50 写真 1 炭酸化養生槽平衡水中のCaイオン濃度 mmol/l 20 OPC 長寿命化コンクリート 15 標準養生 5 炭酸化養生液固比図 1 溶解試験における Ca 溶脱量 14 標準養生 13 ph 炭酸化養生写真 2 長寿命化コンクリートプレ

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さやたけくま
7 years ago
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1 49 特集維持管理長寿命化リニューアル長寿命化コンクリート EIEN 横関康祐渡邉賢三芦澤良一取違剛コンクリート構造物の早期劣化問題や維持管理の重要性が認識されライフサイクルコストを重視した新設構造物の設計や補修工法が広く認知されるようになってきているこれらに資する技術として二酸化炭素による養生とγ-C2S ダイカルシウムシリケートγ相の利用という新しい発想による長寿命化コンクリートを開発した本長寿命化コンクリートは永遠にその性能を発揮できることを期待するとともに地球環境に配慮した新しい材料である本報告では長寿命化コンクリートの特徴長寿命のメカニズム適用事例について概説するキーワードコンクリート耐久性溶脱磨耗塩害ライフサイクルコスト 1 はじめに 2 長寿命化コンクリートの特徴近年建設投資額の縮小や社会情勢の変化から作っ 1 材料および配合ては壊すという従来のスクラップアンドビルド型本長寿命化コンクリートに使用する材料的な特徴の社会資本整備ではなく循環型社会すなわちサスは低熱ポルトランドセメントとγ-C2S を含む特殊ティナブルディベロップメントを目指すべきである混和材を使用することまた補強材には新型のカーとの声が高まり社会資本のアセットマネジメントやボン繊維もしくはステンレス鉄筋を用いることにあライフサイクルコストを重視した設計や維持管理が進るセメント系材料としてはモルタルあるいはコンめられるようになってきているこれらを実現させるクリートのいずれも製造可能であり骨材の種類や品ためには高精度な診断技術劣化予測技術マネジ質について特に制限はない配合としては使用されメントシステムなどのソフト技術に加えて構造物のる環境条件に応じて水結合材比や混和材の添加量を調設計耐用年数に応じた性能が明らかな高い耐久性を整することができるまた初期欠陥の低減や施工性有する材料施工法といったハード技術が必要となるの向上を目的として高流動コンクリートとしているこのような背景に鑑み高い耐久性を有する材料技術として筆者らは数千年前の古代コンクリートの 2 製造方法調査を通じてアイデアを得た二酸化炭素による促進本長寿命化コンクリートはプレキャストコンク養生と特殊混和材γ-C2S ダイカルシウムシリケートリートとほぼ同様な製造方法施工方法を用いる水 γ相の利用という新しい発想により長寿命化コン平二軸強制練りミキサで通常よりもやや長い 3 5 分クリートを開発した 1 2 本長寿命化コンクリートは程度練り混ぜたコンクリートを型枠内に打設する次永遠にその性能を発揮することを期待するとともににおよそ時間後に圧縮強度が 15 N/mm2 となっ Earth Infinity ENvironment を意識し地球環境にた時点で脱型し写真 1 に示す特殊養生槽中で強配慮した新しいコンクリート材料でありライフサイ制炭酸化養生を行うこのときの養生槽内は CO2 濃クルコストの低減や CO2 排出量の低減など環境負荷度 20 湿度 50 RH 温度に機械低減に活用できる新しい技術である本報告では本的に制御して 7 28 日間保持する所定の養生を長寿命化コンクリートの特徴長寿命化メカニズム終了後建設現場に運搬し通常のプレキャスト埋設適用事例について概説する型枠と同様に施工する写真 2 さらにこの技術を応用し本長寿命化コンクリートを場所打ちすることも可能である通常の生コンと

建設投資額の縮小や社会情勢の変化から作っ 1 材料および配合ては壊すという従来のスクラップアンドビルド型本長寿命化コンクリートに使用する材料的な特徴の社会資本整備ではなく循環型社会すなわちサスは低熱ポルトランドセメントとγ-C2S を含む特殊ティナブルディベロップメントを目指すべきである混和材を使用することまた補強材には新型のカーとの声が高まり

2 50 写真 1 炭酸化養生槽平衡水中のCaイオン濃度 mmol/l 20 OPC 長寿命化コンクリート 15 標準養生 5 炭酸化養生液固比図 1 溶解試験における Ca 溶脱量 14 標準養生 13 ph 炭酸化養生写真 2 長寿命化コンクリートプレキャスト埋設型枠の運搬 9 OPC 8 長寿命化コンクリート液固比図 2 溶解試験における作用水中の ph 物の溶出が抑制され結果として周囲の作用水の ph を 9.5 程度と標準養生コンクリートの ph に比べて大幅に低く低アルカリすることができるまた一般的に炭酸化によって六価クロムの溶出量が増加すると言われている 3 が長寿命化コンクリートでは六価クロムの溶出はほとんどないた写真 3 現場炭酸化養生状況め周辺環境や生物に対してやさしい材料であると言える写真 4 は長寿命化コンクリートもしくは同様に練り混ぜ打設された長寿命化コンクリートに普通コンクリートを粉砕したものを水槽に入れ攪拌し対し現場で密閉空間をつくりプレキャストと同様たものであるが普通コンクリートではアルカリ成分な炭酸化養生を現場で行うものである写真 3 が溶け出し濁りが発生しているのに対し長寿命化コンクリートの入った水槽は透明である写真 5 は 3 長寿命化コンクリートの諸性能本長寿命化コンクリートの特徴は以下のとおりであ普通セメント OPC 高炉セメント B 種 BB 長寿命化コンクリートの硬化体を粉砕して砂や黒土に混る ①溶脱抵抗性が高い水に接した場合のカルシウム溶脱量は図 1 のように標準養生コンクリート OPC の 1/ 以下となるこれは本長寿命化コンクリートがセメント水和物の中でも比較的溶解度の高い水酸化カルシウムを生成せず炭酸カルシウム CaCO3 とケイ酸カルシウム水和物 C-S-H が主成分となるためである ②低アルカリ性である ph が低い図 2 に示すように炭酸化反応の効果により水和写真 4 水槽内の ph や成分溶出を抑制

5 程度と標準養生コンクリートの ph 12 13 に比べて大幅に低く低アルカリすることができるまた一般的に炭酸化によって六価クロムの溶出量が増加すると言われている 3 が長寿命化コンクリートでは六価クロムの溶出はほとんどないた写真 3 現場炭酸化養生状況め周辺環境や生物に対してやさしい材料であると言える写真 4 は長寿命化コンクリートもしくは同様に練り混ぜ

3 51 ない配慮がなされているまた上述したように塩化物イオンや二酸化炭素水分などを浸透させにくくしているため長寿命化コンクリートパネルよりも内側に配置されるコンクリート中の鋼材腐食も防ぐことができる ⑤耐摩耗性が高い図 4 にすり減り試験の結果を示す長寿命化写真 5 長寿命化コンクリートの植物への影響コンクリートは溶脱抵抗性が高いことまた表面が緻密化することにより圧縮強度 30 N/mm2 の普通ぜ植物の生育を確認した実験であるが明らかに長コンクリートに比べて 4 倍以上 80 N/mm2 の高強度寿命化コンクリートの生育がよいことが分かるコンクリートに比べても 2 倍以上耐摩耗性が高くな ③非常に緻密であり物質遮断性が高いるという特徴を有する炭酸化養生によって空隙率が大幅に小さくなることにより普通コンクリート OPC に比べて拡散係数や透水係数を 1/0 程度まで小さくすることができる図 3 は塩水に試験体を 1 年間浸漬した際の塩化物イオン濃度分布であるが長寿命化コンクリートは普通コンクリート OPC に比べて塩化物イオンの浸透を大幅に抑制することができている図 4 すり減り試験結果 3 長寿命化のメカニズム上記のような長寿命化コンクリートの高い性能を得るメカニズムについて以下に紹介する図 3 塩水浸漬試験 1 年図 5 にセメント中の酸化カルシウム CaO の水和と炭酸化反応による体積変化を模式化して示す通 ④腐食しない常のセメントは水和反応により水酸化カルシウム長寿命化コンクリートは鉄筋や鋼繊維を使用せず Ca OH 2 を生成する際に膨張する次に水酸化カル写真 6 に示す新型カーボン繊維や耐食性の高いスシウムが炭酸化した場合には体積収縮を引き起こテンレス鉄筋を使用することで鋼材の腐食を起こさす一方強制的にγ-2CaO SiO γ-c 2 2S を炭酸化写真 6 新型カーボン繊維図 5 γ-c2s の炭酸化による緻密化のメカニズム

に比べて拡散係数や透水係数を 1/0 程度まで小さくすることができる図 3 は塩水に試験体を 1 年間浸漬した際の塩化物イオン濃度分布であるが長寿命化コンクリートは普通コンクリート OPC に比べて塩化物イオンの浸透を大幅に抑制することができている図 4 すり減り試験結果 3 長寿命化のメカニズム上記のような長寿命化コンクリートの高い性能を得

4 52 させた場合水酸化カルシウムをほとんど生成せずかったそのため塩分供給量の多い床版下面側に長直接炭酸カルシウム CaCO3 になるまた生成され寿命化コンクリートの埋設型枠を用い鉄筋を全て更る炭酸カルシウムは通常の炭酸化反応で生成する新し新たにコンクリートを打設し床版上面には浸カルサイト ρ=2.71 よりも密度の低いバテライト透性吸水防止材を用いることで塩分浸透を抑制するこ ρ=2.65 となるため体積は膨張すると考えられるととした補修前後の外観を写真 7 に示すこれらの結果空隙が充填されるとともにケミカルプ本構造物の補修後の耐久性評価を行った結果補修レストレスが発生し高い耐久性や高い強度が得られ工法として最も一般的な断面修復工法では年ごとるものと考えられる空気中の二酸化炭素と接した場に繰り返し補修が必要であり打換え工法でも 20 合の中性化と長寿命化コンクリートを強制炭酸化養生 30 年程度の寿命と推定されたそれに対し長寿命した場合の結晶構造を模式化して図 6 に示す長化コンクリート工法では 74 年以上の耐久性が見込寿命化コンクリートは炭酸化反応による C-S-H の分めるとの試算結果が得られたまた長寿命化コンク解が起きにくく C-S-H の骨格を生成したあとに炭酸リート工法は断面修復工法に比べて初期補修費用カルシウムの一種であるカルサイトやバテライトが空はやや大きくなるがエポキシ樹脂塗装鉄筋を用いた隙を充てんすることで緻密な硬化体を形成しているも打換え工法や電気防食工法よりも低コストでかつのと考えられる経年的な補修が不要であるしたがって補修後 20 年以上供用する場合図 7 に示すようにライフサイクルコスト LCC を大幅に低減できるさらに同種工事において補修時における CO2 排出量を算定した結果を図 8 に示すこれによるとライフサイクル CO2 LCCO2 も 20 年以上供用することにより他の工法に比べて大幅に低減でき環境への貢献も期待できると考えられる図 6 長寿命化コンクリートの強制炭酸化と通常の中性化の模式図 4 長寿命化コンクリートの適用事例対象とした桟橋は約 40 年の供用期間を経ておりこれまでに床版部分を 2 回補修している土木学会コンクリート標準示方書に示される劣化過程としては劣化期に相当しており早急な対策が必要と考えられた 4 また床版厚 250 mm の全体において腐食発生限界塩化物イオン濃度 1.2 kg/m3 を超える塩分が浸透しており目視調査からも鉄筋の腐食ひび割れ発生が確認できたこのため断面修復や表面被覆などではなく床版のコンクリート全体を更新する必要があったまた本桟橋は石油の荷卸や積込を行う桟橋であるため電気防食床版厚の増加などができな写真 7 桟橋底版の補修前後の外観

65 となるため体積は膨張すると考えられるととした補修前後の外観を写真 7 に示すこれらの結果空隙が充填されるとともにケミカルプ本構造物の補修後の耐久性評価を行った結果補修レストレスが発生し高い耐久性や高い強度が得られ工法として最も一般的な断面修復工法では年ごとるものと考えられる空気中の二酸化炭素と接した場に繰り返し補修が必要であり打換え工法でも 20

5 53 の固定やセメント量の低減コスト低減を達成することができるなど幅広い可能性を秘めた技術である更なる研究を遂行し社会や環境に役立つ技術開発を進めていきたいと考える図 7 ライフサイクルコスト算出結果参考文献 1 渡邉賢三横関康祐取違剛坂田昇炭酸化養生によるコンクリートの高耐久化技術 EIEN の開発と試験施工コンクリート工学 Vol.45 No pp 渡邉賢三横関康祐坂井悦郎大門正機各種混和材を含んだモルタルの炭酸化養生による高耐久化コンクリート工学年次論文集 Vol.25 No pp 土木学会コンクリートからの微量成分溶出に関する現状と課題コンクリートライブラリー渡邉賢三取違剛横関康祐坂田昇超高耐久カーボン繊維補強コンクリートを用いた新しい桟橋補修工法鹿島技術研究所年報 Vol pp 筆者紹介横関康祐よこぜきこうすけ上席研究員図 8 ライフサイクル CO2 算出結果渡邉賢三わたなべけんぞう主任研究員 5 おわりに本開発長寿命化コンクリートは EIEN と命名された EIEN はセメントの水和反応のみで硬化するものではなく鉄筋コンクリートにおいては毒と考え芦澤良一あしざわりょういち研究員られていた二酸化炭素との反応を利用しさらにコンクリートには利用されてこなかったγ-C2S を含む特殊混和材を利用した革新的なコンクリートである今後は塩害を受ける臨海構造物磨耗や溶脱が起こる水路や水処理施設などでの利用が期待されるさらにポーラスコンクリートとして利用することも可能であるため生物に対する悪影響を及ぼさず CO2 取違剛とりちがいたけし研究員

653-658 3 土木学会コンクリートからの微量成分溶出に関する現状と課題コンクリートライブラリー 111 2003 4 渡邉賢三取違剛横関康祐坂田昇超高耐久カーボン繊維補強コンクリートを用いた新しい桟橋補修工法鹿島技術研究所年報 Vol.54 2006 pp.

図維持管理の流れと診断の位置付け 1) 22 22

図維持管理の流れと診断の位置付け 1) 22 22 第 2 章. 調査診断技術 2.1 維持管理における調査診断の位置付け (1) 土木構造物の維持管理コンクリート部材や鋼部材で構成される土木構造物は立地環境や作用外力の影響により経年とともに性能が低下する場合が多いこのためあらかじめ設定された予定供用年数までは構造物に要求される性能を満足するように適切に維持管理を行うことが必要となる土木構造物の要求性能とは構造物の供用目的や重要度等を考慮して設定するものである

50 写真 1 炭酸化養生槽 平衡水中のCaイオン濃度 mmol/l 20 OPC 長寿命化 コンクリート 15 標準養生 5 炭酸化養生 液固比 図 1 溶解試験における Ca 溶脱量 14 標準養生 13 ph 炭酸化養生 写真 2 長寿命化コンクリートプレ

50 写真 1 炭酸化養生槽平衡水中のCaイオン濃度 mmol/l 20 OPC 長寿命化コンクリート 15 標準養生 5 炭酸化養生液固比図 1 溶解試験における Ca 溶脱量 14 標準養生 13 ph 炭酸化養生写真 2 長寿命化コンクリートプレ