Title
コンクリート中の鉄筋の発錆実験 その1−3ヶ月時と6ヶ
月時（その1）−
Author(s)
具志, 幸昌; 和仁屋, 晴讙; 伊良波, 繁雄
Citation
琉球大学理工学部紀要. 工学篇 = Bulletin of Science &
Engineering Division, University of the Ryukyus.
Engineering(15): 23-56
Issue Date
1978-03-01
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12000/27018
コンクリート中の鉄筋の発錆実験
その
1
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ヶ月時と
6
ヶ月時(その
1)
ー具志幸昌*
和 仁屋晴譲事伊良波繁雄*
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1. まえがき 沖縄県下の鉄筋コンクリート構造物は現在深刻な塩 1)~14) 得を蒙りつつある。 筆者等の調査 によると、 ート構造物の鉄筋の発銘による被'-.t{-が蔓延し、古い構 i貨物は勿論、ごく新しいものまで、 地域を間わず被!容 が生じづつあることが判明した。まことに憂慮すべき 状況にあると云える。 乙れの主原因には海砂や塩分を含んだ混練水の使用、 周闘をとりまく海水の直接・間接の疹透、 高温多湿の 気候等、 気候・風土・材料面の他、 コンクリートの低 品質や施工の不備等があげられている。 コンクリートの品質や施工上の不備は管理者側の管 理態制の 設備によって改善は容易にできるが、経済上・ 資源!・の理由から海砂の使用中止とか洗機後使用と云 う乙とや、海岸近くの鉄筋コンクリート構造物建設中 止など云う乙とは簡単に実行するわけにはいかない。 筆者・等の過去数 年にわたる研究は沖縄県下の実在す る鉄筋コンク リート構造物の被害調斎が主であって、 乙れにより鉄筋の魔食による鉄筋コンクリート構造物 の庖害の実態(範囲・傾向・特徴等)を知り、その原 因を追求する乙とであった。 そしてその目的をほぼ達 成できたものと考えている。 沖縄県下の鉄筋コンクリ 今回の研究はそう云う実態犯握にひきつづいて、そ の織な臨書を防止するにはどうしたらよいかと云う乙 とをみつけ出そうとするためのものである。 コンクリート中の鉄筋の発311やその防止方法につい ては現任までに多くの研究が行なわれ、発表されてい 15)~21) 。 乙れらの諸文献や筆~.・等の得 fこ体験によ ると、一般にコノクリ ート中の鉄筋腐食の防止方法と しては次の事項があげられている。 1. 水セメント比を小さくする。 2. 単位水量を小さくする。 3. 鉄筋のかぶりを厚くする。 4. ていねいな施工を行ない、施一L:上のひびわれや 欠点を作らない。 5. 塩化物を含む混和剤を使わない。 6. 海砂は水洗して食百五分を除去してから使う。7. 食塩分を含む混練水を使わない。 要工学編第16号)に行なうつもりでいる。今回の発表 8. 外部からコンクリート中に食塩分が入り込まな は発錆面積測定部分に関する事項l乙限っておく。 い様な指置 (消波工の設置、防潮林の設置、精進 実験は1976年8月から開始され、現在も継続中であ 物の外表面を不穆透性材料で覆う等)をとる。 る。なお実験は「実践計画法」にもとずいて実施した 9. 防錆剤を適切に使用する。 が、これは本研究の特徴の一つである。 10.許容ひぴわれ幅等を考慮し、荷重による梁のひ ぴわれ等を極力さける設計を考える。
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.
使用材料 ζれらの事項はいずれも有効な措置であり、 実行で きれば、鉄筋コンクリート構造物はすべて耐久的とな り、鉄筋が潟食すると云う事態も殆んど生じないと考 えられる。しかし上述の事項をすべて実施する乙とは 経費のかかる乙とであり、むつかしい。また海中や波 打際に造られる鉄筋コンクリート構造物では直接海水 と接するので、 上記事項の中の8.項などは実現不可能 である。 今回の実験は上記事項のうちから、材料・施工面fe 属する鉄筋のかぶり厚、水セメント比、防錆剤等をと りあげ、乙れらの事項が、コンクリート中の鉄筋の発 錆防止のために、どれだけ有効に作用するかをしらべ ようとしたものである。その他鉄筋の発錆を促進する 要因としての、環境条件や食塩分最も考慮の対象とし た。 上にあげた 3 つの防~lfÍ上の対策事項は比較的実行 も存易であり、経費もかからないので、それらが発錆 促進因了ーとの関連において有効に作用するととが実証 されれば、沖制県ドの鉄筋コンクリー ト構造物を耐久 的にするうえで人ー変役に立つものと考えている。 22) 現在、日本怨築学会の1
1:織書 によると、海砂の 許容合盗塁は0.02%であり、特別の措置を講じた場合 は0.1%迄はみとめられている。現在の沖縄県下の海 砂の合出量はーIUの乙い所で0.15%~0.3%程度で 14) .23)、まれには0.8%...._._.，~，-，-^ nn' ， _ " """ _-'> ，，"，_24) と云う鴛くべき値 に達す る乙ともある。乙の潟砂を水洗して0.1%程度におと すことは水事情の悪い沖縄県では不可能に近い。乙の 様な海砂をそのまま使っても、なおかつ鉄筋の発~~防 止ができる緩な経済的な手段が存在しているかと云う 乙とも今IBIの研究の円的の一つでもある。 今回の綴告はコンク リートfL鉄筋を埋込み後、3ヶ 月目と6ヶ月日での発釘量調査結果であり、 9ヶ月目 セメントは市販の製品であり、普通ポルトランドセ メントである。セメント専用船を使って工場から沖縄 本島I乙運ばれ、 島内のサイロ 1;:貯蔵され、袋詰めにさ れ販売されているものである。 実験室には大きな貯蔵 施設がないので、 2、3回使用分を一度に購入し、使 用に当っては強度試験を行ない、時々比重の測定を実 施した。 圧縮強度は311~378kgjcm2 の範囲内にあり、 平均は346kgjcm2であった。比重は殆んどが3.15であ った。 細骨材は那覇西方洋上にうかぶチーピシ島産の海砂 で、使用1;:当つては5mmふるい通過分を使用した。 今回使用の砂は数年前と異なり、比重は小さくなって おり、粒度も細かくなっている。粗骨材は沖縄本島北 部の本部半島産の古成層の硬質石灰岩砕石で、比重は 大きく、吸水量は小さい優良な砕石である。最大寸法 は20mmで5mmふるい銭留分のみを使用した。細・ 粗骨材の主な性震を表ー 1、表 2 K示す。 表-1 細骨材の性質 と1ヶ年自の調査も終了しており、追って発表する予 海砂は洗わないで使用したが、使用に当っては各所 定である。 3ヶ月日と6ヶ月目での供試体の中性化深 からサンプノレをとり、合塩量の調斎をした。その結果 さ、 ρH他、出分匿分布、比重・吸水量等の測定も行 は表 3に示す。海砂は使用前日leミキサーを使って つであるが、検討不十分であり、他所で行なわれた同 十分混練し、塩分が集中するととのない 様 に つ と め 様な実験との比較も筆者等の時間的ゆとりの関係もあ た。従って今回の実験では塩分量零と言っても、コン って行なってない。乙れらの発表は次回(琉大理工紀 クリート中には海砂に含まれている塩分は含まれてい26 コンクリート中の鉄筋の発錆実験、その
I
表-3 納骨材の合塩量 1I
2I
3I
平 均 月 日 1~4 0.0128 0.0133 0，.01290.0130。:昭8和月541年日 5~8o
.
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71 0.0086 0.0083 o.
∞
80 8月 6日一
一
9~12 0.0103 0.0099 0.0107 0.01038月11日 13~16 0.01060.01170.0110 0.01118月12日 17~ 2O 0.0158 0.0175 0.0161 0.0165 8月15日 21~24 0.0202 0.0204 0.0204 0.02038月17日 25~28 0.0205 0.0232 0.0219 0.0219 8月19日 29~32 0.0198 0.0186 0.0192 0.0192 8月25日 A 0.0295 0.0235 0.0248 0.0259 9月16日 B 0.0272 0.0314 0.0402 0.03309月22日 G.H.I 0.0302 0.0314 0.0333 0.0316 10月14日 る乙とになる。その濃度は表-3から推算すればコン クリー卜重量 I r.対して、 0.008~0.003%程度になる。 鉄筋は直径16mmと19mmの普通丸鋼を使用したが 始んどが後者である。約20cmlζ切断し、長さと直径を O.lmmまで、 重量を 10mgのオーダーまで測定した。 コンクリート中に壊込むときは電動式ワイヤーブラシ でみがき、番号を記入したo 1本の重量は420gから 430g程度であり、 抜取り検査の引張強度の平均は16m m鉄筋で44.6kg/m mz、19mm鉄筋で41.7kg/m mzで ある。 3. 実験計画 今回の実験は実験計画法にもとずいて行なったが、 L32 (231)表にもとずく実験I
e
，L g (34)実験 にもとずく実験I
とに大別される。 実験I
ではコンクリート中の担分量A、供詩体の暴 露条件(環境条件)B、水セメント比C、防錆剤添加 量D、鉄筋のかぶり厚Eの5つ を 悶 子 と し て え ら ん だ。水準は各々 4である。従って不完全実施となり、 交互作用はないものとして、因子の主効果の測定のみ を目的としている。即ち、これら5因子が鉄筋の発錆 にどの程度関与しているか、どの因子のどの水準が最 も発錆または防錆に効果的であるかを見極める乙とが 目的である。実際には交互作用があり、特ζl因子A、 D聞の交互作用は大きいものと忠われる。しかし、 A、Dの交互作用と主効果との交絡はない。 交互作用 は互いに交絡しているものが多い。各因子の 要 因 記 号、水 準 は 表 -41乙、実験計画のわりつけは表-5に かかげてある。 表-4 因子と水準(実験1) 因子 水 準 ￨ 1 2 3 4 ー 民 含 塩 量 A 0% 0.1% 0.5% 1.0% 暴 露 条件B 自 然 ふりかけ 半 浸 完 浸 一 一 水セメン ト比C 40% 50% 60% 70%山
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ぉ コンクリートの合指量の水準は沖縄県下の鉄筋コン 11) クリート機造物の調食の結果 からえらんだ値で、 まだ固まらないコンクリートを練り上げた時点での予 想重量 (配合より推算) I乙対して、その様な数値の合 塩量になる様1(.言j'i国したものである。従って各水準の 示す合tíTl{~査の値は名目上のものである。 水準2以上の 合塩:gは、鐙築学会の海砂許容合塩量の上限値から予 怨されるコンク1)ート1
1
1の塩分量よりもずっと多い。 水準2の ~J:f，;(tíJ;0.1%は一山の海砂の塩分濃度の濃い 万の砂からコンク ，)ート中にもちζまれる塩分量であ り、沖縄県下の実在の鉄筋コンクリート構造物の変状 (鉄筋の腐食によって、コンクリートにひびわれ、ふ くらみ、かけおち、鉄筋の露出等が生じているありさ ま)部から採取したコンクリート片試料の合塩量とし I，~_， _-+-_ H.ll) てはごく少ない方の値 である。水準3の0
.
5
%
と云 う出分監は海岸近くの鉄筋コンクリート構造物の変状 部の合塩抵の平均値l乙近い値である。 1.0
%
と云う水 準4の続分量は、間接波しぶきがしじゅうかかる構造 物の変状部のコンクリートの平均合塩量K
栂当 する 11) 。供試体の暴露条件または環境条件のうち「自然」 とあるのは、疏大土木工学ピルの屋上l乙打設時の上側 をそのまま上にして設置し、風雨・日光等にさらしで あるものである(写真一1参照)0 ["ふりかけ」とは 土木工学ピル雨側の材料情場の一部l乙暴露しておき、 それに1日1回、3時から4時の聞に3%の食糧水溶 液を如雨銭を使ってふりかけたものである(写真一2 参照)0401闘の供試体 K6011自のわりとした。「半浸」 とあるのはピニール製のたらいの中に、供試体を立て ておき、半分の高さまで、3
%
の食塩水l乙浸しておい たものである(写真一3参照)。食塩水は1週間1(.1 遍濃度を調査し、補給した。["完浸」とあるのは、大 写真一 1 自然状態の供試体の設置状況 写真一2 綴水ふりかけ供試体の設置状況 写真一3 完浸、半浸供裁体の設置状況28 コンクリート申の鉄筋の発鉛実験、その
I
写真一4 加熱水波供誠休の加熱状況 きなポリバケツの巾に供滋体を立てておき、3%の食 短水溶液巾K完全に水没させておいたもので、常時ふ たをしておいた。ふりかけ、半浪、完波の条件の供誠 体のコンクリートには、海砂からもたらされる塩分以 外は製作時κ
はtl!1分を合有させてない。水セメント比 は40%から70%まで4段階にえらんである。現在ある 構造物の水セメント比は70%から80%のものが多いと 考えている。防釦剤は市販品を使用し、実験I
での水 単は防鉛剤の種類を意味しており、実験I
で使用した ものは実験E
で01
と名付けであるものである。防311 剤の使用量の水準は実験I
では1が使用せず、2が1/2 銀総長、 3が標準虫、 4が標準誌の2倍である。標準 虫はメーカーの説明書で海砂使用を怨定して定めてあ る場合の規定量である。実験E
での防釘剤使用i!:の水 準はlが 1 /2t~ 司皇室、 2が標準呂、3は際4
皇室の21
告である。かぶり厚さの水準は1が1c附、 2が2cm、 3が3cm、4が5cmである。 実験I
では因子A
とBとをー諸にした組合せ法によ るわりつけを採用している。乙れは、「ふりかけ」、 「半以」 、 「完浸」の場合に製作時には食出分を含u' 乙とのない様に配慮したためである。 実験I
ではL3
2
(23
1
)
表にもとずく解析もできる し、32実験を前半と後半の2部分l
己分けて、L1
6
(2 15)としても解析できる織になっている。 実験I
は市販防釘剤相互の聞に効果11:差i@があるの かを知る乙とを主目的にし、その他、 実験Iと同じ く、防銘剤添加誌とコンクリート含甑還との防銘効果 上の関係とか、過去の実際の構造物の調査であきらか になった事実「断面が小さく日当りのよい部材の鉄筋 の肉食が烈しい。日照による加熱効果が乙れに大いピ 関与しているものと考えている」を災証するために加 熱効果等を知るために行なったものである。 閃予としては表-61乙示しである織に防311剤のfil)類 表-6 因子と水準じ起験R) 水 準1
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3 因 子 I • I 息詰剤の0
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の所でー諸11:説明 しておいた。応分f
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R
下の鉄筋コンクリート附造物の 中ではよく実刻されている含岩手誌である。0.2%はM
'
純 県の鉄筋コンクリート構造物の変状部誠料のうち、潟 岸と関係のないものの平均値IC近い他である。水準3 の0.8%は同じ場合の海水のしぶきをあぴる場合によ くみられる合加泣である。環境条件Rのうち IILI然」 は実験I
と悶じであり、 「加熱」とあるのは、供誠体 を一日一間f[L気乾燥撚の巾 11:入れ、500 Cに加熱して1 時間保ち、そのまま自然冷却した後、水道水片 q1:1時 Il~ 良部し、 取り出した後室内に放値したものである。 (写点4ー参照)加熱後水浸するのは、乾燥すると発 鉛反応が起らないと考えたからである。実験ではRの 水準3は1とよみかえて2水準κ
しである。 実験J[では水セメント比は65%、 かぶり~).は2c問と 一定にしてある。実験計画の各閣f・水司自のわりつけ は表ー7に示しである。 実験の1I民序は実験I
、E
共にW
(
作為11:定めてあり、. 表ー5と表一7にDt却しである。表 7 実験計画のわりつけ(実験n) !防錆種剤使防錆剤の 合塩量~I 事s条ミえ 件F時戸 Nn の 類 用 量 実験順序
o
p Q R 01 1~標 1
0.051自 然 15ぽ ) 01 1 標 1 0.2 1加 熱 12 ω 01 1 2倍標 1 0.8 1自 然1 9 (I) 02 1~標 1
0.2 1自 然16 (F) 02 1 標 1 0.8 1自 然 1 7 (G) 02 1 2倍標 1 0.051加 熱 13 (C) 03 1~標
0.8
I加 熱 I4 (D)iω￨
自 然 I8但 ) 03 1 2倍襟 1 0.2I
自 然 11 ω 印をつけ、女印に向って左から若い番号の鉄筋を配置 し、発錆量測定のために取り出す時混同のない様lこし た(公印は脱形後、供試体上面l乙番号を記入するさい まちがいの起らない様チェックしである)。 コンクリート打ち前日に骨材の準備をし、合水量の 測定をし、ぬれ布を骨材平年掃にかぶせておき、水分の 蒸発を防ぎ、官日はただちに使用した。ミキサーはロI
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ミキサーで、 一回の練り分は 50~551 であり、一つ の配合の供試体は10~ 12i
岡であり、同じ日に製作し た.コンクリー卜は2層にわけで詰め込み、夫々60回 4. 供試体の製作 供試体は幅20cm、高さ12cm、長さが30cmの直方体 で、これに長さ20cmの鉄筋を水平に平行させて上面近 くに埋込んである。型枠は木製で、ボルトで締め付け、 数回使用できる様l乙工夫してある。鉄筋が所定のかぶ りを確保できる様にするため、定規をこしらえ、上か ら押し込む方法を使った(図-1参照).この方法は 鉄筋のかぶりを確保するにはやや不確な方法であるこ とが、後に鉄筋をとり出す時l乙判明した。また鉄筋が 上面に近い所l乙位置しているため、ブリージング水が 鉄筋の下側にたまる傾向が生じ、これが水隙となり、 鉄筋の発錆を促進する結果となっている。後の発錆量 調査のさい、かぶりの如何にかかわらず、鉄筋の下面 の方が常に上面より発錆而積が多いことが判明した。 鉄筋の配置は図 11乙示しである様l乙型枠に大(屋) かぶり下一寸 j予 さt一一」﹃
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かぶり確保刑定規 鉄筋 図-1 程突き俸を使って締め固めた。 10x20cmの円柱供試 体も同時に製作し、初日目l乙圧縮試験を行つである。 またスランプや空気震の測定もコンクリート混練時に 実施しである。5
.
実験方法一般 (1)試料の準備 まず各供試体は製作後室内に4週間放置し、それか ら各暴露条件に対応する様l乙既述の各種の処置をほど30 コンク リート中の鉄筋の発錆実験、その
I
乙した。供詩体は製作目から数えて4ヶ月目 (室内養 生の4週を除くと3ヶ月目なので、以後3ヶ月供試体 とか、 3ヶ月日の発錆量調査とか呼ふ‘ζとにする)と 6ヶ月目l乙コンクリートを割って鉄筋をとり出し、発 錆面積を測定した。1週間に1遍のわりで見廻りを行 ない、表面にひびわれ等が生じていないか等をチェッ クした。ひぴわれがあるものについてはスケッチをと り、写真の撮影も行なった。 6ヶ月迄の関fC10個程の 供試体にひびわれがみとめられたが、乙のうち大部分 はかなりはじめの頃から存在し、鉄筋の発銭・膨張の ために生じたひびわれと言うよりも、プラスチック収 縮ひぴわれとみなされるものである。乙の様なひびわ れがあっても、特l乙発錆面積が多いと云う現象はなか った。実際の構造物でも曲げひぴわれ等はよくみかけ るが、乙の附近の鉄筋が特にひどく発錆している様子 は観察されなかった。 (2)発錆面積の測定 供試体l乙埋めこんだ鉄筋を取り出すためには、コン クリートの引張強度試験の時と悶じ様に割裂を行なっ た (図 2参照)。取り出した鉄筋は埋め込んだ位置 図 2 の上函と下面両側から写真をとったが、発錆の状況が よく判る様にサインペンで錆びた個所を縁どりしてあ る。発錆状況の写真の例を写真5~8K示す。写真を とり終った鉄筋はポリエチレン紙を巻きつけ、錆びた 部分をうっしとり、 乙れを鉱げて、さらにlmm自の 方眼紙l乙写した。発錆した部分I乙含まれる方眼紙の日 数を数えて発錆面積を求めた。発錆面積は供試体中で おかれていた状態での上、下函別々に求め、合計しで ある。なお割裂した供誠体のうち、鉄筋を含んでいる 方の残片は、欠けた部分に新しくコンクリートを打ち 足し、約3日後K再びそれぞれの環境に戻した。 写真一5 3ヶ月後の鉄筋の発的状況(笑験番号12) 写真 6 6ヶ月後の鉄筋の発釘j状況(実験再子号12) 写真一7 3ヶ月後の鉄筋の発lrl状 況 (実験蒋号16)ンクリート中K渉透する速さを求める乙とにも興味を もったからである。さらに「自然」供詩体も乾燥によ り頃分が次第に表而t己主f!巾する乙とが予想されたため でもある。 塩分量測定誠事
l
は段初ハンマーでくだき、その際組 骨材をとり除いた。乙れは粗骨材の吸水量が小さく、 乙の中』乙含まれる底分はモルタノレ部分K くらべて非常 に少ないので、乙の粗骨材が多く入っている読料と少 ないものとでは担分f誌の測定値に有意な差がでると考 えたためである。粗'庁材を除いた粗い試料を乳鉢 K移 し、粉末状になるまでくt!いた。粉末状試料は24U寺問 写t
¥
-8 6ヶ月後の鉄筋の発釘状況(実験若手勺16) 乾燥後、一定訟を測り取り、蒸溜水を加えて加熱し15 分間沸騰させた。蒸発した持制水を補給(宝冠で)し (3)含塩量の測定 てP紙で乙して後、硝酸銀を使って滴定し、塩分誌を 創裂した 1J~;制本のうち鉄筋を含まない部分(約1/3 算出した。塩分量はモノレタノレ部分の重量K対するパー に相当)は細分して合庖丞を測定した。乙れは混線時 センテイヲで表わしである。従って実験因子の底分Z 聞を長くしても邸分はコンクリート巾にー織に分布す の名目上の水準に示してある極分量とは基準が途うの る乙とはあるまいと与えたからである。実際の構造物 で注意してほしい。なお極分量は3つ以上の測定値の 巾の邸分も数cmはなれていても、かなり塩分量に相 平均で示してあり、測定値の差が大きいものはくり返 溢がある乙とが多かった乙とから思いついたわけであ し試料製作からやり直した。 る。また半以・完~~・ふりかけ等の供E試体では勿論頃 合錆量測定;試料の納l分のしかたは図-3に示してあ 分広が一段lζ分布するわけはなく、担分が表面からコ る。ふりかけ、 完良、 自然の供詩体は割裂した事!~筋部 -H . L ﹁ 図-3 2摺 2閣 4四 4欄 2"， 分の約1/4を比m
・吸水量・中性化深さ .pH値等の る。 測定川のためとり除き、 残りの部分を図 -3の1~8 半浸供詩体については吏に細分して含塩塁の測定を 部分と 9~161惚分に 2 分し、さらに各若手号付けした小 したが、詳細は次節ILゆずる。 部分l乙コンクリートカッターを使って細分した。 (4)pH 値の測定 滴定にあたっては、硝酸l N溶液を議持i
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に ρH値の測定は今回の発S
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試験の主目的ではないが、 うすめたもので、巾性化した。 ζれはアルカリ性が強 含塩量測定のため製作した試料の一部を使って測定し いと、誠料桜の変色点がはっきりしなくなるからであt
.
こ。粉末状ILくだいた含盗盤測定試料を24時間乾燥さ32 コンクリート中の鉄筋の発錆実験、その
I
せた後、2.0gを計量し、50ccの蒸潟水を加えて1日放 置させた後、デヲタル式pH
メーターを使ってpH
値 を測定した。 粉末状の試料を24時間乾燥させたとき、 空気中の炭酸ガスと反応して、中性化が進行するので はないかと考え、乾燥させない粉末試料についてもρ
H
値を測定し、比較した。また乾燥読料を蒸溜水に とかしてから、塩分量測定試料と同じ様fLl5分間煮沸 した後のpH
値も測定した。いずれの値がよいのか、 結論は出してない。 l~ 図-4 隣 h W 4 守宅 里 司. ~ 司. -R h u マ 10 20 '"分PH l~ 11 12 日 一 ] H 一 時 一日 出 一 口 一 児 19 図-5 3 ca .1.6摺 3'" U~ 半浸供試体については少し別の訊料の作り方をして ある。まず割裂した供試体のうち、無筋部の113
部 分の側面からlc附厚で図-4の様l乙切断する。 乙の1 cm厚の部分は比重・吸水量・中性化深さ等の測定用に むけ、残りの部分を図 5の様K細分して、奇数番号 細分試料について、他の供試体と同じ様な手順でρH
(直を測定しTこ.合塩量の場合も同じである。 (5 )中性化深さの測定 中性化深さはフェノ-)レフタレインの1%アルコー ル溶液を使って測定したものである。試料の作製は自 然・ふりかけ・完浸誌料については (3)項で述べた 部分について、半浸試料については (4)項l乙述べた 偶数部分について行なった。 (6 )比重および吸水量の測定 中性化深さ測定を終った試料について、粗骨材の比 重・吸水量試験 (J1 S A 1110)にならって、 比 重・吸水量の試験を実施した。 どとまで乾燥したらよ いかと云うこともあって、コンクリ{トの比重や吸水 量の測定を行うζとは色々と問題があるのだが、筆者 等が行った一連の実在構造物の耐久性調査でも、採取 したコンクリート片試料について同様な試験を行なっ ているので、比較・検討するために実施した。ただし 試料は大きいので、5日間水中fr_完浸した後、乾燥器 の中で3日閲 1100Cで乾燥した後測定を行なってい る。 以上、 (1 )を除いて5項目については3ヶ月(名 目上)と6ヶ月との2固にわたって、試料を作製し、 試験を実施している.6
.
実験結果および考察 まえがきの所で述べた様に時間の制約から、実験結 果のデーターから、主要部分の鉄筋の発j'1l面積測定結 果のみをとり出し、それの解釈・考察，r_しぼってあ る。他の事項については次回に第2報として発表(琉 球大学理工字部紀要工学編第16号、1978年9月)する 予定である。6
.
1
実験I
の考察6
.
1
.
1
・総 説 実験Iはコンクリート中の鉄筋の禽食，r_軍大な影響 を及ぼすと考えられている塩分室、 防・ ~I'l剤添加量、 水 セメント比、かぶり厚等が実際にどの織な効果をもっ ているかを解明しようとして計画されたものである。 もっと具体的に言うと、コンクリート中に邸分が脊制 している時、上にあげた諸国子を有効ζl利用すれば鉄 筋の腐食を防止できるか或は発品j速度をおそくすると とができるかと云うζとを担分量との関連において知 りたかったわけである.また環境の影響 (潟rtrとか海岸とか云う立地条件の影響)もどの程度発鏡速度に影 響を与えるかと云う乙とを具体的に知りたくて計画さ れたものである。 実験
I
は実験計画法の32回実施のLa2( 231 )表* にもとずいて計画が立てられている。 3.で述べた様 l乙、塩分量と環境条件とを組合わせて一つの因子みた いに取扱い、前半は塩分量因子は4水準、後半は2水 準となっている。環境条件の方は前半は「自然」の 1 因子のみで、後半は4因子が現われる様にしである。 そのために実験計画のわりつけ表では3列を使つでい る。水セメント比、防錆剤量、かぶり厚の方は計画表 の2列を使う普通の方法で 4水準をわり当ててある。 詳細は表ー8を参照されたい。 データーを解析するさい、 32回実施全体としての分 散分析ができるほか、前半と後半とにわけで、それぞ れ16回実施のLI6(215)表にもとずく実験として、分 散分析も可能である。実際の解析も両方で行なってい る。表-8の各国子の水準の説明は3.で述べてあるの 表-8
実験I
の実験計画表及びデーター(発錆函積) 実 験 番 号i
i
F
l
s
(2) (4) データー、発錆面積 (xI0-1C111) 崎時
。
￨計1
￨ 計 3ケ月 6ケ月 1 1 1 1 1。。。
64aお制83洲1i 2g41B8 2 oS。
1 4。
2 6 2 2 2 2 55 3 37 101 3 7 3 2 1 210 236 247 244 793 4 12 4 1 2 157 152 117 日 525 5 23 3 1 3 2 80 24 8 112 37 72 85 194 6 16 4 2 4 1 102 156 246 504 127 237 324 6 1 7 14 1 2 3 4。。。。 。。。
8 27 2 1 4 3。。。。
7。。
' 一 、一‘.・降 9 24 3 3 2 389 165 10 4 4 4 1 78 92 127 79 ; 251' 231 11 18 1 4 2。。
1 4 4 1 9 12 22 2 3 1 4 1 1 77 122 41 95' 121 .148 13 19 1 3 4。。。
。。。。
14 31 2 4 3 56 58 34 46 59 39 144 15 11 3 4 4 192 94 147 155 86 255 、 449706 16 32 4 3 3 106 前 102 117 174 ' 179 17 25 7 2 2 0.3 0.4 3.5 0.7 0.6 5 18 8 8 1 1 74 312 44 291 333 部8 19 29 5 1 2。。
01。。。。
20 2 6 2 1。。
。
i 6 0.2 6.51' 7 21ω
5 2 4 1。。
。 。。
0 0 22 21 6 1 3 2。。
。 。。
23 13 7 1 4 3。。
。 。。
。
24 10 8 2 3 4 194 274 680 341 329 921 25 9 5 4 1 2 ! 20 10 6 36 381 1133 1g2 字訓倒;
1
'
'
d
i
26 15 6 3 2 1 1， 41 27 104 172 27 3 7 3 1t
i
!
。。。。
o 0 01，" 0 28 20 8 4 2 3i
134 261 183 578 114 288， 1101" 512 5203; 29 5 7 4 3 1 0.7 1.8 0.3 7ω
28 8 3 4 2 170 177 173 100 178 31 17 5 3 3 3。。。。 。。
32 26 6 4 4 4 0.4 12.4。
13 8。
要 A B C D E 言十 6794 計 7395 因 含塩 環境水ン 鍔 剤 紡 か 量 子因 セト ぶ 名 と メ 比 量 り *例えば奥野・芳賀共著、実験計画法、培風館等を参照せよ。 白 、 、 ，・34 コンクリート中の鉄筋の発錆実験、その
I
表-9 実験I
の前半部のわりつけ表 で省略するが、表ー8において、因子 A Bの水準で、 1から4迄は環境条件はすべて「自然」で、合塩量A の水準を示している。また後半の水準5、 6、 7の合 塩量はすべて名目上零であり (Al水準)、 AB水準 8 だけは塩分量 (0.5%)、環境条件は自然であり、 A B 水準3と全く同じである。 A B水準5は「ふりかけj、 6は「半浸」、 7は「完浸」である。 以下考察は3ヶ月と 6ヶ月とに大別し、さらに前・ 後半16回実施、全体の32回実施と細分し て 行 っ て あ る。6
.
1.2
実験I
、3
ヶ月目の場合 〈前半認の考察〕 表-8で実験番号1から16迄の前半のデーターを使 ってL16(215)表の実験として分散分析を行なう。 乙のきいのわりつけは同表から表-9の様になる。 L 32(
2
31)の場合とは列番号がちがってくる。乙の際 環境条件は因子から除外され、 極分量A、水セメント 比C、防錆剤量D、かぶ、り厚さEの 4因子の 4水準か らなる実験となる。勿論、主効果のみの測定を考えて、 交互作用は考えてない。乙の場合の分散分析表は 表 -10として示しである。乙のさい分散比Fの検定にどの 誤差を使うかが問題となる。 全平方和STから処理平方和SACDEを引いたSe2か、 STから (SA+ Sc +SD+SE)をさしひいた Se3を使うか、さらに SACDEから (SA+SC +S D+SE)をさしひい たS引を使うかと云うととになる。表一101乙は一応3 者で検定した結果を併記してあり、 今後の分散分析表 もすべてその様にしである。 e2とe3はどちらを使って
￨認川
(8)時
ω
申
((92))時
。
(4) データ戸 D E 3(和)ヶ月 II
~(和)ヶ月 1 1 1 1 1。
。
2 2 2 2 2ω
101 3 3 2 1 3 693 793 4 4 1 2 4 426 5お 5 3 1 3 2 112 194 6 4 2 4 1 504 6槌 7 1 2 3 4。
。
8 2 1 4 3。
7 9 3 3 2 1 866 834 10 4 4 1 2 240 231 11 1 4 2 3。
9 12 2 3 1 4 278 148 13 1 3 4 2。
。
14 2 4 3 1 148 144 15 3 4 4 4 433 496 16 4 3 3 3 274 470 和 4034 必40 も結果においては大差なく、平均値差などの検定IL当 ってはe3を使つである。 分散分析の結果は因子A、 C、D、 E共に1%以下 の危険率で有意となっている@乙の場合問題になるの は交互作用である。元々、実験計画を立てるさい交互 作用の測定はしないことにしたのだし、そして L32 (231)実験のときは、交互作用があると考えた因子 A、D聞の交互作用は各因子の主効果とは重ならない 様IL計画を立ててある。しかし、全体を2分した解析 では乙の交互作用が主効果E、Cと交絡してしまって いる。以下各因子の影響について説明していく。 (1)塩分量Aの影響 a) どの誤差分散をとっても 1%水準で有意となっ 25) ており、各国子の効果の比較の基準ともなる寄与率 も50%を乙えており、発錆l己最も影響を与える因子で 表-10分散分析表(実験I
、3ヶ月、 前半) 因 ￨自由度￨ 平方和 SI
分 散v
l
分散比F11分散比F1￨分1
変 動 (el)I
(e2) 全 体 T 47 411，剖9.92 塩 分 量 A 3 223，321.58 74，440.53 18.14* 47.14事事 水セメント比C 3 40，497.41 13，499.14 3.29 8.55車場 防鋳剤添加量 D 3 32，438.41 10，812.80 2.63 6.85惨事 か ぶ り 厚 E 3 52，803.08 17，601.03 4..29 11.15ホ事 巴1 3 12，313.41 4，104.47 2.60 e2 32 50，536.∞
，1576.25 e3 35 62，849.44 ，1795.70註 Sel=S(ACDE)ー (SA+SCιSD+ SE)
Se2=ST-SACDE
Se3=STー (S'A+SC +SD+SE)
な ￨寄与率 % % % % % 0 6 7 6 8 内 δ a u G U 唱 A T A F h d ' E 晶 合 - T 也 E T 占 E T -T -E T -T 占 置 T 也 a T F h u の 4 n G A U A 日 d a T 0 0 η L
あると云うよりは鉄筋の発錆にとって支配的な因子で ある.担分量がますと、発錆面積は飛躍的にふえる が、それは水準3までで、塩分量の最も多い(1.0%) 水潜4では発錆量は多いが、かえって減っている。そ の理由はっきとめてないが、供試体製作上の問題(突 き固め不足や、プリージング等のため、鉄筋に接して 空隙ができている乙と)なのか、表面からの空隙等で 酸素供給が容易であったためか(水準3の供試体につ いて)、或は塩分量はある一定限度を乙すと却って発 錆はしにくくなるのか、と云う様な乙とがあげられ る。供試体の塩分量の入れまちがいと云う様な乙とは コンクリート中の極分量の測定から否定されている。 b) 表-l1K各水準の平均発錆函積と平均値差を示 しであるが、 tー検定すると、 AlとA3、A4筒、 A2 とA3閥は 1%以下の危険率で有意差があり、 A2とA4 聞には5%以下の危険率で有意差がある。 A3とA4聞 は10%以下の危険率でしか有意差はない。 表-11塩分量の効果(実験
I
、3ヶ月、 前半) 1_______九__-__--之水準 [ ^ - ^ - ^ -7・r 1 Al 1 A2 1 A3 1 A4 発錆函積合計※I
0I
必6I
2104I
1444 平均値の差 ※ (x 10-1Cll1) c) 塩分量と他因子との聞の交互作用をみるために 図-6を作ってみたが、乙の図からは交互作用ありと 26) 言うことになる 。 d) 極分量が名目上零の場合(水準 1、実 際には 0.01%足らずの塩分が入っている)は3ヶ月現在、鉄 筋の発錆はないが、水準2になるとはや 3ヶ月で錆が 生じている。水準2の担分量は日本建築学会の海砂含 塩量の許容上限値の約3倍の値であるが、那覇市内中 学校校舎の変状部試量の含塩量の平均値の約 1/2の 量である。この程度の塩分集中は沖縄県下の鉄筋コン クリート構造物ではどζでも生じているものと恩わ れ、現実の鉄筋コンクリート構造物のひどい変状は当 然と言えよう. e)担分量水準3(0.5%) のとき最もひどい発錆が 生じている.0.5%と云う含極量は波し~きを時々あ ぴる様な構造物のコンクリートの値で、現実の鉄筋コ 発 錆 面 積 A 口 言 十 口h 100.0 80.0 (c胡)40.0 発 錆 却.0 0.0 d l∞
.0 80.0霊
前
0 2込 口 言 十 (Clfl)40.0 発 錆 20.0 0.0 d 100.0 80.0星
回
0 A 口 計 (c.品)40.0 20.0 0.0 1 2 3 4 塩分量水準 C2(50%) 1 2 3 4 癌分量水準 1 2 抱分量水準 図-6 発錆面積合計(実験1.3ヶ月，前半)36 コンクリート中の鉄筋の発鏑実験、その
I
ンクリート構造物でも、その様な立地条件の時、ひど い損傷が生じている(那覇市若狭住宅の大部分、羽地 奥羽構、題屋小・中学校等)。 f) 極分量水準 4の 1 %と言う値は波しぶきがひん ぱんに当る様な構造物の含極量であり、そう云う立地 条件のもとでも特に担分が集中している個所の実現債 である。現実の構造物は勿論ひどい被害をうけている (国頭中学、奥小・中学校、旧佐手橋、旧辺野喜僑等 多数)。乙の実験では水箪3の場合より発鏡面積は小 きくなっているが、まだ実験例も少ないので、もう少 表-13防錆剤添加量の効巣 (実験I
、3ヶ月、前半) I D1 I D2 I Da I D4￨
¥
芝
町
1 1 l 明I 平 均 値 差 し実験例をふやしてから結論を下したいと考えてい b) 防鈴剤添加量をふやすと、発鈎商積は減る傾向 る。 にあると言える(表 -12の Dl、 D2とDa、 D4グルー (2)水セメント比Cの影讐 プの比較)。 a) 水セメント比が大きくなると発銭面積が増える c) 塩分量が少ない時 (A2水準まで)、防錆剤をふ 傾向は3水準までははっきりしている。しかし水セメ やすと(水準4)効果はある様である(表-14参照。) ント比の最も大きい 4水準 (70%) では発錆函積はぐ っと減っている。乙れは先述の様に因子AとDとの交 表ー14塩分量効果と防錆剤添加量効果との 互作用が交絡しているからかも知れない。 2元表(実験I
、 3ヶ月、前半) b) Cの各水準の平均発鏑面積を求めると、C1 と C2， Ca聞に 5 %以下の危険率で有意差ありと言う乙 とになっている(表 -12参照)。 c) 水セメント比が40%から 50%になると発錆量は 2倍以上になり、急激にふえる。 60%になるとさらに 表-12各因子各水準の発錆函積の合計 (実験I
、3ヶ月、前半) A C D E 1。
538 1211 1518 』一一一一一一一晶 2 486 1257 1352 412 一 一叩ー 3 2104 1418 534 967 4 1444 821 937 1137 上の数値は発錆面積 (x10-1 CIs) 20%ふえている。 70%になると急激に減っているが、 水セメント比を小さくするととは、発錆塁を減少させ るには効果があると云えよう。しかし、 40%以下の水 セメント比にしないとあまり効果がないと言うことに なる。 (3)防錆剤添加量Dの彫響 a) 分散分析では危険率1%以下で水準聞に有意差 ありとなっているが、平均差についてのtー検定では D2とDa閥、 D1とDa聞に5%以下の危険率で有意差 ありと言うことになっている(表 -13参照). D1 D2 Da 計 A1。
。 。
A2 278 60 I 148。
486 Aa 693 8伺 112 433 2104 A4 240 426 274 504 1444 計 1211 1352 534 937 4034 d)塩分量の多い時 (Aa水準以上)、防鏑剤添加の 効果はない(表 -14参照)。 e) 防鈎剤は塩分量IC.応じて添加量をきめなくては ならない。例えば極分量水準2(0.1 %)で添加量水 準4(標準量の2倍)では効果あっても、それ以下の 添加量では発錆を抑えることができない。しかし極分 量が0.1%以上になると、添加量水準4でも効果はな くなる。塩分量がふえた場合、防鈎剤添加量はふやさ ねばならないが、中途半端のふやし方は、かえって発 錆を刺戟すると云うζとも表 -14からうかがえる。 f) 塩分量水準2 (極分0.1%)つまり、海砂換算 0.3%位で、沖縄県下の普通の海砂で塩分集中個所で よくぶつかる塩分量のとき、防錆剤メーカーの標準値 を加えても発錆を防ぐことができないと言う乙とは注 目11:値する。 (4)かぶり厚Eの影書 a) 分散分析では1%以下の危険率で水単聞に有意差ありと云うζとになっており、平均値差についての tー検定でも、 E1とE2間は1%以下の危険率で、 E2 とE4聞では5%以下の危険率で有意となっている(表 -15参照)。 表-15 かぶり厚さの効果(実験
