ジ メ チ ル ス ル ホ ナ ゾ － Ⅲ 水 溶 液（ 図 中 D S Ⅲ ） の 赤
変 深 さ が 最 も 大 き く 、 つ い で フ ェ ノ ー ル フ タ レ イ ン （ 同 P P ）、 ブ ロ モ チ モ ー ル ブ
ル ー （ 同 B T B ）、 メ チ ル レ ッ ド （ 同 M R ）、 メ チ ル オ レ ン ジ （ 同 M O ） の 順 と な っ て
い た 。 二 水 石 膏 の 生 成 部 （ 目 視 に よ る 白 色 の 脆 弱 部 ） に お い て は 、 pH が 3～ 4 ま
で 低 下 （ MO で 非 呈 色 ） し て い る 部 分 も あ っ た 。 し か し 、 ジ メ チ ル ス ル ホ ナ ゾ －
Ⅲ水溶液によっては、鉄筋位置までの硫酸イオンは確認されていない。
各 指 示 薬 に よ り 推 定 さ れ る モ ル タ ル 供 試 体 中 の 硫 酸 イ オ ン 浸 透 深 さ お よ び pH
分 布 （ 暴 露 350 日 目 ） を 図 4.12 に 示 す 。 図 に 示 す よ う に 、 硫 酸 劣 化 に よ る コ ン ク
リート中の鉄筋の腐食発生においては、フェノールフタレインの非呈色域よりも
深部にまで硫酸イオンが浸透している。このため、不動態被膜が破壊される程の
p H の 低 下 が 生 じ る 前 の 、硫 酸 イ オ ン に よ る 被 膜 の 破 壊 お よ び 腐 食 進 行 の 可 能 性 を
検討する必要があると考えられる。
57
12
2.0w％硫酸乾湿
2.0w％硫酸浸せき
フェノールフタレイン
非呈色域
10
6.0
8
pH
非呈色（赤変）深さ(mm)
8.0
4.0
鉄
筋
位
置
溶脱部
6
4
2.0
ジメチルスルホ
ナゾⅢ赤変域
2
0.0
DSⅢ
図 4 .11
PP
BTB
MR
pH指示薬
0
MO
0
各 pH 指 示 薬 の 非 呈 色 深 さ
図 4.12
（ 暴 露 350 日 目 、 モ ル タ ル 供 試 体 ）
5
10
15
20
コンクリート表面からの距離（mm）
硫 酸 イ オ ン 浸 透 範 囲 お よ び pH
（ 暴 露 350 日 目 、 モ ル タ ル 供 試 体 、
2.0w％ 硫 酸 浸 せ き ）
4.3.3
硫酸水溶液中での鉄筋の電気化学的特性
ま ず 、硫 酸 の 影 響 を 受 け る 鉄 筋 単 体 の 自 然 電 位 の 特 性 を 検 討 す る た め 、0 . 1 5 w ％
お よ び 2.0w％ の 硫 酸 水 溶 液 と 3.0w％ の 塩 水 に Ｌ 字 型 に 曲 げ 加 工 し た 鉄 筋 を 単 体
で 浸 せ き し 、照 合 電 極 を 溶 液 中 に 挿 入 し た 状 態 で 自 然 電 位 の 測 定 を 行 っ た（ 図 4 . 1 3
参 照 ）。 そ の 経 時 変 化 を 図 4 . 1 4 に 示 す 。
い ず れ の 溶 液 に 浸 せ き し た 場 合 で も 、コ ン ク リ ー ト 中（ 図 4.15 参 照 ）あ る い は
Ca(OH)2 水 溶 液 中
5）
と 比 べ て 電 位 は 卑 な 傾 向 に あ っ た 。3.0w％ 塩 水 に 浸 せ き し た
も の が 最 も 卑 な 傾 向 に あ り 、 次 に 0.15w％ 硫 酸 水 溶 液 、 2.0w％ 硫 酸 水 溶 液 と な っ
た。硫酸水溶液と塩水中の鉄筋が異なった傾向を示すのは、カソード部の反応が
中 性 あ る い は ア ル カ リ 性 で は 式 （ 4.1） の よ う に 酸 素 の 還 元 反 応 で あ る の に 対 し 、
酸 性 で は 式 （ 4.2） の よ う に 水 素 イ オ ン の 還 元 反 応 が 生 じ て い る こ と
6）
から、こ
の反応の違いにより自然電位に差が生じたものと考えられる。
O2+2H2O+4e－ → 4OH－
（ 4.1）
2H++2e－ → H2
（ 4.2）
このことから、コンクリート中の鉄筋に対して得られる自然電位の評価には、
既 往 の も の と は 異 な る 基 準 が 必 要 で あ る も の と 考 え ら れ る 。 第 2 章 の 図 2.3 に お
けるプールベ図は硫酸イオンが存在する場合においては塩化物イオンと同様に変
58
化し、さらにｐH が酸性域に存在する場合においては、中性域では不動態被膜で
覆われるような自然電位においても鉄は腐食を生じると考えられる。
自然電位(mV vs AgCl)
0
硫酸水溶液
-100
◆：2.0ｗ％硫酸　▲：0.15ｗ％硫酸
●：3.0ｗ％塩水
-200
-300
-400
-500
-600
-700
0
図 4.13
図 4.14
自然電位の測定概要
5
暴露日数
10
15
自然電位の経時変化
（浸せき鉄筋）
4.3.4
自然電位
各 供 試 体 の 自 然 電 位 の 経 時 変 化 お よ び ASTM C 8761） 基 準 を 図 4.15 に 示 す 。 塗
りつぶしがコンクリート、白抜きがモルタルを示している。
硫 酸 水 溶 液 環 境 下 の コ ン ク リ ー ト お よ び モ ル タ ル 両 供 試 体 に つ い て は ASTM 基
準における腐食領域に存在しているものはないが、測定時毎の変動が大きい。二
水石膏の生成およびエトリンガイト生成による膨張を原因としてコンクリートお
よびモルタル内部が粗な状態になっており、かぶりコンクリートが一様ではない
ために安定した値が得られていないと考えられる。硫酸イオンが鉄筋位置に到達
した時点においては塩害の場合と同様の傾向を示すと考えられるが、硫酸による
コ ン ク リ ー ト の 侵 食 が 進 行 し 、 4.3.2 お よ び 4.3.3 に 示 す よ う に コ ン ク リ ー ト 中 の
p H は 低 下 し た 時 点 に お い て は 、自 然 電 位 は 貴 変 傾 向 を 示 す と 推 定 さ れ る こ と か ら 、
硫酸を原因とする腐食鉄筋の自然電位については塩害とは異なった傾向を示すと
考えられる。さらに、加えてかぶりコンクリート部の脆弱化による影響を合わせ
て検討を行う必要がある。
一 方 、塩 水 環 境 に お い て は 、明 確 に 卑 変 傾 向 に あ り 、腐 食 領 域 に 存 在 し て い る 。
59
4.3.5
分極抵抗逆数値（腐食速度指標）
各 供 試 体 の 分 極 抵 抗 逆 数 値 の 経 時 変 化 お よ び C E B 7 ） 基 準 を 図 4 . 1 6 に 示 す 。塗 り
つぶしがコンクリート、白抜きがモルタルを示している。
硫酸水溶液環境下の供試体においては、自然電位と同様に腐食傾向の値は示し
ていない。硫酸水溶液環境下にある供試体の分極抵抗逆数値はほぼ一定であり、
腐食状態を判断するのは困難である。
一 方 、 塩 水 環 境 下 の 供 試 体 に お い て は 暴 露 150 日 後 か ら 大 き く な っ て お り 腐 食
が激しく進行している。
2
分極抵抗逆数値（1/kΩ・cm ）
非腐食領域
0
-200
-400
-600
腐食領域
-800
0
100
200
暴露日数
300
図 4.15
0.30
0.25
0.20
激しい腐食
0.15
不動態状態
0.10
0.05
0.00
0
400
2.0w％硫酸乾湿：◆　2.0w％硫酸浸せき：■
0.15w％硫酸乾湿：●　3.0w％塩水乾湿：▲
100
200
暴露日数
図 4.16
50,000
40,000
腐食性小
30,000
20,000
10,000
腐食性大
0
100
200
暴露日数
300
400
2.0w％硫酸乾湿：◆　2.0w％硫酸浸せき：■
0.15w％硫酸乾湿： ●　3.0w％塩水乾湿：▲
図 4.17
400
分極抵抗逆数値の経時変化
3月頃
0
300
2.0w％硫酸乾湿：◆　2.0w％硫酸浸せき：■
0.15w％硫酸乾湿：●　3.0w％塩水乾湿：▲
自然電位の経時変化
コンクリート比抵抗（Ω・cm）
自然電位（mV vs AgCl）
200
コンクリート比抵抗の経時変化
60
4.3.6
コンクリート比抵抗
各供試体のコンクリート比抵抗の経時変化および武若
8）
ら の 基 準 を 図 4.17 に
示す。塗りつぶしがコンクリート、白抜きがモルタルを示している。
塩 水 環 境 を 除 く 全 要 因 に 関 し て 、 暴 露 150 日 目 ま で は コ ン ク リ ー ト 比 抵 抗 が 増
加 す る 傾 向 に あ る 。 特 に 、 2.0%硫 酸 水 溶 液 乾 湿 繰 返 し の コ ン ク リ ー ト 供 試 体 と
0.15%硫 酸 水 溶 液 乾 湿 繰 返 し の コ ン ク リ ー ト 供 試 体 が 極 め て 高 い 値 を と っ た 。 コ
ンクリート比抵抗が増加した原因として、硫酸水溶液環境下のコンクリートおよ
びモルタルでは膨張生成物である二水石膏の生成やモルタル分の溶出が生じてお
り、浸せき面側の表面付近に粗な部分が存在しているために比抵抗が増加したと
考 え ら れ る 。 し か し 、 暴 露 150 日 以 降 は 逆 に コ ン ク リ ー ト 比 抵 抗 は 減 少 傾 向 に 転
じ て い る 。こ れ は 、4 . 3 . 2 の 呈 色 試 験 で は 鉄 筋 位 置 ま で の 硫 酸 イ オ ン は 確 認 さ れ な
いという結果が得られたが、実際には骨材界面の遷移帯を通して試薬では検出さ
れない程度の微量の硫酸が浸透しており、その影響で目視では確認できなかった
がかぶりコンクリートに微小なひび割れが発生し、それを通じて電気的に短絡す
る経路ができたためと考えられる。今後は、コンクリート抵抗が低下する原因お
よび、それが自然電位・分極抵抗に与える影響についても検討を加える必要があ
ると考えられる。
4.3.7
鉄筋の腐食状況
①各供試体中の鉄筋の腐食面積率
暴 露 210 日 目 お よ び 350 日 目 に 各 環 境 下 の コ ン ク リ ー ト お よ び モ ル タ ル 供 試 体
内 か ら は つ り 出 し た 鉄 筋 の 腐 食 面 積 率 を 図 4.18 に 示 す 。
0.15w ％ 硫 酸 水 溶 液 環 境 下 に お い て は ほ と ん ど 腐 食 は 認 め ら れ な か っ た が 、
2 . 0 w ％ 硫 酸 水 溶 液 環 境 下 の 供 試 体 に つ い て は 明 確 な 腐 食 発 生 が 認 め ら れ た 。ま た 、
乾 湿 繰 返 し よ り も 浸 せ き の 方 が 腐 食 面 積 率 は 大 き い 。こ れ ら の こ と か ら 、4 . 3 . 2 の
呈色試験では鉄筋位置までの硫酸イオンは確認されないという結果が得られたが、
腐食の発生・進展において硫酸浸透が影響したと考えられる。
また、コンクリート内の鉄筋の方がモルタル内よりも腐食面積率が大きくなっ
ていた。これは、粗骨材が剥落することで断面が急激に減少することが原因であ
ると考えられる。
61
コンクリート
30
コンクリート
10
モルタル
25
モルタル
腐食面積率（％）
腐食面積率（％）
12
8
6
4
2
20
15
10
5
0
0
2.0w ％
2.0w ％
0.15w ％
2.0w ％
3.0w ％
暴 露 210 日 目
4.3.8
0.15w ％
3.0w ％
硫酸乾湿 硫酸せき 硫酸乾湿 塩水乾湿
硫酸乾湿 硫酸せき 硫酸乾湿 塩水乾湿
図 4.18
2.0w ％
暴 露 350 日 目
各供試体中の鉄筋の腐食面積率
中性化残りと腐食面積率の関係
暴 露 350 日 目 の モ ル タ ル 供 試 体 に お い て 、
25
およびジメチルスルホナゾ―Ⅲ水溶液によ
る硫酸イオン未侵入部の厚さ（以下、硫酸
イオン残り）と腐食面積率との関係を図
4.19 に 示 す 。
腐食面積率（％）
フェノールフタレイン法による中性化残り
中性化残り
硫酸イオン残り
20
15
10
5
0
中性化残りが小さいほど腐食面積率が大
10
15
20
中性化・硫酸イオン残り(mm)
25
き く 、硫 酸 イ オ ン 残 り も 同 様 の 傾 向 で あ る 。
硫 酸 侵 食 の 場 合 も 、 CO2 に よ る 中 性 化 の 場
図 4.19
合と同様に、非呈色深さよりも深部にまで
の 関 係 (暴 露 350 日 目 、 モ ル タ ル 供
劣化因子が浸透しているためと考えられる。
中性化残りと腐食面積率
試体、硫酸環境下)
このため、腐食開始の判断は、変色フロントから鉄筋位置までの残りを基準と
して行うことができる。今回の実験の範囲では、画像処理の誤差を含めて腐食面
積 率 が 1％ 以 上 の 場 合 を 確 実 に 腐 食 し て い る と 判 断 し 、 ま た 、 一 般 的 な 方 法 で あ
る フ ェ ノ ー ル フ タ レ イ ン 法 に よ る 中 性 化 残 り で 評 価 を 行 う と す る と 、図 4 . 1 8 か ら
17mm 程 度 が 腐 食 開 始 の 限 界 値 で あ る と 読 み 取 れ る 。 こ れ は モ ル タ ル の 場 合 で あ
る が 、 C O 2 に よ る 中 性 化 の 場 合 （ 塩 分 が 含 ま れ て い る 場 合 で 2 5 m m 9 ）） よ り も 小 さ
な 値 と な っ た 。 硫 酸 の 侵 食 作 用 が 、 CO2 の 中 性 化 作 用 よ り 影 響 程 度 が 大 き い こ と
を示していると考えられる。
62
4.3.9
電気化学的鉄筋腐食モニタリングと腐食開始および進展の関係
2.0w％ 硫 酸 水 溶 液 環 境 下 の コ ン ク リ ー ト 供 試 体 中 の 腐 食 面 積 率 の 経 時 変 化 を 図
4.20 に 示 す 。 塗 り つ ぶ し が コ ン ク リ ー ト 、 白 抜 き が モ ル タ ル を 示 し て い る 。 図 中
に は 、 4.3.4 か ら 4.3.6 で 示 し た 自 然 電 位 お よ び 分 極 抵 抗 が 腐 食 傾 向 を 示 し た 時 点
とコンクリート比抵抗が増加から減少に転じた時点を示している。
①コンクリート比抵抗と腐食開始
4 . 3 . 2 に 示 し た 呈 色 試 験 で は 、鉄 筋 位 置 ま で の 硫 酸 イ オ ン は 確 認 さ れ な い と い う
結 果 が 得 ら れ た が 、4 . 3 . 7 に 示 し た よ う に 、暴 露 2 1 0 日 目 の 各 供 試 体 の 鉄 筋 の 腐 食
面 積 率 の 測 定 結 果 よ り 、腐 食 が 確 認 さ れ て い る 。ま た 、4.3.6 に 示 し た よ う に 、コ
ン ク リ ー ト 比 抵 抗 が 増 加 か ら 減 少 に 転 じ た 時 期 は 暴 露 約 180 日 目 で あ る 。
このことから、かぶりコンクリート部に微小なひび割れが生じ電気的に短絡す
ることによって、コンクリート比抵抗の低下と同時期に腐食が開始したと推定さ
れる。したがって、コンクリートの比抵抗の経時変化を把握することにより、鉄
筋の腐食の開始時期を判断できると考えられる。
②自然電位・分極抵抗と腐食進展
自 然 電 位 が 卑 変 し 、 分 極 抵 抗 が 腐 食 傾 向 を 示 し 始 め た の は 暴 露 250 日 目 程 度 で
あ り 、暴 露 3 5 0 日 目 で の 腐 食 面 積 率 は 1 0 ％ 以 上 で あ る 。こ の よ う に A S T M 基 準 に
おいて自然電位および分極抵抗が腐食傾向を示した点ではすでに腐食が開始して
おり、コンクリート比抵抗の低下より遅れて感知されるものと考えられる。コン
クリート比抵抗の低下は連続空隙の形成が原因であり、その結果として鉄筋の腐
2.0w％硫酸乾湿：◆
腐食面積率（％）
25
2.0w％硫酸浸せき：■
20 コンクリート比抵抗
低下開始
15
10
自然電位
低下開始
5
0
0
図 4.20
100
200
暴露日数
300
400
腐食面積率の経時変化
（ コ ン ク リ ー ト 供 試 体 、 2.0ｗ ％ 硫 酸 水 溶 液 環 境 下 )
63
食が開始したと考えられる。これに対して、自然電位および分極抵抗の変化は、
硫酸の浸透により形成された連続空隙を通じて硫酸イオンおよび酸素が供給され
たために腐食反応が激しくなり、自然電位および分極抵抗が腐食傾向を示したと
考えられる。
4.3.10
硫酸侵食における鉄筋の腐食生成物
海岸大気中における鉄筋の腐食生成物に関しては、生成過程やその種類につい
て明らかになっている部分も多く
10）
、そ の 含 有 割 合 も 示 さ れ て い る（ 表 4 . 4 参 照 ）。
暴 露 3 5 0 日 目 に お い て 、2 . 0 ｗ ％ 硫 酸 水 溶 液 浸 せ き の モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー
ト供試体からはつり出した鉄筋の腐食生成物は、黒色のものが最も多く、その他
黄あるいはオレンジ色のものも若干見られた。一方、塩水環境ではほぼすべてに
おいて淡褐色あるいは褐色の腐食生成物が認められた。
表 4.4
鉄錆の種類と性質
化合物
色調
FeO
1 0 ）、 1 1 ）
鉄錆の成分（％）
SO42- 支 配
Cl－ 支 配
黒
－
－
Fe3O4
黒
0～ 20
10～ 85
α-FeOOH
褐色～黄
30～ 65
15～ 80
β-FeOOH
淡褐色～白
0
<30
γ-FeOOH
オレンジ
20～ 30
0～ 10
δ-FeOOH
褐色
－
－
硫 酸 環 境 で は 、 黒 錆 で あ る Fe3O4 が 生 成 さ れ た と 考 え ら れ る が 、 塩 害 で の 腐 食
のように、その後の赤錆への化学反応は生じていない。また、硫酸イオンが浸透
し て い た こ と に よ り 、反 応 が SO42 -に 支 配 さ れ て い る オ レ ン ジ 色 の γ -Fe OOH が 生
成されたと考えられる。硫酸と鉄の反応時に通常は生成される淡緑色の硫酸塩
FeSO4 は 認 め ら れ な か っ た た め に 、 酸 よ り も ｐ H の 低 下 お よ び 硫 酸 イ オ ン に よ っ
て塩害の場合と同様の腐食反応が生じ、カソードにおいて生成された水酸化物イ
オンと反応したものと考えられる。さらに、コンクリート・モルタルの腐食が進
行すると酸の影響により錆の生成過程および成分が変化するとも考えられ、さら
64
に 検 討 が 必 要 で あ る 。 塩 水 環 境 に つ い て は 、 黒 錆 は ほ と ん ど 認 め ら れ ず 、 Fe3O4
か ら 褐 色 の α - FeOOH お よ び β - FeOOH に 化 学 変 化 を 生 じ た も の と 考 え ら れ る 。
4.4
本章のまとめ
本章の範囲内で得られた結果を以下に示す。
(1) 自 然 電 位 に よ る 腐 食 の 判 断 に つ い て は 、 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト に 対 し て は
A S T M 基 準 が 適 用 で き る と い う 結 果 が 得 ら れ た が 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 に 対 し て は 、
腐 食 し て い な い に も 関 わ ら ず 自 然 電 位 が - 3 0 0 ｍ V と 卑 な 値 を 示 す こ と か ら 、A S T M
基準による腐食の判断は困難であると考えられる。
(2)分 極 抵 抗 逆 数 の 積 分 値 に よ る 腐 食 程 度 の 把 握 に つ い て は 、無 混 和 、シ リ カ フ ュ
ー ム 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 混 和 の コ ン ク リ ー ト に よ ら ず 、同 様 の 傾 向 を 示 し て お り 、
混和材の有無によらない腐食程度のある程度の把握が可能であると考えられる。
( 3 ) 硫 酸 侵 食 で は 、フ ェ ノ ー ル フ タ レ イ ン 法 に よ り 得 ら れ る 中 性 化 深 さ よ り も 深 部
にまで硫酸イオンは浸透している。したがって、硫酸侵食を受ける場合の鉄筋腐
食 の 発 生 ・ 進 展 に お い て は 、p H の 低 下 に よ る 影 響 の み で な く 、硫 酸 イ オ ン が 与 え
る影響も併せて検討する必要がある。
( 4 ) 硫 酸 侵 食 の 場 合 で は 、中 性 化 残 り や 硫 酸 イ オ ン 残 り で 腐 食 開 始 を 判 断 す る こ と
ができる。一般的な方法であるフェノールフタレイン法による中性化残りで評価
す る と 、 本 実 験 で 用 い た モ ル タ ル の 場 合 で は 、 17mm 程 度 が 腐 食 開 始 の 限 界 値 で
あった。
( 5 ) 硫 酸 侵 食 に 対 す る 鉄 筋 腐 食 モ ニ タ リ ン グ に 関 し て 、生 じ る カ ソ ー ド 反 応 が 塩 害
の 場 合 と は 異 な っ て い る た め に 、鉄 筋 の 自 然 電 位 は 塩 害 の 場 合 に 比 べ て 約 1 0 0 m V
貴な値が示されると考えられる。
( 6 ) コ ン ク リ ー ト の 比 抵 抗 が 増 加 か ら 減 少 に 転 じ る 時 点 に よ り 、腐 食 の 開 始 時 期 を
判断できると考えられる。また、腐食がさらに進展した段階を示す指標として自
然電位および分極抵抗により判断できるが、判断基準については検討が必要であ
る。
65
参考文献
1） ASTM C 876： Half cell Potentials of Reinforcing Steel in Concrete、 1977
2 ）川 東 龍 夫 ： 過 酷 環 境 下 に お け る コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 劣 化 過 程 お よ び 耐 久 性 評
価 に 関 す る 研 究 、 京 都 大 学 学 位 論 文 、 2001
3）蔵 重 勲 、魚 本 健 人 ： 硫 酸 腐 食 環 境 に お け る コ ン ク リ ー ト の 劣 化 特 性 、コ ン ク リ
ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vo l . 2 2 、 N o . 1 、 p p 2 4 1 - 2 4 6 、 2 0 0 0
4 ） 日 本 化 学 会 ： 化 学 便 覧 （ 基 礎 編 Ⅱ ）、 丸 善 、 1 9 7 3
5） 白 勢 和 道 ほ か ： 硫 酸 侵 食 さ れ た 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト の 性 状 に 関 す る 基 礎 的 研 究 、
コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vo l . 2 6 、 N o . 1 、 p p 1 0 0 5 - 1 0 1 0 、 2 0 0 4
6） 防 錆 ・ 防 食 技 術 総 覧 編 集 委 員 会 編 ： 防 錆 ・ 防 食 技 術 総 覧 、 2000
7 ） C E B Wo r k i n g P a r t y V / 4 . 1 : S t r a t e g i e s f o r Te s t i n g a n d A s s e s s m e n t o f C o n c r e t e
Structures Affected by Reinforcement Corrosion BBRI-CSTC-WTCB, 1997
8 ）武 若 耕 司 ほ か ： コ ン ク リ ー ト 中 の 鉄 筋 腐 食 性 状 の 非 破 壊 検 査 方 法 に 関 す る 実 験
的 検 討 、 第 13 回 セ メ ン ト ・ コ ン ク リ ー ト 研 究 討 論 会 講 演 要 旨 、 1986
9） コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [維 持 管 理 編 ]、 土 木 学 会 、 2001
10） 須 田 久 美 子 、 S.Misra、 本 橋 賢 一 ： 腐 食 ひ び わ れ 発 生 限 界 腐 食 量 に 関 す る 解 析
的 検 討 、 コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vo l . 1 4 、 N o . 1 、 p p 7 5 1 - 7 5 6 、 1 9 9 2
11） 三 沢 俊 平 ： さ び の 腐 食 科 学 、 防 食 技 術 、 37 -8、 1 98 8
66
第 5 章
5.1
分布を考慮に入れた塩分浸透性および鉄筋腐食性状の評価
はじめに
第 5 章 で は 、高 流 動 コ ン ク リ ー ト お よ び 普 通 コ ン ク リ ー ト に つ い て 塩 分 浸 透 性 、
電気化学的な非破壊検査手法である自然電位、分極抵抗の測定値および鉄筋の腐
食性状の分布性状に関して検討を行った。また、これらの分布が互いにどのよう
な関係があるのかについて把握し、塩分浸透量および自然電位、分極抵抗が鉄筋
の腐食面積率に与える影響について検討を行った。この検討結果から分布が小さ
く点検が容易なコンクリートに関しての評価を行った。
5.2
5.2.1
鉄筋腐食に関する各劣化指標の分布
実験概要
①コンクリートの配合
コンクリートとしては、通常程度のスランプ性状を持った普通コンクリートお
よび締固め不要である高流動コンクリートを用いた。また、防食効果があり海洋
1）
環境における耐久性向上に効果があるとされる
シ リ カ フ ュ ー ム 、ま た は 水 密 性
および化学抵抗性の向上に効果があるとされている
2）
高炉スラグ微粉末を混和し
たコンクリートの浸透性状についてもあわせて検討を行うこととした。混和材は
セメント置換とし、置換率については既往の研究から高炉スラグ微粉末について
は 6 0 ％ 、シ リ カ フ ュ ー ム に つ い て は 1 0 ％ と し た 。水 結 合 材 比 に つ い て は 、塩 分 の
浸 透 が 十 分 に 考 え ら れ る 60％ お よ び 海 洋 環 境 で の 構 造 物 に お け る 基 準 に 基 づ い
て 40％ の 2 種 類 と し た 。 ま た 、 比 較 用 に 無 混 和 の 普 通 コ ン ク リ ー ト も 作 成 し た 。
表5.1　示方配合
３
SLまたは W/B 細骨材率
(％)
SF(cm) (％)
40
普通
コンクリート
9±1
高流動
コンクリート
55±5
60
60
48
48
Ｗ
170
170
175
175
175
175
単位量(㎏/m ）
B
Ｃ
425
283
117
263
117
263
SF*1 SG*2
0
0
0
0
0
175
29
0
0
175
29
0
67
Ｓ
Ｇ
821
870
841
865
841
865
910
950
933
955
933
955
B×％(cc/m3)
W×％(g/m3)
AE減水
AE助剤
増粘剤
剤
0.25
0.25
1.6
0.2
0.2
0.3
0.3
0.25*3
*3
0.5
0.15
1.8
*3
0.5
3.7
*1：シリカフューム
*2：高炉スラグ微粉末
*3：高性能AE減水剤を使用
用 い た 5種 類 の 示 方 配 合 を 表 5.1に 示 す 。 な お 、 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た 高 流
動コンクリートに関しては、材料分離抵抗性を得るために増粘剤を用いた。
②供試体の作成
セ メ ン ト は 普 通 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト 、 シ リ カ フ ュ ー ム は 比 重 2.20、 比 表 面 積
2 0 0 , 0 0 0 c m 2 / g の 粉 体 状 の も の 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 は 比 重 2 . 8 8 、比 表 面 積 4 , 0 8 0 c m 2 / g
の も の 、 細 骨 材 は 滋 賀 県 野 洲 川 産 川 砂 （ 比 重 2 . 5 5 、 F. M . 2 . 4 9 ）、 粗 骨 材 は 滋 賀 県 土
山 産 砕 石 （ 比 重 2.61、 最 大 寸 法 15mm） を 使 用 し た 。 供 試 体 は 100×200×1600mmの
梁 型 供 試 体 と し 、 長 さ 1500mm鉄 筋 （ D10） の 端 部 を 研 磨 後 、 長 さ 500mmの 絶 縁 被
覆つきコードをハンダ付けし、この部分を自己融着テープとエポキシ樹脂で被覆
し た も の 4本 を 図 5.1に 示 す よ う に 配 置 し た 。
③養生および環境条件
供 試 体 は 材 齢 1 日 で 脱 型 を 行 い 、材 齢 2 8 日 ま で 散 水 養 生 を 行 っ た 。養 生 終 了 後 、
室 内 で 毎 日 1回 ず つ 塩 分 濃 度 5％ （ Cl-換 算 ） の 塩 水 を 散 水 し 、 乾 湿 繰 返 し 条 件 と な
るようにして腐食を促進させた。
1600
100
30
60
10
200
200
60
10
30
50
50
1500
図 5.1
（ 単 位 ： mm）
供試体図
1 60 0
200
70 70
1 00
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
1 40
1 40
1 40
14 0
1 40
14 0
14 0
1 40
14 0
1 40
図 5.2
測 定 位 置 （ 単 位 ： mm）
68
10 0
④測定項目
所 定 の 暴 露 経 過 後 に お い て 、図 5.2に 示 す よ う に 両 端 100mmを 除 い て 、コ ン ク リ
ー ト カ ッ タ ー を 用 い て 1 4 0 m m の 等 間 隔 に 供 試 体 を 切 断（ 1 本 の 鉄 筋 に つ き 計 1 0 切 断
片）し、さらに表裏から深さ方向に切断して測定用試料を作成した。深さ方向に
つ い て は 、 鉄 筋 表 面 位 置 で あ る 5 ～ 1 5 m m 区 間 、（ 以 下 1 0 m m ） お よ び 2 5 ～ 3 5 m m 区 間
（ 以 下 30mm） に お い て 塩 分 量 の 測 定 を 行 っ た 。 試 料 は 1箇 所 の 所 定 の 深 さ に つ い
て 2 個 作 成 し 、結 果 は 平 均 し た 。こ の よ う に 作 成 し た 試 料 に 対 し て 、塩 化 物 イ オ ン
選 択 性 電 極 を 用 い た 方 法 (JCI-SC4「 硬 化 コ ン ク リ ー ト 中 に 含 ま れ る 塩 分 の 分 析 方
法 」)に 従 っ て 、全 塩 分 量 の 測 定 を 行 っ た 。さ ら に 、コ ン ク リ ー ト 中 に 埋 設 し た 鉄
筋に対しては、自然電位および分極抵抗を定期的に測定した。照合電極には飽和
銀 塩 化 銀 電 極 （ Ag/AgCl） を 用 い 、 腐 食 状 況 が あ る 程 度 局 部 的 に 得 ら れ る 交 流 イ
ン ピ ー ダ ン ス 法 （ 交 流 電 圧 ： ±10mVp-p、 周 波 数 ： 10Hzか ら 20mHz、 ス テ ン レ ス 製
円 盤 か ら な る 径 4 c mの 対 極 お よ び 径 11 c mー ド 対 極 を 用 い た 2 重 対 極 方 式 、 D 1 0 に 対
し て 被 測 定 面 積 6.2cm2） を 用 い て 行 っ た 。 測 定 は 、 図 5.2に 示 す よ う に 1本 の 鉄 筋
に つ き 10点 (鉄 筋 直 上 )の 両 側 面 に お い て 行 っ た 。
ま た 、 腐 食 面 積 率 に つ い て は 、 図 5.2に 示 す 140mm毎 に 切 断 し 、 は つ り だ し た 鉄
筋の表面画像を取り込み、色差による画像処理を行い、目視による判定と合わせ
て測定を行った。
5.2.2
コンクリート中の全塩分量の分布
暴 露 開 始 2年 後 に お け る 深 さ 10mmお よ び 30mmで の 全 塩 分 量 の 平 均 値 お よ び 変
動 係 数 を 図 5.3お よ び 図 5.4に 示 す 。 SFは シ リ カ フ ュ ー ム 、 SGは 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末
を示している。
平 均 値 に 関 し て は 、深 さ 1 0 m m で は 、水 セ メ ン ト 比 4 0 ％ が 最 も 小 さ く 、水 結 合 材
比 60％ の コ ン ク リ ー ト を 比 較 す る と 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 お よ び シ リ カ フ ュ ー ム を 混
和した方が若干小さな値を示している。また、フレッシュ性状については高流動
コンクリートの方が普通コンクリートよりも塩分浸透量は大きくなった。これは
第 3章 で 得 ら れ た 結 果 と 同 様 で あ っ た 。 一 方 、 深 さ 30mmで は 、 全 塩 分 量 の 平 均 値
は、同水結合材比において高炉スラグ微粉末およびシリカフュームを混和するこ
と あ る い は 低 水 セ メ ン ト 比 に す る こ と に よ り 小 さ く な っ て い る 。深 さ 1 0 m m で は 多
量 の 塩 分 が す で に 浸 透 し 、飽 和 状 態 に 達 し て い る た め に 同 程 度 の 結 果 と な っ た が 、
69
深 さ 3 0 m m の よ う な 深 部 で は 、混 和 材 を 用 い る こ と に よ っ て 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト
と比べて組織が緻密となるため、同水結合材比であっても塩分浸透抑制効果が高
いと考えられる。また、高流動コンクリートは普通コンクリートより全塩分量の
平均値が小さくなっていることから、高流動コンクリートはさらに細孔組織が緻
密 と な っ て お り 3 ）、 浸 透 抑 制 効 果 に 優 れ て い る と 考 え ら れ る 。
一 方 、変 動 係 数 に 関 し て は 、深 さ 1 0 m m で は 、同 水 結 合 材 比 に お い て は シ リ カ フ
ューム、高炉スラグ微粉末を混和することによって、変動係数が若干低減されて
いる。また、高流動コンクリートの方が普通コンクリートに比べて変動係数が若
干 小 さ く な っ て い る 。深 さ 3 0 m m で は 、無 混 和 の コ ン ク リ ー ト に 比 べ て 混 和 材 を 用
いたコンクリートの方が変動係数は半分程度に抑制されている。さらに、いずれ
の混和材を用いたコンクリートにおいても、高流動コンクリートの方が普通コン
ク リ ー ト よ り も 小 さ い 。深 さ 1 0 m m で は 平 均 値 と 同 様 に 塩 分 浸 透 量 が 多 い た め に 変
動 係 数 、つ ま り ば ら つ き も 小 さ く な っ て い る が 、浸 透 量 が 少 な い 深 さ 3 0 m m で は コ
ンクリートによる差が明確に認められた。普通コンクリートにおいては、振動締
固めによって通常は問題とならない程度の若干の材料分離を生じたこと、あるい
は場所において締固め度合いに差が生じたために塩分浸透量のばらつきが大きく
なったものと考えられる。しかし、流動性に優れており、締固め不要の高流動コ
ンクリートを用いることで、このようなばらつきを低減でき、より一様で均一な
コンクリートが形成されていると考えられ、塩分浸透量についてもばらつきが低
50
10
全塩分量の変動係数（％）
深さ10mm
深さ30mm
3
全塩分量の平均値（kg/m ）
12
8
6
4
2
0
W/C=0.6 W/C=0.4 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6
普通
普通
普通
高流動
普通
高流動
無混和
無混和 SF混和 SF混和 SG混和 SG混和
40
深さ10mm
深さ30mm
30
20
10
0
W/C=0.6 W/C=0.4 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6
高流動
普通
高流動
普通
普通
普通
無混和 SF混和 SF混和 SG混和 SG混和
無混和
コンクリートの種類
図 5.3
コンクリートの種類
図 5.4
各コンクリートの全塩分量の
平均値
各コンクリートの全塩分量の
変動係数
70
減されたものと考えられる。
5.2.3
コンクリート中の鉄筋の腐食面積率の分布
暴 露 開 始 2年 後 に お け る 深 さ 10mmお よ び 30mmで の 同 一 供 試 体 で の 腐 食 面 積 率
の 平 均 値 お よ び 変 動 係 数 を 図 5.5お よ び 図 5.6に 示 す 。 SFは シ リ カ フ ュ ー ム 、 SGは
高炉スラグ微粉末を示している。
腐 食 面 積 率 の 平 均 値 に 関 し て は 、 か ぶ り 10mmの 鉄 筋 で は 無 混 和 （ W/C=60％ ）
のコンクリートと高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートが同程度で大きく、
シ リ カ フ ュ ー ム 混 和 、そ し て 無 混 和（ W/C=40％ ）が 最 も 小 さ か っ た 。シ リ カ フ ュ
ームと高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートの全塩分量はほぼ同様であるが、
高炉スラグ微粉末混和のコンクリート中の鉄筋の方が腐食面積率が大きくなって
い る 。 こ れ は 、 全 塩 分 量 も 多 量 に な り 、 腐 食 面 積 率 が 20％ を 超 え る と 、 混 和 材 に
よ る 水 酸 化 イ オ ン の 消 費 に よ る ｐ Hの 低 下 が 大 き く 影 響 し た も の と 考 え ら れ る 。
こ れ に 対 し て か ぶ り 30mmの 鉄 筋 で は 無 混 和 （ W/C=60％ ） と 比 べ て 混 和 材 を 用 い
たコンクリートの方が、腐食面積率は小さくなった。これはほぼ全塩分量の傾向
と 同 様 の 結 果 で あ り 、 腐 食 面 積 率 が 10％ 程 度 の 段 階 で は 混 和 材 の 有 無 に 関 係 な く
全塩分量に影響を受けているものと考えられる。
一方、コンクリートの流動性に関しては、いずれの混和材を用いたコンクリー
トにおいても、高流動コンクリートの方が普通コンクリートに比べて腐食面積率
の 標 準 偏 差 は 小 さ く な る と い う 結 果 が 得 ら れ た 。5.2.2で 述 べ た よ う に 高 流 動 コ ン
クリートのように流動性が向上することで、打設時におけるコンクリートの不均
一性が低減でき、一様に塩分の浸透が生じる。それにより、特定の部分で腐食が
100
30
腐食面積率の変動係数（％）
腐食面積率の平均値（％）
40
かぶり10mm
かぶり30mm
20
10
0
図 5.5
80
かぶり10mm
かぶり30mm
60
40
20
0
W/C=0.6 W/C=0.4 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6
高流動
普通
高流動
普通
普通
普通
無混和 SF混和 SF混和 SG混和 SG混和
無混和
W/C=0.6 W/C=0.4 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6
普通
普通
普通
高流動
普通
高流動
無混和
無混和 SF混和 SF混和 SG混和 SG混和
コンクリートの種類
コンクリートの種類
図 5.6
各コンクリートの腐食面積率の
平均値
各コンクリートの腐食面積率の
変動係数
71
進行するマクロセル的腐食電池の形成を低減できると推定されるが、今回の実験
においてはこの効果の影響を確認できたものと考えられる。
5.2.4
鉄筋の自然電位および分極抵抗の分布
暴 露 開 始 2年 後 に お け る 同 一 供 試 体 で の か ぶ り 10mmお よ び 30mmの 鉄 筋 の 自 然
電 位 お よ び 分 極 抵 抗 の 平 均 値 を 表 5.2に 示 し 、ま た 両 者 の 変 動 係 数 を 図 5.7に 示 す 。
SFは シ リ カ フ ュ ー ム 、 SGは 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 示 し て い る 。
表 5.2に 示 す よ う に 、 自 然 電 位 に つ い て は 、 か ぶ り に よ る 差 は 水 セ メ ン ト 比 が
40％ を 除 い て 同 様 の 値 を 示 し た 。 今 回 の 実 験 に お い て は 、 酸 素 の 供 給 量 に 律 速 さ
れ る こ と に よ っ て 腐 食 の 進 行 度 に 関 係 な く -500mV 程 度 ま で 卑 変 す る と 腐 食 電 位
はこれ以上は大きくならず、一定の値となるものと考えられる。これに対して、
分極抵抗はかぶりによる差が自然電位と比べて明白に認められ、塩分浸透量から
推定される腐食の進行速度によった結果が得られていると考えられる。さらに、
塩分が多量に存在している状態では、自然電位および分極抵抗の両者ともシリカ
フューム、高炉スラグ微粉末を混和することによる差異があまりみられず、同様
の値であった。
一 方 、図 5 . 7 よ り 変 動 係 数 に 関 し て は 、自 然 電 位 は 分 極 抵 抗 の 変 動 係 数 に 比 べ て
きわめて小さく、また鉄筋のかぶりにかかわらず、すべてのコンクリートでほぼ
同様の値となっている。これは、鉄筋の一部が腐食し卑な傾向を示すと、非腐食
表 5.2
各供試体の自然電位および分極抵抗の平均値
自然電位
分極抵抗
(mV vs AgCl)
(kΩ・ cm)
10mm
30mm
10mm
30mm
無 混 和 （普 通
60％）
-505
-486
10.5
16.3
無 混 和 （普 通
40％）
-485
-298
15.2
50.1
シリカフューム混 和 （高 流 動 ）
498
-468
14.5
18.4
シリカフューム混 和 （普 通 ）
-485
-455
12.3
14.2
高 炉 スラグ混 和 （高 流 動 ）
-512
-502
11. 8
20.2
高 炉 スラグ混 和 （普 通 ）
-509
-512
10.3
18.5
72
部 が 分 極 さ れ 、 同 一 の 鉄 筋 に 対 し て 測 定 し た 10点 の 自 然 電 位 が 平 均 化 す る 傾 向 に
あり、さらに酸素が供給されている条件では自然電位に下限値が存在するためと
考えられる。したがって、自然電位より腐食の位置について判定を正確に行うこ
と、あるいは自然電位を用いることによって各測定点での腐食状況の大小を正確
に把握することは困難であると考えられる。
こ れ に 対 し て 、 分 極 抵 抗 は か ぶ り 10mmの 方 が 30mmよ り も 変 動 係 数 は 大 き く な
っている。これは、ほぼ全範囲にわたって腐食が生じているために各測定点にお
ける分極抵抗は小さくなり、同一のかぶりにおける分極抵抗の変動係数が小さく
なったと考えられる。また、コンクリートの種類については、普通コンクリート
の方が高流動コンクリートに比べて大きくなっており、腐食面積率と同様の傾向
を 示 し て い る 。2 重 対 極 を 用 い て 得 ら れ た 分 極 抵 抗 は セ ン サ ー 直 下 付 近 の 腐 食 状 況
を表しているといわれているが、鉄筋腐食のばらつきに関してはよく表現してい
ると考えられる。しかし、その腐食状況を表している範囲の特定や電流の流れな
ど未解明な部分も多く今後の検討が必要である。
自然電位により腐食の開始を判定し、腐食したと判断された鉄筋に対しては分
極抵抗を併用して鉄筋腐食の判断をすることにより正確な判断が可能となり、局
20
15
自然電位、分極抵抗の変動係数（％）
自然電位、分極抵抗の変動係数（％）
部的な腐食の検査にも適用できると考えられる。
自然電位
分極抵抗
10
5
0
70
60
自然電位
分極抵抗
50
40
30
20
10
0
W/C=0.4 W/C=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6
普通
普通
普通
高流動
普通
高流動
無混和
無混和
SF混和 SF混和 SG混和 SG混和
W/C=0.4 W/C=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6 W/B=0.6
高流動
普通
高流動
普通
普通
普通
SF混和 SF混和 SG混和 SG混和
無混和
無混和
コンクリートの種類
コンクリートの種類
（ 1） か ぶ り 10mm
図 5.7
（ 2） か ぶ り 30mm
自然電位および分極抵抗の変動係数
73
5.2.5
供試体中の塩分量の分布形状
コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 量 の 測 定 結 果 に つ い て 確 率 分 布 で 表 し た も の を 図 5.8に
示 す （ 暴 露 2 年 後 、 か ぶ り 3 0 m m で 測 定 ）。
個々の供試体により平均値が異なっているために、今回は各測定値を平均値で
除して正規化した値を一定の範囲ごとに度数を求めて確率分布により表示したも
のを用いた。また、各図中には実験より得られた変動係数に基づいて分布が正規
分 布 に 従 う と 仮 定 し て 得 ら れ た 計 算 値 に つ い て も 同 時 に 示 し て い る 。 W/C＝ 40％
のコンクリートを除いて、測定値の分布と正規分布に従うとして算出された値と
ほぼ同様の形状を示していることから、全塩分量の分布に関しては正規分布に従
うものと考えられる。変動係数が大きな普通コンクリートでは、水セメント比に
か か わ ら ず グ ラ フ は 平 均 値 の 0.3か ら 1.7ま で の 範 囲 に わ た っ て 分 布 し て お り 平 均
値付近が最も大きく、平均から離れるにしたがって徐々に減少するような、なだ
らかな正規分布の形状をしている。これに対して、シリカフューム、高炉スラグ
微 粉 末 を 混 和 し た 普 通 コ ン ク リ ー ト で は 、 グ ラ フ は 平 均 値 の 0.7か ら 1.3ま で と 無
混和のコンクリートに比べて、より尖った形状になっており、ばらつきが小さい
ことを示している。
分布形状からも無混和の普通コンクリート、シリカフューム、高炉スラグ微粉
末を混和した普通コンクリート、高流動コンクリートの順に塩分浸透性に関して
一様なコンクリートが形成されていると考えられる。
5.2.6
供試体中の腐食面積率の分布形状
鉄 筋 の 腐 食 面 積 率 の 測 定 結 果 に つ い て 確 率 分 布 で 表 し た も の を 図 5 . 9 に 示 す（ 暴
露 2 年 後 、か ぶ り 1 0 m m で 測 定 ）。ま た 、各 図 中 に は 実 験 よ り 得 ら れ た 変 動 係 数 に 基
づいて分布が正規分布に従うと仮定して得られた計算値についても同時に示して
いる。
各 コ ン ク リ ー ト に お け る 腐 食 面 積 率 の 分 布 形 状 は 、塩 分 量 に 比 べ て な だ ら か
な 形 状 と な っ て お り 、計 算 値 と も あ ま り 一 致 し て い な い 。し か し 、多 く の コ ン
ク リ ー ト に お い て 、平 均 値 付 近 の 確 率 が 最 も 大 き く な っ て お り 、ば ら つ き の 傾
向としては、塩分量の場合と同様に普通コンクリート、シリカフューム、高炉
スラグ微粉末を混和した普通コンクリート、高流動コンクリートの順にばらつき
は小さくなっている。鉄筋の腐食は塩分量だけではなく、鉄筋とコンクリートと
74
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
確率分布
確率分布
0.6
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
0.0
0.5
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
0.0
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.2
0.1
0.1
0
0
0.5
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
0.0
（ 3） W/B=60％ 、 ｼﾘｶﾌｭｰﾑ混 和 、 高 流 動
0.5
0.5
0.4
0.4
確率分布
0.6
0.3
0.2
0.1
0.1
0
0
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
0.0
（ 5）W/B=60％ 、高 炉 ｽﾗｸﾞ微 粉 末 混 和 、高 流 動
図 5.8
2.5
0.5
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
0.3
0.2
0.5
2.0
（ 4） W/B=60％ 、 ｼﾘｶﾌｭｰﾑ混 和 、 普 通
0.6
0.0
1.0
1.5
測定値/平均値
0.3
0.2
0.0
0.5
（ 2） W/C=60％ 、 無 混 和 、 普 通
確率分布
確率分布
（ 1） W/C=40％ 、 無 混 和 、 普 通
確率分布
0.3
0.5
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
（ 6） W/B=60％ 、 高 炉 ｽﾗｸﾞ微 粉 末 混 和 、 普 通
全塩分量の度数分布
75
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
確率分布
確率分布
0.6
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
0.0
0.5
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
0
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
2
2.5
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
0
0.5
1
1.5
測定値/平均値
2
2.5
0.0
（ 3） W/B=60％ 、 ｼﾘｶﾌｭｰﾑ混 和 、 高 流 動
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
1.0
1.5
2.0
測定値/平均値
2.5
3.0
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0.5
（ 4） W/B=60％ 、 ｼﾘｶﾌｭｰﾑ混 和 、 普 通
確率分布
確率分布
1
1.5
測定値/平均値
（ 2） W/C=60％ 、 無 混 和 、 普 通
確率分布
確率分布
（ 1） W/C=40％ 、 無 混 和 、 普 通
0.5
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
測定値/平均値
2.5
3.0
（ 5） W/B=60％ 、 高 炉 ｽﾗｸﾞ微 粉 末 混 和 、 高 流 動
図 5.9
0.0
0.5
1.0
1.5
測定値/平均値
2.0
2.5
（ 6） W/B=60％ 、 高 炉 ｽﾗｸﾞ微 粉 末 混 和 、 普 通
腐食面積率の度数分布
76
の界面の状態や打設時に形成された空隙の影響、あるいは水分および酸素の供給
についても影響を受けているために、塩分量ほどの明確な傾向は見られなかった
ものと考えられる。
5.3
5.3.1
腐食面積率と塩分量の関係
各種混和材の影響
暴 露 開 始 6 ヶ 月 後 お よ び 2 年 後 に お け る 腐 食 面 積 率 と 深 さ 10mm お よ び 30mm
で の 全 塩 分 量 の 関 係 を そ れ ぞ れ 図 5.10 お よ び 図 5 .11 に 示 す 。
6 ヵ 月 後 の 結 果 （ 図 5.10） よ り 、 全 塩 分 量 が 3.0kg/m3 以 下 で は 、 全 塩 分 量 が 大
き く な る と 腐 食 面 積 率 の 最 大 値 も 大 き く な っ て お り 、 2.5kg/m3 以 上 に お い て も 全
塩分量が大きくなると腐食面積率が若干大きくなっているもののその傾きは小さ
くなっている。つまり、ある一定量の塩分が存在すれば、塩分量とはあまり相関
を持たずに腐食は進行し、腐食面積率は大きくなっている。塩化物イオンは鉄筋
の 不 動 態 被 膜 を 破 壊 す る た め 、腐 食 が 開 始 す る 初 期 段 階 に お い て は 相 関 が あ る が 、
腐食が進行すると全塩分量との相関は小さくなったものと考えられる。
ま た 、 シ リ カ フ ュ ー ム を 混 和 し た も の に つ い て は 、 全 塩 分 量 が 5.0kg/m3 以 上 に
おいて同一の全塩分量でも腐食面積率は無混和のものと比べて小さく、シリカフ
ュームによる腐食抑制効果があると考えられる。今回は全塩分量を用いているた
め、シリカフュームがもつ塩分の固定化能力が原因かは判断できないが、一つの
要因である可能性が考えられる。
一 方 、 2 年 後 の 結 果 （ 図 5 . 11 ） よ り 、 一 部 に は 1 年 後 の 結 果 よ り も 小 さ く な っ
ているものも見られるが、無混和のコンクリートについては、全塩分量が多くな
ると腐食面積率も大きくなる傾向にある。一方、シリカフューム高炉スラグ微粉
末 を 用 い た コ ン ク リ ー ト で は 、 全 塩 分 量 が 10kg/m3 を 超 え る と 混 和 材 を 用 い た コ
ン ク リ ー ト は ほ ぼ 一 定 の 腐 食 面 積 率 に な っ て い る 。 ま た 10kg/m3 以 上 で は 、 同 じ
全塩分量でも無混和の腐食面積率に比べて、高炉スラグ微粉末を混和したコンク
リートが同程度か若干小さく、シリカフュームではさらに小さくなっている。高
炉スラグ微粉末には塩分の固定化する能力に優れているとされているが
4）
、第 3
章 の 全 塩 分 量 と 固 定 塩 分 量 の 結 合 材 重 量 比 の 関 係 （ 図 3.4） に 示 す よ う に 全 塩 分
量が多量に含まれている状態では腐食に影響をおよぼす塩分量を抑制する効果が
期待できるが、少量ではあまり効果は得られないものと考えられる。シリカフュ
77
ームについても腐食抑制効果があり、塩分浸透を抑制するだけではなく、塩分が
50
50
無混和
シリカフューム混和
40
40
高炉スラグ微粉末混和
腐食面積率（％）
腐食面積率(％)
存在する場合においても効果が期待できるものと考えられる。
30
20
◆無混和
■シリカフューム混和
▲高炉スラグ微粉末混和
10
0
0
図 5.10
5
10
全塩分量(kg/m3 )
30
20
10
0
15
0
5
図 5 .11
全塩分量と腐食面積率
（暴露 6 ヶ月後）
5.3.2
10
3
15
全塩分量（kg/m ）
全塩分量と腐食面積率
（暴露 2 年後）
腐食発生限界量
①腐食発生面積率からの検討
腐食発生面積率と全塩分量の関係
10
腐食面積率(％)
から腐食発生限界量を検討するため
に 、図 5 . 1 1 の 全 塩 分 量 が 2 . 0 k g / m 3 以 下
の 部 分 を 拡 大 し て 図 5 . 1 2 に 示 す 。1 ％
以下では、腐食発生を目視で正確に
は判断できなかったために、腐食発
生 面 積 率 が 1 ％ 程 度 を 腐 食・非 腐 食 の
◆無混和
■シリカフューム混和
▲高炉スラグ微粉末混和
8
6
4
2
0
0.0
境 界 と す る と 腐 食 発 生 限 界 量 は 1.0
～ 1.5kg/m3の 範 囲 に あ る 。 腐 食 が 大
図 5.12
きいものもこの全塩分量以上の領域
0.5
1.0
1.5
全塩分量(kg/m 3 )
2.0
全塩分量と腐食面積率
に あ る 。一 般 に 腐 食 発 生 限 界 量 は 1 . 2 k g / m 3 と い わ れ て い る 5 ) 。腐 食 発 生 限 界 量 は 温
度や酸素の供給に影響されると指摘されており、また内在塩分と外部からの塩分
浸 透 と は 異 な る と も 考 え ら れ る が 、1 . 2 k g / m 3 は 妥 当 で あ る と 考 え ら れ る 。し か し 、
ばらつきが大きいため、より多くのデータが必要である。
78
②腐食発生確率からの検討
同 一 の 鉄 筋 に 対 し て 全 測 定 点 10箇 所 中 、 鉄 筋 の 腐 食 が 認 め ら れ た 箇 所 数 の 割 合
をその鉄筋における腐食発生確率と定義し、鉄筋表面位置における全塩分量と腐
食 発 生 確 率 の 関 係 を 図 5.13に 示 す 。 な お 、 今 回 の 実 験 の 範 囲 で は 、 画 像 処 理 の 誤
差 を 含 め て 目 視 に よ る 判 断 も 含 め て 腐 食 面 積 率 が 1 . 0 ％ を 腐 食・非 腐 食 の 境 界 と し
ている。シリカフューム、高炉スラグ微粉末の混和材の使用の有無および普通、
高 流 動 コ ン ク リ ー ト に よ ら ず 同 様 の 傾 向 を 示 し て お り 、 全 塩 分 量 が 1.0kg/m3以 下
で は 腐 食 発 生 確 率 は 0 で 腐 食 は 認 め ら れ な か っ た が 、全 塩 分 量 が 1 . 0 k g / m 3 以 上 で は
全塩分量が大きくなるほど腐食発生
確率も大きくなる傾向にあり、全塩
1.0
分 量 が 3.0kg/m3 以 上 で は 腐 食 発 生 確
において腐食が認められている。腐
食発生確率と全塩分量の関係より、
腐食発生限界量は腐食発生確率が0
腐食発生確率
率 は 1 に 近 い 値 と な り 、測 定 箇 所 全 て
0.8
0.6
0.4
◆無混和
■シリカフューム混和
▲高炉スラグ微粉末混和
0.2
か ら 1に 移 行 す る 間 に あ る と す る と 、
0.0
今回の実験においては示方書に規定
0
1
3
さ れ て い る 1.2 ～ 2.5kg/m の 範 囲 に
図 5.13
あると考えられる。
2
3 3
全塩分量（kg/m ）
4
5
全塩分量と腐食発生確率
（暴露 6 ヶ月および 1 年後）
5.4
腐食面積率とひび割れ発生確
1.0
率の関係
ひび割れ発生確率
同 一 の 鉄 筋 に 対 し て 全 測 定 点 10箇
所中、鉄筋腐食によるコンクリート
のひび割れが目視で認められた箇所
数の割合をその鉄筋におけるひび割
れ発生確率と定義し、腐食面積率と
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
ひ び 割 れ 発 生 確 率 の 関 係 を 図 5.14に
0.0
示す。ばらつきは大きいものの腐食
面積率が大きいほど、ひび割れ発生
確率も大きくなる傾向が認められた。
◆無混和
■シリカフューム混和
▲高炉スラグ微粉末混和
図 5.14
0.2
0.4
0.6
腐食面積率
0.8
1.0
腐食面積率とひび割れ発生確率
（ 暴 露 6 ヶ 月 お よ び 1 年 後 、か ぶ り 1 0 m m ）
79
腐 食 面 積 率 が 0.3よ り 大 き く な る と ひ び 割 れ 発 生 確 率 が 大 き く な っ て お り 、 0.3を
境界としてひび割れ発生の傾向が異なっていると考えられる。
5.5
5.5.1
各劣化指標の分布の相関関係
全塩分量の変動係数が与える影響
暴 露 開 始 後 2 年 に お け る か ぶ り 1 0 m m お よ び 3 0 m m に つ い て 、全 塩 分 量 の 変 動 係 数
と 鉄 筋 腐 食 の 変 動 係 数 と の 関 係 を 図 5.15に 示 す 。
か ぶ り 10mmで は 変 動 係 数 が 小 さ い た め に 自 然 電 位 お よ び 分 極 抵 抗 と 全 塩 分 量
との間には明確な傾向は認められないが、腐食面積率については全塩分量の変動
係数が大きいほど腐食面積率の変動係数も大きくなっている。さらに、その傾き
も大きいことから、腐食が進行した段階では、全塩分量のばらつきに大きく影響
を受けていると考えられる。
ま た 、か ぶ り 3 0 m m で は 、全 塩 分 量 の 変 動 係 数 が 大 き く な る と 腐 食 面 積 率 お よ び
分極抵抗の変動係数は大きくなる傾向にある。これに対して、自然電位は全塩分
量の変動係数によらずほぼ一定の値であり、同一の鉄筋では同様の値を示すこと
から、局所的な腐食状態を反映してはいないと考えられる。また、全塩分量の変
動係数と腐食面積率および分極抵抗の変動係数の関係より、分極抵抗の変動係数
が大きくなると腐食面積率の変動係数も大きくなっている。つまり、コンクリー
ト中を浸透する塩分量のばらつきが大きくなると、それに起因する鉄筋腐食性状
（分極抵抗および腐食面積率）のばらつきも大きくなり、腐食面積率については
相関がより強い傾向を示すことが考えられる。高流動コンクリートとすることで
細孔構造の緻密性およびコンクリートの均一性を向上させることは、塩分の浸透
性および全塩分量・腐食面積率のばらつきを低減でき、孔食などの局部的な腐食
の抑制および点検箇所数の削減などが期待でき、維持管理性も含めた総合的な塩
害に対する耐久性の向上につながると考えられる。
一方、非破壊的なモニタリング指標である分極抵抗の分布に関しては、全塩分
量の分布ほどの明確ではないが全塩分量の変動係数が大きいほど分極抵抗の変動
係数も大きくなっている。分極抵抗の値はかぶりコンクリートの含水状態による
測定値の変化および測定範囲などの問題点が存在しているために、それらの影響
を排除した分極抵抗の測定手法の確立が必要であると考えられる。筆者らが行な
っ た 実 験 で は 、全 塩 分 量 、分 極 抵 抗 お よ び 腐 食 面 積 率 の 3 者 の 間 に は 相 関 関 係 が あ
80
る と の 報 告 6)、 7)と し て い る が 、 こ れ ら 3者 の ば ら つ き に つ い て も 相 関 関 係 が あ る
と推測される。今後は、さらに腐食が進行した段階においての検討およびより多
くのデータの収集が必要であると考えられる。
100
80
各指標の変動係数（％）
各指標の変動係数（％）
100
分極抵抗
自然電位
腐食面積率
60
40
20
0
60
40
分極抵抗
自然電位
腐食面積率
20
0
0
20
40
全塩分量の変動係数（％）
60
0
（ 1） か ぶ り 10mm
図 5.15
5.5.2
80
20
40
全塩分量の変動係数（％）
60
（ 2） か ぶ り 30mm
全塩分量の変動係数と各腐食指標の相関関係
腐食面積率の変動係数が与える影響
暴 露 開 始 後 2 年 に お け る か ぶ り 1 0 m m お よ び 3 0 m m に つ い て 、腐 食 面 積 率 の 変 動 係
数 と 鉄 筋 腐 食 モ ニ タ リ ン グ 指 標 の 変 動 係 数 と の 関 係 を 図 5.16に 示 す 。
か ぶ り 1 0 m m で は 、自 然 電 位 お よ び 分 極 抵 抗 と も に 腐 食 面 積 率 の 変 動 係 数 に よ ら
ずほぼ一定となっている。塩分が十分に供給され鉄筋全長に対して腐食が生じる
と、自然電位、分極抵抗および腐食面積率のばらつきは小さくなり平均化される
た め と 考 え ら れ る 。こ れ に 対 し 、か ぶ り 3 0 m m で は 自 然 電 位 は 一 定 で あ る が 、分 極
抵抗では腐食面積率の変動係数が大きくなるほど分極抵抗の変動係数も大きくな
っている。自然電位は腐食・非腐食部の判断がばらつきの検討からも困難である
と考えられるが、分極抵抗と腐食面積率の変動係数の間には相関関係が認められ
ることから、分極抵抗を測定し、そのばらつきを検討することによって、内部の
鉄筋の腐食状態に関してもどの程度ばらついているかを推定することが可能とな
ると考えられる。このことから、点検箇所数の決定をする際の参考になる可能性
もあると考えられる。
81
80
各指標の変動係数（％）
各指標の変動係数（％）
80
分極抵抗
自然電位
60
40
20
分極抵抗
自然電位
60
40
20
0
0
0
20
40
60
80
腐食面積率の変動係数（％）
0
100
（ 1） か ぶ り 10mm
図 5.16
20
40
60
80
腐食面積率の変動係数（％）
100
（ 2） か ぶ り 30mm
腐食面積率と分極抵抗および
自然電位の相関関係
5.5.3
分布を考慮に入れた維持管理対策
5 . 4 . 1 お よ び 5 . 4 . 2 で 述 べ た 鉄 筋 腐 食 に 関 す る 各 指 標 の 変 動 係 数 の 関 係 か ら 、塩 分
浸 透 量 の 分 布 に よ っ て 腐 食 速 度（ 分 極 抵 抗 ）、腐 食 面 積 率 、お よ び 腐 食 発 生 確 率 を
推定することが可能であり、塩分浸透量のばらつきを低減すると、鉄筋の腐食性
状のばらつきも低減できる。したがって、塩分浸透性に関してばらつきの大きな
コンクリート中の鉄筋腐食性状を把握する場合、孔食に代表されるような腐食の
進行度合いの差が大きくなり、詳細な点検作業が必要となる。ところが、シリカ
フューム、高炉スラグ微粉末を混和する、あるいは高流動コンクリートを用いる
ことによって、より一様なコンクリートが形成され、少ない点検箇所で構造物全
体の劣化状態を把握することが可能となる。その結果として維持管理に対して容
易 な 構 造 物 で あ る と 考 え ら れ る （ 図 5 . 1 7 参 照 ）。
：点検箇所
ばらつき小
ばらつき大
図 5.17
ばらつきと点検箇所の関係
82
また、既存構造物に対しては、非破壊検査である自然電位および分極抵抗を併
用して用いることにより、腐食箇所の特定およびその分布性状が把握でき、その
結果に基づいて鉄筋のはつりだしなどの検査を行うことが可能であると考えられ
る。さらに、塩分浸透量および腐食量の分布を定量化することによって、腐食確
率で示されるような分布を考慮に入れた鉄筋の腐食について予測を行うことが可
能となり、より統計的な観点に基づいた維持管理手法の提案を行うことができる
と考えられる。
5.6
本章のまとめ
本章の範囲内で得られた結果を以下に示す。
(1)シ リ カ フ ュ ー ム お よ び 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 用 い た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト は 普 通
コンクリートと比べて塩分浸透量のばらつきを低減する効果があり、より一様な
コンクリートが形成されていることが認められた。
(2)シ リ カ フ ュ ー ム お よ び 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 用 い た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト は 塩 分
浸透のばらつきを抑制されていることを原因としてマクロセル的な腐食電池の生
成を抑制する効果があり、普通コンクリートに比べて腐食面積率は小さな値を示
していた。また、高炉スラグ微粉末はシリカフュームと比べても腐食抑制効果が
大きいとの結果が得られた。
(3)腐 食 面 積 率 お よ び 腐 食 箇 所 の 割 合 で 示 し た 腐 食 発 生 確 率 と 全 塩 分 量 の 関 係 に
よ り 、 腐 食 発 生 限 界 量 は 1.2～ 2.5kg/m3の 範 囲 に あ る と 考 え ら れ 、 既 往 の 研 究 結 果
と同様の結果が得られた。
(4)塩 分 浸 透 量 、 分 極 抵 抗 、 お よ び 腐 食 面 積 率 の 3者 の 変 動 係 数 に は 相 関 関 係 が 認
められ、腐食があまり進行してない状態においては、塩分浸透量および分極抵抗
の変動係数が大きいほど鉄筋の腐食面積率の変動係数が大きくなることが認めら
れた。
( 5 ) 全 塩 分 量 と 腐 食 面 積 率 お よ び 腐 食 面 積 率 と ひ び 割 れ 発 生 確 率 の 関 係 か ら 、全 塩
分量の分布からかぶりコンクリート部のひび割れ発生確率を推定することが認め
られた。
( 6 ) 高 流 動 コ ン ク リ ー ト を 用 い る こ と で 、コ ン ク リ ー ト の 緻 密 性 お よ び 均 一 性 を 向
上させ、鉄筋腐食のばらつきを低減させる効果が認められたことから、塩害に対
83
する維持管理が容易となり、耐久性の向上につながると考えられる。
( 7 ) 既 存 の 構 造 物 に 対 し て は 、非 破 壊 検 査 で あ る 自 然 電 位 お よ び 分 極 抵 抗 を 用 い る
ことにより、腐食箇所の特定およびその分布性状が把握でき、その結果に基づい
て鉄筋のはつりだしなどの検査を行うことが可能であると考えられる。さらに、
塩分浸透量および腐食量の分布を定量化することによって、分布を考慮に入れた
鉄筋の腐食について予測を行うことが可能となり、より統計的な観点に基づいた
維持管理手法の提案を行うことができると考えられる。
参考文献
1） 中 村 裕 ほ か ： 海 洋 環 境 下 に お け る シ リ カ フ ュ ー ム コ ン ク リ ー ト の 力 学 的 特 性 、
塩 分 浸 透 お よ び 鉄 筋 腐 食 に 関 す る 実 験 的 研 究 、コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 報 告 集 、
Vo l . 2 3 、 N o . 2 、 p p . 5 2 9 - 5 3 4 、 2 0 0 1
2 ）依 田 彰 彦 ほ か ： 2 0 年 間 海 水 の 作 用 を 受 け た 高 炉 セ メ ン ト コ ン ク リ ー ト の 耐 久 性
に 関 す る 研 究 、 セ メ ン ト コ ン ク リ ー ト 論 文 集 、 No.45、 1991
3 ）小 林 孝 一 ： 混 和 材 を 用 い た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト の 細 孔 構 造 と 鉄 筋 腐 食 に 関 す る
研 究 、 京 都 大 学 博 士 論 文 、 1999
4 ）依 田 彰 彦：高 炉 ス ラ グ を 用 い た コ ン ク リ ー ト 、コ ン ク リ ー ト 工 学 、Vo l . 3 4 、N o . 4 、
pp.72-82、 1996
5） コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [施 工 編 ]、 土 木 学 会 、 2002
6） 玉 井 譲 ほ か ： コ ン ク リ ー ト の 種 類 が 塩 分 量 分 布 お よ び 鉄 筋 腐 食 に 与 え る 影 響 、
コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vo l . 2 5 、 N o . 1 、 p p . 6 7 1 - 6 7 6 、 2 0 0 3
7 ）玉 井 譲 ほ か：種 々 の コ ン ク リ ー ト に お け る 塩 分 量 分 布 と 鉄 筋 腐 食 の 関 係 、補 修 ・
補 強 ・ ア ッ プ グ レ ー ド シ ン ポ ジ ウ ム 、 No.3、 2003
84
第 6章
6.1
鉄筋の劣化予測に関する提案
はじめに
鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 劣 化 予 測 に 関 し て は 、現 在 用 い ら れ て い る 一 意 的 な
安全係数ではなく、それぞれの変数を確率として扱うことが望ましい。確率論的
に扱うためには、塩分量および鉄筋の腐食量の分布を把握することが不可欠であ
る。しかし、維持管理にあたっては、その分布の平均値および標準偏差を構造物
から多数のコアを採取することにより求めるのは現実的には無理がある。したが
って、コンクリートの種類および混和材の種類を用いて間接的に推定可能なもの
でなければならない。コンクリート内部を均一な材料であるとせずに、ばらつき
を本来もっているものとして扱い、確率論的な手法および手順を構築することが
重要である。
6.2
6.2.1
従来の劣化予測手法
耐久性照査と設計
コ ン ク リ ー ト 構 造 物 に お け る 耐 久 性 設 計 に つ い て 、2 0 0 2 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標
準 示 方 書 [ 施 工 編 ] 1 ) で は 、コ ン ク リ ー ト 表 面 か ら の 深 さ 方 向 の 浸 透 量 に つ い て の み
照査を行うこととしている。また、塩分の浸透はかぶりコンクリートの深さ方向
に対して均一な現象とみなされている。すなわち、コンクリート中への塩分侵入
およびそれに伴う鋼材腐食の予測に関して 1 次元のフィックの拡散方程式に基づ
い て 設 計 を 行 う こ と と し て い る 。 塩 分 浸 透 に 対 す る 設 計 拡 散 係 数 Dd に つ い て は 、
式 （ 6.1） に よ り 算 出 す る 。 次 に 、 そ の 設 計 拡 散 係 数 Dd を 用 い て 式 (6.2)よ り 、 鋼
材 位 置 に お け る 塩 分 量 の 設 計 値 Cd を 算 出 す る 。
⎛ w⎞ ⎛ w
Dd = γ c ⋅ Dk + ⎜ ⎟ ⋅ ⎜⎜
⎝ l ⎠ ⎝ wa
⎞
⎟⎟ ⋅ D0
⎠
（ 6.1）
こ こ に 、 γ c： コ ン ク リ ー ト の 材 料 係 数
Dk： コ ン ク リ ー ト の 塩 分 に 対 す る 拡 散 係 数 の 特 性 値 （ cm2/年 ）
D0： コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分 の 移 動 に 及 ぼ す ひ び 割 れ の 影 響 を 表 す 定 数
（ cm2/年 ）
w： ひ び 割 れ 幅 （ mm）
85
wa： 許 容 ひ び 割 れ 幅 （ mm）
w/l： ひ び 割 れ 幅 と ひ び 割 れ 間 隔 の 比
式 （ 6.1） に お い て 、 Dk は ひ び 割 れ に よ る 影 響 を 除 い た コ ン ク リ ー ト 中 の 塩 分
の 浸 透 の み に 関 す る 拡 散 係 数 を 示 し て い る 。ま た 、D0 は ひ び 割 れ が 塩 分 の 浸 透 に
与える影響を表す割増し分に関する定数である。
⎧⎪
⎛ 0.1c
Cd = γ ct ⋅ C0 ⎨1 − erf ⎜
⎜2 D t
⎪⎩
d
⎝
⎞⎫⎪
⎟⎬
⎟⎪
⎠⎭
（ 6.2）
こ こ に 、 C0： コ ン ク リ ー ト 表 面 に お け る 想 定 塩 分 濃 度 （ kg/m3）
ｃ ： か ぶ り の 期 待 値 （ cm）
ｔ：塩分の侵入に対する耐用年数（年）
γ cl： 鋼 材 位 置 に お け る 塩 分 濃 度 の 設 計 値 Cd の ば ら つ き を 考 慮 し た 安 全
係数
最 後 に 鋼 材 位 置 に お け る 塩 分 量 の 設 計 値 Cd の 腐 食 発 生 限 界 量 Clim に 対 す る 比 に
構 造 物 係 数 γ i を 乗 じ た 値 が 1 以 下 で あ る こ と を 確 認 す る （ 式 （ 6 . 3 ） 参 照 ）。
γi
Cd
≤ 1.0
Clim
（ 6.3）
こ こ に 、 Clim： 腐 食 発 生 限 界 量
コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書［ 施 工 編 ］に お け る 耐 久 性 に 関 す る 照 査 で は 、式（ 6 . 1 ）
か ら （ 6.3） の よ う に そ れ ぞ れ 係 数 が 乗 じ ら れ て い る が 、 そ の 各 係 数 の 定 義 を 表
6.1 に 示 す 。
86
表 6.1
係数
各係数の定義
名称
定義
構造物中のコンクリートと標準養生供
γc
γ cl
コンクリートの材料係数
試体間の品質の差を考慮した係数
コンクリート中の塩分濃度の
塩分の浸透におけるコンクリートの均
ばらつきを考慮した安全係数
一性を考慮した係数
コンクリート中の鉄筋の腐食発生限界
γi
構造物係数
塩分量のばらつきを考慮した係数
従 来 の 設 計 手 法 に お い て も 、表 6 . 1 の よ う に ば ら つ き は 考 慮 さ れ て い る も の の 、
その設定方法については各々の係数を乗じることによって安全上の余裕をみてい
る 。 特 に 塩 分 の 浸 透 量 の ば ら つ き に 関 す る γ cl は 、 普 通 コ ン ク リ ー ト を 用 い る 場
合 は 一 般 に は 1.3 と 定 め ら れ て い る が 、 材 料 分 離 に 対 す る 抵 抗 性 が 高 く 均 一 性 の
確保に対する信頼性が高いと考えられている高流動コンクリートを用いる場合に
は 1.1 と し て よ い こ と に な っ て い る 。 し か し 、 こ れ ら の 安 全 係 数 を 乗 じ る こ と に
より得られる特性値の妥当性についてはあまり検討されていないのが現状である。
なお、ばらつきおよび予測値の精度がある程度明らかになっている場合には、確
率論的な解析手法を用いることにより、劣化因子に関する閾値および超過確率で
ある危険率を適切に設定し安全係数を定めてもよいとされている。
6.2.2
点検と維持管理
施 工 後 に お け る 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 構 造 物 に 対 し て は 、点 検 を 実 施 す る こ と に よ
り劣化状態を把握することができれば、将来への予測およびその修正が可能とな
る 。 2001 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [維 持 管 理 編 ]2） で は 、 点 検 は 初 期 点 検 、
日常・定期点検および詳細点検に分類されている。初期点検は構造物の使用開始
以前、または大規模補修後に行うものであり、初期欠陥・損傷の有無を把握する
と同時に、当初の劣化予測を行うために実施するものである。初期点検時に実施
する劣化予測については、初期点検時に得られたデータを元に算出された劣化パ
ラ メ ー タ を 用 い る 。ま た 、日 常 ･ 定 期 点 検 に 関 し て は 、目 視 あ る い は 打 音 に よ る 検
査が主である。しかし、潜伏期における鉄筋腐食においては、外観変状が生じる
87
以前の問題である。よって、潜伏期における鉄筋腐食を検討するためには、詳細
点検による検討が不可欠である。
潜 伏 期 に お け る 鉄 筋 腐 食 に 対 す る 具 体 的 な 詳 細 点 検 項 目 と し て は 、( 1 ) コ ア の 採
取 に よ る 塩 分 量 の 深 さ 方 向 の 分 布 お よ び 中 性 化 深 さ 、 (2)非 破 壊 的 な 手 法 (例 え ば
自 然 電 位 ・ 分 極 抵 抗 の 測 定 )、 (3)鉄 筋 の は つ り 出 し に よ る 鉄 筋 腐 食 状 況 の 観 察 (例
え ば 腐 食 面 積 率 お よ び 腐 食 減 量 の 測 定 ) 、な ど が あ る 。こ れ ら の 測 定 値 に 基 づ い て 、
( 1 ) か ら は 塩 分 の 拡 散 係 数 、表 面 塩 分 量 を 推 定 し 、( 2 ) か ら は 鉄 筋 の 腐 食 減 量 を 推 定
する。しかし、コンクリート中におけるこれらの劣化現象の推定に関しては、均
一 に 進 行 し て い る と 仮 定 し 、す べ て 確 定 論 的 に 一 定 値 と し て 扱 わ れ る こ と が 多 い 。
実際には、塩分による腐食に関しては、均一に鉄筋が腐食していることはまれで
あ り 、多 く の 場 合 局 部 的 な 腐 食 が 生 じ て い る こ と が 多 く 、(3)の よ う な 破 壊 検 査 に
よってはじめて明らかになることが多い。
6.3
6.3.1
確率に基づいた劣化予測手法
点検および劣化予測
ばらつきを考慮に入れた劣化予測を行うためには、劣化予測の精度を把握する
ことが必要である。劣化予測の精度は予測手法の精度、点検結果の有無、その頻
度 お よ び 精 度 に 依 存 す る 。し た が っ て 、劣 化 予 測 の 安 全 余 裕 は 、
「予測手法の精度
に関する安全係数」および「予測に用いるパラメータに関する安全係数」を適切
に設定する必要がある。安全係数の値は点検結果の統計値に基づいて定めるか、
あ る い は 既 存 の 構 造 物 に よ り 推 定 す る こ と が 求 め ら れ る 。点 検 デ ー タ に お い て は 、
品質管理の程度や供試体と構造物との間の差異を考慮する必要がないため、一般
に 安 全 係 数 の 低 減 が 可 能 で あ る 。し か し 、実 際 に は サ ン プ ル 数 に 制 限 が あ る こ と 、
あるいは劣化を生じた既設構造物の場合には材料特性のばらつきが大きくなって
いることから、データの偏りが問題となり、この点においては逆に安全係数の増
加を考慮しなければならない場合もある。
そ こ で 土 木 学 会 で は 3 ）、 劣 化 予 測 に 用 い る パ ラ メ ー タ は 、 数 多 く の 試 料 を 構 造
物から採取して各パラメータのばらつきを統計的に評価し、所定の安全余裕を持
って予測することが必要であるとしている。しかし、採取する試料の数が制限さ
れ る 場 合 に お い て は 、得 ら れ た 点 検 結 果 か ら 平 均 値 を 求 め 、
「ばらつきを考慮する
安全係数」および「試料数が制限されたことによる、点検結果と実際の構造物と
88
の誤差を考慮する安全係数」を用いてパラメータを設定し、予測結果に対する安
全余裕を確保しなければならない。さらに、構造物の塩害劣化はどの部材でも同
じ速度で進行することはない。したがって、劣化予測は劣化進行速度が類似した
部材群ごとに行う必要がある。桟橋上部工に対して行われた点検結果に基づく劣
化 予 測 を 行 っ た 研 究 4） で は 、拡 散 係 数 お よ び 表 面 塩 分 量 は と も に 部 位 ご と の 差 が
大きく、これらを用いて劣化予測を行った場合、塩分の浸透量に大きな差が認め
られるとの結果であった。
以上のようなばらつきを誘発する要因を考慮に入れて、点検結果を用いた塩分
浸 透 の 予 測 手 法 と し て 式 （ 6.4） が 提 案 さ れ て い る 。
⎛ ⎛
x
C ( x, t ) = γ cal ⋅ γ p ⋅ γ cs ⎜⎜ C 0 ⎜⎜1 − erf
2 D ⋅t
⎝ ⎝
⎞
⎞
⎟⎟ + C i ⎟⎟
⎠
⎠
（ 6.4）
こ こ に 、 C0： 点 検 結 果 よ り 求 め た 表 面 塩 分 濃 度 （ kg/m3）
D： 点 検 結 果 よ り 求 め た 塩 分 の 見 か け の 拡 散 係 数 （ cm2/年 ）
Ci： 初 期 含 有 塩 分 濃 度 （ kg/m3）
γcal： 予 測 式 の 精 度 に 関 す る 安 全 係 数
γp： 点 検 結 果 の ば ら つ き を 考 慮 す る 安 全 係 数
γ c s ： 試 料 数 が 限 定 さ れ た こ と に よ る 点 検 結 果 値 と 、実 際 の 構 造 物 と の 誤
差を考慮する安全係数
式 （ 6.4） に お け る 各 安 全 係 数 の 設 定 に お い て 、 γ p お よ び γ cs は コ ン ク リ ー ト
中における塩分浸透量のばらつき、および採取した試料数からそのばらつきをど
の 程 度 ま で 正 確 に 推 定 で き る か と い う こ と に つ い て の 係 数 で あ る 。 ま た 、 γ cal は
予測式と実際の現象との差についての余裕としての係数である。
し か し 、安 全 係 数 を 用 い る 手 法 で は 、劣 化 現 象 の ば ら つ き を あ る 程 度 定 量 的 に
把握することは可能であるが、鉄筋腐食の可能性を数値的に表現するのは困難で
あり、ライフサイクルコストの算出を正確かつ適切に行うことには無理がある。
そのため、塩害による鉄筋腐食のばらつきに関しては定量的に腐食確率という概
念を用いることによって、供用期間中の適切な維持管理対策の選定およびトータ
ルコストの算定が可能になると考えられる。次節より、腐食確率の算定法および
実際の鉄筋の腐食状況との関係について検討を行うこととする。
89
6.3.2
腐食面積率と腐食確率
コンクリート中を浸透する塩分の分布が鉄筋の腐食量に与える影響について、
第 5 章で得られた全塩分量の分布に基づいた腐食確率の計算値と同じく第 5 章よ
り得られた実際の各測定点の腐食面積率および腐食発生確率の関係について示す。
今回の実験の範囲における腐食確率の定義を中性化で行われている腐食確率
の 算 出 法 5） に 基 づ い て 以 下 の よ う に 与 え る 。 ま ず 、 コ ン ク リ ー ト 中 を 浸 透 し た 塩
分 量 の 平 均 値 を μ C l （ k g / m 3 ）、 そ の 変 動 係 数 を ν C l 、 お よ び 鉄 筋 の か ぶ り の 平 均 値
を μ c o v e r （ m m ）、 そ の 標 準 偏 差 を σ c o v e r （ m m ） と お き 、 サ ン プ ル 数 が 少 な い こ と も
ありコンクリートごとに分布形状の差異はあるが、塩分量およびかぶりの分布は
正規分布に従うと仮定する。塩分浸透量については供用期間とともに増加するの
で分布の指標として変動係数を用い、かぶりについては供用期間に関わらず一定
であるので標準偏差を用いる。また、鉄筋の腐食の有無の境界については、腐食
発 生 限 界 量 （ = C l l i m（ k g / m 3 ）） を 超 え る と 腐 食 し て い る と 仮 定 す る 。 こ れ ら の 仮 定
に 基 づ い た 場 合 、 供 用 期 間 ｔ 年 に お け る 腐 食 確 率 Pcorr は 以 下 の よ う に 示 さ れ る 。
供 用 期 間 ｔ 年 、 深 さ x（ mm） に お け る 塩 分 浸 透 量 C(x,t)は 、 拡 散 係 数 D（ mm2/
年 ）、 表 面 塩 分 量 C 0（ k g / m 3 ） を 用 い て 式 （ 6 . 5 ） の よ う に 表 さ れ る （ 図 6 . 1 参 照 ）。
⎧
⎛ x
C ( x, t ) = C 0 ⎨1 − erf ⎜⎜
⎝ 2 Dt
⎩
⎞⎫
⎟⎟⎬
⎠⎭
（ 6.5）
次 に 、 こ の C(x,t)が 深 さ ｘ に お け る 塩 分 浸 透 量 の 平 均 値 μCl,x で あ る の で 、 こ の
点 で の 浸 透 し た 塩 分 量 が 腐 食 発 生 限 界 量 で あ る Cllim（ kg/m3） を 超 え る 確 率 PCl,x
は 式 （ 6.6） の よ う に な る 。
PCl , x = ∫
1
∞
Cl lim
2π (μ Cl , x ⋅ υ Cl , x )
2
⎧⎪
(s − μ Cl , x )2 ⎫⎪
exp⎨−
ds
2 ⎬
⎪⎩ 2(μ Cl , x ⋅ υ Cl , x ) ⎪⎭
（ 6.6）
一 方 で 、 か ぶ り に 関 し て も 分 布 し て い る こ と か ら 、 鉄 筋 表 面 の 位 置 が 図 6.1 に
お け る 深 さ x=x-dx/2→x+dx/2 の 微 小 区 間 に あ る 確 率 Pcover,x は 式 （ 6.7） の よ う に
表される。
Pcov er , x = ∫
x + dx / 2
x − dx / 2
1
2π ⋅ σ cov er
⎧ u − μ cov er ⎫
exp⎨−
⎬du
⎩ σ cov er ⎭
90
（ 6.7）
よ っ て 、深 さ x の 点 に お い て 塩 分 浸 透 量 が 腐 食 発 生 限 界 量 C l l i m を 超 え 、か つ そ
の 位 置 に 鉄 筋 が 存 在 し て い る 確 率 が 、 x に お け る 腐 食 確 率 Pcorr,x で あ り 、 か ぶ り
と 塩 分 浸 透 量 の 分 布 は 互 い に 独 立 な こ と か ら 両 者 の 積 で 式（ 6 . 8 ）の よ う に 表 す こ
とができる。
Pcorr , x = PCl , x ⋅ Pcov er , x
（ 6.8）
し た が っ て 、供 用 期 間 ｔ 年 後 に お け る 腐 食 確 率 Pcorr は 、コ ン ク リ ー ト 表 面 か ら
微 小 区 間 d x 毎 に 足 し あ わ せ た も の 、つ ま り 深 さ x に つ い て 0 か ら ∞ ま で 積 分 し た
値 と な り 、 式 （ 6.9） の よ う に 表 さ れ る 。
∞
Pcorr = ∫ PCl , x ⋅ Pcov er , x dx
（ 6.9）
コ ンク リ ー ト 表 面
0
dxdx
dx
深 さ:x
図 6.1
深さ方向の分割図
得 ら れ た 腐 食 確 率 P c o r r は 、鉄 筋 全 長 の 中 で 腐 食 発 生 限 界 量 を 超 え 腐 食 が 開 始 し
て い る と 考 え ら れ る 部 分 の 割 合 の こ と で あ る （ 図 6 . 2 参 照 ）。
そ こ で 、 第 5 章 と 同 様 に 、 各 測 定 点 に お け る 腐 食 面 積 率 が 1％ を 腐 食 ・ 非 腐 食
の 境 界 と 仮 定 し て 実 験 的 に 得 ら れ た 腐 食 発 生 確 率 と 腐 食 確 率 の 関 係 を 図 6.3 に 示
す 。 ま た 、 式 （ 6.9） よ り 得 ら れ た 腐 食 確 率 と 各 測 定 点 に お け る 腐 食 面 積 率 と の 関
係 に つ い て の 計 算 結 果 を 図 6.4 に 示 す 。 各 コ ン ク リ ー ト の 鉄 筋 表 面 に お け る 塩 分
浸透量の平均値および変動係数については第 5 章より得られた結果を用い、かぶ
りについては供試体打設時にかぶりの確保を行っているので、ばらつきは少ない
と 仮 定 し 、標 準 偏 差 を 0.5 と 設 定 し た 。コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書［ 維 持 管 理 編 ］2）
91
：1.2kg/m3 と設定した場合の腐食確率
：2.5kg/m3 と設定した場合の腐食確率
塩分浸透量
塩分浸透量の平均値
腐食発生限界塩分量 2.5kg/m3
腐食発生限界塩分量 1.2kg/m3
コンクリート表面からの深さ
図 6.2
腐食確率の概念図
で は 、 初 期 塩 分 が な い 場 合 の 腐 食 発 生 限 界 量 は 1.2～ 2.5 と さ れ て い る こ と か ら 、
C l l i m に 関 し て は 最 小 値 で あ る 1 . 2 k g / m 3 お よ び 最 大 値 で あ る 2 . 5 k g / m 3 6 ）を 設 定 し た 。
実験により得られた腐食発生確率と腐食確率との間には、腐食発生限界量を
1.2kg/m3 と 設 定 し た 方 が 2.5kg/m3 の と き よ り も よ い 相 関 が 得 ら れ た 。 腐 食 発 生 限
界 量 を 1.2kg/m3 と 設 定 し た 方 が 供 試 体 内 に お け る 測 定 点 ご と の 鉄 筋 の 腐 食 の ば ら
つきはよく表現していると考えられる。したがって、腐食発生そのものについて
は 、 1.2kg/m3 と 想 定 し た 方 が よ い と 考 え ら れ る 。 こ れ に 対 し 、 腐 食 確 率 と 腐 食 面
積 率 と の 間 に は 、 腐 食 発 生 限 界 量 が 1.2kg/m3 の 場 合 、 計 算 に よ る 腐 食 確 率 よ り も
腐 食 面 積 率 の 方 が 小 さ く な っ た 。 ま た 、 2.5kg/m3 と 設 定 し た 場 合 は 、 腐 食 面 積 率
と腐食確率は大きく異なる点もあるもののほぼ同様の値を示すという結果が得ら
れた。
腐食面積率が腐食確率よりも小さくなったのは、マクロセル腐食においては、
アノード部とカソード部が形成されるため、アノード部が電気防食における犠牲
陽極として挙動し、塩分量が多くなり腐食が進行した段階においても鉄筋全面に
わたって腐食が発生することが少なくなるために、腐食確率よりも腐食面積率の
方が小さくなったと考えられる。しかし、供用期間が長期となった場合には、犠
牲陽極作用も錆層による影響などのために小さくなり、実腐食域は拡大し腐食確
率に近くなるものと考えられる。
92
したがって、腐食確率を以上のように定義し、腐食発生限界量を適切に設定す
ることにより、塩分浸透量の分布から腐食・非腐食の割合である腐食発生確率を
表現することは可能であると考えられる。さらに、塩分浸透量の分布から腐食確
率が算定されれば、1 より小さな係数を乗じることにより非破壊的にコンクリー
ト中の鉄筋の腐食面積率を推定することができ、電気化学的な腐食モニタリング
とともに、鉄筋の腐食状況を表す指標となる。しかし、既に述べたように長期に
おける腐食確率と腐食面積率との関係については、鉄筋腐食の進行に伴い腐食面
1.0
1.0
0.8
0.8
腐食面積率
腐食面積率
積率も大きくなるために係数は次第に大きくなっていくと考えられる。
0.6
y=x
0.4
y=x
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
腐食確率（計算値）
0.0
1.0
（ 1） 腐 食 発 生 限 界 量 1.2kg/m3
図 6.3
0.4
0.6
0.8
腐食確率（計算値）
1.0
腐食確率と腐食発生確率の関係
1.0
1.0
0.8
0.8
0.6
0.4
0.2
0.2
（ 2） 腐 食 発 生 限 界 量 2.5kg/m3
腐食面積率
腐食面積率
0.6
0.6
0.4
y = 0.6889x
0.2
y = 0.2871x
0.0
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
腐食確率
0.8
0.0
1.0
（ 1） 腐 食 発 生 限 界 量 1.2kg/m3
図 6.4
0.2
0.4
0.6
腐食確率
0.8
1.0
（ 2） 腐 食 発 生 限 界 量 2.5kg/m3
腐食確率と腐食面積率の関係
93
6.3.3
腐食確率および腐食面積率とひび割れ発生確率
式（ 6 . 9 ）よ り 得 ら れ た 腐 食 確 率 と 各 測 定 点 に お け る ひ び 割 れ 発 生 確 率 と の 関 係
を 図 6.5に 、 腐 食 面 積 率 と ひ び 割 れ 発 生 確 率 の 関 係 を 図 6.6に 示 す 。 腐 食 確 率 と の
関 係 で は 、腐 食 発 生 限 界 量 が 1 . 2 k g / m 3 お よ び 2 . 5 k g / m 3 の 両 者 と も 、ば ら つ き は 大 き
いが腐食確率が大きいほどひび割れ発生確率も大きくなる傾向にある。長期の暴
露における関係および鉄筋のかぶりによる検討をさらに行うことにより、計算に
より得られた腐食確率に基づくひび割れ発生確率の推定は可能であり、塩害に起
因するひび割れ発生の予測も可能であると考えられる。一方、腐食面積率との関
1.0
0.8
0.8
ひび割れ発生確率
1.0
0.6
0.4
0.2
0.0
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
腐食確率
0.8
1.0
0.0
（ 1） 腐 食 発 生 限 界 量 1.2kg/m3
図 6.5
0.2
0.4
0.6
腐食確率
腐食確率とひび割れ発生確率の関係
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
図 6.6
0.2
0.8
1.0
（ 2） 腐 食 発 生 限 界 量 2.5kg/m3
1.0
ひび割れ発生確率
ひび割れ発生確率
係では、ばらつきは大きいものの腐食面積率が大きいほど、ひび割れ発生確率も
0.4
0.6
腐食面積率
0.8
1.0
腐食面積率とひび割れ発生確率
（ 暴 露 6 ヶ 月 お よ び 1 年 、 か ぶ り 10mm）
94
大 き く な る 傾 向 が 認 め ら れ た 。腐 食 面 積 率 が 0 . 3 よ り 大 き く な る と ひ び 割 れ 発 生 確
率 が 大 き く な っ て お り 、0.15～ 0.3を 境 界 と し て ひ び 割 れ 発 生 の 傾 向 が 異 な っ て い
ると考えられる。このように、塩分浸透量から算出された腐食確率および実際の
腐食状況を示している腐食面積率からひび割れ発生確率が推定できるものと考え
られる。
6.3.4
ばらつきを考慮した場合の劣化曲線
コンクリート中を浸透する全塩分量をばらつきを有するものとして扱う場合、
鉄筋位置での塩分浸透量は一様ではなくなり、腐食発生限界量を超える部分と超
え て い な い 部 分 が 生 じ る こ と に な り 、腐 食 発 生 に つ い て も 差 が 生 ず る こ と に な る 。
また、鉄筋のかぶりに関しても一様ではないと考える必要がある。このように塩
分浸透量およびかぶりがばらつく場合における腐食確率の経年変化について式
（ 6.9）に 基 づ い て 計 算 を 行 っ た 。表 面 塩 分 量 に つ い て は 、2002年 制 定 コ ン ク リ ー
ト 標 準 示 方 書［ 維 持 管 理 編 ］ 2 ） に お け る 飛 沫 帯 を 想 定 し て 1 3 k g / m 3 を 用 い た 。用 い
た パ ラ メ ー タ を 表 6 . 2 に 示 す 。水 セ メ ン ト 比 に つ い て は 、4 0 、5 0 お よ び 6 0 ％ と し た 。
拡 散 係 数 は 第 2章 の 式 （ 2.7） を 用 い た 。 塩 分 浸 透 量 の 変 動 係 数 に つ い て は 、 第 5
章 の 実 験 結 果 よ り 得 ら れ た 、無 混 和 の 普 通 コ ン ク リ ー ト（ ν=0.6）お よ び シ リ カ フ
ュ ー ム 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 混 和 し た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト （ ν=0.3）に 加 え て 、 ば
ら つ き が な い 場 合 （ ν=0） お よ び 普 通 コ ン ク リ ー ト よ り も ば ら つ き が 大 き い 場 合
（ ν = 1 . 0 ）を 設 定 し た 。か ぶ り の 変 動 係 数 に つ い て は 、σ c o v e r = 0 、1 . 0 、2 . 0 、3 . 0（ c m ）
の 4段 階 に 設 定 し た 。 ま た 、 6.3.2お よ び 6.3.3の 結 果 よ り 全 塩 分 量 、 腐 食 状 況 （ 腐
食 面 積 率 、腐 食 発 生 確 率 ）、ひ び 割 れ 発 生 確 率 に は 相 関 関 係 が あ る こ と か ら 、ひ び
割れの発生を塩分浸透量から間接的に表現することが可能である。したがって、
腐 食 発 生 限 界 量 に つ い て は 、 1.2kg/m3お よ び 2.5kg/m3の 2種 類 を 設 定 し 、 こ の 値 を
超えると腐食すると仮定して計算を行った。
表 6.2の パ ラ メ ー タ を （ 6.9） に そ れ ぞ れ 代 入 す る こ と に よ っ て 腐 食 確 率 を 算 出
し た 。 腐 食 発 生 限 界 量 を 1.2kg/m3と 設 定 し た 場 合 の 計 算 結 果 を 図 6.7に 、 腐 食 発 生
限 界 量 を 2.5kg/m3と 設 定 し た 場 合 の 計 算 結 果 を 図 6.8に そ れ ぞ れ 示 す 。
95
表6.2　各パラメータ
水セメント比　W/C（％）
2
拡散係数　D(cm /sec)
60
50
6.34×10
-8
3.17×10
6.34×10-8
表面塩分量　C0(kg/m3)
13
塩分量の変動係数
0、0.3（高流動）、0.6（普通）、1.0
3
1.2、2.5
腐食発生限界量(kg/m )
かぶり
5.0
平均値（cm）
0、1.0、2.0、3.0
標準偏差（cm）
1.0
1.0
νCl=0
W/C=60%
0.8
νCl=0.6（普通）
0.8
W/C=50%
νCl=1.0
W/C=40%
腐食確率
0.6
0.4
0.6
νCl=0.3（高流動）
0.4
W/C=60%、σcover=1.0
νCl=0.3、σcover=1.0
0.2
0.2
0.0
0.0
0
10
20
30
供用年数（年）
40
50
0
（ 1） 水 セ メ ン ト 比 の 影 響
5
10
供用年数（年）
σcover=0
σcover=3.0
0.8
σcover=2.0
0.6
σcover=1.0
0.4
W/C=60%、νCl=0.3
0.2
0.0
0
5
10
供用年数（年）
15
20
（ 3） か ぶ り の ば ら つ き の 影 響
図 6.7
15
（ 2） 塩 分 浸 透 量 の ば ら つ き の 影 響
1.0
腐食確率
腐食確率
40
-8
腐 食 確 率 の 経 年 変 化 （ 腐 食 発 生 限 界 量 1.2kg/m3）
96
20
腐食発生限界量の設定値によらず、水セメント比の影響については、鉄筋腐食
の開始時期は、水セメント比が小さい方が腐食の開始時期も遅く、腐食確率の増
加割合も小さくなっている。水セメント比が小さい、すなわち拡散係数が小さい
ほど腐食確率の計算結果から鉄筋の腐食抑制効果が大きいと考えられる。特に水
セ メ ン ト 比 が 40％ に お い て は 、 そ の 影 響 が 顕 著 で あ っ た 。 次 に 、 塩 分 浸 透 量 の 変
動係数の影響に関しては、変動係数が大きいほど、腐食が開始するまでの期間は
若干短くなっている。ばらつきが大きいと局所的に浸透量が大きい点が生じるた
めに、拡散係数が同一でも腐食開始が予測よりも早期に起こる可能性がある。ま
た、腐食開始後は変動係数によらず腐食確率の増加割合はほぼ一定である。しか
し、変動係数が大きいほど、早期に腐食確率の増加割合は小さくなり、より腐食
1.0
1.0
νCl=0
W/C=60%
腐食確率
0.6
W/C=40%
0.4
νCl=0.3（高流動）
0.8
W/C=50%
νCl=0.3、σcover=0.3
0.6
νCl=1.0
νCl=0.6（普通）
0.4
W/C=60%、σcover=1.0
0.2
0.2
0.0
0.0
0
10
20
30
供用年数（年）
40
50
（ 1） 水 セ メ ン ト 比 の 影 響
0
5
10
供用年数（年）
W/C=60%
0.8
W/C=50%
0.6
W/C=40%
0.4
νCl=0.3、σcover=1.0
0.2
0.0
0
10
20
30
供用年数（年）
40
50
（ 3） か ぶ り の ば ら つ き の 影 響
図 6.8
15
（ 2） 塩 分 浸 透 量 の ば ら つ き の 影 響
1.0
腐食確率
腐食確率
0.8
腐 食 確 率 の 経 年 変 化 （ 腐 食 発 生 限 界 量 2.5kg/m3）
97
20
確率が小さい値に漸近している。これは、変動係数が小さいと均一に浸透してい
くため腐食が発生した時点では鉄筋のほぼ全長にわたって腐食が生じているため
に 、腐 食 確 率 は 1.0ま で 増 加 し 漸 近 し た と 考 え ら れ る 。一 方 、変 動 係 数 が 大 き い 場
合、鉄筋全長にわたって限界量に達することはなく、局所的に浸透量が大きい点
が生じやすい。そのため、限界塩分量に達している腐食部と達していない非腐食
部が同一の鉄筋内で長期間にわたり形成され、マクロセル腐食が生じ、局所的な
腐食を促進させる危険性がある。最後に、かぶりの標準偏差の影響に関しては、
塩分浸透量と同様にかぶりの標準偏差が大きいほど腐食が開始するまでの期間は
短くなっている。また、腐食開始後の増加割合については、標準偏差が小さいほ
ど そ の 傾 き は 大 き く な っ て お り 、早 期 に 腐 食 確 率 が 1.0に 達 し て い る 。こ れ は 、か
ぶりの標準偏差が小さいほど鉄筋全長にわたって均一に腐食が開始するために傾
きが大きくなったと考えられる。しかし、塩分浸透量の場合ほど、腐食確率が小
さな点で漸近するような傾向は認められない。
以上のように、塩分浸透量およびかぶりのばらつきが腐食確率の経年変化に与
え る 影 響 を 検 討 す る と 、腐 食 の 開 始 に つ い て は か ぶ り の ば ら つ き の 影 響 が 大 き く 、
供 用 期 間 が 10年 か ら 20年 に お け る 長 期 で の 腐 食 確 率 に 対 し て は 、 塩 分 浸 透 量 の ば
らつきの影響が大きいと考えられる。さらに、腐食・非腐食部が形成されるとい
う点については塩分浸透量およびかぶりの両者のばらつきが影響を与えているが、
塩分浸透量の方がその影響が顕著であることから、コンクリート中の塩分浸透量
を均一にすることは、局部的な腐食を低減することに対して重要な要素となって
いると考えられる。
ま た 、 中 性 化 を 主 因 と す る 腐 食 確 率 に お い て は 、 腐 食 確 率 が 15％ で 補 修 が 必 要
と さ れ て い る 7 ）。 そ こ で 、 各 ケ ー ス に お け る 腐 食 確 率 が 1 5 ％ に 達 す る 年 数 に つ い
て 、か ぶ り が 5 c m の 場 合 を 表 6 . 3 に 、厳 し い 腐 食 性 環 境 に 用 い ら れ る か ぶ り が 7 c m 8 ）
の 場 合 を 表 6.4に 示 す 。 変 動 係 数 に つ い て は 普 通 コ ン ク リ ー ト が 0.6、 高 流 動 コ ン
ク リ ー ト が 0 . 3 に 対 応 し て い る 。腐 食 確 率 が 1 5 ％ に 達 す る 期 間 に つ い て は 、塩 分 量
の 変 動 係 数 お よ び か ぶ り の 標 準 偏 差 が 小 さ い ほ ど 腐 食 確 率 が 15％ に 達 す る 期 間 は
大 き く な っ て お り 、 か ぶ り の 標 準 偏 差 の 方 が そ の 影 響 が 大 き い 。 腐 食 確 率 が 15％
と腐食の初期段階においては、施工時に所定のかぶりを確保しそのばらつきを抑
制することが重要であると考えられる。塩害における腐食確率と補修時期の関係
については、実際の鉄筋腐食の状況を検討した上で独自に設定する必要があると
98
考えられる。
表6.3　補修が必要となるまでの年数（かぶり5cmの場合）
塩分量の変動係数
かぶりの標準偏差
3
腐食発生 1.2(kg/m )
限界量 2.5(kg/m3)
3
腐食発生 1.2(kg/m )
限界量 2.5(kg/m3)
0
0.15 0.3（普通） 0.6（高流動）
1
1.67
1.46
1.43
1.40
1.25
3.00
2.58
2.55
2.33
1.98
水セメント比（％）
40
14.2
25.5
50
2.90
5.06
0
1.92
3.25
0.5
1.80
3.08
1
1.43
2.55
2
0.82
1.44
3
0.54
0.96
かぶりの標準偏差
0.5
1
2
3.80
3.33
2.33
6.48
5.77
4.12
3
1.51
2.76
60
1.42
2.55
表6.4　補修が必要となるまでの年数（かぶり7cmの場合）
腐食発生 1.2(kg/m3)
限界量 2.5(kg/m3)
腐食発生 1.2(kg/m3)
限界量 2.5(kg/m3)
6.3.5
塩分量の変動係数
0
0.15 0.3（普通） 0.6（高流動）
1
3.74
3.41
3.33
3.16
2.83
6.83
6.08
5.77
5.16
4.25
水セメント比（％）
40
50
60
33.3
6.67
3.33
61.2
7.01
5.77
0
3.98
6.67
分布を考慮に入れた安全係数の算定
6.3.4に お い て 、 塩 分 浸 透 量 お よ び か ぶ り の ば ら つ き が 鉄 筋 の 腐 食 確 率 、 す な わ
ち鉄筋腐食の分布性状に影響を与えることが確認された。そこで、塩分浸透量お
よびかぶりの分布を考慮に入れた安全係数の算定を行うことがより最適な耐久性
設計を行う上で重要である。塩分浸透量およびかぶりにおいて分布を考慮に入れ
た 設 計 値 の 設 定 に つ い て 図 6 . 9 に 示 す 。設 計 値 の 設 定 方 法 に つ い て は 、各 パ ラ メ ー
タの代表値（平均値、中間値）に安全係数を乗じることによって、ばらつきに対
する安全側の余裕をみている。コンクリート中の鉄筋腐食においては、塩分浸透
量 で は 設 計 上 の 最 大 値 （ Smax） を 、 か ぶ り で は 設 計 上 の 最 小 値 （ Rmin） を そ れ ぞ
れ設定することによって鉄筋腐食に対する設計を行う必要がある。しかし、本来
塩分浸透量およびかぶりはばらつきを有しているために、設計上の最大値を上回
る、あるいは最小値を下回ることも起こりうるので、当然ではあるが絶対的な安
全性は確保されない。塩分浸透量およびかぶりのそれぞれにおいて、超過確率p
お よ び 不 足 確 率 q を 設 定 す る こ と に よ り 安 全 係 数 は 定 義 さ れ る （ 式 （ 6 . 1 0 ）、 式
（ 6 . 1 1 ）） 9 ）。
99
α ⋅ μ S = Φ −1 ( p, μ S , σ S )
1
β
（ 6.10）
μ R = Φ −1 (1 − q, μ R , σ R )
（ 6.11）
ここに、α：塩分浸透量に関する安全係数
β：かぶりに関する安全係数
μ S、 μ R： 塩 分 浸 透 量 お よ び か ぶ り の 平 均 値
σ S、 σ R： 塩 分 浸 透 量 お よ び か ぶ り の 標 準 偏 差
な お 、 X = Φ −1 ( p, μ , σ ) は p =
∫
∞
X
⎧⎪ 1 ⎛ x − μ ⎞
exp⎨− ⎜
⎟
⎪⎩ 2 ⎝ σ ⎠
2πσ 2
1
2
⎫⎪
⎬dx の 逆 関 数 を 示 し て お り 、
⎪⎭
確率密度関数
確率密度関数
確 率 pの 値 を と る X の こ と を 指 し て い る 。
超過確率：p
平均値：μ
不足確率：q
平均値：μ
設計上の
設計上の
最大値：Smax
最小値：Rmin
①塩分浸透量
図 6.9
②かぶり
分布を考慮に入れた設計値の算定
実 際 に 、 式 （ 6. 10 ） お よ び （ 6.11 ） に 基 づ い て 、 塩 分 浸 透 に つ い て は 超 過 確 率
と 安 全 係 数 α の 関 係 を 、 か ぶ り に つ い て は 不 足 確 率 と 安 全 係 数 の 関 係 を 図 6.10に
示す。なお、腐食確率算出の場合と同様に、塩分浸透量については変動係数を一
定とし、かぶりについては標準偏差を一定と仮定して計算を行った。塩分浸透量
に関しては、変動係数が大きいほど安全係数は小さくなっている。また、変動係
数が大きい場合は、超過確率が大きいほど安全係数は小さくなる傾向があるが、
変動係数が小さい場合は、超過確率によらず安全係数はほぼ一定の値を示してい
る 。 2002年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 ［ 施 工 編 ］ 1） で は 、 塩 分 浸 透 量 の 安 全 係
100
数 を 1.3（ 高 流 動 コ ン ク リ ー ト の 場 合 は 1.1） と 規 定 さ れ て い る が 、 通 常 程 度 の ス
ラ ン プ を 有 し た コ ン ク リ ー ト で は 、今 回 の 実 験 に お い て は 変 動 係 数 が 0 . 6 程 度 で あ
る た め に 、安 全 係 数 が 1 . 3 で は 危 険 側 の 設 計 に な る 可 能 性 が あ る も の と 考 え ら れ る 。
こ れ に 対 し 、高 流 動 コ ン ク リ ー ト で は 、安 全 係 数 を 1 . 1 に 設 定 し て い る の は 妥 当 な
値 で あ る と 考 え ら れ る 。 ま た 、 普 通 コ ン ク リ ー ト （ ν Cl=0.6） の 場 合 に お い て 、
安 全 係 数 を 示 方 書 で 用 い ら れ て い る 1.3と 設 定 し た 場 合 の 超 過 確 率 は 、 式 （ 6.10）
に よ り 4 2 ％ と 計 算 さ れ 、こ の 超 過 確 率 に 基 づ い て 、高 流 動 コ ン ク リ ー ト（ ν C l = 0 . 3 ）
の 場 合 に お い て 安 全 係 数 の 算 出 を 行 な う と 1.04と な る 。 変 動 係 数 が 小 さ い と 超 過
確 率 に よ る 安 全 係 数 の 変 化 は 小 さ く な る た め に 、示 方 書 で 示 さ れ て い る 1 . 1 よ り も
若干小さな値となる。
かぶりに関しても、塩分浸透量とほぼ同様の傾向が得られているが、かぶりの
標準偏差が大きい場合には、不足確率が安全係数に与える影響が他と比べて大き
くなっている。塩分浸透量およびかぶりの安全係数の算定により、両者のばらつ
きを低減させた方が、安全係数を大きく低減でき、合理的な設計が可能となると
5
5
4
4
安全係数 β
安全係数 α
考えられる。
νCl =1.0
3
νCl =0.6（普通）
2
1
νCl =0.15
3
σ cover=0.5
0
0
2
4
6
超過確率（％）
8
10
①塩分浸透量
図 6.10
6.4.1
σcover=1.0
2
1
νCl =0.3（高流動）
0
6.4
σ cover=2.0
0
2
4
6
不足確率（％）
8
10
②かぶり
超過確率、不足確率と安全率の関係
劣化予測におけるライフサイクルコスト
確率論的手法に基づいたライフサイクルコストの算出
塩分の浸透に関するコンクリート構造物の補修および補強を含めたライフサ
イ ク ル コ ス ト に つ い て 確 率 論 的 モ デ ル に 基 づ い て 検 討 を 行 う 10)。 一 例 と し て 、 海
101
洋環境における橋脚の最適な補修および補強方法の選定手法について取り上げる。
補修および補強の選定に関する問題は統計学的解析に基づいて行われること
が多く、この場合劣化指標についてのばらつきを考慮したうえでの最適な補修・
補強方法を決定することとされる。最適法とは、最大に期待される有用性または
最小の費用を導くものである。補修に対する費用のみを考えるならば、最適解は
式 （ 6.12） で 表 さ れ る 。
min C
（ 6.12）
s.t.Pf ≤ Pf
max
C： 補 修 に か か る 費 用
Pfmax： 対 象 と な る 事 象 の 最 大 値
（例えば、荷重が構造物の荷重限界値を上回るなど）
ま た 、 供 用 開 始 後 i 年 後 に 補 修 を 行 う 場 合 の 費 用 は 式 （ 6.13） に よ り 決 定 さ れ
る。
TL
C=
)C
∑ P(i年での補修　（ 6.13）
i
i =Td
Tｄ ： 補 修 の 決 定 が な さ れ た 時 点 、 TL： 構 造 物 の 設 計 供 用 年 数
Ci： 補 修 が i 年 後 に 行 わ れ た 場 合 の 補 修 費 用
構造物に対して補修が i 年後に行われる確率は P で、表面塩分量、拡散係数お
よび鉄筋腐食量で表される変数となる。
また、補修後に必要となるコストについては、補修が供用開始後 i 年で行われ
る こ と に 関 係 す る コ ス ト Ci は 式 （ 6.14） で 決 定 さ れ る 。
Ci =
1
TL
∑ C (1 + r )
j =Td
i, j
（ 6.14）
j −Td
C i , j： 補 修 が 供 用 期 間 i 年 後 に 行 わ れ た 場 合 に お い て 、補 修 後 ｊ 年 で
かかる費用
r： 社 会 的 割 引 率
確率論的モデルの主な利点は、測定結果の変動（ばらつき）を考慮に入れられ
ることである。また、トータルコストを最小化するためには、補修が必要となる
102
劣化レベルにまで達する確率およびその補修コストに加えて補修後に要するコス
トについても確率論的に検討することが重要である。
塩 分 量 の ば ら つ き の 大 小 が コ ス ト に 与 え る 影 響 に つ い て 表 6.5 に 示 す 。 ば ら つ
きが大きいと腐食確率の収束値は小さくなり長期にわたり、腐食・非腐食部が存
在するためにマクロセル腐食が促進され腐食量は大きくなる可能性がある。その
ため点検時においては、点検箇所数が少ない場合ばらつきが大きいと腐食量が大
き い 場 所 を 検 知 で き て い な い 可 能 性 が あ り 、劣 化 状 況 を 過 小 評 価 す る 恐 れ が あ る 。
そのために点検箇所数を十分に確保する必要があり、さらに劣化程度が大きい箇
所に対してはより大規模な補修・補強を行う必要が考えられるために維持管理の
コストはばらつきが小さい場合に比べて大きくなるものと考えられる。
また、ばらつきが大きいと平均値としては性能を十分に満足しているが、要求
性能を満足できない部分が早期に発生するものと考えられ、その性能を維持する
ための補修コストも大きくなる。これに対し、ばらつきが小さい場合には、平均
値を用いて性能低下の代表値として検討することが可能となり、補修時期も遅ら
せ る こ と が 可 能 と な る 。そ の た め 必 要 な 補 修 コ ス ト も 小 さ く な る（ 図 6 . 11 参 照 ）。
したがって、維持管理を行うにあたっては、点検コストを低減することもコス
トを削減する手法の一つであり、そのためには点検箇所数を可能な限り少数にす
ることが不可欠であると考えられる。
腐食確率に基づいた、劣化状況に応じた点検コスト、およびその結果に基づい
た 維 持 管 理 に 関 わ る ト ー タ ル コ ス ト Cmaint の 算 出 法 に つ い て は 、 点 検 コ ス ト Cinsp
に 関 し て は 塩 分 浸 透 量 、 お よ び か ぶ り の ば ら つ き に 、 ま た 補 修 ・ 補 強 コ ス ト Crs
に 関 し て は 腐 食 確 率 Pcorr に よ り 表 現 さ れ 、 合 わ せ て 式 （ 6.15） の よ う に 表 さ れ る
と考えられる。
C ma int = C insp + C rs = f (ν Cl , σ cov er ) + g (Pcorr )
表 6.5
塩 分 浸 透量
（ 6.15）
塩分浸透量のばらつきが点検およびコストに与える影響
腐食確率の
鉄筋腐食の
点検のため
補修・補強
のコスト
のコスト
点検箇所数
のばらつき
収束値
ばらつき
大
小
大
多数必要
大
大（ 孔 食 多 ）
小
大
小
少数でも可
小
小（ 孔 食 少 ）
103
塩分浸透量：大、ばらつき：大→点線
塩分浸透量：小、ばらつき：小→実線
構造物の性能
平均値
性能限界
供用年数
図 6 .11
6.4.2
ばらつきが性能低下に与える影響
ライフサイクルコストの試算
ライフサイクルコストの算定におけるコンクリート構造物として、塩害環境に
曝されている高架橋の鉄筋コンクリート桁を対象とした。鉄筋腐食の程度につい
て把握するために、普通コンクリートおよび高流動コンクリートを用いた場合に
お け る 、腐 食 確 率 の 経 年 変 化 を 図 6.12 に 示 す 。補 修 時 期 に 関 し て は 、中 性 化 に よ
る腐食において部分的にかぶりの剥落が生じるとされている
7）
腐 食 確 率 0.6 に 達
するまでの期間とし、普通コンクリートについては 5 年、高流動コンクリートに
つ い て は 10 年 ご と に 補 修 を 行 な う
1.0
とした。点検に要する費用について
は 、 普 通 コ ン ク リ ー ト で は 2 0（ 千 円
高流動コンクリート
0.8
は 12（ 千 円 /ｍ 2） で 一 定 と し た
11）
。
補修工法は断面修復工法とし、いず
れのコンクリートを用いた場合にお
腐食確率
/ ｍ 2 ）、高 流 動 コ ン ク リ ー ト に つ い て
0.6
普通コンクリート
0.4
0.2
い て も 1 2 0 （ 千 円 / ｍ 2 ） と し た 1 1 ）。
初期コストについては、普通コンク
0.0
0
リ ー ト の 場 合 は 4 0（ 千 円 / ｍ 2 ）、高 流
動 コ ン ク リ ー ト の 場 合 は 80（ 千 円 /
図 6.12
10
20
30
供用年数（年）
40
50
高流動コンクリートおよび
2
ｍ ）と し た 。ま た 、社 会 的 割 引 率 に
普通コンクリートの腐食確率の経年変化
104
関 し て は 、 国 土 交 通 省 が 定 め て い る 4％ 12） お よ び そ れ よ り 小 さ な 場 合 と し て 1％
に 設 定 し た 。 ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト 算 出 に 用 い た 各 パ ラ メ ー タ を 表 6.6 に 示 す 。
なお、今回のライフサイクルコストの算出においては、人件費などの材料費以外
の諸費用および施工のばらつきについては考慮に入れていない。補修費用の算出
方 法 に つ い て は 、図 6.13 に 示 す よ う に 、各 期 間 に お い て 補 修 が 必 要 ・ 不 必 要 と な
る 確 率 を 腐 食 確 率 に よ り 表 す 場 合（ ケ ー ス Ⅰ ）と 、図 6.14 に 示 す よ う に 各 期 間 に
おいて補修が必要となる面積の割合を腐食確率により表す場合（ケースⅡ）の 2
種類のケースに分けて検討を行った。なお、両ケースにおいて、未補修の部分は
劣化は進行し、補修を行なった部分は健全な状態に戻ると仮定している。
供用開始
20 年
10 年
(1-Pcorr(10))(1-Pcorr(20))
1-Pcorr(20)
19
Pcorr(20)
(1-Pcorr(10))Pcorr(20)
⎛ 1 ⎞
C ⎜⎜
⎟⎟
⎝1 + ρ ⎠
1-Pcorr(10)
Pcorr(10)(1-Pcorr(10))
⎛ 1 ⎞
C ⎜⎜
⎟⎟
⎝1 + ρ ⎠
1-Pcorr(10)
Pcorr(10)
0
9
9
Pcorr(10)
図 6.13
（例
Pcorr(10)Pcorr(10)
⎛ 1 ⎞
⎛ 1 ⎞
⎟ + C ⎜⎜
C ⎜⎜
⎟⎟
⎟
⎝1 + ρ ⎠
⎝1 + ρ ⎠
19
補修箇所割合による補修費用の算出モデル
高流動コンクリート
供 用 年 数 20 年 の 場 合 ）
補修面積比
(= 腐 食 確
・高流動コンクリート
補修費用
4
Pcorr(5)
・普通コンクリート
鉄筋
⎛ 1 ⎞
⎟⎟ × Pcorr (5)
C ⎜⎜
⎝1 + ρ ⎠
コンクリート表面
9
Pcorr(10)
⎛ 1 ⎞
⎟⎟ × Pcorr (10 )
C ⎜⎜
⎝1 + ρ ⎠
灰色部：補修必要部
図 6.14
面積比による補修費用の算出モデル
105
表6.6　ライフサイクルコストに関する各パラメータ
2
建設費用（千円/m ）
点検費用
2
補修費用（千円/m ）
補修間隔（年）
補修する面積比
社会的割引率
高流動コンクリート 普通コンクリート
80
40
20
12
120
10
5
1.0（ケースⅠ）
1.0（ケースⅡ）
0.6（ケースⅡ）
0.04、0.01
①ケースⅠ
腐食確率と補修費用の積により算出したライフサイクルコストの経年変化を
図 6.15 に 示 す 。 社 会 的 割 引 率 を 4％ と 設 定 し た 場 合 に お い て は 、 供 用 年 数 が 15
年以下では、普通コンクリートよりも高流動コンクリートを用いた方が初期コス
トが小さいためにライフサイクルコストは小さく経済的である。しかし、供用年
数 が 1 5 年 以 上 で は 、高 流 動 コ ン ク リ ー ト の 方 が ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト は 小 さ く な
り 、供 用 年 数 が 長 く な る ほ ど そ の 差 は 大 き く な っ て い る 。供 用 年 数 を 5 0 年 と 設 定
すると、高流動コンクリートを用いて建設した方が、ケースⅠにおいては算出し
たライフサイクルコストで約 2 割の削減が可能であるという結果が得られた。こ
れ に 対 し て 、 社 会 的 割 引 率 を 1％ と 設 定 し た 場 合 に お い て は 、 補 修 費 用 が 大 き く
見積もられているために供用年数 5 年で普通コンクリートの方がライフサイクル
400
高流動コンクリート
2
ライフサイクルコスト（千円 /m ）
2
ライフサイクルコスト（千円 /m ）
400
高流動コンクリート
300
普通コンクリート
200
100
0
普通コンクリート
300
200
100
0
0
10
20
30
供用年数
40
50
（ 1） 社 会 的 割 引 率 4％
図 6.15
0
10
20
30
供用年数
（ 2） 社 会 的 割 引 率 1％
ライフサイクルコストの経年変化（ケースⅠ）
106
40
50
コ ス ト は 大 き く な り 、供 用 年 数 を 5 0 年 と す る と ラ イ フ サ イ ク ル コ ス ト で 約 4 割 の
削減が可能であるとの結果が得られた。
①ケースⅡ
腐食確率による補修面積比によって算出されたライフサイクルコストの経年
変 化 を 図 6.16 に 示 す 。 社 会 的 割 引 率 が 4％ の 場 合 に お い て は 、 供 用 年 数 25 年 程
度で普通コンクリートの方がライフサイクルコストが大きくなるが、供用年数を
5 0 年 と し て も 、高 流 動 コ ン ク リ ー ト の 方 が 若 干 小 さ く な る も の の ケ ー ス Ⅰ ほ ど の
ライフサイクルコストに大きな差は認められない結果となった。このことは、社
会 的 割 引 率 を 1％ と 設 定 し た 場 合 に お い て も 同 様 で あ っ た 。 こ れ は 、 面 積 比 と し
て考えた場合、普通コンクリートの方が高流動コンクリートに比べて補修面積比
が小さいために、補修間隔が小さことと相殺されて、有意な差が認められなかっ
たと考えられる。
ライフサイクルコストの算出にあたっては、その算出方法の違いにより差がみ
られるため、算出する構造物の特徴に合わせた適用性を検討する必要があると考
えられる。
300
2
ライフサイクルコスト（千円 /m ）
2
ライフサイクルコスト（千円 /m ）
300
250
200
150
100
高流動コンクリート
50
普通コンクリート
0
250
200
150
高流動コンクリート
100
普通コンクリート
50
0
0
10
20
30
供用年数
40
50
（ 1） 社 会 的 割 引 率 4％
図 6.16
0
10
20
30
供用年数
（ 2） 社 会 的 割 引 率 1％
ライフサイクルコストの経年変化（ケースⅡ）
107
40
50
6.5
本章のまとめ
本章の範囲内で得られた結果を以下に示す。
( 1 ) 塩 分 浸 透 量 お よ び 鉄 筋 の か ぶ り が 正 規 分 布 に 従 う と 仮 定 し た 場 合 、両 者 の 関 係
および腐食発生を統計的に算出を行った腐食確率と実際に腐食発生確率との間に
は 、 腐 食 発 生 限 界 量 を 1.2kg/m3 と 設 定 し た 場 合 に お い て よ い 相 関 が 見 ら れ た 。 腐
食確率を用いて、腐食発生限界量を適切に設定することにより、塩分浸透量の分
布から腐食の割合を表現することが可能であると考えられる。また、腐食確率に
係数を乗じることにより鉄筋の腐食面積率の推定も可能であることが明らかとな
った。
(2)分 布 を 考 慮 に 入 れ た 塩 分 浸 透 に よ る 鉄 筋 の 腐 食 確 率 に 関 す る 劣 化 曲 線 の 算 定
を 行 っ た 場 合 、ば ら つ き が 大 き な コ ン ク リ ー ト の 方 が 腐 食 開 始 時 期 が 早 期 に 表 れ 、
また腐食部と非腐食部が長期間にわたり継続した。そのため、腐食部と非腐食部
においてマクロセル腐食が生じ、孔食などの局部的な腐食が形成される危険性が
考えられる。
( 3 ) 塩 分 浸 透 量 お よ び コ ン ク リ ー ト の か ぶ り の 設 計 に 関 し て 、分 布 を 考 慮 に 入 れ た
安全係数の算定を行うことにより、鉄筋コンクリート構造物の重要性および供用
期間に応じて適切な安全率の設定を行うことが可能となり、より合理的な耐久性
設計ができると考えられる。
( 4 ) ば ら つ き の 大 き な コ ン ク リ ー ト を 用 い る と 、鉄 筋 の 腐 食 に 関 し て 局 部 的 な 劣 化
部が存在する可能性があるために、ばらつきが小さなコンクリートに比べてより
多くの点検箇所数を確保する必要があり、早期に補修を行う必要が生じる可能性
が考えられる。
( 5 ) 高 流 動 コ ン ク リ ー ト を 用 い た 場 合 、普 通 コ ン ク リ ー ト に 比 べ て 建 設 コ ス ト は 高
くなるために供用期間が短い場合においては不経済となるが、供用期間が長い場
合においては、補修間隔を小さくし、かつ点検コストを抑制することができるた
めに維持管理コストを低くすることが可能となるという結果が得られた。高流動
コンクリートを用いることによりライフサイクルコストを抑制することが可能で
ある。しかし、算出の方法によって差がみられるために実構造物に対する適用性
については検討の必要がある。
108
参考文献
1） 2002 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [施 工 編 ]、 土 木 学 会 、 2002
2） 2001 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [維 持 管 理 編 ]、 土 木 学 会 、 2001
3）土 木 学 会 ： コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書［ 維 持 管 理 編 ］に 準 拠 し た 維 持 管 理 マ ニ ュ
ア ル （ そ の 1） お よ び 関 連 資 料 ， コ ン ク リ ー ト 技 術 シ リ ー ズ 57， 20 03 .11
4）守 分 敦 郎 、長 瀧 重 義 、大 即 信 明 、関 博 、福 手 勤 ： 塩 害 を 受 け た 桟 橋 に 対 す る 表
面 処 理 工 法 の 設 計 法 に 関 す る 検 討 、 土 木 学 会 論 文 集 、 No.534/
-30、 pp109-123、
1996
5）岸 谷 孝 一 、西 澤 紀 昭 編 ： コ ン ク リ ー ト 構 造 物 の 耐 久 性 シ リ ー ズ 、中 性 化 、技 法
堂 出 版 、 1997
6 ） H i g h P e r f o r m a n c e C o n c r e t e a n d R e i n f o r c i n g S t e e l Wi t h a 1 0 0 - Ye a r S e r v i c e L i f e
7 ）和 泉 意 登 志 ： 構 造 物 の 耐 久 性 設 計 手 法 例 － 鉄 筋 の か ぶ り 厚 さ の 信 頼 性 設 計 手 法
－ 、 コ ン ク リ ー ト 工 学 、 2 6 、 N o . 11 、 p p . 3 8 ～ 4 2 、 1 9 8 8 . 1 1
8） 2002 年 制 定 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [構 造 性 能 照 査 編 ]、 土 木 学 会 、 2002
9） 星 谷 勝 ： 確 率 論 的 手 法 に よ る 構 造 解 析 、 鹿 島 出 版 会 、 1974
10） S.Engelund et al: Evaluation of Repair and Maintenance Strategies for Concrete
Coastal Bridges on a Probabilistic Basis, ACI Material Journal, pp160-166, 1999
11） 北 後 征 雄 ： 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 鉄 道 構 造 物 の 鉄 筋 腐 食 に 関 す る 実 証 的 研 究 、 京
都 大 学 学 位 論 文 、 2000
12） 国 土 交 通 省 ： 公 共 事 業 評 価 の 費 用 便 益 分 析 に 関 す る 技 術 指 針 、 2004
109
第 7 章
結
論
本論文は、コンクリート構造物のシナリオを設定する上で重要となる維持管理
の中で、鉄筋腐食の劣化予測に着目し、腐食の原因となる塩分の浸透に関して分
布を考慮に入れた評価を行うことを目的とした。また、混和材を使用したコンク
リートあるいは化学的侵食を受けるコンクリート中の腐食に対する非破壊的な検
査手法である電気化学的モニタリングの適用性についての検討を行うことも目的
とした。
以下に、各章により得られた結論を総括する。
3 章では、シリカフューム、高炉スラグ微粉末を用いたコンクリート、さらに
スランプ性状の異なるコンクリート中の塩分浸透性について電気泳動試験による
促進試験を含めて検討を行った。また、シラン処理を行ったコンクリートの塩分
浸透抑制効果に関して検討を行い、以下の結論を得た。
(1)乾 湿 繰 返 し に よ る 暴 露 試 験 に よ り 、無 混 和 の 普 通 コ ン ク リ ー ト に 比 べ て 、シ リ
カフューム、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートは同一水結合材比におい
ても十分な塩分浸透に対する抑制効果が認められた。また、普通コンクリートと
高流動コンクリートのスランプの違いによる塩分浸透性については明確な傾向は
認められなかった。
( 2 ) シ ラ ン に よ り 表 面 処 理 を 行 っ た コ ン ク リ ー ト は 、無 処 理 と 比 べ て 大 き な 抑 制 効
果が見られ、塩害防止対策として適用が可能であると考えられる。しかし、浸透
深さが小さなシランについては、定期的な再処理が必要となると考えられる。
( 3 ) 表 面 塩 分 量 お よ び 拡 散 係 数 の 経 時 変 化 に 関 し て 暴 露 期 間 が 2 年 で あ る が 、表 面
塩分量は暴露期間とともに大きくなる傾向が見られ、無混和のコンクリートにお
いてその傾向が顕著であった。シリカフュームを混和したコンクリートはほぼ一
定となり、表面近傍における塩分の滞留は認められなかった。一方、拡散係数で
は暴露期間が短期間であることもあり明確な傾向は認められなかった。
( 4 ) 電 気 泳 動 試 験 お よ び 浸 せ き 試 験 に よ る 各 々 の 拡 散 係 数 の 算 出 結 果 か ら 、シ リ カ
フューム、高炉スラグ微粉末を混和したコンクリートは、無混和に比べて塩化物
110
イオンの固定化能力に優れているために、水密性の向上とともに塩分の浸透抑制
に大きな影響をおよぼしていると考えられる。
(5)水 結 合 材 比 が 17％ の 超 高 強 度 コ ン ク リ ー ト の 塩 分 浸 透 に 対 し て き わ め て 大 き
な抑制効果を有しているものと考えられる。
4 章では、シリカフュームおよび高炉スラグ微粉末を混和したコンクリート、あ
るいは化学的侵食を受けたコンクリート中の鉄筋腐食に対して通常用いられてい
る電気化学的な非破壊検査手法（自然電位、分極抵抗）に与える影響について検
討を行い、以下の結論を得た。
(1) 自 然 電 位 に よ る 腐 食 の 判 断 に つ い て は 、 無 混 和 の コ ン ク リ ー ト に 対 し て は
A S T M 基 準 が 適 用 で き る と い う 結 果 が 得 ら れ た が 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 に 対 し て は 、
腐 食 し て い な い に も 関 わ ら ず 自 然 電 位 が - 3 0 0 ｍ V と 卑 な 値 を 示 す こ と か ら 、A S T M
基準による腐食の判断は困難であると考えられる。
(2)分 極 抵 抗 逆 数 の 積 分 値 に よ る 腐 食 程 度 の 把 握 に つ い て は 、無 混 和 、シ リ カ フ ュ
ー ム 、高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 混 和 の コ ン ク リ ー ト に よ ら ず 、同 様 の 傾 向 を 示 し て お り 、
混和材の有無によらない腐食程度のある程度の把握が可能であると考えられる。
( 3 ) 硫 酸 侵 食 で は 、フ ェ ノ ー ル フ タ レ イ ン 法 に よ り 得 ら れ る 中 性 化 深 さ よ り も 深 部
にまで硫酸イオンは浸透している。したがって、硫酸侵食を受ける場合の鉄筋腐
食 の 発 生 ・ 進 展 に お い て は 、p H の 低 下 に よ る 影 響 の み で な く 、硫 酸 イ オ ン が 与 え
る影響も併せて検討する必要がある。
( 4 ) 硫 酸 侵 食 の 場 合 で は 、中 性 化 残 り や 硫 酸 イ オ ン 残 り で 腐 食 開 始 を 判 断 す る こ と
ができる。一般的な方法であるフェノールフタレイン法による中性化残りで評価
す る と 、 本 実 験 で 用 い た モ ル タ ル の 場 合 で は 、 17mm 程 度 が 腐 食 開 始 の 限 界 値 で
あった。
( 5 ) 硫 酸 侵 食 に 対 す る 鉄 筋 腐 食 モ ニ タ リ ン グ に 関 し て 、生 じ る カ ソ ー ド 反 応 が 塩 害
の 場 合 と は 異 な っ て い る た め に 、鉄 筋 の 自 然 電 位 は 塩 害 の 場 合 に 比 べ て 約 1 0 0 m V
貴な値が示されると考えられる。
( 6 ) コ ン ク リ ー ト の 比 抵 抗 が 増 加 か ら 減 少 に 転 じ る 時 点 に よ り 、腐 食 の 開 始 時 期 を
判断できると考えられる。また、腐食がさらに進展した段階を示す指標として自
然電位および分極抵抗により判断できるが、判断基準については検討が必要であ
111
る。
5 章では、高流動コンクリートおよび普通コンクリートにおいて塩分浸透性、
電気化学的な非破壊検査手法である自然電位、分極抵抗の測定値および鉄筋の腐
食性状の分布に関して検討を行い、以下の結論を得た。
(1)シ リ カ フ ュ ー ム お よ び 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 用 い た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト は 普 通
コンクリートと比べて塩分浸透量のばらつきを低減する効果があり、より一様な
コンクリートが形成されていることが認められた。
(2)シ リ カ フ ュ ー ム お よ び 高 炉 ス ラ グ 微 粉 末 を 用 い た 高 流 動 コ ン ク リ ー ト は 塩 分
浸透のばらつきを抑制されていることを原因としてマクロセル的な腐食電池の生
成を抑制する効果があり、普通コンクリートに比べて腐食面積率は小さな値を示
していた。また、高炉スラグ微粉末はシリカフュームと比べても腐食抑制効果が
大きいとの結果が得られた。
(3)腐 食 面 積 率 お よ び 腐 食 箇 所 の 割 合 で 示 し た 腐 食 発 生 確 率 と 全 塩 分 量 の 関 係 に
よ り 、 腐 食 発 生 限 界 量 は 1.2～ 2.5kg/m3の 範 囲 に あ る と 考 え ら れ 、 既 往 の 研 究 結 果
と同様の結果が得られた。
(4)塩 分 浸 透 量 、 分 極 抵 抗 、 お よ び 腐 食 面 積 率 の 3者 の 変 動 係 数 に は 相 関 関 係 が 認
められ、腐食があまり進行してない状態においては、塩分浸透量および分極抵抗
の変動係数が大きいほど鉄筋の腐食面積率の変動係数が大きくなることが認めら
れた。
( 5 ) 全 塩 分 量 と 腐 食 面 積 率 お よ び 腐 食 面 積 率 と ひ び 割 れ 発 生 確 率 の 関 係 か ら 、全 塩
分量の分布からかぶりコンクリート部のひび割れ発生確率を推定することが認め
られた。
( 6 ) 高 流 動 コ ン ク リ ー ト を 用 い る こ と で 、コ ン ク リ ー ト の 緻 密 性 お よ び 均 一 性 を 向
上させ、鉄筋腐食のばらつきを低減させる効果が認められたことから、塩害に対
する維持管理が容易となり、耐久性の向上につながると考えられる。
( 7 ) 既 存 の 構 造 物 に 対 し て は 、非 破 壊 検 査 で あ る 自 然 電 位 お よ び 分 極 抵 抗 を 用 い る
ことにより、腐食箇所の特定およびその分布性状が把握でき、その結果に基づい
て鉄筋のはつりだしなどの検査を行うことが可能であると考えられる。さらに、
塩分浸透量および腐食量の分布を定量化することによって、分布を考慮に入れた
112
鉄筋の腐食について予測を行うことが可能となり、より統計的な観点に基づいた
維持管理手法の提案を行うことができると考えられる。
6 章では、鉄筋コンクリート構造物の劣化予測に関して、その原因となる塩分
浸透量のばらつきが鉄筋腐食に対する統計的な評価およびそれに基づいた予測に
ついて検討を行い、以下の結論を得た。
( 1 ) 塩 分 浸 透 量 お よ び 鉄 筋 の か ぶ り が 正 規 分 布 に 従 う と 仮 定 し た 場 合 、両 者 の 関 係
および腐食発生を統計的に算出を行った腐食確率と実際に腐食発生確率との間に
は 、 腐 食 発 生 限 界 量 を 1.2kg/m3 と 設 定 し た 場 合 に お い て よ い 相 関 が 見 ら れ た 。 腐
食確率を用いて、腐食発生限界量を適切に設定することにより、塩分浸透量の分
布から腐食の割合を表現することが可能であると考えられる。また、腐食確率に
係数を乗じることにより鉄筋の腐食面積率の推定も可能であることが明らかとな
った。
(2)分 布 を 考 慮 に 入 れ た 塩 分 浸 透 に よ る 鉄 筋 の 腐 食 確 率 に 関 す る 劣 化 曲 線 の 算 定
を 行 っ た 場 合 、ば ら つ き が 大 き な コ ン ク リ ー ト の 方 が 腐 食 開 始 時 期 が 早 期 に 表 れ 、
また腐食部と非腐食部が長期間にわたり継続した。そのため、腐食部と非腐食部
においてマクロセル腐食が生じ、孔食などの局部的な腐食が形成される危険性が
考えられる。
( 3 ) 塩 分 浸 透 量 お よ び コ ン ク リ ー ト の か ぶ り の 設 計 に 関 し て 、分 布 を 考 慮 に 入 れ た
安全係数の算定を行うことにより、鉄筋コンクリート構造物の重要性および供用
期間に応じて適切な安全率の設定を行うことが可能となり、より合理的な耐久性
設計ができると考えられる。
( 4 ) ば ら つ き の 大 き な コ ン ク リ ー ト を 用 い る と 、鉄 筋 の 腐 食 に 関 し て 局 部 的 な 劣 化
部が存在する可能性があるために、ばらつきが小さなコンクリートに比べてより
多くの点検箇所数を確保する必要があり、早期に補修を行う必要が生じる可能性
が考えられる。
( 5 ) 高 流 動 コ ン ク リ ー ト を 用 い た 場 合 、普 通 コ ン ク リ ー ト に 比 べ て 建 設 コ ス ト は 高
くなるために供用期間が短い場合においては不経済となるが、供用期間が長い場
合においては、補修間隔を小さくし、かつ点検コストを抑制することができるた
めに維持管理コストを低くすることが可能となるという結果が得られた。高流動
コンクリートを用いることによりライフサイクルコストを抑制することが可能で
113
ある。しかし、算出の方法によって差がみられるために実構造物に対する適用性
については検討の必要がある。
各章の検討結果から、劣化予測を行うための、塩分浸透量、電気化学的モニタ
リング指標、および腐食面積率について、それぞれの値が一定値ではなく、ある
分布をもったものであることが確認された。その原因の多くはコンクリートの材
料的な不均一性、および鉄筋腐食については表面状態に起因しているとするのが
適切である。本研究の結果より得られた高流動コンクリートを用いることで腐食
のばらつきが低減でき、点検および点検結果による劣化予測が容易となり、維持
管理に関するコストを抑制することができると考えられる。そのため、各劣化因
子のばらつきを把握することは非常に重要な要素となると考えられる。
また、コンクリート中の鉄筋腐食に関して、その原因となる塩分浸透の予測手
法および電気化学的モニタリングを用いた鉄筋の腐食量の推定法の確立およびそ
の評価についても、書く劣化因子の代表値であるという点から重要な要素となる
と考えられる。さらに、鉄筋の腐食を抑制する手法についても検討を行う必要が
あると考えられる。
鉄筋コンクリート構造物の耐久性におけるシナリオデザインに関しては、正確
な劣化予測およびその予測値のばらつきの両者を考慮に入れて検討を行うことが
不可欠であり、その結果、適切な時期に、適切な補修を実施することができ、長
期間にわたり鉄筋コンクリート構造物としての性能を維持することが可能になる
と 考 え ら れ る （ 図 7 . 1 参 照 ）。
コンクリートは水、セメント、細骨材および粗骨材からなる複合的な材料であ
るので、一様な材質を有してはおらず、特に劣化因子の浸透性状が重要な要因で
ある耐久性に関しては、従来の見解とは異なりばらつきをもった材料であるとし
て劣化予測を行うことが望ましいと考えられる。
114
構造物の性能
補修規模　大
平均値
性能限界
供用年数
①普通コンクリート
構造物の性能
補修規模　小
平均値
性能限界
供用年数
②高流動コンクリート
図 7.1
塩分浸透性およびそのばらつきと補修の時期および規模の関係
115
謝
辞
本論文は、著者が京都大学大学院工学研究科土木工学専攻修士課程入学以来、
取り組んでまいりました一連の研究成果をまとめたものであります。
京都大学大学院工学研究科教授・宮川豊章先生には、本研究の遂行ならびに本
論文の取りまとめにあたり、終始、熱心なご指導、ご鞭撻を賜り、また研究者と
しての姿勢をご教示いただきました。衷心より感謝の意を表します。また、京都
大学工学研究科教授・朝倉俊弘先生、大津宏康先生には、本研究の取りまとめに
あたり、貴重なご指導、ご助言を賜りました。ここに、厚く御礼申し上げます。
京都大学大学院工学研究科助教授・服部篤史先生には、構造材料学研究室配属
以来、常に貴重なご指導、ご助言を賜りましたことを厚く御礼申し上げます。
京都大学大学院工学研究科助手・山本貴士先生には、構造材料学研究室配属以
来、実験の遂行にあたり、常に温かいご指導を賜りましたとともに、公私にわた
りお世話になりました、厚く御礼申し上げます。
本研究における実験を遂行するにあたり、盛田行彦氏および日紫喜剛啓氏をは
じめとする鹿島建設（株）の皆様には格別のご支援とご指導を賜りました。ここ
に感謝の意を表します。
近畿大学講師・川東龍夫先生、中部大学講師・小林孝一先生、金沢大学助手・
久 保 善 司 先 生 、 神 鋼 鋼 線 工 業 （ 株 ）・ 白 濱 昭 二 氏 、 東 洋 建 設 （ 株 ）・ 佐 野 清 史 氏 、
電 気 化 学 工 業 （ 株 ）・ 芦 田 公 伸 氏 、 大 阪 ガ ス （ 株 ）・ 西 崎 丈 能 氏 、（ 株 ） ト ク ヤ マ ・
加 藤 弘 義 氏 、 阪 急 電 鉄 （ 株 ）・ 中 川 元 宏 氏 、 西 日 本 旅 客 鉄 道 （ 株 ）・ 荒 巻 智 氏 な ら
びに荒木弘祐氏には、研究室を通じて温かいご支援、ご助言を賜りました。
京都大学・構造材料学研究室の学生、卒業生、関係者の皆様には、本研究の遂
行 に あ た り 、ご 協 力 、ご 支 援 を い た だ き ま し た 。特 に 、杉 浦 忠 志 氏 、八 重 樫 文 氏 、
関玲子氏、野口真美氏には、卒業研究ならびに修士論文を通じて多大なるご協力
をいただきました。心より感謝申し上げます。
最後に、これまで著者を励ましてくれた両親に感謝の意を表し、本論文の謝辞
と致します。
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