沖縄県でのコンクリート橋の塩害劣化とその対策に関する研究 琉球大学名誉教授大城武 塩害の主要因海砂に伴い混入する塩化物 ( 内在塩化物 ) 海水飛沫が浸透する塩化物 ( 外来塩化物 ) 基準類の変遷 ( 内在塩化物土木分野 ) 昭和 49 年 (1974 年 ):RC 標準示方書海砂の絶乾重量に対し NaClに換算して0.1% 昭和 53 年 (1978 年 ):JIS A 5308: レディーミクストコンクリート ( 土木用骨材 ) 細骨材の絶乾重量に対し NaClに換算して0.1% 昭和 61 年 (1986 年 ):JIS A 5308レディーミクストコンクリート 荷卸し地点 Cl ーイオン量 0.3kg /m 3 以下 1
塩害事例那覇市古島団地未洗浄海砂使用 スラブ下面鉄筋露出 2
室内かぶり剥離 可溶性塩分 (kg/m 3 ) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 鋼材腐食限界値 1.2kg/m 3 2H-1 2H-7 0.0 0.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 内側外側からの距離 (cm) 外側 塩分量分布 2 号棟北側 1,7 階梁 5.7 5.0 4.3 3.6 2.9 2.1 1.4 0.7 全塩分量 (kg/m 3 ) 3
浦添市内団地床板落下事故未洗浄海砂使用 原因 : 塩化物による鉄筋腐食 配筋ミス 4
海砂除塩 : 浸水法海砂投入完了 工業用水注入 5
除塩散水中 散水中 6
塩分量測定器 外来塩化物による塩害事例 伊平屋村野甫橋 7
竣工 : 昭和 55 年 伊平屋村野甫橋 昭和 53 年 (1978 年 ) 建設 橋長 62m 塩害の状況 供用 22 年後の状況 8
コア採取位置 9
新野甫大橋 PC5 径間連続変断面箱桁橋 橋長 320m(54.25+3@70+54.25) 2004 年 3 月開通 塩害対策 1. 鋼材のかぶりの十分な確保 2. エポキシ塗装鉄筋の採用 3. エポキシ塗装 PC 鋼材の採用 4. ポリエチレンシースの採用 10
コンクリート橋の耐久性設計 施工塩害対策 伊良部大橋の [ 設計段階 ] における塩害対策ホ ストテンション PC 橋 設計上の塩害対策 1 塩分の付着面積の小さい箱桁橋を採用し 隅角部を少なくし塩害を受けにくい構造とする 2 最小かぶり厚の確保 ( 道路橋示方書平成 14 年 ) 3 塗装鉄筋の採用 ( 道路橋示方書平成 14 年 ) 4 ポリエチレンシースの採用 ( 道路橋示方書平成 24 年解説 ) 5 セグメントPC 用ポリエチレンシースカップラーの採用 6 塗装 PC 鋼材の採用 ( 道路橋示方書平成 24 年解説 ) 7 高耐久性コンクリートの採用 8 防錆処理 ( エポキシ樹脂塗装 ) 定着具の採用 9 AlMg 溶射処理を施した支承鋼板の採用 11
伊良部大橋完成イメージパース沖縄県土木建築部伊良部大橋建設現場事務所提供 伊良部大橋の塩害対策 長大な海上橋であり 塩害が発生した場合 海上での維持管理が困難であり また 維持管理費用の増大が懸念されることから 長寿命化 高耐久化 ( 耐用年数 100 年 ) を目指した ミニマムメンテナンス橋 としての塩害対策を講じる 12
耐久性レベル 高い 飛沫帯 スーパー塩害対策 耐久性レベルのイメージ 現行塩害対策 C=5-7 S59 通達以前 C=3.5 低い 0 100-300m 塗装 PC 鋼材耐食シース塗装鉄筋高耐久性コンクリート etc. かぶり増による対策 道路橋示方書 C=3.5 海岸線からの距離 :50 年 :100 年 C : かぶり (cm) 単位水量の検査かぶり厚の計測 第 7 回シンポジウム 沖縄の自然環境と構造物の耐久性 より引用 下部工 : エポキシ樹脂塗装鉄筋およびフライアッシュコンクリートの使用 13
上部工製造現場 14
エポキシ鉄筋組み立て 15
主桁セグメント架設状況 主桁セグメント架設状況 16
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主桁 ( 箱桁 ) 内部外ケーブル配置状況 主桁 ( 箱桁 ) 内部外ケーブル配置状況 18
エポキシ樹脂塗装 PC 鋼材 CFCC(Carbon Fiber Composite Cable) 19
CFCC(Carbon Fiber Composite Cable) は PAN 系炭素繊維と熱硬化樹脂を複合化し より線状 に成形硬化した構造用補強材 20
プレテンション PC 橋の塩害対策塗装 PC 鋼より線 (SC ストランド ) の適用 石川橋 ( 国道 329 号 ) PC2 径間連結床版橋橋長 41m( 桁長さ 20.45m 桁高さ 1m) 平成 21 年 12 月竣工 桁製作状況 (SC ストランドおよび塗装鉄筋使用 ) SC ストランド及びひずみ計 21
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石川橋主桁架設状況 PC 桁配置状況 23
塗装 PC 鋼より線仕様プレテンション PC 橋佐手橋 ( 施工中国道 58 号線 ) 24
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高耐久性プレテンション PC 桁の技術開発に関する試験研究キーワード : フライアッシュコンクリート エポキシ樹脂塗装 PC 鋼より線, 付着性能 耐荷性能 琉球大学名誉教授大城武琉球大学工学部准教授富山潤株式会社技建宮野伸介 27
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圧縮強度および温度履歴の確認 30 640 50 300 120 30 50 D10 120 D10 500 40 0 50 50 110 110 14 0 50 500 断熱材 埋込枠 断熱材 70 90 37 30 350 熱伝対 350 熱伝対 1,000 1,000 700 2,000 図 -1 ブロック試験体 ( 単位 :mm) 29
表 1 コンクリート配合 試験体名 NC NFAC NFAC-1 HFA 粗骨材の水粉体比細骨材率単位量 (kg/m 3 ) スランプ空気量最大寸法 W/C+FA s/a 水セメント + フライアッシュ ( 内割 )+ フライアッシュ ( 外割 ) 細骨材粗骨材混和剤 (mm) (cm) (%) (%) (%) W C + FA1 + FA2 S1 S2 G A 20 12 1.5 32.5 42.7 156 480 231 523 1048 4.80 20 12 1.5 30.9 40.0 156 394 + 86 + 25 207 469 1048 4.80 20 12 1.5 30.9 41.1 156 418 + 62 + 25 215 492 1048 4.80 20 12 1.5 30.9 40.0 156 394 + 86 + 25 207 469 1048 4.80 NFACは PC 試験桁に使用 試験体名と蒸気養生条件 試験体名コンクリートタイプ蒸気養生温度 (T ) 保持時間 (h) NC-1 50 6 普通コンクリート NC-2 65 6 NFAC-1 65 6 フライアッシュコンクリート HFAC 50 6 30
簡易断熱養生のモールド供試体 温度 ( ) 養生シート取り外し :19.5h 80 70 60 50 40 供試体 HFAC 30 供試体 NC-1 20 蒸気 10 外気温 0 0 5 10 15 20 25 経過時間 ブロック HFAC ブロック NC-1 図 -2 NC-1 および HFAC の温度履歴 ( 養生条件 :50-6 時間 ) 31
80 養生シート取り外し :17.5h 70 温度 ( ) 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 経過時間 ブロックNFAC-1 ブロックNC-2 供試体 NFAC-1 供試体 NC-2 蒸気外気温 NC-2 および FAC-1 の温度履歴 ( 養生条件 :65-6 時間 ) プレストレス導入時の圧縮強度およびヤング係数 試験体名 圧縮強度 (MPa) 養生時間 18 時間 20 時間 20 日 ( 曲げ試験前日 ) 25 日 ( 曲げ試験前日 ) ヤング係数 (GPa) 圧縮強度 (MPa) ヤング係数 (GPa) 圧縮強度 (MPa) ヤング係数 (GPa) NC-1 38.9 3 51 3.5 圧縮強度 (MPa) ヤング係数 (GPa) NC-2 40.4 3.1 51.8 3.3 NC( 気中 ) 31.7 2.6 51.1 3.5 NFAC-1 (NFAC) 37.5 (32.7) 2.9 (2.8) (50.1) (3.5) NFAC-1( 気中 ) 24.5 2.4 50.9 3.6 HFAC 41 3.2 55.6 3.6 HFAC( 気中 ) 37.8 3 56 3.6 NFAC は FA18% 内割配合, 後述の PC 桁の供試体 32
50 47 D10 D10 30 640 30 75 断面図 490 75 60 160 100 100 160 60 D10 LC けた長 12,500 載荷位置 750 100 150 12@200=2,400 側面図 100 200 3@150 140 75 75 75 15@100=1,500 60 50 50 150 =450 125 125 125 3@100 =300 50 0 65 33 5 120 50 280 335 5 0 0 53 32 50 凡例 PC 鋼より線ホ ント コントロール鋼材鉄筋ひずみ計 3@61.25 3@61.25 105 =183.75122.5 =183.75 105 700 PC 鋼より線 N=12 SWPR7B 7 本より 15.2mm 32 支間長 12,000 PC 鋼より線 N=12 SWPR7B 7 本より 15.2mm ひずみ計 200 200 200 2,000 ホ ント レス区間 1,000 280 埋込み型枠長 2,440 560 埋込み型枠長 2,470 500 250 65 50 試験桁 BS12-EHFA の寸法諸元 ( 単位 :mm) 33
写真 1 埋め込み型ひずみ計 ( 標点距離 100mm) 600 導入直後のひずみ (μ) 500 400 300 200 100 NN NFA EN EHFA 0 1800 2000 2200 2400 2600 軸長 (mm) 導入ひずみと軸長の関係 34
導入直後の応力度 (N/mm 2 ) 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 1800 2000 2200 2400 2600 軸長 (mm) NN NFA EN EHFA N シリーズ設計応力度 E シリーズ設計応力度 導入応力度と軸長の関係 引き込み量測定 35
2500 EN-1 EN-2 2000 EHFA-1 NN-1 EHFA-2 NN-2 緊張力 (kn) 1500 1000 NFA-1 NFA-2 500 0-6 -5-4 -3-2 -1 0 引き込み量 (mm) PC 鋼より線の引き込み量 曲げ破壊試験 36
曲げ破壊試験 曲げ破壊試験圧壊状況 37
耐荷力試験結果 試験桁 ひび割れ荷重 破壊荷重 設計値 (KN) 測定値 (KN) 設計値 (KN) 測定値 (KN) BS12-NN 137 190 310 321 BS12-NFA 137 185 310 321 BS12-EN 124 185 310 315 BS12-EHFA 124 184 310 318 350 300 250 荷重 (kn) 200 150 100 50 0-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 ひずみ (μ) 圧縮平均ひずみ (NN) 引張平均ひずみ (NN) 圧縮平均ひずみ (NFA) 引張平均ひずみ (NFA) 圧縮平均ひずみ (EN) 引張平均ひずみ (EN) 圧縮平均ひずみ (EHFA) 引張平均ひずみ (EHFA) 荷重 - ひずみ関係 ( 全試験桁 BS12-NN, NFA, EN,EHFA) 38
350 荷重 (kn) 300 250 図 -8 荷重 -たわみの関係(BS12-N, BS12-200 FA, BS12-HFA) 150 100 50 0 NN(Center) NN(1/4) NFA(Center) NFA(1/4) EN(Center) EN(1/4) EHFA(Center) EHFA(1/4) 0 20 40 60 80 100 120 たわみ (mm) 荷重 - たわみ関係 ( 全試験桁 BS12-NN, NFA, EN,EHFA) 試験のまとめ (1) FA コンクリートは 蒸気養生条件および配合を適切に設定することでコンクリート温度の上昇を抑制し また 所定の初期強度を確保できる 39
試験のまとめ (2) 伝達長の位置 (φ65) において NN 線仕様 EN 仕様および NFA 仕様のプレテンション PC 桁は 設計値以上のプレストレス導入応力度を確保 EHFA 仕様では FA コンクリートおよび E 仕様の付着性能の低下の影響が表われ NN 線仕様より低い導入応力度を表わす しかし プレストレス導入直後および全死荷重作用時と設計荷重作用時に要求される応力度を満足する 全試験桁とも曲げ耐力に関しては安全側の評価が出来る 試験のまとめ (3) 曲げ破壊試験の結果 4 試験桁の実測ひび割れ荷重および実測破壊荷重は 各試験桁とも所定の設計荷重を超えている また 4 試験桁とも同様の荷重 たわみ関係および荷重 ひずみ関係を表わしている したがって 全試験桁は同等の曲げ性能を有している 40
まとめ コンクリート橋の塩害に関して耐久性を配慮した事例を説明したが これらの技術の確認には長期間を要する しかし 過去の経験から 遮塩性の高いコンクリートでのかぶりの確保および塗装鋼材の使用で耐久性は確実に向上する 構造物の設計に際しては 必要に応じて許容値および設計値を採用しているが これらは長寿命を確定的に保証するものではない 環境条件 構造物の種類および重要度に配慮して設計 施工は行われるものである そのため 十分な評価能力が技術者には要求される 今後とも新しい材料および工法を経験し 耐久性向上の技術を展開していくべきである. 41