【
論文
】
UDC ：691
．
32 ：666．
97 ；541．
456日本建築 学会構造系論文 報告集 第
42S
号・
1991
年］O
月Journal
。fSt
・
uct．
Constr
、
Engng
、
AIJ
，
N。
．
42s，
Oct
．
、
1991コ
ン ．
ク リ
ー
ト
の
中性 化 進 行
の
理
論
的
予
測
法
と
数値 解析
鉄筋
コ ン クリ
ー
ト
造建
築物
外壁
の耐久性 予 測法
に
関
す
る
研究
（
そ の
1
）
THEORETICAL
PREDICTIVE
METHODS
AND
NUMERICAL
ANALYSIS
FOR
THE
PROGRESS
OF
NEUTRALIZATION
OF
CONCRETE
Prediction
of
service
lives
of
external
vertical walls’
of
reinforced
concrete
buildings
（
Part
1
）
福 島
敏 夫
＊Toshio
FUKUSfflMA
Neutralization
processes
of concrete a［etheoreticall
modelledfor
three
a．
ssumed cases of neutra−
lizatien
mechansims anddiscussed
based
upon unsteady statedynamic
analysisfor
the unsteadydiffusion
of
carbondioxide
in
concrete accompaniedby
carbonation feaction with calciumhydrox−
ide
and calcium silicatehydrate
，
taking
into
accoutof
beth
cases of the constant andincreasing
concentration
of
at皿ospheric carbondioxide
．
’
・
Influences
of various extrinic andintrinsic
factols
Qnthe
progress
of 亡he
neutTalization of con・
crete are evaluated，
usingthe
parabolic
law
involving
constantterm
derived
from
this
qsnste
ζdy
state
dynamics，
whichis
effective enoughto
understand andpredict
almoSt al且the
neutralization’
P
「ocesses．
Kegworcts
：neutralization，
carbon 読 0 爵 漉，
carbonation reation，
dTffasion
，
unsteady statedpamic ’
ana・
lysis
，
Parabotic
lo
ω中性 化
，
二酸 化 炭 素
，
炭
酸
化
反応
，
拡 散
，
非 定 常 速 度 論 解 析
，
放 物 線 則
1，
は じめ にコ ン ク リ
ー
トの炭 酸 化
によっ て起
こ る中性 化
は，
内部
鉄 筋
に対
するコ ン クリー
トの強
ア ル カ 1」
性
に よる防 食 機
能
が 低下
す る 現象
と し て，一
般 大 気 環 境 下
で の鉄 筋
コ ン ク リ厂 ト造 建 築 物
の耐 久 性
に重 要 な影 響 を 及
ぼす
ば か り で な く，内部 鉄 筋
の腐 食
の進 行
と関 連
し て そ の寿 命 予
測 や維 持
・
補 修 方 法
の確 立
の基 礎
とも
な るた めに，
コ ン ク リー
トの中 性 化 進 行
の合
理的
予
測法
の確 立
が 必要
で あ る。 コ ンク
リー
トの中 性 化
進行
は，
こ れ まで の数 多 くの実 験 研 究
や実
態調 査
の結 果
か ら，一
般
的
に は，経
過時
間 に関
す るn
法 則
，
すな
わ ち放 物 線 則
に従 う も
の と了
解
さ れて い る1 ］−
6）。
理論
的
に も，
炭 酸 化
層内
で の 二酸 化
炭 素
の拡散
を律
速
と し た場 合
の定常
拡 散
に関
する簡 単
な 速度 論
に よっ て放
物 線
則
が得
ら れ る。
）ンク リー
ト．
の中
性
化
の経
時 進行
に及 ぼ すい くつ か の外 的
・
内 的 要
因を加
味
し た放 物 線 則
を実
験
的
に求
め よ う と す る研 究
は，膨 大
な数
に上
っ てお り，
最 近
では，
友 沢
1〕，
阿
部
8｝お よび
平
井
9） ら に よ る精
力 的 な 研究
に基づ く 成 果 が あ る。
しか し，
直接 的
な劣
化 外 力
であ
る 二酸
化 炭
素
濃 度
，
コ ン ク リー
トの種 類
と水
セ メ ン ト比
お よ び 圧縮 強 度
，
施
工条 件
，
温
・
湿
度
，含 水 率
，
仕
上材
の有
無 と その種 類 と 厚 さ，
部位
条件
，
環 境 条 件 等
の各 種
の外 的
・
内 的 要 因
の影 響
を すべ て加 味
し た最 良
の放物線則
を実
験 的
に のみ求
め よ う と す る と，
余
り に も多
くの労 力 と 時 間 と費
用 を 要 する ため，
必ず
しも容 易
で は ない。
ま た， 理論 的
に は，’
パ ラ メー
ター
が必
ず
し も独 立 的
に分 離
でき
ない場 合
にも
デ独 立
の パ ラメー
ター
と して取
り扱
っ て，
諸 因 子
の影 響
を中 性 化 速 度 係 数
に対
する単 純
な掛 算
で もっ て実
験 式 を 導 く例
も多
く，
実
験 的
に の み コンク リー
トの中 性 化
進行
の予
測 式 を求
め る ことに は や や限 界
が あるこ と は否
め ない。 し か し，
コ ン ク リー
トの中 性 化 機 構
に関
して理論
的 検 討 を 加 え た論
文
ln ）−
13 〕も
それほ ど多
く な く，
コ ンク リー
トの中 性 化 機
構
につ い て は不 明
な点
も多
い。
他方
，
これ まで は，
．
中
性
化
の直接 的 劣 化 外 力
で ある大 気 中
の 二酸 化 炭 素 濃 度
は，
屋外
で300ppm
，．
屋 内
で1000
ppm
の一
定
とし て取
り扱
わ れ てきた が，
今 後
は，
地球 環 境 問
題と し て の大 気 中
の 零 建 設省
建 築研究所 先 端 技 術 研 究 官・
工 博Bullding
Research
Instltute
，
Ministy
ofConstrucnon
，
Dr
．
Eng
．
1
二
酸 化 炭
素
濃 度
の増 大 傾 向
を もコ ン ク リー
トの中 性 化 進
行 予 測に 組み入れ る 必 要 も あ る。
し た がっ て，
基 本 的 原
理 に基
づいて中
性
化 過程
に関
す る適 当
な 理論 的
モ デルを
展 開
し，
その経 時 進 行
に関
して理論的考 察
を行 う
ことは，
中性
化 機 構 と経
時 進 行 を 理 解 す る う えで有 力 な 方 法 と な る と も考
え ら れ る。
本 研 究
では，
コ ンク リー
トの中 性 化 機 構
の理解
と経 時
進 行
予測 式
の確 立
の た めに，
コ ン ク リー
トの中 性 化 過 程
の理 論 的
モデル化 を行
い，非 定 常 速 度 論 解 析
に基
づいて，各 種
の外 的
・
内 的 要 因
の影 響 を 数 値 解 析
に基
づい て評 価
する14）Nll
）。
さ ら に実 験
結
果
および実 態 調 査 結 果
および既 往
の中 性 化 進 行 評 価 式
との比 較
によ り
，
この理 論 的 考
察
の検 証
と根 拠
を確
か め，
コ ンク リー
トの中 性 化 現 象
の物
理化 学 的 解 釈
と 工学 的 実 用性
との間
の関 連 性
に留 意
し な がら
，
鉄 筋
コ ンクリ
ー
ト造 建 築 物 外 壁
の耐 久 性 予 測 法
の確 立
に資 す
ること を 目的 と す
る。2．
研 究 方 法
お よび研 究 結 果
コ ンク リ
ー
トの中 性 化 過 程
の理 論 的
モデル化
を行
い，
妥 当
と考
え ら れ るい くつ かの仮
定
の も とで初 期
条
件
と境
界 条 件
を設 定
し た微 分
基礎 方 程 式
に対
して，
ラプ
ラス変
換 法
で解 析 解
ま た は数 値 解 を求
め， そ れ に基
づいてコ ン ク リー
トの中 性 化 進 行 過 程
の物 理 化 学 的 解 釈 を 行
う と とも
に，各 種
の外 的
・
内 的 要
因が コ ンク リー
トの中 性 化 進
行
に及
ぼす 影 響 を評 価
し，
既 往
の実験 結 果 等 と
の比 較 を
行 う
。
2
．
1
理 論 的
モ デル の概 説
コ ン ク
リ
ー
ト
の中 性 化
の進 行
は，種
々 の外 的
・
内 的 要
因
の影 響 を受 け
る。
性 能
・
機 能
の劣 化
とし て の耐 久 性
の観 点
か らは， コ ンク リー
トの中
性
化
は，“
コ ン ク リー
ト の強
アル カ リ性
に基
づ く内
部
鉄 筋
に対
す る防食 機
能
の低
下 現 象
”
であ
るが，
物 理 化 学 的 観 点
か ら見
る と，
“
水 酸
化
カ ル シ ウ ム お よび珪 酸
カ ル シ ウ ム水 和 物
ゲルとの炭 酸
化 反 応
を伴 う
二酸 化 炭 素
の コ ン ク リー
ト表 面
から内 層 部
へ の拡 散
過程
”
と考
え られ る。
後 者
の解釈
に従
っ て理論
的
なモデル 化 を 行 う もの で ある。
2
．
L1
炭 酸 化 反 応
コ ン ク
リ
ー
ト中
の炭 酸 化 反 応
は，
水 酸 化
カ ルシ ウム（
Ca
（
OH
）
：）
およ び珪 酸
カ ル シウム水 和 物 ゲ
ル（
3CaO
・
2SiO
，・3H20
：略 号
；C −S −H
）
の 二酸 化 炭 素
（
CO2
）
と
の次
の2
つの反 応 （
そ れ ぞ れの反 応 速 度 定 数
；h1，
翻
で起
こ り，
固体 生 成 物
と し ての炭 酸
カル シ ウム（
CaCO
，）
を生
じる。
hl
CO2
十Ca
（
OH
）
2−
CaCO3
十H20
…・
……
（
1
）
（
A
）
（
B
）
（
H
，O
） （
P
）
（
Ω）
ka
COi
十3CaO
。
2SiO
，・
3H20 →
（
A
｝ （C
）
2
3CaCO3
十2SiO2
十3H20 ・
……・
（
2 ）
（
P ） （R ） （
9
）
た だ し，
（
1
）
の反 応
が炭 酸 化
の主 反 応
で あ り（
h、
》h2
）
，
（1 ）
の反
応
に は，
若 干
の水 （
H
，O
）
が触 媒 的
に作 用 す る。
中性 化
する前
の コ ンクリ
ー
トで は，水和
に よっ て生
じ たCa
（
OH
｝
2 は，
コ ン クリー
ト中
の空 隙 水
に溶 解
す る が，
大 部 分
は固 体
とし て存 在
し，
空 隙 水 溶 液
は，Ca
（
OH
）
2 の飽和 水 溶 液
になり，
コ ン ク リー
ト
は約
pHl2
．
6
の強
アル カ リ性
を示
す が，
（
1
）
の反 応
によ
り，pH
は8．3〜
10，
0
に低
下 す る（
完
全 な中 性
の状
態で は な く，
弱アル カ リ性
の状 態
と な る）
。
コ ンク リー
トの中 性 化
は，（
1
）
の炭
酸 化 反 応
に よ る アル カ リ性
低 下
によ るも
の で，
（
2
｝
の反 応
は，
炭 酸 化 反 応
では あ る が，
ア ルカ リ性 低 下
の主
反応
ではない。
し たが っ て，
コ ンクリー
トの中 性 化
は ，炭 酸 化 反 応
を 通 じ て起
こる結
果
と して の現 象
であ
り，炭
酸
化
と
は必 ず
しも
同
一
視
で き ないと考
えら れ る。
2．
1．
2
二酸
化 炭 素
と水 酸 化
カル シ ウム の コ ン ク リー
ト中
での拡散
過程
CO
，は，
上 記
の 二 つ の炭 酸
化 反応
を伴
い な が ら コ ン ク リー
ト中 を拡 散
し，後
にCaCO
，を析 出
さ せ る ことに よ り，
コ ン ク リー
トの中 性
化 がFig．1
の よ うに進 行 す
るも
の と考
えられる1）。 こ の時
，
以
下の基 本 的 仮
定
が考
え ら れる。
（
a） 最 初
，
半 無 限
コ ンク リー
ト固 体 中
にCa
（
OH
）
2 お よ びC −S −H
が均
一
に存
在
して（
初 期
モ ル濃 度
，
CbO，
Cco
）
い て，
半
無
限気
体中
のCQ2
（
一
定
の場 合
の初 期
モル濃
度，
concrete surfaceCO2
■ 彊レCO2
ゆCO2
Gonce皿
t職恒Gn （冶〔OH
）2 即 。fc
。 ・c・ete・
3H、・canlP ］ete ］y
pa4
且yce
由s
f
concretesurfaoe
Fig
．
1
Schematlc
diagran
for
the
progress
of neutrahzationC
． ：濃 度
が増 大
す．
る場 合
の濃 度 関 数
，C
粛
1
）
がコ ンクリ
ー
ト表 層 （
x
＝O
にと
る）と接 触
し
た時
か ら，
コ ンク リー
トの中 性 化
が進 行
す る。
（
b
） 気相
を第
1
相 （
x
＜0
）
， 固相
を第
il
相 （
x ＞0
）
と し，
両相
にお け る二酸 化 炭
素
濃 度
をC
。1，C
．，
拡 散 係 数
をDai，
D
． と す る。
（
c｝ 拡 散性
のCO2
は ， コ ン ク リー
ト表
面
で平 衡 条 件
（
Cat；
mCa
］，
m
は，
表
面平 衡 定
数で，
原
理 上0
≦m ≦1
の範 囲 内の 任意
の値
を 取 り 得 る。
）
が 満 足 さ れ ない か ぎ り，表 面 物 質 移 動 抵 抗
の影 響
を受
け る（
表
面 物 質 移 動
定 数
，h
． ：平 衡 条 件 が成
り立
つ場 合
にはh
． → ＋・。）
。CO
，の拡 散
に対
する表 面 仕 上 材 等
の中 性
化 遅 延 効 果（
仕上 材
の厚
さ，L
：仕 上 材 中
のC
軌
の拡 散 係 数
，D
）
は，次
の形
で定 義 さ
れ る総 括 物 質 移 動 定 数 （
κ
徳
）
の中
に組
み入
れ られる。
1
／
ん西
＝
1
／
h
．十L
／
D
………t・
・
……・
・
…
（
3
）
（
d
）
コ ン ク
リ
ー
ト固 体 中 を 拡 散 す
るCO
， は，（
1 ｝
，
（2 ）
の反 応
によ
りCaCO
，（
濃 度
Cp
、） を固 体 生 成 物
と して残 す
。 こ の際
CO
，の固 体 内 拡 散 と
，生 成
す る水
の外 部
へ の拡 散
との間
に は，
等
モ ル相 互 拡 散
の条 件
が満
足 さ れ るものとす る。
（
e） 炭 酸 化 過 程 を通 じ
て，
反 応 熱 等
は無 視
で き， コ ン ク リー
ト中
に おい ては ほ ぽ一
定
の等 温 条 件
（
温 度
T
＞
が満
足 さ れる。
（
f
）
Ca
（
OH
）
t はコ ン ク リー
ト内 層 部
か ら ゆっ く り と逆 拡
散
し（
コ ンク リー
ト中
のモル濃度
お よ び拡
散
係 数
，
Cb2，
i
）b2）
，
表 面
か ら正 拡 散
す るCO2
と（
1
）
の反 応
でCaCO
、 に転 化
す る。 これに比べ て，C −S −H
（
濃 度
C
。 ，〉
の拡 散
は な く， コンク リー
ト内
の各 位 置
に局 在
し なが
らCO
，と（
2
）
の炭
酸 化 反 応 を起
こすも
のと 考
え る こと
ができ る。（9 ）
CO
，とCa
（
OH
）
2 との接
触
反応 面 （
a
．R）
は，時 間
と と もに，
連
続
的
に内
層部
に移 動
し，
この接 触 反 応 面 が
中 性 化 深
さ を与
え る。 し か し，
この時
，CO
，とCa
（
OH
）
2 との炭
酸 化
反応
は完
結
せず
，一
部 未 反 応
の ま まCO
，は，
さ らに内 層 部
に拡 散
する ために，
中性 化 深
さ よりも 内部
に おい ても
，CaCO3
濃 度
は必
ずしも0
で はない。Cp
、（
δ瀛
，
t
）
＝0．
01
C
。2（
O，
t
｝
な る条 件
を満
足 す る δ翻 の
を もっ て，
炭 酸 化
フ ロン トの深 さ を定 義
す る ものと す る。
（
h
）
拡散
係 数 お よ び 反 応速 度 定
数はアレ ニ ウス に従
っ た温
度依 存性
を示
すが，拡 散 係 数
は ま た，水
一
セ メ ン ト 比（
W
／
C
）
，
圧縮 強 度 （
Fc
）
お よび ポ
ロシ ティ（
ε）
など
の多
変
数 関 数 と な り，
次の形で表
すこ とが でき るDi
≡D
‘o（
W
／
C ，
Fc，
ε・
・
・
）
exp
（
− Eu
／
kT
）
t…
（
4
「
）
こ こ でT
は絶 対
温度
，k
は ボ ル ツマ ン定 数
，
Et
、は拡 散
の活 性 化
エ ネル ギー
を 示 す。1
）tはDai，
D
．，
Db2，
D
等
を代 表
して表
したも
の であ
る。 し た がっ て，
コ ン ク リー
トの中 性 化 進 行
に及
ぼ すコ ンク リー
トの品質 係 数
や含 水
率
の影
響
は，この拡散定
数
の中
に組
み 込 むこ と がで き る。
他
方
，
炭
酸 化 反 応
の速 度 定 数
は，
次 式
で表
せ る。
島
≡≡κ 」oexp（
− E
丿4／んT
）
・
…・
・
……・
・
…・
…・
…
（
5
）
こ こ で，EJ
， は炭 酸 化 反 応
の活 性 化
エネ
ルギー
を示
す。傷
は，h
，お よ びk
、を代表
して表
し た もの であ る。
（
i
｝ 微 視 的
に は，
粒 子
分散
強化
型 複 合 材料
の コ ンクリ
ー
ト
にあ
っ て は，
拡 散
は，
セメ ン トペー
ス トの細 孔 分
布
に従
っ て，
不 均
一
に起 こる と して もt 巨視
的
に見
れば
，
有
効 拡 散 定 数 を 設 定 す ることに よ り，一
様 な 拡散
過 程 と み な すこと がで き る。，
2．
2
非
定
常
速
度論解 析
の過 程 と結 果
お よび解 釈
2
．
2
．
1
大気
中の 二酸
化炭 素 濃 度
を一
定
と し て水 酸
化カル シ ウム との
瞬 間 接 触
2
次 不 可 逆 反 応
の みを考
慮 す
る場 合
次
の解 析 経 過
に よ り，
定 数 項 を伴 う放 物 線 則
を近 似 的
に導 出
す ること が で き る［
基 礎 方 程 式
］
∂2Cai
∂
Ca
、〔
−
QQ く：じ≦0
）
・
…
『
9・
・
・
…
（
6
）
万
＝Dal
∂
x2
∂2
．
Ca
！∂
C
．（
0
＜x ≦δππ）
………・
・
…
（7
＞
＝
・
D
． ∂t
∂x2∂ZCbl ∂
Cbi
（
δrR ≦ x く 十〇〇）
・
・
tt・
・
…
（
8
）
玩
一＝
D
・ ， ∂x ・瞥
一
・。響
（
・・一
・．．）
………・
・
…・
・
…
（
・）
［
初 期 条 件 ］
t
≦0
−
oo ≦x
く0
：Ca匸
＝Cag ・
…・
・
…・
…………
（
10
）
0
く x 〈 十 QO・
：Cb2
‘ ＝Cb
。・
・
………・
一 ……・
（
11
＞
0
くx
く＋・
oo ：Ca
：＝0………・
……一
（
12
）
0
〈 x 〈 ＋。。 ：C
ρ ！＝O
・
………・
…・
…・
…一
（
13
）
［
境 界 条
件］
t
≧O
x
→−
oo：
Cal＝Cag・
・
t．
t・
・
・
…
−t・
・
・
…
一…
t−・
（
14
｝
x
→ 十QO ：Cbt
＝CbO・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（
15
｝
「
x
−
・ ・N
・
ur ・aee −一
・。警
一一
・。響
…・
…・
…………・
…・
・
・
・
…
（
16
）
コσ
一
・・一
・瑠
・一
・ 。9（
・。一
・ ・。）
・
…・
（
17
＞
x
＝
＝
8XR
：C
α2＝Cp2＝
0
……・
…
……・
…
…・
・
（
18
〕
∂Ca2
∂
Cb
！X
＝fiXR
：N
… er ・・ce＝一D
覦万
＝
D
・・万
一一・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
9・
・
・
・
・
…
一
・
・
・
・
・
・
・
…
（
19 ）
初 期 条 件
と境 界 条 件
を考 慮
し て，
微 分 基 礎 方 程
式 にLaplace
変換
を行
っ て無 次 元 濃 度 形 式
の解
を 求 め る と（
解
の導 出 過 程
につ い て は付 録 参 照 ） を 求
め る と，
次
のよ う
にな る。C
鷺
‘L1
一
舞
〉
踟
α ・・［
、濠
3
・ 、
撫
］
＋er
・・［
、濠
一
，撫
］
｝
一 ………・
……・
（
・。）
C
響
L
芻
｛
er
・・［
x−
O
』
R2VDEi］
−
er
・ ・［
D
』R−
x2VbEi
］
｝
・・≦・・く ・・R…・
一 ………・
・
・
………・
……
（
21
）
響
）
−
1
−
er
・・［
x
一
δ．R2VbEI］
…
R … 〈＋・ ・…………一 …・
・
……・
……・
（
22
＞
C
， 、（
x
，の
Dbst
C
、。＝
4T
：x＝
6
・
・
R… … ’
””’
〔
23
）
これ らの函
数
の濃 度 プ
ロ フ ィ ルを
Fig．
2
に示
す。
た だ し
，
δxR は，
次
の函 数方
程 式痔
α ・［
一
、浣
，］
…
〜
傷
…［
、撫
］
一 ・
硯
、睾
〉
鷹
］
…・
一 ・
・
一 ………・
…
（
・4 ）
の根
と して得
ら れ るも
の であ る。肪
・4 …
，撫
・ ・ の・合 …
・ ・
p
（
δ9
，4D
．t
）
・ ・一
、鍛
er
・（
（
、缶
）
畴
，島
で あ る か ら，
初期
近似
と して（
門
∈ 9 丶一
〇
∈｝
帽 O 写 雪 口り
口 OO一
〇
〇
〇
δ
rk
（
tl
）
δ 凪
（
t2
）
＋ oo
D¢
pt
庶rom eoncrCteSurfaee
Fig
．
2
Shematic
profiles
ol theprogress
of neutralization underthe two assumptions of constant concentratlon of atmos
・
pheric
carbondioxide
gas
and unsteady statediffusion
of carbon
dioxide
in
concrete accompan 重ed withinstant
ir
匸eversible caronat めn reactiQn with caiciumhydrox
一
孟
de
．
4
a
・R・鴛
一研
涯
霧
［
，篶
一
漉
］
a
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
《25
）
の形
の中 性 化 進 行
の速度 式
を導
くこと がで き る。 こ れ は定 数 項
を伴 う放 物 線 則
で，
近 藤
らの中性
化 進行
に 関 す る次
の実 験 式
10 ｝と一
致 す
る。（
DxR
十1
）
2＝
・ket− ・
…・
…・
・
………
（
26
）
す な わ ちコ ン クリー
トの中 性 化
進行
は，
次
の4
つ の式
で表
せ ること に な る。娠
三
κ。π
一z
（
t
。＝
（
1
／
h
。
）
t ≦t
；0
≦t
≦t
。，
OxR
＝
0 ）
・
…
（
27
）
融砿
蔬
［
2
C
Cb
．，〉
霧
］
・
・
・
…
（
・8
）
1
一咢
籍
D ・
秀
………・
一 一
（
・9
｝
こ こ で，ke
は，
中 性 化 進 行 速 度
を表
すパ ラ メー
ター
で あ り，CO2
お よ びCa
（
OH
）
，の初
濃 度
比C
。g／Cb
。，
CO
， お よび
Ca
（
OH
）
：の コ ン クリ
ー
ト内
の拡 散 定 数
D
。2，
Db
，，
表 面 平 衡 定 数
m
等
によ
り決 定 さ
れ，
こ の値
が小
さい ほど中 性 化 進 行
は遅
い こと を示
す。定 数 項
‘は，
総
括 物 質 移 動 抵 抗
icag
を介
して仕
上材
の中 性 化 遅 延 効 果
に関 連
し，
中 性 化
が進
行
す る前
の誘 導 期 （
t
。）
ま た は，外 挿
した 場合
の中 性
化 遅 延 深 さに対 応
する。
仕 上 材
のない場
合
は通
常
1
＝O
で ，原 点
を通
る放 物 線 則
に な る が ，仕
上材
の あ る場 合
は，
k
。 と1
の両 方
で中 性 化 抑 制 効 果
を表
すこと
にな る。
こ の定 数 項
を含
む一
般
的
な放 物 線 則
を利
用
し，物 性 定 数
やCO
、お よ びCa
（
OH
＞
2 の初 濃 度
に適当
な数 を 代 入
して計 算 す
ることに よ り，
コンク リー
トの中
性 化 進 行
に及
ぼす
CO
，濃 度
，
温
・
湿
度
，
コ ンク リー
ト の含 水 率
，仕 上 材 等
の諸 因 子
の影 響
を理 論 的
に評 価
す る こと が
で き る。
w
／
C
＝60
％の普 通
コ ン ク リー
ト
の屋 外
での中 性 化 進
01（
∈ ∈）
】
曇 昌 岩 目 ε 爲嘱
［
鐸
3Z0
48
L2 16 20 2ら 2巳 30 Tlm已 し （year） 。。
仁d。
。
． ；so： hyd・ati・
・
；・・
25。kgtml D8L■
0．
13Bcm21see
D。2
・
3．
5E−
5
。m21 ・ec Db2・
2，
5E−
LO・・
2ノ…
ロ−
e．
うCbO
・
L且OE−
4Ca（OH〕2皿
・
11c・
3 ka呂’
◆
＋四
Fig
．
3
1nf
且ロence of the concentration of atmosphericCO20n
the
progress
of carbonation on outdQQ 【・
exposed con−
crete．
〔
F 三 x5 鵞筥
」
δ軸
。
5α
Φ
oミ
1
瑠
cq1 °％ ア．
5％ 5％ 3％ 024681012 Timet
［mo［th） ee
：
etera ヒedC dltlon D
、
。
’
1・
°37E・
楠mZ伽・
亡h D＝
383∈＋3 ’mo冂
th●
し
Dゼ 3．
89 mm’
1・
・
onth D 。。＝
1・
10E・
7C・〔。H），
mel ノ ’づ
’
＝
1Fig
・
4 1n‘
luence
ofし
he
concentrationoI
CO
，gas
onthe
progress
Df carbonation of concre しe under acceleratedconditions
〔effects
of
acce しeration
of c
．
arbo 皿ation 》．
行
に対
して は，
単 位
セ メ ン ト量
250kg
／
m3 で水 和 率 を
80
％ と す る 場 合，
Fig
．
3
におい て，下 段
に示
さ れ る数
値
を設
定
す る と，
大 気 中
のCO2ec
度
が屋 外
コ ン クリ
ー
トの中
性
化 進
行
に及
ぼ す影 響
は か な り大
き く な る こ と が わ か る。
Fig．
4
は，同 様
に して，20
°
c
，
60
％
R
，
H
．
の状 態
で の促 進 中 性 化 試 験 を 想 定
し た場
合
のCO
，濃 度
の影 響
を示
し て お り，CO
，濃 度
が相 当
の 影 響 を持
つ こ と が わ かる。し
か し，実 際
に は，炭 酸 化 反 応
は，一
定
の有
限
速度
で起
こ り，
こ こ で仮 定
してい る瞬 間 接触 反 応
では ない こ と を考
慮す ると，
そ の促 進 率
は，
t
も う少
し小
さくなると 思 わ れ る。．
Fig．
5
は，
コ ン クリー
トの中 性 化 進 行
に及
ぼ す温 度
の影
響
を示
す もの である。
コ ン ク リー
トの温度
が増 大
す る にっ れ，
ア レニ ウス則
に従
っ て，
コ ンク リー
トの中 性 化
進 行
が速
く な ること を示 す
。 し か し，
CO2
の拡 散
とCa
（
OH
）
2の拡 散
の増 大
が や や相 殺 効 果
を示
し，
20
〜
50
℃ の温 度
の範 囲 内
で は，
温 度
の促 進 率
は，
それほ ど高 く
な〔
∈ ξ一
X＝
O爭
呱
N
齟
罵 彗中
Z一
〇
≡“
り
Oロ
C
≡
110E．
7C己
〔OH ）mdrmm：
diヨ
C叩
＝
？．
2TE二9CO 耐 ’，
守
k−・
coJaO■
1296E・
1 ’齢 bl 卩■
3．
S3E＋
3m聖
’耐 “） ‘2 ） ｛3） 〔4 ） 石 me ヒゆ叩
thlFig
，
5
1nfluence
of the tempelature ofthe
prog
爬 ss Qf carbona．
t弖on of concrete under accelerated conditions
．
0
0
0
0
0 0 0 8 6
4
2
（
日5N5
巳 噂5
箸 劇ヨ
8Z0
4 8 12 16 20 24 283e O・
03竃 CG2 0utdoor ； 80罵hydraにion ； c
“
：5ekg1皿3
D。
L−
0
．
138・
m2 ！・
・
c Da2−
3．
5E−
5・m2 ！・e・m
目
0．
5Ttme t （year）
CbO
・
「
1．
IOE−
4Ca（OH）2田 。1！c皿
3〔1） （2） （ユ｝ ⊂4＞ PARAMETER ； Db2 （L） ；％2
＝
z5 三一
Ucm2 〆8ec （2）；％ 2−
5．
OE−
n・
m2 ノ・・c （3） ゆ b2−
75E−
IL・・Z〆・・
c （4）iDb2−
LOE−
Le・m2ts ・c （5）
・Db．
2・
・
2・
5E一
且・・
囗
2〆・
e・
Hamada’
8’
law ； UIC罰
60鬼 t昌
ア．
2冗2Fig
．
6
1nfluence
of thebackward
diffusion
ofCa
（OH
） zfrom theinner
layer
of concrete（supressing effects of water
content of concrte ）
on
the
progress
of carbonation
of
outdoors
・
eXPQsed．
ら ないこと が わか る。コ ン ク リ
ー
トの含水 率
が ゴンク リー
ト
の中 性 化 進
行
に 及 ぼ す 影 響は，
は る かに著 しい。Fig
．
6
は，屋 外
コ ン ク リー
トの中性
化
進行
に及
ぼ す コンク リー
ト内 層 部
か らのCa
（
OH
）
2の逆 拡 散
の影
響
，
し た がっ て，
コ ンクリ
ー
ト の含 水 率
の影 響 を 示 す。
こ こ で，
Ca
（
OH
）
、の コ ン クリ
ー
ト中
に お ける逆 拡 散 係 数
D
，，［
c皿 e／
sec］
とコ ン クリ
ー
ト
の含 水 率
（
w［
％］）
は，
次
の形
の指 数
関数
で関 係
づ け ら れ る。
Dbr
＝
exp
（
0
．
0767528
w
−
25
：1797
）
・
…・
……・
（
30
）
Ch
（
OH
）
，の逆拡 散
が増 大
す るにつ れ，
したがっ て，
含
水
率
が高
く な るに つ れて，
中 性 化 進 行 速 度
を表
す係
数ke
の 減少
に よ り，
中 性 化
の進行
が遅
れる状 況 を
示
す。理 論 計 算
によ るこ の中 性 化 進 行
の状 況 と
， 日本
の屋外
コ ン クリー
トの中性 化 進 行
につ い て一
般 的
に成
り 立つ と さ CO』
501e T，
20
℃ tt 503001O
O30巨
［
X 匚 0ヨ
碍
套
」
岡
り甲
O ＝一
αロ
OFig
．
7
・
50 0246BIO12 Tame t（month ｝ 〔1）
「
k＝
2
．
590mmlmonth
B
＝
1．
5
ユ
げ 〔2
，：＝
2
、
590E
・
t
B
呂
15．
0
2 〔3）：昌
1．
813E−
1 日i21．
5 s 〔4
，：＝
1．
295E・
1 Bi30．
0く
InfluenCe
of sulfaCe mass transfer resiStance（retar
−
daUon
ef‘ects offinlshing
materia ［s）on theprogress
Qfconcrete under an accelerated condition （
CO
，
，
5
％；T
，
20
℃ ；R
．
H
．
6096
）．
month （1） 〔3｝t4
） 1冨
3．
89m2 ／m 出＝
383E
＋3mmTlr
t／れ る
浜 田
式 （
WIC
＝＝60
％
の場 合
に対 応 ）
n と を比 較
す ると
，
浜 田 式
は，
雨
の降
りか か る屋 外
の比 較 的 含 水 率
の高
い コ ンク リー
トの中 性 化 進 行 を 表 す も
の と解 釈
でき る。
Fig
．
7
は，
促
進 条件
下
で の コ ン クリー
トの中 性 化 進 行
に及
ぼす総 括 物
質
移 動 抵 抗
の影 響 （
仕 上 材 等
の中 性 化 遅
延 効 果
）
を示
す ものであ
る。
透 気 率
が小
さ くて，
厚
い仕
上 材
の場 合
には，
総括物
質 移 動 抵 抗
の影 響
が無 視
し得
ず，
定 数 項
t
に関
連
し て，一
定
の誘 導 期 （
t
。）
が増 大 す
る傾 向
が あ るこ と が わか る。
こ の仕 上 材 等
の中性 化 抑 制 効 果
に関
して は，次
報
で詳
し く報 告
するが，
Fig
．
8
に示 さ れ る よ う に，各 種
の仕 上 材
によ
る表
面
処
理 を行
っ たコ ン ク リー
ト
の促 進 中 性 化 試 験 （
30
℃，60
％R ．
H ．
CO
， ：5
％ の促
進 条 件 ）
の結 果
か ら，
コ ンク リー
トの中 性 化 進 行
が こ の定 数 項
を伴
う放 物
線
則
に従
うこと， また，Fig．
9
に示 さ
れ るよ う
に，17
年 経
過
し た鉄 筋
コ ンクリ
ー
ト造 壁
式 4 階
建 共 同 住 宅
で，
屋内
コ ン ク リー
トの中性
化 深 さが仕
上
材
の全 厚
に比 例
し て小
さ く なっ て い る とい う結
果
が得
ら れて い て，理 論 的 推 論
と一
致
し ていること が明
ら か になっ て お り， こ の非 定 常 速 度 論 解 析
の妥 当 性
の検 証
が得
ら れ てい るls）・
19］。
この
定 数 項 を伴 う放 物 線 則
は，
コ ンク リー
トの中 性
化進 行
の大 部 分
の状 況
を う ま く説
明づ け る。
2
．
2
．
2
大 気 中
の 二酸
化 濃
度
を
一
定
と し て，水 酸 化
カ ルシ ウムお よ
び 珪 酸
カ ル シウム水 和 物 ゲ
ル との2
つ の炭
酸
化 反応
を考 慮
す る場 合
Ca
（
OH
）
sの炭
酸 化 反 応
は，
C −S −
H
の炭 酸 化 反 応
に比
して十 分 速
く，
瞬 間 接 触 反応 と
み なす
こと
ができ
るも
の と す る。 また，C −
S
−
H
の炭
酸 化 反 応 は，CO
，の濃 度
に関
す る擬
一
次 反 応
とみ なす
こ と が で きるも
の と し，
C −S−H
の コ ン クリ
ー
ト
の中
での拡 散
は な く，
コ ンクリ
ー
ト内
の各
位
置
に局
在
し な がら炭 酸 化 反 応
が起
こる ものと
す
る。表 面仕
上
材
のない打 放 し
コ ンク リー
トの中性化
進
行
を対 象
と す る ものと すると
，
次
の微 分
基
礎 方 程 式
と初
期 条 件
お よ び境
界
条件
を設 定
する こと がで き る。
［
基 礎 微
分方 程 式 ］
．
響
一
・・ ∂！
睾
，
， ・一
…x
≦ ……・
一 …・
〔
31
）
∂tCat
∂
C
．− htCcoCaz
：0
≦x
く 十〇Q読
一＝
D
． ∂コc
・・
一 ………・
…一 ・
…・
…
（
32
）
響
一 ・ ・ ∂1
象
・・…x
＜…一 ・
……
（
33
）
響
一一h
、C
。・C
。 ！・・≦x
＜ ＋・・一 ・
・
……
（
3
・）
響
一編
・c。Cat
＋h
，・・・…
。・x
＜ ＋・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
∴
・
（
35
）
6
（
≡；
言【
尸
旦 ぞ ζ o ＝ 起一
塁 弓 Zf
，
9，
P
・
a τypeS。f
5ロfa
。已価 5 ｝血z圃 e 「ia且5 ◎ △O
o
矚
口
（） Φ
e
； ×Fig
．
8 Results
ef supp ［essiveeffects
of surface
finishlng
materials en the
pr
・gsess
。f
neutraliza しi
。n （rf
concreteby
accelerated carbona しion
tesing（30
°
C
，
60
％R
．
H
．
，
CO2
；5
％｝．
0 0 0 0 0 43
2 L
（
日EVk
石9
℃ 偶 O ， 琶 調ヨ
59Z 0 10 20 30 40TOta1 Thicknes8 0f F五ntshing
Materials L （ ｝
