コンクリート施工と環境評価への挑戦

鉄筋コンクリート建築物の塩害

室蘭工業大学大学院

くらし環境系領域

濱 幸雄

塩害等による構造物・環境影響に関するシンポジウム「社会インフラの維持管理のために」

講演の内容

• コンクリートの耐久性

塩害のメカニズム

• 塩害の種類と被害事例

内在塩害と外来塩害

• 飛来塩分について

飛来塩分量の推定方法 長崎県端島（軍艦島）における事例

• 飛来塩分に対する対策

高耐久化仕様・塩ビサイディング・アクリルゴム系塗膜 日本建築学会JASS5.25節の規定

コンクリートの耐久性

コンクリート構造物の耐久性

気象作用、化学的浸食作用、機械的摩耗作用、その他の 劣化作用などに抵抗し、構造物に要求される力学的なら びに機械的な性能を長期にわたって保持しうる能力

耐久性を損なう劣化原因

１）化学的なもの 塩害 中性化 化学的侵食 アルカリ骨材反応、など ２）物理的なもの 凍害 すりへり作用、など ３）複合劣化

コンクリート内部

への塩化物イオ

ンの浸透状況

（EPMAによる分析）

塩化物イオンは，コンク リート表面から細孔を通じ て内部へ浸透・拡散する。 駆動力は，濃度差および 水の移動などである。

コンクリート中への塩化物イオンの浸透・拡散

コンクリート中の細孔を通って Cl‐ _の浸透 セメント水和物によるCl‐_{の化学的な固定化} フリーデル氏塩 (C₃A･CaCl₂･nH₂O)の生成 可溶性塩化物のコンクリート中への拡散 可溶性 Cl‐ _{が鉄筋周辺まで達しその量が許容値を} 超えると、鉄筋腐食が始まる。 海水、海水飛沫、 融氷塩

塩害によるコンクリート構造物の劣化過程

コンクリート (pH‐12.5) 鉄筋 不働態被膜 _{不働態被膜の} 破壊 塩化物イオン 腐食生成物 （体積変化） 水 O₂ ひび割れ 剥離・剥落

塩害

コンクリート中への塩化物の浸透

Cl ‐ 濃度 コンクリート表面からの深さ (x) t₁ t₂ t₃ t₁ < t₂ < t₃ : 構造物の材齢 方程式の解               Dt x erf C C 2 1 0 C₀: コンクリート表面のCl‐ 濃度 x C D t C 2 2      C: 深さx、時間tにおけるCl‐ 濃度 D: 拡散係数 フィックの拡散方程式







d

e

s

erf





s  0 2

2

)

(

コンクリート中の鉄筋に対して コンクリート質量比で0.05% のCl‐量

=

使用セメント質量比でセメント0.4% のCl‐量 or  コンクリート１ｍ３_{あたり1.2 kg/m3 のCl‐ 量} コンクリート中のPC鋼材に対して コンクリート質量比で0.025% のCl‐ _量 使用セメント質量比でセメント0.2% のCl‐量

=

許容塩化物量

カソード アノード カソード 不働態皮膜 鉄筋 海塩粒子，海水 コンクリート さび Fe(OH) ２ Fe2＋ Fe e－ _e－ OH- _OH -H2O Cl- _Cl -Cl- _O2 H2O H2O H2O O2 O2 O2

コンクリート中の鉄筋腐食機構

外部からの塩分浸入による劣化進展曲線

鉄筋節点:コンクリート節点=3769:44326 総節点数48095 ひび割れ節点数 3583 ：コンクリート内部節点 ：コンクリート表面節点 z y x ＜ひびわれ進展図＞

塩害の種類と

被害事例

塩害の種類と

被害事例

塩害の原因（塩化物イオンの存在）

1. 海砂や混和剤等から練り混ぜ時に混入する場合(内在塩害） ＊ 日本では20年前に内在塩害が社会問題となった。 対策として，1986年に塩化物総量規制で，コンクリート中の塩化 物イオン量が0.3kg/m3以下と定められた。 2. 海水滴や飛来塩分，凍結防止剤によるもの（外来塩害） ＊現在においては外来型塩害による事例が多数報告されている。

内在塩害の事例

（除塩されていない海砂使用による）

外来塩害の事例

（飛来塩分・飛沫による）

鋼橋の塩害による落橋

*辺野喜橋(無塗装仕様の耐候性鋼道路橋)は全長35m，全幅6.5mで，昭和56年 に供用を開始し，約28年後の平成21年7月15日に腐食劣化が原因で崩落してい る(平成16年より全面通行止め)  *著しい腐食の原因は，無塗装仕様の耐候性橋梁の適用可能地域の目安であ る0.05mddをはるかに超える飛来塩分量によるものとされている *下里哲弘，村越潤，玉城喜章，高橋実：腐食により崩落に至った鋼橋の変状モニタリ ングの概要と崩落過程‐崩落から見える地方の橋梁維持管理の実態‐，橋梁と基礎， 2009年11月号ｐｐ.55‐60． より引用 鋼橋の塩害による落橋の連続写真*

鉄筋腐食 量 ひび割れ発生 腐食量 内在塩害の場合 外来塩害の場合 内在塩害： 外来塩害： 進展期 潜伏期 進展期 加速・劣化期 加速・劣化期 経過時間 鉄筋腐食 量 ひび割れ発生 腐食量 内在塩害の場合 外来塩害の場合 内在塩害： 外来塩害： 進展期 潜伏期 進展期 加速・劣化期 加速・劣化期 経過時間 塩害による構造物劣化過程

飛来塩分量

によってこの期間の長さが異なる。

飛来塩分について

気象観測（環境評価をめざして）

風向・風速計 計測装置およびデータ転 送装置 温湿度計 雨量計 ソ ー ラ ー パ ネル 飛来塩分捕集器 （土木研究所式）

海岸からの距離と飛来塩分量

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 汀線からの距離[km] 飛来塩分量[m g / d m ²/ d ay] JASS5 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 昭和製紙 中部生コン 田原コンクリート 琉球大学 辺野喜 防風林のため海は見えない ＊各地点から汀線までの最短 　距離の方角の塩分量を使用

塩害環境評価（飛来塩分解析による）

Y方向 X方向 海 陸上 Y方向 X方向 解析対象空間

：

移流拡散方程式

u



c



x  w



c



y 





y k y



c



y      Q ①高さｙにおける水平方向の 平均風速 ②沈降速度 ③乱流拡散係数 ④障害物による遮蔽項

k

_y





u

_*

y

海 陸上 風により運ばれる粒子 沈降粒子 海塩粒子 捕捉粒子 風速場は 対数則

0 10 20 30 40 50 0 1 2 3 4 5 50m 100m 300m 500m

飛来塩分量：

（Cl

-

_{：μ g / m}

2

_{/ sec）}

図 -1　飛来塩分量の計算結果　

海岸から

の距離

昭和製紙南東 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 方位考慮 全方位 田原コン北東 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 解析 値( m g/ dm 2 /mo n ) 方位考慮 全方位 田原コン南東 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 方位考慮 全方位 中部生コン北東 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 実測値(mg/dm2/mon) 解析値( m g/ dm 2 /mon) 方位考慮 全方位 中部生コン南東 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 実測値(mg/dm2/mon) 方位考慮 全方位 昭和製紙北東 （遮蔽考慮） 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 解析値( mg/d m 2 /m o n ) 方位考慮 全方位 A地点NE A地点SE B地点NE B地点SE C地点NE C地点SE 飛来塩分測定値と解析値の比較

建物周りの飛来塩分

建物に付着する飛来塩分

＊風上側の軒下に多く付着する

建物周りの飛来塩分挙動

3次元シミュレーション

ＨＳＭＡＣ法による風速場の計算結果 建物周りの 二次元モデル 解析で与えた風向 10m 9m 12m 6m 建物４階 建物2階 34m 北西側（海側） 南東側（陸側） 建物2階 10m 6m 捕集器設置場所 12m 12m

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 60m 0m 60m 120m 北西側（海側） 南側（陸側） 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 60m 0m 60m 120m 北西側（海側） 南側（陸側） 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 60m 0m 60m 120m 北西側（海側） 南側（陸側） 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 60m 0m 60m 120m 北西側（海側） 南側（陸側）

経験則による飛来塩分推定式

数値計算もよいが，手軽に使える（敷居の

低い）飛来塩分推定式も便利である。

風況 発生飛来塩分 海 陸 大 _飛来塩分 小 大 小 飛来塩分

飛来塩分の発生と輸送の模式図

• 飛来塩分量A₀は，海風の積算風量V_ｓの2乗則で表わされる。 0 2.5 5 7.5 10 0 500 1000 1500 2000 発生飛来塩分量 A 0 (m g/ dm²/ da y) 積算風量V_s(×3600(m)) 実測値 式（1） ・・・[1]

• 飛来塩分は海岸からの距離や標高の上昇につれ減衰していく ⇒_{飛来塩分量は海岸からの水平距離D(m)および標高H(m)の積D・H(m}2₎ のべき乗則の相関がある 図3 飛来塩分量と積D・H(m2_{)の関係(12月)} 0.01 0.1 1 10

1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06

飛来塩分量 A （mg /d ㎡ /da y) D・H（㎡） うるまA うるまB うるまC 琉大

• 任意地点における飛来塩分量Aの推定式

• 式［2］において, 基準地点の発生飛来塩分量をA₀として任意地点のD・H

を基準地点のD₀・_{H0で除している。ここでD0およびH0}は基準地点の海岸 からの水平距離および標高を表す。

R² = 0.8169 0.1 1 0.1 1 10 100 減衰係数 α 発生飛来塩分量A0(mg/d㎡/day)

長崎県端島（軍艦島）における飛来塩分

環境から飛来塩分の輸送特性を学ぶ

端島（軍艦島）の概況

引用： 軍艦島保存活用技術検討員会報告書，平成17年12月 北西側の 航空写真 南東側の 航空写真

端島（軍艦島）の航空写真

0 40 80 100 200 (m) N 30号棟 3号棟 51号棟 屋上 地上 端島病院

飛来塩分捕集器・百葉箱・WEBモニタ設置場所

飛来塩分捕集器のみ 飛来塩分捕集器と百葉箱 飛来塩分捕集器とWEBモニタ

軍艦島の飛来塩分量測定地点

低い

<==

標高

==>

高い

近い

_<==

海岸からの距離

_==>

遠い

軍艦島の飛来塩分量特性

（標高と距離の影響）

塩分量減少

0.000 200.000 400.000 600.000 800.000 1000.000 1200.000 1400.000 0.1 1 10 100 1000 10000 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 軍艦島飛来塩分量 辺野喜飛来塩分量 野母崎積算風量 辺野喜積算風量 飛来塩分量 (mg /d ㎡ /d ay) 積算風量 (× 3600( m )) 辺野喜病院と辺野喜（沖縄）の飛来塩分量比較 軍艦島（左）と沖縄県辺野喜（右）の海岸の状況 *軍艦島は辺野喜に比べ積算風量が大きい。また，海岸の状況も軍艦島は水深の深い外洋 に面しているのに対し，辺野喜は砂浜海岸であることが影響しているため飛来塩分量が多い。

軍艦島の飛来塩分量

⑥他地域との比較

飛来塩分に対する

対策

飛来塩分に対する

対策

土木構造物の塩害対策事例

写真 古宇利大橋 本橋は高耐久化への最近の社会状況を勘 案して，目標耐久年数を100年として設計・ 施工等を行っている．具体的には以下に示 すような塩害対策を講じている． 1)かぶり増（下部工90mm，上部工70mm） 2)エポキシ樹脂塗装鉄筋の採用 3)エポキシ樹脂塗膜PC鋼材の採用 4)ポリエチレンシースの採用 5)グラウト施工の徹底した施工管理

耐久性レベルのイメージ

耐久性レベルのイメージ

道路橋示方書 C=3.5

耐久性レベル

海岸線からの距離

塗装ＰＣ鋼材 耐食シース 塗装鉄筋 高耐久性コンクリート etc. S59通達以前 C=3.5 現行塩害対策 C=5 ‐ 7 スーパー 塩害対策 高い 低い 0 _100‐300m :50年 :100年 かぶり増による対策 飛沫帯 C : かぶり(cm) 単位水量の検査 かぶり厚の計測 第7回シンポジウム「沖縄の自然環境と構造物の耐久性」より引用

・2009年7月より沖縄県（国頭村辺野喜暴露場）および北海道（泊村 暴露場）において長期暴露試験を実施。 ・塩化物イオン浸透試験・鉄筋腐食診断・飛来塩分の測定（沖縄） 沖縄県国頭村辺野喜暴露場 北海道泊村暴露場 飛来塩分捕集器 鉄筋腐食診断機 電位差滴定装置

N試験体 SS試験体 シーリング 塩ビサイディング表面被覆なし（Ｎ試験体） 塩ビサイディング表面被覆あり（ＳＳ試験体） 海 側 （ 西 ） に 面 し た 試 験 面 陸 側 （ 東 ） に 面 し た 試 験 面 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0 1 2 3 4 5 塩化物イ オ ン 濃度 (kg /m 3 ) かぶり （ｃｍ） 沖縄1年目 北海道1年目 沖縄3年目 北海道3年目 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0 1 2 3 4 5 塩化物イ オ ン 濃度 (kg /m 3 ) かぶり （ｃｍ） 沖縄1年目 北海道1年目 沖縄3年目 北海道3年目 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0 1 2 3 4 5 塩化物イ オ ン 濃度 (kg /m 3 ) かぶり （ｃｍ） 沖縄1年目 北海道1年目 沖縄3年目 北海道3年目 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0 1 2 3 4 5 塩化物イ オ ン 濃度 (kg /m 3 ) かぶり （ｃｍ） 沖縄1年目 北海道1年目 沖縄3年目 北海道3年目

RC構造物の暴露試験状況（本部町備瀬）

塩化物イオン浸透状況 塩化物イ オ ン 量 無塗装であった半年 の間に入った塩分量 （左図参照）

表面被覆材による外来塩害の防止

25.1 総則 a. 本節は，海岸地域に建設する建築物の海水に接する部分に 使用するコンクリート，直接波しぶきを受ける部分に使用する コンクリートおよび飛来塩分の影響を受ける部分に使用する コンクリートに適用する．適用箇所は特記による． c．構造体の計画供用期間の級： ◇塩害環境：短期 ◇準塩害環境：短期，標準，長期 d．長期，超長期の構造体を用いる建築物において，海水および 飛来塩分の作用を受ける部分は，建築物の供用期間中に著 しい劣化がないか，または容易に維持管理ができる構造に なっているものとする．

【JASS5

25節

海水の作用を受けるコンクリート】

JASS5

25節

海水の作用を受けるコンクリート

建築物が遮蔽物で囲まれて海に面していない場合は， ①重塩害環境 ⇒ 塩害環境 ②塩害環境 ⇒ 準塩害環境 ③準塩害環境 ⇒ 対象外 と考えてよい 塩害環境の区分 海水に接する部分 飛来塩分の影響を受ける部分 重塩害環境 潮の干満を受ける部分 波しぶきを受ける部分 25mddを超える 例：日本海側で汀線から20m程度 塩害環境 ―― 13mddを超え 25mdd以下 例：同20～70m程度 準塩害環境 常時海中にある部分 4mdd以上 13mdd以下 例：同70～150m程度

塩害環境の区分

（ （_mddmdd：：_mg/dmmg/dm22_{/day/day））}

表25.2 最小かぶり厚さと耐久設計基準強度 塩害環境 の区分 計画供 用期間 の級 最小かぶ り厚さ （mm） 耐久設計基準強度（N/mm2_） 普通ポルトランド セメント 高炉セメント B種 塩害環境 短期 50 60 36 33 33 30 準塩害環境 短期 40 50* 30 24* 24 21* 標準 40 50 60* 36 33 30* 33 30 24* 長期 50 60* 36 33* 33 30* 注）＊海中にある部分に適用する．

塩害の防止方法

（１）除塩した骨材を用いる。 塩化物イオンを多量に含む混和剤を用いない。 （２）水セメント比を低くして，コンクリートを密実にする。 （３）コンクリート表面を塗膜やタイルで覆うなどする。 （４）かぶりを厚くする。 （５）高炉セメントやフライアッシュセメントを使用する。 （６）混和剤（防錆剤）および混和材（フライアッシュ等）を 使 用する。 （７）防錆鉄筋を使用する。