インフラをめぐる状況少子高齢化人口減少人材難低経済成長地球温暖化異常気象と災害の巨大化社会基盤の老朽化長寿命化維持管理補修補強更新廃棄東日本大震災と南海トラフ地震想定外減災国土強靭化 2

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あつみねいくのや
5 years ago
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1 コンクリート構造物のひび割れと劣化その対策について岡山大学名誉教授阪田憲次 1

2 インフラをめぐる状況少子高齢化人口減少人材難低経済成長地球温暖化異常気象と災害の巨大化社会基盤の老朽化長寿命化維持管理補修補強更新廃棄東日本大震災と南海トラフ地震想定外減災国土強靭化 2

3 人口動態総人口若年層人口高齢者人口生産年齢人口 14 歳以下 65 歳以上 15~64 歳 2014 年 1 億 2,714 万人 1,633 万人 3,237 万人 7,843 万人割合 (%) 100% 12.8% 25.5% 61.7% 2050 年 9,708 万人 939 万人 3,768 万人 5,001 万人割合 (%) 100% 9.7% 38.8% 51.5% 3

4 地球温暖化 4

5 東日本大震災からの教訓想定外災害は次に起こる災害によって凌駕される減災設計におけるフェイルセーフ化被災しても人命が失われないことを最重視する 5

6 南海トラフ巨大地震 (2012 年 8 月 29 日の想定 ) (2013 年 3 月 18 日の想定 ) マグニチュード :9.1 震度 6 強以上 :24 府県 239 市区町村震度 7:10 県 151 市区町村 20m 以上の津波 :8 都県高知県黒潮町 :34m, 8 分死者 ( 風の強い冬の深夜 ):32.3 万人全壊焼失建物数 :238 万 6 千棟経済的被害 :230 兆 3 千億円 (GDP の 42%) 国土強靭化 ( ストックの議論でありフローの視点で論じてはならない ) 6

7 インフラの老朽化と維持管理荒廃するアメリカ 1981 年 :Pat Choate 博士アメリカの公共施設への投資の縮小のため欠陥橋梁が占める割合が45% に上る状況に警鐘を鳴らした 60~75: ヴェトナム戦争傷病兵の為の社会福祉予算 7

8 橋梁の劣化状況 8

9 ( 国土交通省 HP) 9

10 ( 国土交通省 HP) 10

11 コンクリート構造物の劣化と耐久性コンクリート構造物の劣化には特別の劣化作用による早期劣化と時間とともに老化する経年劣化とがある耐久性とは時間の経過に伴うコンクリートおよびコンクリート構造物の性能低下 ( 経年劣化 ) に対する抵抗性を意味する耐久性とは種々の劣化作用 ( 早期劣化 ) に抵抗し長期にわたって使用に耐える性質である 11

12 コンクリート構造物の劣化とその原因 12

13 コンクリートのひび割れと劣化コンクリートおよびコンクリート構造物の劣化とひび割れとは密接に関係するひび割れはその原因によって特徴がほぼ決まっておりひび割れから劣化の原因を推測できるひび割れは劣化耐久性低下の前兆となるコンクリートの劣化と補修のわかる本セメントジャーナル社 13

14 ひび割れの原因分類項目原因セメント異常凝結膨張水和熱材料骨材含有鉱物泥分反応性骨材コンクリート沈下ブリージング乾燥収縮練混ぜ運搬長時間の練混ぜ圧送および運搬時の加水打込み締固め不十分な締固め打継ぎ処理の不良施工養生初期養生不良 ( 乾燥凍結 ) 硬化前の振動鉄筋工配筋の乱れかぶりの不足型枠工型枠のはらみ支保工の沈下温度湿度変化火災凍結融解部材両面の温度湿度差環境化学物質酸塩類の化学作用有害物質の侵入中性化塩化物イオン ( 鉄筋腐食 ) 外力オーバーロード ( 地震積載荷重 ) 構造外力基礎地盤構造物の不同沈下設計断面鉄筋不足 14

15 水和熱による温度ひび割れ内部拘束外部拘束 15

16 収縮ひび割れ乾燥収縮がベースコンクリート等に拘束されそれによって発生する引張応力によりひび割れが発生する等間隔で拘束面より垂直に発生するベースコンクリートベースコンクリート 16

17 型枠及び地盤に起因するひび割れ 17

18 アルカリ骨材反応アルカリシリカ反応 (NaOH or KOH) + シリカ鉱物シリカゲルアルカリ反応性鉱物シリカゲル + 水膨張ひび割れアルカリシリカ反応の条件 1 反応性鉱物 ( クリストバライトオパール等 ) を含む骨材が存在する 2 コンクリート内部のアルカリ度がある限度値以上になる 3 十分な水分が供給される 18

19 アルカリ骨材反応によるひび割れたがいに120 度をなして発達する3 本足のひび割れ (3 legged Cracking) となるただ配筋状態や鉄筋量によってはこのような特徴がない場合もあるひび割れ幅はきわめて大きく著しい劣化を引き起こす恐れがある 19

20 反応性骨材を使用するときの対策 1 低アルカリセメントを使用する 2 単位セメント量を小さくする 3 高炉セメントやフライアッシュセメントを使用する 4 コンクリート中のアルカリ総量を 3.0 kg/m 3 以下とする 5 外部からの水の浸入を遮断する 6 コンクリートが十分に乾燥するまでコンクリート表面を被覆しない 20

21 膨張量ペシマム ( 最悪 ) 値ペシマム値ペシマム値混合率反応性鉱物混合率 (%) 21

22 鉄筋の腐食による劣化鉄筋が腐食するとその体積はもとの約 2.5 倍に膨張しその膨張圧によってかぶりコンクリ - トにひび割れを生じさせ剥離を引き起こさせるその原因としてはコンクリートの中性化と塩化物イオンのコンクリート中への侵入が考えられる 22

23 中性化 ( 炭酸化 ) Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O ph = 12.5 ph = 8.5 フェノールフタレィン 1% アルコール溶液噴霧で赤紫色を呈する部分は中性化していない中性化深さ = γ α t 中性化速度係数 ; α = (W/B) 温度が高いほど湿度が低いほど中性化は速くなる 23

24 塩化物イオンによる鉄筋腐食 24

25 海洋構造物の環境と鉄筋腐食常時大気中 ( 酸素 ) 飛沫帯 ( 酸素水 ) HWL 潮汐帯 ( 酸素水 ) LWL 常時水面下 ( 水 ) 25

26 鉄筋腐食の防止対策緻密なコンクリートとする 1 水セメント比の低減 2 高炉スラグ微粉末等の混和材の添加 3 入念な施工鉄筋の防錆対策 1 亜鉛メッキ鉄筋エポキシ樹脂塗装鉄筋 2 防水処理 ( 床板 ) 3 電気化学的防食かぶりの増加( 設計 ) 26

27 MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O 硫酸塩耐硫酸塩性 CaSO4 2H2O + Mg(OH)2 石膏 3CaO Al2O3 + 6H2O 3CaO Al2O3 6H20 アルミン酸 3 石灰 ; アルミネート相 ( クリンカーを構成している化合物 ) 3CaO Al2O3 6H2O + 3(CaSO4 2H2O) + 20H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O エトリンガイト ( セメントバチルス ) エトリンガイトの生成はきわめて大きい体積膨張を引き起こしコンクリートに膨張性のひび割れを生じさせ組織が緩み崩壊が進行する 27

28 凍害 ( 凍結融解作用 ) 大気エントラップトエアー :0.2~2.0% 100μm 以上 ( 気泡間隔係数 :400~700 μm) エントレインドエアー :3~6%, 数 μm~100 μm ( 気泡間隔係数 :150~200 μm) 氷結圧氷結圧によりコンクリートは表面からスケーリングを起こしぼろぼろになるひび割れは亀甲状を示し放射状に入る 28

29 地震津波による損傷地震の揺れによる損傷津波による損傷 29

30 コンクリート構造物の劣化対策事前対策 : 設計段階における耐久性の考慮 : 耐久設計供用期間中における対策 : 維持管理 ( 点検劣化度の判定 ) 事後対策 : 補修補強更新廃棄 30

31 耐久性の照査設計の段階で耐久性を保証する予測式コンクリートの配合条件等 ( 安全係数 )X( 劣化現象の設計値 ) ( 制限値 ) 実験実績 31

32 中性化の照査構造物係数 :1.0( 重要構造物 1.1) 中性化に対する耐用年数 ( 年 ) γ i y d y lim <1.0 中性化深さの設計値 =γ cb α d t α k β e γ c 鋼材腐食発生限界深さ =C-C k C: かぶりの期待値 : 設計かぶり C k : 中性化残り通常環境 10mm 塩分環境下 10~25mm とするのがよい α k : 中性化速度係数の特性値 β e : 環境作用の程度を表す係数 γ c : コンクリートの材料係数 32

33 各種係数等予測値中性化速度係数 : p = W/B 塩化物イオンに対する拡散係数 : 普通ポルト ; log Dp = -3.9(W/C) 2 7.2(W/C) 高炉シリカ ; log Dp = -3.0(W/C) 2 5.4(W/C) 相対動弾性係数 : 試験 JIS A 1148(A 法 ) で求めてよい最大 W/C を表で与える耐化学的侵食性 : 最大 W/C を表で与えるコンクリートの透水係数 : 試験で求める log Kp = 4.3(W/C)

34 ひび割れ幅に対する照査ひび割れ幅の算定:w =l (εs εc) w: ひび割れ幅 l : ひび割れ間隔 εs : ひび割れ間における鉄筋の平均ひずみ εc : コンクリート表面の平均ひずみ ( 乾燥収縮 ) w w a ( 許容ひび割れ幅 ) c: かぶり 34

35 水和熱によるひび割れ発生に対する照査 I cr (t) γ cr I cr (t): ひび割れ指数 I cr (t)=f tk (t)/σ t (t) f tk (t): 材齢 (t) におけるコンクリート引張強度の特性値 σ t (t): 材齢 (t) におけるコンクリート最大引張応力度解析により算出 γ cr : ひび割れ発生危険度およびひび割れ指数の精度に関わる安全係数一般に 1.0~1.8 としてよい. ひび割れを防止したい場合 :1.75 以上ひび割れの発生をできるだけ制限したい場合 :1.45 以上ひび割れの発生を許容するがひび割れ幅が過大にならないように制限したい場合 :1.0 以上 35

36 水セメント比の最大値と最小かぶりの標準値下表に示すコンクリートの水セメント比とかぶりを満足しかつひび割れ幅が前に示した許容ひび割れ幅を超えなければコンクリートの中性化塩害凍害および化学的浸食に対する耐久性照査に合格したものと考えてよい 36

37 コンクリート構造物のメンテナンスコンクリート構造物 ( インフラ ) の長寿命化メンテナンスの時代 * メンテナンスマネジメントシステムの構築 1) データベースカルテの整備 2) 予防保全 ( 劣化が進む前にこまめに補修して長寿命化を図る更新投資額の削減と維持管理費の増加 : アセットマネジメントで評価 ) 3) メンテナンス技術の開発劣化度検査の頻度検査箇所およびその方法 37

38 コンクリート構造物のメンテナンス ( 続 ) 劣化度の判定 ( 診断の標準化 ) 劣化度に応じた補修あるいは補強の程度と方法 * 社会構造および環境変化に応じたメンテナンスの高度化高機能化人口減少 ( インフラの廃棄 or 更新 ) 異常気象 ( ゲリラ豪雨に対応する貯水量の増加 ) * メンテナンスを担う人材の育成と資格認定 1~2 週間程度の技術講習会受講者を検査員に認定する ( 既存資格の活用シニアの活用 ) * 財源の確保 ( 道路特定財源等 ) 38

39 長寿命化計画のフォローアップ ( 国土交通省ホームページより ) 39

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41 長寿命化計画のフォローアップ 41

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43 ライフサイクルの中に位置づけた維持管理施工供用設計維持管理廃棄更新補修補強検査評価 43

44 むすびひび割れはコンクリートの有する欠点の一つでありコンクリート構造物の劣化と密接に関係するコンクリートのひび割れには有害なものとそうでない避けられないものとがあることを理解すべきである有害なひび割れを避けコンクリート構造物の適切な維持管理によってその長寿命化を図ることが求められている 44

コンクリート構造物のひび割れと劣化について

コンクリート構造物のひび割れと劣化についてコンクリート構造物のひび割れと劣化その対策について岡山大学名誉教授阪田憲次 1 インフラをめぐる状況少子高齢化人口減少人材難低経済成長地球温暖化異常気象と災害の巨大化社会基盤の老朽化長寿命化維持管理補修補強更新廃棄東日本大震災と南海トラフ地震想定外減災国土強靭化 2 人口動態総人口若年層人口高齢者人口生産年齢人口 14 歳以下 65 歳以上 15~64

インフラをめぐる状況 少子高齢化 人口減少 人材難 低経済成長 地球温暖化 異常気象と災害の巨大化 社会基盤の老朽化 長寿命化 維持管理 補修 補強 更新 廃棄 東日本大震災と南海トラフ地震 想定外 減災 国土強靭化 2

インフラをめぐる状況少子高齢化人口減少人材難低経済成長地球温暖化異常気象と災害の巨大化社会基盤の老朽化長寿命化維持管理補修補強更新廃棄東日本大震災と南海トラフ地震想定外減災国土強靭化 2