JP2005049192A - コンクリート構造物の中性化深さの予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外装仕上塗材を塗布しているコンクリート構造物の中性化が数年後にどの程度の深さまで進行しているかを簡単に且つ正確に求めることができるコンクリートの中性化深さの予測方法を提供する。
【解決手段】 予め、コンクリート構造物における仕上塗材の中性化抵抗と材齢との関係を示す図又は表を作成しておき、コンクリート構造物の仕上塗材と材齢とを測定したのち、この測定値から上記図又は表を用いて中性化抵抗を求め、求めた中性化抵抗から一定の式を用いてコンクリート構造物の中性化深さを予測する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、コンクリート構造物の耐久性能の低下をきたす中性化の深さを予測する方法に関するものである。

鉄筋コンクリート構造物の多くはその外壁に仕上げが施されており、このような外装仕上塗材としては仕上塗料が最も一般的に採用されている。仕上塗料には意匠性、美観性の他、鉄筋コンクリート構造物の躯体の保護機能が求められており、保護機能としては主に防水が挙げられるが、この他にも構造物の耐久性の評価指数であるコンクリートの中性化を抑制する性能を有することが知られている。

コンクリートが中性化すると、鉄筋の保護機能が失われ、鉄筋が腐食し、その膨脹によってかぶりコンクリートにひび割れが生じる。このひび割れ部分から水や酸素、炭酸ガス等が侵入し、鉄筋の腐食が促進されてかぶりコンクリートの浮きや剥脱等の劣化を引き起こすことになる。そのため、鉄筋コンクリート構造物の中性化の深さを予測する方法が開発されている。

即ち、躯体であるコンクリートの中性化深さについては、次式（１）に示すように、中性化期間ｔの平方根と中性化深さとの間に所謂ルートｔ則が成立することが知られており、この式（１）をもとに、仕上塗材による中性化抑制効果を、表面層をもつコンクリートとみなして、次式（Ａ）により表面に仕上塗材を装着している鉄筋コンクリートの中性化深さを推定する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

馬場明生、千歩 修、「各種の表面層をもつコンクリートの中性化深さ推定方法に関する一考察」、コンクリート工学年次論文報告書9-1 、1987（第３３３〜３３８頁）。

しかしながら、コンクリートの表面に仕上塗材を塗布した場合、この仕上塗材自体も経年変化により劣化し、上記したコンクリートの中性化を抑制する性能も低下することが予想され、また、中性化抑制性能は仕上塗材の材質や塗厚によっても変化することが予想される。従って、コンクリートの中性化深さの推定に仕上塗材による中性化抑制効果を加味するためには、仕上塗材の劣化、材質、塗厚と中性化抑制性能を明らかにする必要があるが、上記式（Ａ）からはこの点についての定量的な評価ができず、そのため、仕上塗材を塗布している鉄筋コンクリート構造物の将来の中性化深さを精度良く推定することができず、コンクリート構造物の効率的な補修計画を立てることができないという問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するために、劣化させた種々の仕上塗材で覆ったコンクリート試験体を用いて促進中性化試験を行い、仕上塗材の劣化と中性化抑制性能との関係について検討した結果、
イ）上記式（Ａ）がコンクリートの中性化予測式として妥当なものであること、
ロ）仕上塗材の同じ劣化状態においては、仕上塗材の種類にかかわらず、仕上塗材の樹脂厚と中性化抵抗Ｒとの間に比例関係があること、
ハ）仕上塗材の劣化が進行するほど、中性化抑制性能は低下すること、
以上の知見を得てなされたものである。

即ち、本発明のコンクリート構造物の中性化深さの予測方法は、請求項１に記載したように、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化深さの予測方法であって、仕上塗材の材齢（劣化年数）と仕上塗材の塗厚とから仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化抵抗を求め、求められた中性化抵抗を基にコンクリート構造物の以後の中性化深さを予測することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化深さの予測方法であって、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物における仕上塗材の単位塗厚当たりの中性化抵抗と仕上塗材の材齢との関係を示す図又は表を予め求めて準備しておく工程と、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚と材齢とを測定する工程と、測定された仕上塗材の塗厚と材齢とから上記図又は表に基づいて中性化抵抗を求める工程と、求められた中性化抵抗を基に、コンクリート構造物の中性化深さを予測する工程とからなることを特徴とする。

上記請求項１に又は請求項２に記載のコンクリート構造物の中性化深さの予測方法において、請求項３に係る発明は、仕上塗材の塗厚を、仕上塗材の全塗厚に仕上塗材中に含まれる樹脂成分の割合を乗じたものとしていることを特徴とする。

さらに、請求項４に係る発明は、上記請求項１に又は請求項２に記載のコンクリート構造物の中性化深さの予測方法において、求められた中性化抵抗を基に、（Ａ）式によりコンクリート構造物の中性化深さを予測することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、仕上塗材の材齢と仕上塗材の塗厚とから仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化抵抗を求め、求められた中性化抵抗を基にコンクリート構造物の中性化深さを予測するものであるから、表面に仕上塗材を塗布しているコンクリート構造物の将来の中性化深さを簡単に且つ正確に推定することができ、コンクリート構造物の補修計画を効率的に立てることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物における仕上塗材の単位塗厚当たりの中性化抵抗と仕上塗材の材齢との関係を示す図又は表を予め求めて準備しておく工程と、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚と材齢とを測定する工程と、測定された仕上塗材の塗厚と材齢とから上記図又は表に基づいて中性化抵抗を求める工程と、求められた中性化抵抗を基に、コンクリート構造物の中性化深さを予測する工程とからなるものであるから、予め、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物における仕上塗材の単位塗厚当たりの中性化抵抗と仕上塗材の材齢との関係を示す図又は表を求めて準備しておくので、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚と材齢とを測定するだけで、その測定された仕上塗材の塗厚と材齢とから上記図又は表を用いてこのコンクリート構造物の中性化抵抗を簡単に且つ正確に求めることができ、この中性化抵抗からコンクリート構造物の中性化深さを予測することができる。

請求項３に係る発明によれば、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、仕上塗材の塗厚は、仕上塗材の全塗厚に仕上塗材中に含まれる樹脂成分の割合を乗じたものであるから、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚のうち、中性化抵抗に寄与する部分の厚さを正確に求めることができる。

さらに請求項４に係る発明によれば、式（Ａ）によって経年変化により劣化するコンクリート構造物の中性化深さを数値的に容易に且つ正確に求めることができ、コンクリート構造物の補修時期を予め計画しておくことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明すると、鉄筋コンクリート造建築物等の外壁表面にアクリル系樹脂等の仕上塗材を吹付塗装などによって塗装してなる新設或いは既設のコンクリート構造物の中性化深さを予測するに際して、まず、劣化させた種々の仕上塗材で覆っているコンクリート試験体を用いてこれらのコンクリート試験体の促進中性化試験を行い、仕上塗材の劣化と中性化抑制性能との関係について検討した。

その結果、次式（Ａ）がコンクリート構造物の中性化予測式として妥当なものであること、同じ劣化状態において、仕上塗材の種類にかかわらず、仕上塗材の塗厚（樹脂厚）と上記式（Ａ）における中性化抵抗Ｒとの間に比例関係があること、仕上塗材の劣化が進行するほどコンクリート構造物に対する中性化抑制性能は低下することの知見を得た。

このようなコンクリート試験体の促進中性化試験を上記新設或いは既設のコンクリート構造物の中性化深さの予測に採用して、まず、該コンクリート表面に塗布している仕上塗材の材齢、即ち、コンクリート構造物の築造年数とこの仕上塗材の塗厚とからコンクリート構造物の中性化抵抗を求め、求められた中性化抵抗から上記式（Ａ）に基づいてコンクリート構造物の中性化深さを予測するものである。

この場合、予め、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物における仕上塗材の単位塗厚当たりの中性化抵抗と仕上塗材の材齢との関係を示す図又は表を作成して準備しておく。このような図又は表を準備しておくことによって、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚と材齢とを測定するだけで、該塗厚と材齢とから上記図又は表に基づいてコンクリート構造物の中性化抵抗を簡単且つ確実に求めることができ、求められた中性化抵抗を基に、上記式（Ａ）によりコンクリート構造物の中性化深さを予測することができる。

即ち、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物における仕上塗材の単位塗厚当たりの中性化抵抗と仕上塗材の材齢との関係を示す図又は表を予め求めて準備しておく工程と、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚と材齢とを測定して中性化深さを予測する工程と、測定された仕上塗材の塗厚と材齢とから上記図又は表に基づいて中性化抵抗を求める工程と、求められた中性化抵抗を基に、コンクリート構造物の中性化深さを予測する工程とからなる仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化深さの予測方法である。

次に、本発明をさらに具体的に以下の試験例に基づいて説明する。まず、試験体を製作する。その製作方法は次の通りである。
〔試験体の製作方法〕
劣化試験に用いる試験体にはサンシャインウェザーメータ内に設置できるように大きさ70×150mm 、厚さ５mmのモルタル板を用いた。劣化試験は、化学的劣化試験を先行して行い、その後、化学劣化した試験体のモルタル板裏面にコンクリートを後打ちした試験体を新たに作製し、その試験体に物理的劣化を与えた。後打ちコンクリートはモルタル板を底面として打ち込み、その際、塗装面にペーストが付着しないように養生した。後打ちコンクリートの使用材料と調合を表１に示す。

〔実験因子と水準〕
実験因子と水準及び試験体記号を表２に示す。上記モルタル板表面に塗布する仕上塗材は耐久性能、使用実積等を考慮し、JIS A 6909に適合した３種類を選定した。材質はいずれもアクリル系のものを用いた。塗厚さは標準仕様の塗厚さと、薄塗りの２種類とした。仕上塗材を劣化させる要因は、現実の劣化状況を考慮し、紫外線や降雨による化学的劣化と温熱変化に伴う躯体の伸縮による物理的劣化とを合わせた複合劣化とした。化学的劣化はサンシャインウェザーメータを用い（光源：サンシャインカーボンアーク燈、ブラックパネル温度：約63℃、降雨時間：120 分のうち18分）、照射1500時間（劣化６年に相当する）、3000時間（劣化12年相当する）とした。

その根拠は下記文献Ａに仕上塗料における沖縄県糸満市での屋外曝露試験結果とサンシャインウェザーメータによる化学的劣化促進試験結果との比較が開示されており、それによれば、サンシャインウェザーメータの照射時間600 時間が糸満市での曝露１年に相当することが示されている。一方、下記文献Ｂには日本各地での仕上塗料の屋外曝露試験結果が開示されており、それによれば、化学的劣化度を表す光沢残存率（これが低い程、劣化が進んでいる）は、関東圏（青梅市、つくば市）の４年曝露時の値が糸満市での約1.6 年曝露時の値と同じになっており、糸満市での１年曝露は関東圏での1.6 ／４＝0.4 年に相当する。これを文献Ａに基づきサンシャインウェザーメータの照射時間に換算すると250 時間となる。よって、250 ×６＝1500時間が関東での６年曝露、250 ×12＝3000時間が関東での12年曝露に相当することになる。

〔文献Ａ〕：竹内博幸ら、「外壁用塗材の耐候性能評価に関する研究その28」 日本建築学会大会学術公園梗概集、1994年９月。
〔文献Ｂ〕：渡邉康則ら、「外壁用塗材の耐候性能評価に関する研究その23」 日本建築学会大会学術公園梗概集、1994年９月。

物理的劣化は躯体の伸縮を想定した引張と圧縮の曲げひずみを振動試験機で与えた（ひずみ導入方法：曲げ応力繰返し（片振り）、曲げひずみ量（ひずみ度）：約80×10^-6、振動数：５Hz）。振動回数は日内の温度変化による伸縮を１日一回（明け方から昼過ぎまでは伸（引張）、昼過ぎから明け方までは縮（圧縮）であり、引張・圧縮の双方2190回（劣化６年に相当する）、4380回（劣化12年に相当とする）の２水準とした。

〔仕上塗材の塗厚さ〕
各モルタル板に施した仕上塗材の平均厚さと、仕上塗材に含まれている樹脂質量に対する平均塗厚さ（以下、樹脂塗膜厚さと略す）を表３に示す。量塗厚さは各試験体において測定した塗布質量を基に推定した。塗厚さは仕上塗材の種類別に比較すると、防水形複層塗材Ｅが最も大きく、次いで防水形外装薄塗材Ｅ、複層塗材Ｅの順である。

〔中性化促進試験〕
中性化促進試験は、仕上塗材に所定の劣化を与えた後の試験体を中性化試験槽（温度：20±２℃、相対湿度：60±５％、C0₂ 濃度：５±0.2 ％）に入れ、所定材齢にて、試験体を切断し切断面の３点の中性化深さを測定し、平均値を中性化深さとした。

〔中性化促進試験結果〕
本試験においては、仕上げなしの場合と、各種仕上塗材を施した場合の上記式（Ａ）と実験値の比較から、中性化抑制効果の定量的評価を試みた。仕上塗材の複合劣化０年（＝劣化なし）、６年、12年の場合の標準塗厚さ試験体の中性化傾向および上記式（Ａ）との比較をそれぞれ図１〜図３に示す。なお、式（Ａ）の中性化抵抗は、実験値を用いて最小２乗法により算出した。仕上塗材毎に中性化抵抗を比較した場合、複層塗材、防水形外装薄塗材、防水形複層塗材の順で中性化の抑制効果は高くなった。また、仕上塗材の劣化程度が大きいほど抑制効果の低下も大きい傾向にあった。中性化傾向を上記式（Ａ）と比較すると、実験値のばらつきがあるものの、式（Ａ）の中性化傾向と実験値はほぼ合致している。従って、仕上塗材が劣化した場合でも、式（Ａ）でコンクリートの中性化傾向を推定できると考えられる。

〔仕上塗材の塗厚さと中性化抑制効果〕
複合劣化における、樹脂塗膜厚さと式（Ａ）の中性化抵抗との関係を図４に示す。樹脂塗膜厚さが大きいほど中性化抵抗は大きくなり、経年劣化が進むほど小さくなる。複合劣化を受けた場合、中性化抵抗は樹脂塗膜厚さに対してほぼ直線的に増加する傾向にあり、中性化抵抗は、樹脂塗膜厚さと相関があると考えられる。そこで、中性化抵抗を樹脂塗膜厚さとの関係から直線近似式で表した。近似式を上記図４に示す。同様に経年劣化０年（劣化なし）についても中性化抵抗と樹脂塗膜厚さとの関係を直線近似式で表した。

図４に示す劣化年数毎の近似式の傾き（樹脂塗膜厚さに対する中性化抵抗）と劣化年数の関係を図５に示す。樹脂塗膜厚さに対する中性化抵抗と劣化年数の関係を直線近似した場合、中性化抵抗は劣化年数と樹脂塗膜厚さから次式（２）と（３）で表せる。

〔仕上塗材の経年劣化を考慮した中性化予測式〕
実験結果から、仕上塗材に劣化が生じた場合のコンクリートの中性化抵抗は上記式（Ａ）でおおよそ表せ、また、中性化抵抗は樹脂塗膜厚さと劣化年数から推定できると考えられる。そこで、式（Ａ）に経時的評価を入れた次式（４）を用いて、ステップ毎に式（５）から見かけの材齢を、式（７）（８）から中性化抵抗を算出し、中性化の進行を予測する方法を提案した。ここでは、材齢は「年」で表し、炭酸ガス濃度５％の促進中性化試験の結果から得た中性化抵抗Ｒを式（６）に示す屋外での想定炭酸ガス濃度（＝0.03％）で補正した中性化抵抗R'を用いて算出する。適用条件として、仕上塗材は13年以内に塗り替えることとし、また、中性化抵抗Ｒの算出では、樹脂塗膜厚さに仕上塗材施工における塗厚さのばらつきを考慮した係数を乗じることとした。

提案した中性化予測の計算例として算定条件と、外壁部分に仕上塗材を施した場合と仕上げなしの打放しの場合における中性化深さの進行予測を図６に示す。仕上塗材は複層塗材Ｅとし、13年目毎に塗り替える計画とした。仕上塗材施工時の塗厚さのばらつきを表す係数は0.5 とした。仕上塗材を施した場合の中性化深さは、経過年数60年で打放しの場合の約50％程度となる。

仕上塗材による中性化の抑制効果について実験的に検討した結果、以下の知見が得られた。仕上塗材に含まれる樹脂量から換算した樹脂塗膜厚で、中性化に対する抵抗性を推定できる。実験結果から上記式（Ａ）を基に仕上塗材の経年劣化を考慮した中性化進行の予測式を提案した。

劣化なしの場合の促進中性化材齢と中性化深さとの関係線図。 ６年劣化の場合の促進中性化材齢と中性化深さとの関係線図。 12年劣化の場合の促進中性化材齢と中性化深さとの関係線図。 樹脂塗膜厚と中性化抵抗との関係線図。 劣化年数と中性化抵抗との関係線図。 経過年数と中性化深さとの関係線図。

Claims (4)

1. 仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化深さの予測方法であって、仕上塗材の材齢と仕上塗材の塗厚とから仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化抵抗を求め、求められた中性化抵抗を基にコンクリート構造物の中性化深さを予測することを特徴とするコンクリート構造物の中性化深さの予測方法。
2. 仕上塗材を塗布したコンクリート構造物の中性化深さの予測方法であって、仕上塗材を塗布したコンクリート構造物における仕上塗材の単位塗厚当たりの中性化抵抗と仕上塗材の材齢との関係を示す図又は表を予め求めて準備しておく工程と、コンクリート構造物の仕上塗材の塗厚と材齢とを測定する工程と、測定された仕上塗材の塗厚と材齢とから上記図又は表に基づいて中性化抵抗を求める工程と、求められた中性化抵抗を基に、コンクリート構造物の中性化深さを予測する工程とからなることを特徴とするコンクリート構造物の中性化深さの予測方法。
3. 仕上塗材の塗厚は、仕上塗材の全塗厚に仕上塗材中に含まれる樹脂成分の割合を乗じたものである請求項１又は請求項２に記載のコンクリート構造物の中性化深さの予測方法。
4. 求められた中性化抵抗を基に、次式（Ａ）によりコンクリート構造物の中性化深さを予測することを特徴とする請求項１に又は請求項２に記載のコンクリート構造物の中性化深さの予測方法。
   

   

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