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1 P60 コンクリート 構 造 物 の 耐 久 性 照 査 ( 設 計 編 5 章 ) 泴 鐯 載 軑 膐 引 菹 咧 ヌヷ 載 軑 媵 犯 憜 惻 樟 栽 ワ 瘊 抵 判 顆 樟 蕊 鷾 レ 驝 ペ 砲 孟 樲 僮 使 用 条 件 載 軑 憜 惻 載 軑 桐 鰦 菹 咧 載 軑 桐 鰦 咧 ンヴ 呼 悥 ワ 鬍 磴 判 ンヴ 呼 悥 載 軑 克 磆 螱 霂 螱 霂 ワ 瘊 抵 判 砲 孟 樲 僮 顆 樟 蕊 鷾 レ 廓 ペ 大 阪 工 業 大 学 三 方 康 弘 暴 露 試 験 場 ( 三 重 県 熊 野 市 ) 倥 抵 啗 孑 幵 叒 幵 啗 帔 穟 冥 鷾 サ 礼 倥 抵 啗 鐮 惻 决 栖 ワ 瘊 抵 判 孑 啗 痿 一七テ 旈 栂 决 栖 ワ 瘊 抵 判 竝 廓 哲 憥 抵 决 栖 倥 抵 啗 鐮 惻 决 栖 ワ 載 軑 判 孑 啗 痿 一七テ 旈 栂 决 栖 ワ 載 軑 判 竝 廓 哲 憥 抵 决 栖 ワ 載 軑 判 土テ火コフ上ワ 啗 帔 穟 冥 鷾 レ 驝 ペ 甹 櫺 倥 抵 啗 爇 ブ ワ 載 軑 判 孑 啗 痿 一七テ 班 惻 ワ 載 軑 判 土テ火コフ上ワ サ八コ 礼 樟 噏 打 レ 驝 ペ 甹 櫺 顆 樟 蕊 鷾 穎 確 鬍 磴 爇 ブ 顆 樟 蕊 鷾 穎 確 鬍 磴 班 惻 竝 廓 哲 憥 抵 决 栖 ワ 槇 廩 鬍 磴 判 ヒ 載 軑 菹 磆 惑 栖 ヒ 蹝 澵 抵 蔂 図 コンクリート 構 造 物 の 耐 久 性 照 査 の 流 れ 泴 鐯 載 軑 載 軑 媵 犯 憜 惻 妯 芊 憜 惻 ワ 偱 牋 判 膐 引 菹 咧 Ø 帾 卙 决 栖 隁 嚧 憜 惻 ヌヷ ンヴ 呼 悥 ワ 鬍 磴 判 ンヴ 呼 悥 ワ 汗 軛 菹 偁 抵 倥 抵 啗 孑 幵 叒 幵 啗 帔 穟 冥 鷾 サ 礼 倥 抵 啗 鐮 惻 决 栖 ワ 瘊 抵 判 Ø 帾 卙 决 栖 孑 啗 痿 一七テ 旈 栂 决 栖 ワ 瘊 抵 判 Ø 帾 卙 决 栖 竝 廓 哲 憥 抵 决 栖 ワ 瘊 抵 判 Ø 帾 卙 决 栖 薘 憙 目 ワ 槇 寯 鬍 判 Ø 帾 卙 决 栖 冥 鷾 瘸 灔 ワ 籠 辛 幟 齢 ワ 幟 桟 倥 抵 啗 鐮 惻 决 栖 ワ 偱 牋 判 孑 啗 痿 一七テ 旈 栂 决 栖 ワ 偱 牋 判 竝 廓 哲 憥 抵 决 栖 ワ 偱 牋 判 薘 憙 目 ワ 偱 牋 判 図 コンクリートの 耐 久 性 照 査 の 流 れ W/ 兮 磆 棰 螱 霂 W/ 逍 樟 栽 ワ 綰 鶸 P60 P61 通 常, 硬 化 コンクリートは,1に 示 すようにコンクリート 中 の 水 和 生 成 物 ( 水 酸 化 カルシウム 等 )が 細 孔 溶 液 中 に 電 離 し 飽 和 しているため, 強 いアル カリ 性 (ph12~13)を 示 している 2).しかし, 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 が,コン クリート 表 面 から 侵 入 すると,2に 示 すように 二 酸 化 炭 素 は 炭 酸 イオンおよ び 炭 酸 水 素 イオンとなる.そして,3に 示 すように 細 孔 溶 液 中 で 炭 酸 イオン と 水 酸 化 物 イオンが 反 応 する.その 結 果, 細 孔 溶 液 の 水 酸 化 物 イオンが 減 少 しアルカリ 性 は 低 下 する.この 現 象 を 一 般 に 中 性 化 という. 1 コンクリート 中 の 水 酸 化 カルシウムの 電 離 a (OH) 2 a + 2OH + 2 コンクリート 中 に 侵 入 した 二 酸 化 炭 素 O 2 + H2O H2O3 H + HO3 2H + O3 3 炭 酸 化 反 応 a + 2OH + 2H + O3 ao3 + 2H2O O 2 H 2 O O 2 O 2 H 2 O O 2 O 2 H 2 O O 2 O 2 H 2 O O 2 ph>12 不 動 態 被 膜 鉄 筋 中 性 化 部 鉄 筋 図 不 動 態 被 膜 の 破 壊 錆 鉄 筋 中 性 化 のイメージ + 鉄 筋 - + ひび 割 れ 錆 - 2-1

2 P62 P62 写 真 中 性 化 深 さの 測 定 状 況 写 真 かぶりのはく 落 P62 中 性 化 に 対 する 構 造 物 の 維 持 管 理 P62 中 性 化 による 劣 化 部 材 の 性 能 低 下 錆 汁 はく 離 はく 落 ( 部 分 的 ) 鉄 筋 に 沿 った ひび 割 割 れれ 鋼 材 の 腐 食 開 始 コンクリートに 腐 食 ひび 割 れ 発 生 潜 伏 期 進 展 期 加 速 期 劣 化 期 鋼 材 の 断 面 欠 損 はく 落 ( 広 範 囲 ) 使 用 期 間 中 性 化 による 劣 化 能 低 下 部 材 の 性 中 性 化 の 進 行 と 鋼 材 の 腐 食 による 劣 化 過 程 鋼 材 の 腐 食 開 始 潜 伏 期 コンクリートに 腐 食 ひび 割 れ 発 生 進 展 期 美 観 の 低 下 使 用 期 間 中 性 化 による 劣 化 コンクリートに 腐 食 ひび 割 れ 発 生 鋼 材 の 腐 食 開 始 加 速 期 劣 化 期 潜 伏 期 進 展 期 部 材 の 性 能 低 下 加 速 期 耐 荷 力 の 低 下 剛 性 の 低 下 使 用 期 間 劣 化 期 図 中 性 化 による 劣 化 進 行 過 程 と 劣 化 (a) 美 観 景 観 に 着 目 した 場 合 (b) 安 全 性 に 着 目 した 場 合 解 説 図 中 性 化 による 劣 化 進 行 過 程 の 概 念 図 の 一 例 2

3 普 通 ポルトランドセメントを 用 い 一 般 的 な 環 境 下 に 立 地 し 表 5.2.1に 示 す 最 小 かぶりと 最 大 水 セメント 比 の 値 を 満 足 する かつ ひび 割 れ 幅 が 表 5.2.2に 示 す 一 般 の 環 境 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値 を 満 足 する 照 査 の 条 件 対 象 構 造 物 の 種 類 構 造 物 係 数 γ i 重 要 構 造 物 =1.1 一 般 構 造 物 =1.0 照 査 設 計 かぶり コンク リートの 配 合 等 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 深 さ lim lim= - k : 耐 久 性 に 関 する 照 査 に 用 いる かぶりの 設 計 値. 施 工 誤 差 を あらかじめ 考 慮 し 下 式 で 求 める. =- e :かぶり e: 施 工 誤 差 k: 中 性 化 残 り 通 常 環 境 下 =10mm 塩 害 環 境 下 =10~25mm 図 no ばらつきを 考 慮 した 安 全 係 数 γ b 一 般 =1.15 高 流 動 コンクリート =1.1 Еi lim es OK es 中 性 化 速 度 係 数 の 特 性 値 α k (mm/ 惑 ) Еp Гp Гk α p:コンクリートの 中 性 化 速 度 係 数 の 予 測 値 (mm/ 惑 ) γ p:α pの 精 度 に 関 する 安 全 係 数. 一 般 に1.0~ 環 境 環 境 作 用 の 程 度 を 表 す 係 数 β e 乾 燥 しやすい 環 境 =1.6 乾 燥 しにくい 環 境 =1.0 中 性 化 速 度 係 数 の 設 計 値 (mm/ 惑 ) α =α k ββ e γ 中 性 化 深 さの 設 計 値 =γ α 部 位 等 照 査 不 要 耐 用 年 数 t ( 年 ) コンクリート の 材 料 係 数 γ 一 般 =1.0 上 面 の 部 位 =1.3 上 限 を100 年 と する 中 性 化 に 関 する 照 査 のフロー no P63 表 標 準 的 な 耐 久 性 * P64 を 満 足 する 構 造 物 の 最 小 かぶりと 最 大 水 セメント 比 W/**の 最 大 値 (%) かぶり の 最 小 値 施 工 誤 差 柱 ±15 梁 ±10 スラブ ±5 橋 脚 ±15 * 設 計 耐 用 年 数 100 年 を 想 定 ** 普 通 ポルトランドセメントを 使 用 表 鋼 材 の 腐 食 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値 W a 鋼 材 の 腐 食 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値 w a 鋼 材 の 種 類 一 般 の 環 境 腐 食 性 環 境 特 に 激 しい 腐 食 環 境 異 形 鉄 筋 普 通 丸 鋼 P 鋼 材 :かぶり ただし, 適 用 できるかぶりは100mm 以 下 を 標 準 とする. かぶり は, 施 工 による 誤 差 を 考 慮 した 値 である. 中 性 化 による 鋼 材 腐 食 がかぶり 不 足 に 起 因 する 場 合 があることや, 実 施 工 では 的 確 なかぶりを 確 保 することが 困 難 な 場 合 があ ることなどを 踏 まえて, 照 査 で 使 用 するかぶりは, 式 (5.2.3)に 示 すように 施 工 誤 差 を 差 し 引 いた 値 を 用 いる. 顆 樟 蕊 鷾 穎 確 鬍 磴 爇 ブ)nn* k Δ e lim = k (5.2.2) 菹 偁 抵 レ 驝 ペ レ 磆 ヅ ヌヷ ワ 載 軑 判 mm ヨッ 桟 恖 辱 恠 偱 ㈣ 菨 搢 ヘョ 式 (5.2.3)ヨ 澵 ㈣ = Δ (5.2.3) e : 中 性 化 残 り :かぶり : 施 工 による 誤 差 P63 かぶりが 不 足 する 量 は, 施 工 時 の 管 理 レベルに 応 じて 異 なり, 一 様 ではない. 設 計 時 のかぶりと 実 測 かぶりを 比 較 した 結 果 によると, 設 計 時 のかぶりからの 不 足 量 は, 最 大 値 でそのかぶりの10% 程 度 である.かぶりの 施 工 誤 差 の 値 については, 表 521を 5.2.1を 参 照 して 設 定 する. 表 標 準 的 な 耐 久 性 * を 満 足 する 構 造 物 の 最 小 かぶりと 最 大 水 セメント 比 W/**の 最 大 値 (%) かぶり の 最 小 値 施 工 誤 差 柱 ±15 梁 ±10 スラブ ±5 橋 脚 ±15 * 載 軑 菹 磆 惑 栖 100 惑 掌 幘 ++ 椦 鐚 サ上ケテ中祝アテ上 兮 磆 P64 3

4 中 性 化 残 りは, 一 般 に, 通 常 環 境 下 では10mm,また 塩 分 環 境 下 では10~25mmとする. 具 体 的 な 中 性 化 残 りの 値 は, 環 境 条 件 ( 温 度, 湿 度, 塩 分 供 給 条 件 など)やコンクリートの 品 質 に 依 存 し, 現 時 点 では 必 ず しも 明 らかになっていないが, 中 性 化 残 りの 上 限 値 である 25mmは,あらかじめコンクリート 内 に 塩 分 が 存 在 する 場 合 の 値 である. また, 類 似 条 件 の 構 造 物 の 調 査 結 果 や 実 験 によって 十 分 確 認 されている 場 合 には,その 結 果 を 参 考 にして25mmより 小 さく することもできる. P64 中 性 化 深 さの 設 計 値 nn α = γ α t (5.2.4) P64 γ : 設 計 値 のばらつきを 考 慮 した 安 全 係 数 一 般 に1.15とする.ただし, 15とする 高 流 動 コンクリートを 用 いる 場 合 に は 構 造 物 中 のコンクリートの 均 一 性 が 高 まることから1.1とする. α : 中 性 化 速 度 係 数 の 設 計 値 t : 中 性 化 に 対 する 耐 用 年 数 ( 年 ) = αk βe γ (5.2.5) α k : 中 性 化 速 度 係 数 の 特 性 値 β : 環 境 作 用 の 程 度 を 表 す 係 数 (5.2.6) γ e :コンクリートの 材 料 係 数 γ p α α (5.2.6) p k P65 α p :コンクリートの 中 性 化 速 度 係 数 の 予 測 値 (mm/ 惑 ) γ p : α p の 精 度 に 関 する 安 全 係 数, 一 般 に1.0~1.3としてよい コンクリートの 中 性 化 速 度 係 数 の 予 測 値 α p は コンクリートの 有 効 結 合 材 比 と 結 合 材 の 種 類 から 予 測 できる. α p = a + b W a,b W B B (5.2.7) :セメント( 結 合 材 )の 種 類 に 応 じて, 実 績 から 定 まる 係 数 : 有 効 水 結 合 材 比 ただし, 式 (5.2.7)における 係 数 aおよびbは, 厳 密 には 環 境 条 件 にも 依 存 するので, 特 に 中 性 化 に 関 して 厳 しい 環 境 と 考 えられ る 場 合 には, 環 境 条 件 の 影 響 を 適 切 に 考 慮 しなければならない. P65 参 考 として, 土 木 学 会 フライアッシュ 研 究 小 委 員 会 が 普 通 ポルト ランドセメントあるいは 中 庸 熱 ポルトランドセメントを 用 いた17 種 類 の 実 験 データに 基 づいて 求 めた 回 帰 式 を 示 す. α p = W B (5.2.8) p W B : 有 効 水 結 合 材 比 = W p (5.2.9) ( + k A ) W : 単 位 体 積 あたりの 水 の 質 量 B 単 位 体 積 あたりの 有 効 結 合 材 の 質 量 p 単 位 体 積 あたりのポルトランドセメントの 酴 霄 A 喿 儺 兂 総 ッム ワ 爗 圥 樟 ワ 酴 霄 k 爗 圥 樟 ワ 懢 鴽 賭 ペ 决 栖 ケ一 注社オワ 嬀 嚧 k =0 + 璜 特ケ水 戩 肧 槻 ワ 嬀 嚧 k =0.7 式 (5.2.7)の 係 数 a,b を 定 めるにあたってはこれらも 参 考 にすると 良 い 4

5 環 境 作 用 の 程 度 を 表 す 係 数 β e コンクリートが 乾 燥 しやすい 条 件 ほど 二 酸 化 炭 素 がコンクリート 中 に 侵 入 しやすい 表 コンクリートの 中 性 化 の 進 行 予 測 に 及 ぼす 環 境 作 用 の 程 度 環 境 条 件 環 境 作 用 の 程 度 を 表 す 係 数 β e 乾 燥 しやすい 環 境 1.6 乾 燥 しにくい 環 境 1.0 P65 コンクリートの 材 料 係 数 γ 一 般 に1.0としてよい.ただし, 上 面 の 部 位 に 関 しては1.3とするのがよい. なお, 構 造 物 中 のコンクリートと 標 準 養 生 供 試 体 の 間 で 品 質 に 差 が 生 じな い 場 合 は, 全 ての 部 位 において1.0としてよい. 中 性 化 に 対 する 耐 用 年 数 t ( 年 ) 式 (5.2.2)で 求 める 中 性 化 深 さに 対 しては, 耐 用 年 数 100 年 を 上 限 とする. 中 性 化 に 関 する 照 査 γi 1.0 lim 中 性 化 深 さの 設 計 値 (nn* (5.2.1) = γ α t (5.2.4) 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 深 さ lim = k (5.2.2) P63 γ i: 構 造 物 係 数 一 般 に,1.0としてよいが, 重 要 構 造 物 に 対 しては1.1とする. 加 速 期 前 期 の 例 加 速 期 後 期 の 例 劣 化 期 の 例 写 真 塩 害 による 劣 化 の 例 劣 化 期 の 例 図 飛 来 塩 分 量 の 実 態 調 査 ( 建 設 省 総 合 技 術 開 発 フ ロシ ェクト) 5

6 O 2 倌 哲 揵 赧 薌 l H 2 O Fe(OH) Fe 2+ Fe 宗フ中 阨 宗フ中 噏 打 Fe Fe 2+ 2e 八秘フ中 噏 打 H 2 O 1/2O 2 2e 2OH P62 2e H O /2O 2OH 顆 樟 八秘フ中 阨 塩 害 に よ る 劣 化 部 材 の 性 能 低 下 鋼 材 の 腐 食 開 始 潜 伏 期 コンクリートに 腐 食 ひび 割 れ 発 生 進 展 期 美 観 の 低 下 加 速 期 劣 化 期 使 用 期 間 耐 荷 力 の 低 下 剛 性 の 低 下 P67 図 鋼 材 の 不 動 態 被 膜 の 破 壊 図 塩 害 による 劣 化 進 行 過 程 ワ 樲 僮 P68 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 lim P69 廓 郈 泴 鐯 痿 ワ 綰 鶸 泴 鐯 痿 决 栖 Еi 霂 蹝 泴 鐯 痿 =1.1 俽 虁 泴 鐯 痿 =1.0 孑 啗 痿 一七テ 班 惻 九 / 3 ワ 隁 嚧 罕 ヱ ュノ 菨 搢 ヘ ム 帾 卙 决 栖 ЕЕl l 俽 虁 =1.3 = 焦 哲 =1.1 顆 樟 蕊 鷾 穎 確 鬍 磴 班 惻 九 / 3 lim 俽 虁 レ 1.2 九 / 3 甹! 櫺 阨 儺 罕 孑 啗 痿 一七テレ 廓 ペ 瘊 抵 判 Dk m 2 / 惑 ンヴ 呼 砲 孟 菹 磆 惑 栖 t 惑 ヌヷ ワ 槮 懿 載 軑 判 乿 2 s η 2 ワ 樟 栽 ンヴ 呼 悥! w 賭 鰦 レ erf ( s) = e η 1/2 决 栖 輌 幼 ンヴ 呼 悥! wa ニヒ 掌 幘 孑 π 0 ンヴ 呼 悥 ワ 鬍 磴 判! wa Е ンヴ 呼 驌 魕! l 啗 痿 一七テ 班 惻 俽 虁 = 孑 啗 痿 一七テワ 綆 哲 レ 噌 ヽ o( ( 九 / 3 ) 砲 孟 ネ 瘊 レ 嘷 倉 鰦 ワ 阨 ワ 儺 阨 =1.3 儺 ペンヴ 呼 ワ 懢 鴽 賭 ペ 幘 載 軑 判 ヘヅ 蕊 鷾 ネ 13 栖! D0 10 俽 虁 レ 載 輌 幼 ヨノルヅ 軑 = Δ 嬀 嚧 ヌヷ = τ τ e 孑 啗 痿 一七テレ 廓 ペ 載 軑 旈 栂 决 栖 五 十社 涖 2 w w 倉 鬍 100 惑 蔆 嬴 趈 鞄 罘 罕 D = γ Dk + D0 l w 賭 鰦 古 睨 a 鯇 澐 髴 鷾 灸 顆 樟 儺 茹 レニヒ 孑 啗 痿 一七テ 班 惻 ワ 載 軑 判 九 / 3 (1 0.1 = γ l 0 erf ( )) 2 D t Еi lim 1.0 es OK 辱 恠 驝 栖 no 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオンの 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 は,コンクリー ト 単 位 容 積 当 りの 量 として0.3~2.4kg/m 3 程 度 である.この 値 は 構 造 物 の 設 置 環 境 条 件 や 鋼 材 腐 食 許 容 量 などの 条 件 によって 異 なる.たとえば, あらかじめ 塩 化 物 を 混 入 した 供 試 体 による 促 進 試 験 などでは,0.3~ 03~ 0.6kg/m 3 程 度 であり, 実 環 境 での 暴 露 実 験 では,1.2~2.4kg/m 3 程 度 とさ れている. 促 進 試 験 と 実 環 境 から 得 られる 限 界 濃 度 の 差 異 は, 試 験 供 試 体 と 実 構 造 物 のかぶりや 水 セメント 比 の 違 い,また 促 進 試 験 時 に 設 定 さ れる 高 温 環 境 等 の 温 度 の 影 響 が 考 えられる. このように, 塩 化 物 イオンの 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 は, 諸 条 件 によっ て 異 なるのが 実 状 であるので, 個 別 の 構 造 物 の 照 査 にあたっては, 使 用 材 料, 環 境 等 の 条 件 が 対 象 構 造 物 と 近 い 条 件 下 での 実 測 結 果 や 試 験 結 果 を 参 考 に 定 めることが 望 ましい.それらによらない 場 合, 安 全 側 の 値 と して1.2kg/m 3 を 限 界 値 として 照 査 を 行 ってよい. 図 塩 害 に 関 する 照 査 のフロー 6

7 P69 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 塩 化 物 イオンは, 時 間 の 経 過 とともにコンクリート 表 面 から 内 部 へ 浸 透 拡 散 するが, 塩 化 物 イオンの 浸 入 状 況 の 予 測 式 としては, 拡 散 理 論 に 基 づくもの を 用 いるのが 一 般 的 である. 拡 散 は, 塩 化 物 イオンの 濃 度 差 が 駆 動 力 となっ て 生 ずる 現 象 であることから,コンクリート 中 の 液 相 の 塩 化 物 イオン 濃 度 差 に よる 拡 散 として 構 成 される 予 測 式 が 望 ましい. なお,コンクリート 中 の 塩 化 物 イオンは,セメント 水 和 生 成 物 やセメント 成 分 に 固 定 あるいは 吸 着 される.この 現 象 は 中 性 化 など 液 相 のpHの 変 化 により 影 響 を 受 けることから,これらの 現 象 も 考 慮 されたモデルが 望 ましい. 塩 化 物 イオンの 浸 入 に 対 する 耐 用 年 数 時 点 の 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオP69 ン 濃 度 は, 式 (5.3.2)に 示 すフィック(Fik)の 拡 散 方 程 式 の 解 をもとに 推 定 して よい. 0.1 = γl 0 1 erf (5.3.2) 2 D t : 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 0 :コンクリート 表 面 における 想 定 塩 化 物 イオン 濃 度 (kg/m3). 類 似 の 構 造 物 の 実 績 や 実 測 データに 基 づき, 対 象 とする 構 造 物 の 環 境 条 件 をよく 表 すコンクリート 表 面 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 値 を 用 いることが 望 ましい.それらによらない 場 合 表 5.3.1により 求 めてもよい. 表 コンクリート 表 面 における 塩 化 物 イオン 濃 度 0 (kg/m 3 ) 煜 彴 ヌ ワ 釽 鮰 km 鷺 瀰 悕 澱 舲 僎 鏃 鷺 樷 孑 吉 ネ 寤 ヅ 妼 媒 鷺 樷 孑 吉 ネ 廫 ルヅ 妼 媒 啘 煜 鑱 橄 啘 啘 鬴 瀛 艣 驝 橄 橄 煜 鏃 祅 倥 奵 奘 奵 偓 恍 海 岸 付 近 の 高 さ 方 向 については, 高 さ1mが 汀 線 からの 距 離 25mに 相 当 すると 考 えて 0 を 求 めてよい : 耐 久 性 に 関 する 照 査 に 用 いるかぶりの 設 計 値. 施 工 誤 差 を 予 め 考 慮 して, 式 (5.3.3)で 求 めることとする. = Δ e (5.3.3) :かぶり : 施 工 誤 差 Δ e t : 塩 化 物 イオンの 浸 入 に 対 する 耐 用 年 数 ( 年 ). 一 般 に, 式 (5.3.2)で 評 価 する 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 に 対 しては, 耐 用 年 数 100 年 を 上 限 とする. P69 γ l : 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 のばらつき を 考 慮 した 安 全 係 数. 一 般 に,1.3としてよい. ただし, 高 流 動 コンクリートを 用 いる 場 合 には 1.1としてよい. D : 塩 化 物 イオンに 対 する 設 計 拡 散 係 数 (m2/ 年 ) 2 s η2 erf ( s) : 誤 差 関 数 erf ( s) = 1/2 0 e η で 表 される π 出 典 : コンクリート 診 断 技 術 基 礎 編 日 本 コンクリート 工 学 協 会 7

8 式 (5.3.2)は, 塩 化 物 イオンの 浸 入 を 鋼 材 軸 方 向 に 均 一 な 現 象 とみなす 考 え 方 に 基 づいている. P70 そのため,かぶりコンクリートに 曲 げひび 割 れが 生 じている 場 合 は,ひび 割 れ からの 距 離 によって 鋼 材 位 置 の 塩 化 物 イオン 濃 度 は 異 なると 考 えられる.しか し,ひび 割 れ 幅 が 小 さい 場 合 には, 一 般 にひび 割 れの 影 響 による 塩 化 物 イオ ン 浸 入 の 不 均 一 性 が 小 さい.また, 緻 密 なコンクリートの 場 合 には,ひび 割 れ の 影 響 により 塩 化 物 イオンの 分 布 に 不 均 一 性 が 生 じる 可 能 性 があるが,ひび 割 れ 部 分 以 外 の 堅 牢 性 の 高 いことが, 鋼 材 保 護 に 有 効 に 機 能 すると 考 えられ る. 以 上 のことから,ひび 割 れの 影 響 を 平 均 化 して 考 慮 することにより, 塩 化 物 イ オン 浸 入 を 鋼 材 軸 方 向 に 均 一 な 現 象 とみなして, 鋼 材 腐 食 の 発 生 限 界 を 判 定 しても 工 学 上 不 都 合 は 生 じないと 考 えられる. P69 そこで, 曲 げひび 割 れ 幅 が, 表 5.2.2に 示 される 鋼 材 の 腐 食 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値 以 下 に 抑 えられた 場 合 には, 式 (5.3.4)によりコンクリートの 品 質 とひび 割 れの 影 響 を 考 慮 して, 拡 散 係 数 D を 評 価 することにより, 式 (5.3.2)を 用 いて 鋼 材 位 置 にお ける 塩 化 物 イオン 濃 度 を 推 定 してよい. = γ l erf (5.3.2) 2 D t 表 鋼 材 の 腐 食 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値 W a 鋼 材 の 腐 食 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値 w a 鋼 材 の 種 類 一 般 の 環 境 腐 食 性 環 境 特 に 激 しい 腐 食 環 境 異 形 鉄 筋 普 通 丸 鋼 P 鋼 材 :かぶり ただし, 適 用 できるかぶりは100mm 以 下 を 標 準 とする. D : 塩 化 物 イオンに 対 する 設 計 拡 散 係 数 (m2/ 年 ) P70 塩 化 物 イオンは, 時 間 の 経 過 とともにコンクリート 表 面 から 内 部 へ 浸 透 拡 散 するが,と りわけ,ひび 割 れが 存 在 すると 浸 透 拡 散 の 速 度 は 速 くなる. 拡 散 係 数 はフィックの 拡 散 法 則 に 現 れる 比 例 係 数 で, 拡 散 の 早 さを 規 定 している.コンクリート 中 において 塩 化 物 イ オンに 対 する 設 計 拡 散 係 数 は, 一 般 に, 式 (5.3.4)により 評 価 してよい. D w w = γ Dk + D (5.3.4) 0 l w a 2 γ :コンクリートの 材 料 係 数. 一 般 に,1.0としてよい.ただし, 上 面 の 部 位 に 関 しては,1.3とするのがよい.なお, 構 造 物 中 のコンクリートと 標 準 養 生 供 試 体 の 間 で 品 質 に 差 が 生 じない 場 合 は, 全 ての 部 位 において1.0とし てよい. D k :コンクリートの 塩 化 物 イオンに 対 する 拡 散 係 数 の 特 性 値 (m2/ 年 ) D 0 :コンクリート 中 の 塩 化 物 イオンの 移 動 に 及 ぼすひび 割 れの 影 響 を 表 す 定 数 (m2/ 年 ) 一 般 に,200m2/ 年 としてよい. w :ひび 割 れ 幅.コンクリート 標 準 示 方 書 [ 設 計 編 ](8.3.3)による. D 2 w w = γ Dk + D (5.3.4) 0 l w a w w a w l P70 :ひび 割 れ 幅.コンクリート 標 準 示 方 書 [ 設 計 編 ](8.3.3)による. : 鋼 材 の 腐 食 に 対 するひび 割 れ 幅 の 限 界 値. コンクリート 標 準 示 方 書 [ 設 計 編 ](8.3.2)による. :ひび 割 れ 幅 とひび 割 れ 間 隔 の 比. 一 般 に, 式 (5.3.5)で 求 めてよい. σ σ se pe, w l = 3 ㈠ムヰ + ε s E s Ep (5.3.5) 式 (5.3.4)は,かぶりコンクリートの 塩 化 物 イオンに 関 する 平 均 拡 散 係 数 を, ひび 割 れ 部 分 以 外 のコンクリートの 品 質 と,ひび 割 れ 開 口 の 影 響 の 両 者 を 評 価 しようとしたものである.ひび 割 れ 幅 とひび 割 れ 間 隔 の 比 w l は,ひび 割 れ の 影 響 を 平 均 的 に 表 すために 導 入 した 物 理 量 である.このような 平 均 化 手 法 は, ひび 割 れ 幅 がひび 割 れ 幅 の 限 界 値 以 下 の 小 さい 範 囲 に 抑 えられた 場 合 には 有 効 であるが,ひび 割 れ 幅 が 著 しく 大 きい 場 合 には, 塩 化 物 イオンの 浸 入 に 対 する ひび 割 れ 部 分 の 寄 与 が 急 激 に 増 大 すると 考 えられる.ひび 割 れ 幅 とひび 割 れ 幅 の 限 界 値 の 比 の 項 ( w w ) 2 a はこのことを 表 している. 8

9 P71 温 度 ひび 割 れや 収 縮 ひび 割 れなどの 施 工 段 階 における 初 期 ひび 割 れに 対 しても 同 様 に,ひび 割 れ 幅 および 間 隔 を 求 めることにより, 適 切 に 塩 化 物 イオンの 浸 入 に 伴 う 鋼 材 腐 食 に 関 する 照 査 を 行 うことを 原 則 とする. しかしながら,これらのひび 割 れに 対 して,ひび 割 れ 幅 と 間 隔 を 精 度 良 く 求 めること は 現 状 では 困 難 な 場 合 も 多 い. 初 期 収 縮 ひび 割 れ 間 隔 を 求 めることが 困 難 な 場 合 で, ひび 割 れ 幅 がコンクリート 標 準 示 方 書 [ 設 計 編 ]のひび 割 れ 幅 の 限 界 値 以 下 であれば, 次 式 を 用 いてよい. D = Dk γ βl (5.3.6) β l : 初 期 ひび 割 れの 影 響 を 考 慮 した 係 数 で,1.5としてよい. = γ l erf (5.3.2) 2 D t γ l : 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 を 考 慮 した 安 全 係 数 一 般 に,1.3としてよい. ただし, 高 流 動 コンクリートを 用 いる 場 合 には,1.1としてよい. 予 測 手 法 の 精 度,ならびに 浸 入 した 塩 化 物 イオンが 鋼 材 腐 食 に 対 して 局 所 的 に 影 響 を 及 ぼすことを 鑑 み, 安 全 上 の 余 裕 を 見 ている.なお, 高 流 動 コンクリートは, 材 料 分 離 に 対 する 抵 抗 性 が 高 く, 予 測 手 法 適 用 の 前 提 と なる 構 造 物 中 のコンクリートの 均 一 性 確 保 に 対 する 信 頼 性 が 高 いので, 高 流 動 コンクリートを 用 いる 場 合 には, 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 のばらつきを 考 慮 した 安 全 係 数 を 割 り 引 いてよい. P70 塩 害 に 関 する 照 査 Е i lim 1.0 (5.3.1) P68 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 (kg/m3) = γ l erf (5.3.2) 2 D t 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 (kg/m 3 ) lim : 類 似 の 構 造 物 の 実 測 結 果 や 試 験 結 果 を 参 考 に 定 めてよい. それらによらない 場 合,1.2kg/m 3 としてよい.ただし, 凍 結 融 解 作 用 を 受 ける 場 合 には,1.2kg/m 3 よりも 小 さな 値 とするのがよい γ i : 構 造 物 係 数 一 般 に,1.0としてよいが, 重 要 構 造 物 に 対 しては1.1とする. 中 性 化 に 関 する 照 査 例 < 条 件 > 対 象 構 造 物 :R 柱 設 計 かぶり:45mm 配 合 :スランプ8m, 結 合 材 = 普 通 ポルトランドセメントのみ, 水 セメント 比 W =50% 環 境 : 内 陸 部 で, 南 向 きに 面 する 耐 用 年 数 :100 年 < 照 査 > (1) 構 造 物 係 数 : γi =1.0( 一 般 構 造 物 ) lim (2) 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 深 さ: P66 本 構 造 物 は, 海 岸 部 のような 塩 分 環 境 下 ではないため, 中 性 化 残 りは, k =10mm( 通 常 環 境 下 )とする.しかし,コンクリ コンクリート 内 に 塩 物 が 存 在 する 場 合 や 凍 結 防 止 剤 ( 塩 化 カルシウム)が 散 布 されると 予 想 される 場 合 には, 塩 分 環 境 下 として 扱 う 必 要 がある.なお, 中 性 化 残 り25mmは, あらかじめコンクリート 内 に 塩 分 が 存 在 する 厳 しい 環 境 下 の 場 合 である 施 工 による 誤 差 のΔ e は 表 5.2.1より 最 大 値 の15mmとする. 9

10 lim = Δ e = 設 計 かぶり- 施 工 による 誤 差 mm = k =30-10=20mm P66 (3) 中 性 化 深 さの 設 計 値 : 1 ばらつきを 考 慮 した 安 全 係 数 : γ 配 合 がスランプ8mの 普 通 コンクリートであることから, γ =1.15( 一 般 )とする. 2 中 性 化 速 度 係 数 の 特 性 値 : α k 対 象 構 造 物 と 同 じ,あるいは 類 似 した 材 料 配 合 環 境 条 件 の 構 造 物 から 得 られた 値 を 用 いることが 望 ましいが, 本 照 査 では, 該 当 する 値 がないものとして, 配 合 から 式 (5.2.8)で 求 める. α k = W B Ø F 環 境 作 用 の 程 度 を 表 す 係 数 β e 本 R 柱 は,コンクリート 表 面 が 南 向 きになることから, =1.6( 乾 燥 しやすい 環 境 )とする. β e 4 コンクリートの 材 料 係 数 : γ コンクリート 表 面 は, 型 枠 面 であることから 中 性 化 に 対 する 耐 用 年 数 :t t = 100 年 よって, 各 値 を 式 に 代 入 すると, (4) 照 査 = γ α t = γ α β γ t k e γ =1.0( 一 般 )とする. =1.15Ø 0.93Ø 1.6Ø 1.0Ø 100 =17.1mm つまり,100 年 後,コンクリート 表 面 から17.1mmの 深 さ まで 中 性 化 が 進 行 すると 予 測 される. γ i lim 17.1 = 1.0 = 0.86 ゎ P66 よって 耐 用 年 数 中 (100 年 )における 本 構 造 物 の 所 要 の 性 能 は, 中 性 化 によって 損 なわれることはないと 考 えられる. 中 性 化 深 さ(mm m) 設 計 かぶり 45mm 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 深 さ lim =20mm 供 用 年 数 100 年 の 中 性 化 深 さの 設 計 値 =17.1mm 経 過 年 数 ( 年 ) 図 材 齢 と 中 性 化 深 さの 関 係 ( 照 査 例 の 場 合 ) P67 塩 害 に 関 する 照 査 例 P71 照 査 条 件 γ :コンクリートの 材 料 係 数 1.0 D k :コンクリートの 塩 化 物 イオンに 対 する 拡 散 係 数 の 特 性 値 (m 2 / 年 )0.05m 2 / 年 D 0 :コンクリート 中 の 塩 化 物 イオンの 移 動 に 及 ぼすひび 割 れの 影 響 を 表 す 定 数 200m 2 / 年 w :ひび 割 れ 幅 0.1mm w a :ひび 割 れ 幅 の 限 界 値 0.15mm w l :ひび 割 れ 幅 とひび 割 れ 間 隔 の 比.10-3 γ i : 構 造 物 係 数 1.0 lim 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 1.2kg/m 3 0 :コンクリート 表 面 における 想 定 塩 化 物 イオン 濃 度 kg/m 3 4.5kg/m 3 :かぶりの 設 計 値.50mm t : 塩 化 物 イオンの 浸 入 に 対 する 耐 用 年 数 ( 年 ).50 年 γ l : 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 のばらつきを 考 慮 した 安 全 係 数

11 D w w = γ Dk + l w a ( ) 2 = 1.0Ø Ø Ø 200 = = γ l 2 D 鋼 材 位 置 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 計 値 erf 2 D t = = D t (5.3.4) 0 (5.3.2) P71 ( ) = 1.3Ø 4.5Ø γ i lim 1.05 = 1.0 = よって 耐 用 年 数 中 (50 年 )における 本 構 造 物 の 所 要 の 性 能 は, 塩 害 によって 損 なわれることはないと 考 えられる. 誤 差 関 数 表 より erf ( 0.95) = 0.82であるから 照 査 に 合 格 することが 困 難 な 場 合 の 対 応 P71 外 部 から 塩 化 物 の 影 響 を 受 けない 環 境 条 件 の 場 合 の 対 応 P71 環 境 が 特 に 厳 しい 場 合 や, 腐 食 を 許 容 できない 場 合 は, 拡 散 係 数 の 小 さ いコンクリートを 用 いかぶりを 大 きくしても 照 査 に 合 格 することが 困 難 な ことがある.このような 場 合 には, 防 錆 処 置 を 施 した 補 強 材 (エポキシ 樹 脂 塗 装 鉄 筋 等 )の 使 用 や 飛 来 塩 分 の 浸 入 を 防 ぐコンクリートの 表 面 被 覆, あるいは 電 気 化 学 的 手 法 ( 電 気 防 食 法 )を 用 いて 腐 食 を 発 生 させないなど の 対 策 を 行 う 方 が 経 済 的 となることがあり, 構 造 物 の 形 態 と 置 かれる 環 境, およびライフサイクルコストなどを 考 慮 して 決 めることが 重 要 である. これらの 各 工 法 を 適 用 する 際 には, 電 気 化 学 的 防 食 工 法 設 計 施 工 指 針 案 (コンクリートライブラリー107),エポキシ 樹 脂 塗 装 鉄 筋 を 用 いる 鉄 筋 コ ンクリートの 設 計 施 工 指 針 改 訂 版 (コンクリートライブラリー112), 表 面 保 護 工 法 設 計 施 工 指 針 案 (コンクリートライブラリー119)に 従 うとよい. 基 本 的 には,コンクリート 中 の 塩 化 物 イオンが 供 用 期 間 中 に 鋼 材 表 面 において 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 を 超 えなければ, 鋼 材 腐 食 が 構 造 物 の 性 能 を 低 下 させることはないものと 考 えられる.したがって, 練 混 ぜ 時 に 塩 化 物 が 含 まれる 可 能 性 があるコンクリートにおいても トにおいても, 供 用 期 間 中 にその 量 が 鋼 材 腐 食 発 生 の 限 界 濃 度 を 超 えなければ 問 題 が 生 じないことになる.し かし,コンクリート 打 設 時 のブリーディングなどの 影 響 によりコンクリー ト 中 に 塩 化 物 イオンが 移 動 し, 部 分 的 に 濃 縮 する 可 能 性 もあることなどを 考 慮 すると, 鋼 材 腐 食 発 生 限 界 濃 度 をそのまま 練 混 ぜ 時 の 塩 化 物 イオン 量 の 限 界 値 として 適 用 することは 必 ずしも 適 切 であるとは 限 らない. このため, 練 混 ぜ 時 のコンクリート 中 の 塩 化 物 イオン 量 は, 鋼 材 腐 食 による 構 造 物 の 劣 化 を 容 認 できる 程 度 以 下 に 抑 え 得 る 実 現 可 能 な 値 として, 従 来 から 用 いられている 値 である, 総 量 が0.30kg/m 3 以 下 となることを 原 則 とした.ただし, 供 用 後 に 外 部 からコンクリート 中 への 塩 化 物 イオンの 浸 入 が 予 想 されない 場 合 については, 水 セメント 比 や 単 位 水 量 などをでき るだけ 小 さくし,コンクリートの 打 ち 込 みを 入 念 に 行 うことで, 材 料 分 離 がなく, 塩 化 物 イオンが 自 由 に 移 動 できないような 緻 密 なコンクリートを 施 工 すれば, 塩 化 物 イオン 量 の 許 容 値 を0.6kg/m3まで 増 加 させてもよい. 11

12 凍 結 防 止 剤 を 用 いることが 予 想 される コンクリート 構 造 物 の 場 合 の 対 応 P72 冬 季 の 安 全 な 交 通 路 確 保 のための 一 つの 方 法 として 凍 結 防 止 剤 の 散 布 がある.しかし, 凍 結 防 止 剤 の 散 布 は,コンクリ コンクリート 構 造 物 に 塩 化 物 イ オンによる 鉄 筋 腐 食 を 発 生 させ, 北 米 ではコンクリート 橋 の 深 刻 な 被 害 が 報 告 されてきた. 近 年 は, 日 本 においても 凍 結 防 止 剤 が 多 用 されるよ うになり,コンクリート 中 の 塩 化 物 イオンの 量 が 鋼 材 の 腐 食 発 生 限 界 量 を 大 きく 超 えて, 既 に 被 害 が 発 生 している 事 例 もあり, 今 後, 拡 大 する 可 能 性 もある. 凍 結 防 止 剤 の 影 響 に 対 する 照 査 も 基 本 的 には 塩 害 に 関 する 照 査 方 法 の 方 法 で 行 うことができるが,コンクリート 表 面 における 塩 化 物 イオン 濃 度 の 設 定 が 困 難 であることから, 防 水 工 や 排 水 工 を 適 切 に 行 うとともに, 伸 縮 装 置 部 のない 構 造 形 式 を 採 用 するなどして, 塩 化 物 イ オンを 含 む 水 分 がコンクリートに 伝 達 しない 工 夫 をすること,あるいは 塩 化 物 イオンを 含 まない 凍 結 防 止 剤 を 用 いることの 方 が 現 実 的 である. 12