④コンクリートの耐久性(塩害)

１．概要

高アルカリ環境下（飽和水酸化カルシウム）にあるコンクリート中の鉄筋は、表面に不動態被膜が形成されるため、腐食しない性質をもっている。

　しかし、コンクリート中に許容濃度以上の塩化物イオンが存在する場合、鉄筋表面の不動態被膜は破壊され、鉄筋の腐食が生じる。これを塩害という。

２．塩害の要因

　①沿岸部の海水飛沫や、冬季の凍結防止剤による塩化物イオンの浸透等による飛来塩分による塩害。

　②海砂や、塩化物含有混和剤の使用による、内在塩分による塩害。

３．塩害の劣化メカニズム

　コンクリート中に限界濃度（１．２ｋｇ／ｍ３）以上の塩化物イオンが存在すると、鉄筋の腐食が発生する。鉄筋が腐食すると腐食箇所の体積が２．５倍程度に膨張することから、その膨張圧によって、コンクリートにひび割れが発生する。

　そのひび割れを通じて水分、酸素、塩化物イオンなどの劣化因子が容易に供給され、鉄筋腐食が促進され、コンクリートの剥離や剥落、鉄筋の断面減少を生じ、構造物の耐久性、耐荷性能が低下する。　

　アノード部　Fe→Fe^2＋　＋　２e^-

カソード部　H₂O　＋　1/2O₂ ＋　２e^- →2OH^-

Fe₂＋２OH^- →Fe(OH)₂ →Fe(OH)₃ →　FeOOH（赤さび）

　　　　　　　　　　↑OH- ↑H₂O

4．材料・配合による対策

①水セメント比を小さくし、密実なコンクリートにすることによって、劣化因子（水、酸素、塩分）の侵入、拡散を抑制する。

②生コンクリートの塩化物イオンの許容値を０．３ｋｇ／ｍ３以下にし、内在塩分による塩害を防ぐ。

③高炉セメントＢ種、シリカヒュームを使用し、緻密なコンクリートにすることによって、塩化物イオンの浸透を遅らせる。

④干満帯では、打ち継ぎ目は鉄筋腐食に対する弱点となるため、最低潮位から下６０ｃｍと最高潮位から上６０ｃｍとの間の感潮部分には打ち継ぎ目を設けないようにする。

⑤ジャンカや、コールドジョイント等の施工不良は、塩化物イオンの侵入を容易にするため、十分な締固め、適切な打ち重ね時間となるよう留意する。

⑥塩害の影響を適切に把握し、それに応じた適切なかぶりを確保する。あるいは、防食鉄筋を使用する。

⑦養生が不十分で、強度発現が十分でないコンクリートは劣化因子が侵入しやすいため、打ち込み後、最低5日は海水に洗われないようにすること。

【耐久性向上工法】

①表面被覆工法（ライニング）

②防食鉄筋の使用（エポキシ樹脂塗装鉄筋、亜鉛メッキ鉄筋、ステンレス鉄筋）

③高耐久性プレキャスト型枠工法

　高強度コンクリートで作成したパネルを埋め込み型枠として、コンクリート打ち込み後もコンクリート表面に設置しておき、劣化因子の侵入を防止する。

④電気防食工法

５．補修工法の選定

塩害により劣化したコンクリート構造物の補修工法を選定するにあたっては、構造物の劣化状況が潜伏期、進展期、加速期、劣化期のどの劣化過程にあるのかを十分に見極め、補修工法に期待する要求性能を明確にする必要がある。

外観上のグレードと劣化の状態

・潜伏期

外観上の変化が見られない。腐食発生限界塩化物イオン濃度以下

＜標準的な対策工＞　

　表面被覆工、表面含浸工法

・進展期

　外観上の変化が見られない。腐食発生限界塩化物イオン濃度以上、腐食が開始。

　＜対策工＞

　　表面被覆工、表面含浸工法、断面修復工法、電気防食工法、脱塩工法

・加速期（前期）

　腐食ひび割れが発生、錆汁がみられる。

・加速期（後期）

　腐食ひび割れが多数発生、錆汁が見られる。部分的な剥離剥落がみられ、腐食量の増大。

　＜対策工＞

　表面被覆工、表面含浸工法、断面修復工法、電気防食工法、脱塩工法、ひび割れ注入工

・劣化期

　腐食ひび割れが多数発生、ひび割れ幅が大きい、錆汁が見られる、剥離剥落が見られる、変位、たわみが大きい。

　＜対策工＞

　断面修復工法、補強工法

　※赤文字は、亜硝酸リチウムを使用可能な工法を示す。

劣化過程を評価するうえで、かぶりコンクリートをはつり出し、腐食の有無、位置、面積、孔食の有無などの腐食調査を行うことが重要である。

また、コンクリート中の含有塩化物イオン量の測定、特に、コンクリート表面から、深さ方向の塩化物イオン量の分布を測定することが、Ｆｉｃｋの拡散方程式を用いて、今後の劣化進行度合いを推定する上で重要となる。２

塩害補修工法の要求性能

要求性能①：塩化物イオンのコンクリート中への侵入を低減する。

要求性能②：既にコンクリート中に侵入した塩化物イオンを除去する。

要求性能③：腐食が開始した鉄筋の腐食進行を抑制する。（鉄筋の腐食の抑制）

要求性能①

・表面処理工法

　表面被覆工　

　コンクリートの表面を有機系、無機系の材料で覆うことにより、外部からの劣化因子の遮断する工法。

　有機系被膜材：エポキシ樹脂、シリコン樹脂

柔軟性や、膜厚などを環境に応じて自由に計画できる。

　無機系被膜材：単層での使用する場合、表面に有機系の被覆材を塗布する場合などがある。

　ポリマーセメント系表面被覆材を使用する場合、亜硝酸リチウムを混入して塗布することが可能で、劣化因子の遮断に加え、亜硝酸リチウムによる鉄筋防錆効果を付与できる。

　表面含浸工　シラン系撥水材やケイ酸塩系改質剤など

　コンクリート表面に含浸材を塗布・含浸させ、コンクリート表層部を改質することにより、外部からの劣化因子の侵入を遮断する。

　コンクリート表面に被膜層を設けないため、構造物の外観を変えることなく、短期間で施工できる。しかし、効果は劣化因子の侵入の抑制にとどまり、劣化因子の遮断は表面被覆に比べて、劣る。

・ひび割れ注入工法

　スプリング圧やゴム圧を用いて、セメント系、ポリマーセメント系、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの有機系材料をひび割れ内部に低圧、低速で注入し、閉塞させる工法。

セメント系注入材は亜硝酸リチウムと併用して注入可能なため、ひび割れ劣化因子の遮断に加え、亜硝酸リチウムによる鉄筋防さび効果を付加することも可能。

要求性能②

塩化物イオン量が腐食発生限界を超えており、腐食が開始している場合では、塩化物イオンとコンクリートをはつりとり、断面修復材を用いて、断面欠損部を修復するという方針をとることが可能。

・断面修復工法

　コンクリートとの付着性、一体性から、ポリマーセメントモルタルが多く用いられる。

　断面修復により塩化物イオンをはつりとる場合、鉄筋背面２０ｍｍ程度までとするのが良い。

→除去しきれなかった、塩化物イオンが存在すると、塩化物イオンを含む母材コンクリートと含まない断面修復材の境界部付近に電位差が生じ、マクロセル腐食が生じる。

　そのため、確実な塩化物イオンの除去が重要である。亜硝酸リチウムを混入した場合、マクロセル腐食を低減することが可能である。

　　左官工法

　　吹き付け工法

　　充填工法

・脱塩工法

　コンクリート中の塩化物イオンが腐食発生限界を超えており、腐食が開始しているとき、塩化物イオンをコンクリート外部へ除去することによって、鉄筋の腐食環境を改善する方針をとることが可能。

脱塩工法は、コンク―ト表面に陽極材と電解質溶液を設置し、陽極からコンクリート中の鉄筋（陰極）へ直流電流を流すことによって、コンクリート中の塩化物イオン（陰イオン）を外部の陽極側へ電気泳動させ、コンクリート内部の塩化物イオンを低下させる方法。

かぶりコンクリートが比較的健全な場合、はつることなく、塩化物イオンのみを除去できる。

　脱塩後、再度塩化物イオンが侵入することのないよう、表面保護工などの対応策を併せて実施する必要がある。

要求性能③

・電気防食工法

　塩害によるコンクリート中の鉄筋腐食の程度が著しい場合、あるいは今後の鉄筋腐食が著しく進行すると想定される場合には、電気化学的な手法を用いて鉄筋腐食進行を抑制する方針をとることができる。

　電気防食工は、継続的な通電を行うことによって、コンクリート中の鉄筋の腐食反応を電気化学的に制御し、劣化の進行を抑制する工法。コンクリート表面に陽極材を設置し、陽極材からコンクリート中の鉄筋（陰極）へ継続的に直流電流（防食電流）を流し、この防食電流が適切に流れている期間は鉄筋の腐食は抑制される。

　対象構造物の共用期間を通じて通電を行う必要がある。

⇒電流供給システムの耐久性などを考慮し、定期的なメンテナンスが必要となる。

　・外部電源方式

　　直流電源装置を用いて、補助電極を陽極（アノード）、防食対象物を陰極（カソード）として通電し、防食電流を流す方式。

　・流電陽極方式

　　鉄筋にそれよりも卑な金属（Ｍｎ　Ｚｎ等）を電気的に接続し、両者の電位差により防食電流を流す方式。　

　卑な金属を流電陽極といい、この陽極がアノードとなることで鉄筋の代わりに腐食する。

・亜硝酸リチウムによる鉄筋防錆

　塩害の程度が著しい場合、あるいは、今後鉄筋腐食が著しいと想定される場合、鉄筋防錆材として亜硝酸リチウムを使用する方針をとることができる。

　亜硝酸リチウムを鉄筋防錆材として使用する手段として、

　①ひび割れ注入材に混入する場合

　　ひび割れ内部に亜硝酸リチウムを先行注入して、その後、セメント系のひび割れ注入材を注入する。

　②断面修復材に混入する場合

　断面修復工工法では、かぶりコンクリートをはつり取り、腐食した鉄筋をケレンした後に、亜硝酸リチウムを含有する防錆材を塗布するとともに、亜硝酸リチウムを混入したポリマーセメントモルタルにて断面を修復する。

　③内部圧入工法

　　コンクリートに小径の圧入孔を削孔し、そこから亜硝酸リチウムを内部圧入し、鉄筋付近のコンクリートに亜硝酸雰囲気を形成させる。

⑤コンクリートのひび割れについて(その他)

鉄筋腐食によるひび割れ

ASRによるひび割れ

⑤コンクリートのひび割れについて（水和熱に伴う温度ひび割れ）

<概要>

コンクリートはセメントと水の水和反応により発熱し、それに伴う温度の上昇、降下がコンクリートの変形（膨張・収縮）を引き起こし、これが内的、あるいは外的に拘束おされると、コンクリートに引張応力が作用し、ひび割れが発生する現象。

内部拘束によるひび割れ

　部材の内外の温度差が原因となり、生じるひび割れで、断面の大きいコンクリート構造物の場合に生じる。

　部材内部の温度上昇に伴い、熱膨張し、部材表面部のコンクリートに引張応力が発生することによって、ひび割れる。

外部拘束によるひび割れ

　フーチングの上に壁を打設するような場合、下面部は底版コンクリートによって拘束され、コンクリート内部に大きな引張力が発生し、コンクリートの引張強度を超えたときにひび割れが発生する。

<対策>

①水和発熱を抑える対策

　・低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントを使用

　　フライアッシュセメントの使用。

　（高炉セメントは水和速度と温度依存性が高く、マスコンの温度上昇が大きいことがわかっていきた）

　・単位セメント量を低減　

　　高性能減水剤を使用し、単位水量を低減し、水セメント比を一定とする。

②コンクリートの冷却

　・プレクーリング

　　骨材、水等をあらかじめ冷却しておく

　・パイプクーリング

　　コンクリート内部に冷却管などを用いて、冷水や冷風を流し、冷却する方法。

③発生応力を抑える

　・ひび割れ誘発目地に応力を集中させ、補修を容易にする。

　・既設構造物をあたためる。

④冬季の養生終了時

　養生を急激にとりやめて、表面が冷える状態にすると、内部拘束温度が大きくなるため、表面の温度が徐々に低下するように留意する。

⑤コンクリートのひび割れについて（施工方法に起因するひび割れ）

・不適切な打ち込み順序

　コンクリートは自重が大きいため、打設に伴い、型枠や支保工がかなりたわむことを考慮し、打ち込みの順番を適切に定める必要がある。

　（例）

　　合成床版の場合、橋脚上を先にコンクリートを打設し、固まった後、中央径間部を打設すると、コンクリートの自重によって、たわみが生じ、橋脚上のコンクリートは曲げ引張側となり、ひび割れが発生する。

　　コンクリートを構造物中央から型枠に向かってコンクリートを打設すると、ブリーディング水は型枠側に流れ込み、被り分のコンクリートの水セメント比が高くなるため、圧縮強度の低下、中性化早まる等の悪影響がある。そのため、打設順序は、型枠側を先に打設して、ブリーディング水を構造物中央部で処理する。

・不適切な打ち回し方法によるコールドジョイント

　広い範囲に一度に打設する場合、ポンプの吐き出し口を一か所にすると、打ち込み時間がかかり、先に打ち込んだコンクリートが固まり、コールドジョイントが発生しやすくなる。

⇒分散管を設けるなどして、何カ所かから、同時に打設し、打ち回しをスムーズにする必要がある。

・急速な打ち込みによるひび割れ、ジャンカ

　急速な打ち込みは、ポンプの閉塞、じゃんかの発生、温度ひび割れの確率の上昇、粗骨材が材料分離を起こす、（材料分離により、モルタル量が異なるため、自己収縮量がことなり、ひび割れ発生の原因になる）などなど。ひび割れ発生の要因となる。

・硬化前の振動や載荷によるひび割れ等

　著しい振動、コンクリート打ち込み後に十分な養生期間を確保できなかったあるいは、気象条件等により、十分な強度の発現が遅れた場合に、施工機械等の荷重が作用し、ひび割れ発生の要因となる。

・初期養生中の急速な乾燥による表面ひび割れ（プラスティック収縮ひび割れ）

　コンクリートは練り混ぜから、養生が完了するまで、水分が逸散することを防がなければならない。表面仕上げを行ったのち、急速な乾燥、直射日光や、風を受けると、表面が乾燥し、亀甲状のひび割れが生じる。

⇒表面仕上げ終了後には、湛水養生、散水養生、湿布養生などを直ちに開始する必要がある。（ブリーディングの少ないコンクリートほどひび割れる）

・初期凍害によるひび割れ、表面劣化

　寒中コンクリートでは、打設後コンクリートが硬化するまえに、表面温度が0℃を下回るような場合、水分が凍ることによる体積膨張により、セメントペースト組織がゆるみ。ひび割れが生じたりする。

⇒風を引防いだり、コンクリート表面が露出しないように保護し、養生を行う必要がある。

・型枠のはらみ・支保工の沈下によるひび割れ

　型枠は、コンクリートの液圧を考慮した設計が行われているが、打設速度が大、スランプが大、気温が低い（気温が低いと液圧が高い）等の場合、予想より大きい圧力が作用することがあるため、型枠、支保工の設計に留意する必要がある。

・型枠の過早脱型によるひび割れ

　コンクリートが十分に硬化しないうちに、型枠、支保工を外すと、自重による応力が、若材齢のコンクリート強度を超え、ひび割れが入ることがあるため、十分な圧縮強度が発現した後に型枠や支保工を取り外すさなければならない。

⑤コンクリートのひび割れ（コンクリートの配合が原因で発生するひび割れ)

・単位水量に起因するひび割れ

　単位水量が大きい場合、コンクリートの硬化後は、余剰水が乾燥により逸散するため、乾燥収縮の大きな要因となる。（水セメント比ではない）

　⇒単位水量を少なくすることで、乾燥収縮を小さくし、ひび割れを低減させる）

　※乾燥しない水中コンクリートは単位水量が大きくても乾燥収縮ひび割れは生じない。

・単位セメント量に起因するひび割れ

　単位セメント量が多い場合、セメントの水和熱によって、コンクリートの温度が上昇し、温度上昇に伴って、膨張、温度降下により収縮が生じる。温度変化を生じない部材に拘束されている場合、温度応力が発生し、温度ひび割れが生じる。

　⇒単位セメント量を少なくすると、材料分離が生じやすくなることから、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメンとを使用し、水和熱を抑える。

・スランプに起因するひび割れ

　スランプを大きくすると単位水量が多くなり、単位セメント量も増加するため、乾燥収縮や、温度ひび割れの発生確率が大きくなる。

⇒高性能ＡＥ減水剤等の混和剤を使用する。

・粗骨材最大寸法とひび割れ寸法

　粗骨材の最大寸法が大きいほど、所要のスランプを得るための単位水量は少なくてよいため、乾燥収縮が懸念される場合、施工に影響がない範囲で最大寸法を大きくする。

・コンクリートの沈下ひび割れ＜初期ひび割れ＞

　ブリーディングによる水の上昇と、コンクリートの硬化収縮により、打設後数時間ないに沈下し、鉄筋の上部や壁と床の境目にひび割れが発生する。

⇒材料分離によって生じるため、細・粗骨材の粒度分布の適切なものを使用する。

　ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤などを使用し、単位水量をできるだけ少なくするよう配合する。混和剤を用いて、材料分離抵抗性を増大させる。

　沈下ひび割れは、打設後数時間で、収束するため、ブリーディング水を取り除き、沈下箇所にコンクリートを足して均す、こて仕上げの段階でタンピングすることで修復可能。

（参考　初期ひび割れ　プラスティック収縮ひび割れ：コンクリートの表面が乾燥をうけ、表面部分に乾燥収縮が生じ、ひび割れを生じる。ブリーディング水の上昇より蒸発が大きい場合に生じる　タンピングにより修復可）