道 路 橋 床 板 の 長 寿 命 化 対 策 に 関 わる 技 術 講 習 会 第 4 部 アクリルゴム 系 表 面 被 覆 材 による コンクリート 構 造 物 の 劣 化 剥 離 防 止 工 法 平 成 27 年 5 月 8 日 ( 金 ) 名 古 屋 国 際 センター 東 亞 合 成 株 式 会 社 博 士 ( 工 学 ) 谷 川 伸 1 講 演 内 容 1. 鉄 筋 コンクリート 構 造 物 の 劣 化 2. 表 面 被 覆 材 による 構 造 物 の 長 寿 命 化 (1) 要 求 性 能 と 適 用 部 位 (2) 化 学 組 成 と 耐 久 性 (3)コンクリートの 劣 化 防 止 に 対 する 実 証 試 験 (4) 施 工 事 例 と 耐 用 年 数 規 格 適 合 性 2
1. 鉄 筋 コンクリート 構 造 物 の 劣 化 3 コンクリート 耐 久 性 神 話 の 崩 壊 1981 年 荒 廃 するアメリカ(America in Ruins) 発 刊 * 米 国 では 日 本 より30 年 早 い1980 年 に 多 く の 道 路 施 設 が 高 齢 化 1984 年 コンクリートクライシス(NHK 特 集 ) * 永 久 的 と 言 われたコンクリート 構 造 物 の 早 期 劣 化 ( 塩 害 アルカリ 骨 材 反 応 ) 2014 年 インフラ 元 年 1950~60 年 代 の15 千 橋 が2010 年 代 に 高 齢 化 4
鉄 筋 コンクリートの 劣 化 劣 化 は 水 が 絡 む 化 学 反 応 :アレニウス 反 応 速 度 式 中 性 化 塩 害 アル 骨 凍 害 現 象 原 因 水 ( 鉄 筋 腐 食 ) 炭 酸 ガス 塩 分 酸 素 反 応 性 骨 材 通 常 劣 化 早 期 劣 化 全 ての 劣 化 に 水 が 絡 んでいる 5 劣 化 鉄 筋 コンクリートの 劣 化 速 度 3.アルカリ 骨 材 反 応 2. 塩 害 ( 腐 食 ) 1. 中 性 化 4. 凍 害 1. 中 性 化 d=kt 1/2 2. 塩 害 d=t 0 +kt a 拡 散 律 速 a=0.5 反 応 律 速 a=1.0 3.アルカリ 骨 材 反 応 d=t 0 +kt b (b>1.0) 4. 凍 害 : d=t 0 +kt d: 劣 化 度 t 0 : 開 始 T: 経 過 時 間 時 間 k: 個 々のメカニス ム とコンクリートで 定 まる 定 数 6
コンクリートの 抱 える 問 題 (1) 不 均 一 でポーラスな 材 料 ( 細 孔 構 造 ) マイクロクラック マイクロポア (2)コンクリートのパラドックス 鉄 筋 を 不 動 態 腐 食 因 子 の 浸 透 を 許 す (3) ひび 割 れの 発 生 は 免 れない 乾 燥 収 縮 ひび 割 れは 宿 命 7 2. 表 面 被 覆 材 による 構 造 物 の 長 寿 命 化 その(1) 要 求 性 能 と 適 用 部 位 8
コンクリート 保 護 効 果 を 示 す 実 証 ASRを 受 けたゴム 堰 ダム( 全 景 ) ゴム 堰 で 覆 われた コンクリート 部 9 劣 化 要 因 遮 断 の 効 果 ( 建 設 14 年 後 ) ( 水 日 射 遮 断 )ASRの 進 行 を 抑 制 : 劣 化 環 境 の 緩 和 ゴム 堰 取 り 外 し 部 のコンクリート(ひび 割 れ 少 ) 10
1. 外 的 劣 化 要 因 の 遮 断 表 面 被 覆 材 への 期 待 中 性 化 塩 害 アルカリ 骨 材 反 応 凍 害 CO 2 遮 塩 性 (Cl - ) 防 水 透 湿 ( 遮 塩 性 ) 防 水 * 鉄 筋 腐 食 : 必 須 要 因 ( 水 酸 素 )+ 塩 分 ( 触 媒 的 作 用 ) 劣 化 環 境 の 緩 和 2. 剥 離 防 止 鉄 筋 腐 食 膨 張 ひび 割 れの 拡 大 による かぶりコンクリートのはく 離 落 下 を 防 止 11 アクリルゴム 系 塗 膜 ( 約 1mm 厚 さ)の 拡 散 抵 抗 性 劣 化 因 子 測 定 値 相 当 コンクリート 厚 さ 透 水 性 (ml) 0ml 0.7~0.8m 空 気 透 過 率 (cc/mhr/mmhg) 2.8 10-4 1~5m 塩 化 物 イオン(cm 2 /sec) 1.4 10-11 1~4m 水 蒸 気 透 過 (g/m 2 /day) 12.5* ( 水 蒸 気 は 通 す) 0.04m(4cm) 100% 伸 び 時 の 拡 散 抵 抗 性 1/4( 塩 分 )~1/2( 空 気 )に 低 下 * 阪 神 高 速 道 路 規 格 ( 水 蒸 気 透 過 過 性 ) アルカリ 骨 材 反 応 に 対 応 12
コンクリート 橋 : 表 面 被 覆 工 法 の 適 用 部 位 外 内 高 覧 桁 橋 脚 床 板 下 面 桁 13 2. 表 面 被 覆 材 による 構 造 物 の 長 寿 命 化 その(2) 化 学 組 成 と 耐 久 性 14
表 面 被 覆 材 の 種 類 1. 建 築 物 JIS A 6909 建 築 仕 上 塗 材 合 成 樹 脂 ( 主 にアクリル 系 ) JIS A 6021 建 築 用 塗 膜 防 水 材 ( 外 壁 用 ) 1) アクリルゴム 系 2) ウレタンゴム 系 3) クロロフ レンコ ム 系 4) シリコンコ ム 系 2. 土 木 構 造 物 (コンクリート 橋 等 ) 1)エポキシ 樹 脂 系 2) 弾 性 エポキシ 樹 脂 系 3) アクリルゴム 系 4) ウレタンゴム 系 5) ポリブタジエンコ ム 系 6)ビニルエステル 系 7 )クロロプレンゴム 系 8)ポリマーセメントモルタル 系 15 アクリルゴム 系 表 面 被 覆 材 の 種 別 1. アクリルゴム 系 ( 水 性 1 成 分 系 ) * 高 粘 度 既 調 合 の 液 状 2. 無 機 有 機 ハイブリッド 形 アクリルゴム 系 ( 水 性 2 成 分 系 ) *アクリルゴム 系 ベース( 低 粘 度 液 状 ) +セッター( 紛 状 ) 現 場 で 混 合 調 合 16
アクリルゴム 塗 膜 形 成 モデル ( 水 中 分 散 ゴムエマルション 粒 子 の 融 着 ) 17 アクリルゴム 塗 膜 の 伸 び 性 能 ( 低 温 ~ 高 温 ) 低 温 でも 伸 びる! アクリルモノマー ガラス 転 移 温 度 アクリルゴム 高 級 アクリル 酸 エステル -80 ~-75 アクリル 樹 脂 低 級 アクリル 酸 エステル -10 ~+30 アクリル 樹 脂 とアクリルゴムはモノマーの 違 いである 18
アクリルゴムの 化 学 結 合 に 基 づく 耐 候 性 構 造 式 名 称 劣 化 理 由 ポリブタジエン 主 構 造 に 二 重 結 合 を 持 つ と 隣 の 原 子 が 弱 くなる エポキシ 系 構 造 中 にベンゼン 環 があ ると 弱 くなる ウレタン 系 構 造 中 にC-Nのような 弱 い 結 合 があると 弱 くなる アクリルゴム 系 アクリルゴムは 主 構 造 に 二 重 結 合 やベンゼン 環 等 弱 くなる 結 合 がない 19 表 面 被 覆 材 の 化 学 結 合 エネルギーと 紫 外 線 劣 化 * 紫 外 線 劣 化 は ポリマーの 化 学 結 合 エネルキ ーで 決 まる アクリルコ ムの 主 鎖 (-C-C- 結 合 ) 351kJ/mol ウレタンコ ム(-CONH-)の 主 鎖 (-C-N- 結 合 ) 288kJ/mol *ウレタン 結 合 の 化 学 結 合 エネルキ ーは アクリルの 約 82% と 弱 い (288/351=0.82) 20
アクリルゴム/ウレタンゴム/ポリブタジエンゴム オゾン 紫 外 線 劣 化 オゾナイド 結 合 から 破 断 21 2. 表 面 被 覆 材 による 構 造 物 の 長 寿 命 化 その(3) コンクリートの 劣 化 防 止 に 対 する 実 証 試 験 22
アクリルコ ム 系 保 護 塗 膜 による 塩 分 浸 透 防 止 シェフィールト 大 学 Swamy 教 授 港 湾 技 研 濱 田 主 研 との 共 同 研 究 (1990~ ) W/C:0.45(No.1) 0.60(No.2) 0.75(No.3)の3 水 準 23 コンクリート 造 の 劣 化 防 止 に 関 する 実 証 実 験 (1) 塩 害 防 止 1)コンクリート 中 への 塩 分 浸 透 ( 英 国 シェフィールト 大 学 / 港 湾 技 研 ) 2)RC 構 造 物 を 用 いた 沖 縄 暴 露 実 験 ( 琉 球 大 学 ) (2)アルカリ 骨 材 反 応 (ASR) 防 止 1) 異 なる 自 然 環 境 : 内 陸 / 海 岸 ( 金 沢 大 学 ) 2) 持 続 荷 重 下 でのASR 抑 制 (シェフィールト 大 学 / 港 湾 技 研 ) 3)アクリルゴムとエポキシ 樹 脂 との 抑 制 効 果 の 違 い 24
沖 縄 塩 害 暴 露 試 験 (1984 年 開 始 ) 琉 球 大 学 大 城 教 授 との 共 同 研 究 (1984~ ) 25 沖 縄 海 岸 暴 露 暴 露 10 年 後 の 浸 透 塩 分 量 被 覆 前 4ヶ 月 の 浸 透 塩 分 日 本 建 築 学 会 標 準 仕 様 書 JASS 5 コンクリート 工 事 JASS 5N 原 子 力 発 電 所 施 設 における 鉄 筋 コンクリート 工 事 海 水 の 作 用 を 受 けるコンクリート の 項 に 引 用 26
アルカリ 骨 材 反 応 防 止 異 なる 自 然 環 境 下 での 効 果 金 沢 大 学 川 村 教 授 との 共 同 研 究 27 非 保 護 ASR 屋 上 暴 露 (8.6 年 後 ) アクリルコ ム 保 護 28
持 続 荷 重 下 でのASR 膨 張 圧 低 減 効 果 (はり 供 試 体 ) シェフィールト 大 学 Swamy 教 授 港 湾 技 研 濱 田 主 研 との 共 同 研 究 B1 被 覆 なし 乾 燥 B3 被 覆 なし 4% 塩 水 B2 被 覆 4% 塩 水 B4 暴 露 中 に 被 覆 4% 塩 水 仮 想 外 力 =ASR 膨 張 圧 (4.8N/mm 2 ) 29 持 続 荷 重 下 でのASR 膨 張 圧 低 減 効 果 ( 柱 供 試 体 ) シェフィールト 大 学 Swamy 教 授 港 湾 技 研 濱 田 主 研 との 共 同 研 究 C1 被 覆 なし 乾 燥 C4 被 覆 なし 4% 塩 水 C2 被 覆 4% 塩 水 C3 暴 露 中 に 被 覆 4% 塩 水 仮 想 外 力 =ASR 膨 張 圧 (7.5N/mm 2 ) 30
ASR 抑 制 効 果 :アクリルコ ム/エホ キシとの 比 較 G.P.Mallet 著 ( 技 報 堂 出 版 1997) 望 月 上 田 宮 川 共 訳 フ レストレストコンクリート 技 術 協 会 PC 技 術 標 準 研 究 委 員 会 耐 久 性 向 上 分 科 会 監 修 コンクリートコンクリート 橋 のリハビリテーション( 記 載 ) SwamyとTanikawa(1992)は 室 外 のほかに3つの 苛 酷 な 促 進 環 境 に 暴 露 したアクリルゴムコーティングの 効 果 に 関 するデータを 発 表 している 高 弾 性 アクリルゴムがエポキシコーティングよりも 効 果 的 であり もとのコン クリート 強 度 の 約 80%の 強 度 を 保 持 していた 透 湿 性 :アクリルゴム エポキシ 樹 脂 12.5g/m 2 日 3.8g/m 2 日 阪 神 高 速 道 路 規 格 ( 平 成 元 年 ) アルカリ 骨 材 反 応 F 種 防 水 系 5~15g/m 2 日 ( 可 ) 31 2. 表 面 被 覆 材 による 構 造 物 の 長 寿 命 化 その(4) 施 工 事 例 / 耐 用 年 数 / 規 格 対 応 視 認 幅 ( 現 場 管 理 ) 32
表 面 被 覆 材 の 暴 露 2 年 ( 駒 井 ハルテック 富 津 工 場 ) アクリルコ ム エポキシ 樹 脂 ウレタンゴム 33 表 面 被 覆 材 暴 露 2 年 ( 2012 年 3 月 ~2014 年 1 月 : 駒 井 ハルテック 富 津 工 場 ) アクリルゴム 系 エポキシ 樹 脂 ウレタンゴム 系 はく 離 異 常 なし 塗 膜 の 破 断 剥 離 塗 膜 の 割 れ 34
施 工 事 例 : 大 阪 市 交 通 局 地 下 鉄 中 央 線 高 架 構 造 物 改 良 工 事 壁 高 欄 内 面 の 表 面 保 護 施 工 数 量 :Z-X(25m 2 ) Z-Y(25m 2 ) 施 工 時 期 :2011 年 4 月 右 写 真 はメッシュ 施 工 のZ-X 工 法 を 示 す 下 塗 材 塗 布 中 塗 材 塗 布 メッシュ 貼 り 付 け 1 中 塗 材 接 着 塗 布 標 準 仕 様 ( 水 系 タイプ) 工 程 下 地 処 理 鉄 筋 防 錆 断 面 修 復 使 用 材 料 () 内 は 標 準 使 用 量 kg/m 2 施 工 方 法 アロンカチオクリート ( 必 要 に 応 じて) 1 下 塗 材 塗 布 アロンフ ルコート P-300(0.1) 2 中 塗 材 塗 布 メッシュ 張 付 け 3 中 塗 材 塗 布 アロンフ ルコート A-450X(0.5) *ヒ ニロンメッシュ 150K(1.1) *アロンフ ルコート A-450 X(0.5) アロンフ ルコート A-450 X(1.0) *の 場 合 使 用 量 は[1.5] アクリル 樹 脂 ホ リマー ホ リマーセメント 水 系 エホ キシ 樹 脂 水 系 アクリルコ ム ヒ ニロン 樹 脂 水 系 アクリルコ ム 水 系 アクリルコ ム 水 系 アクリル 4 上 塗 材 塗 布 アロンフ ルコート T-1000(0.2) シリコン 樹 脂 劣 化 防 止 (Z-Y) 仕 様 の 場 合 は,* 印 材 料 を 省 略 し [ ]の 使 用 量 とする. はけ こて ローラー こて *ローラ こて ローラー エア 吹 ローラー エア 吹 中 塗 材 塗 布 メッシュ 貼 り 付 け 2メッシュ 貼 り 付 け 中 塗 材 塗 布 スプレー 中 塗 材 塗 布 メッシュ 貼 り 付 け 1 中 塗 材 接 着 塗 布 上 塗 材 塗 布 35 35 兵 庫 県 網 干 大 橋 橋 側 歩 道 橋 補 修 工 事 Z-X 工 法 71m 2 (2011.8) 36
剥 落 防 止 Z-X 工 法 ( 稲 里 西 高 架 橋 ) 国 交 省 関 東 地 方 整 備 局 ( 長 野 県 ) 4,000m 2, 2012.9 37 アクリゴム 系 塗 膜 の 施 工 実 績 長 寿 命 化 への 貢 献 本 州 四 国 連 絡 橋 ( 瀬 戸 大 橋 ) 23 年 間 の 実 績 南 北 備 讃 大 橋 アンカーレイジ 岩 黒 島 橋 櫃 石 島 橋 のケーソン 部 100 年 後 に 塩 分 が1.2kg/m3を 超 えると 想 定 される 範 囲 を 施 工 (2008 年 施 工 ) ケーソン 上 部 に 施 工 18 年 経 過 後 の 被 覆 外 観 38
本 州 四 国 連 絡 橋 における 耐 久 性 の 確 認 コンクリートケーソンに0.2~0.5mm 幅 のひび 割 れが 生 じ( 写 真 -1) 1991 年 に 上 面 と 側 面 に 防 水 工 工 事 として 施 工 した 写 真 -1 施 工 前 のひび 割 れ 部 処 理 状 況 写 真 -2 17 年 後 のアクリルゴム 塗 膜 状 況 塗 膜 採 取 で 密 着 性 良 好 ひび 割 れ 追 従 性 良 好! を 確 認 <ひび 割 れ 追 従 性 試 験 > 初 期 : 6.5mm 17 年 後 : 3.2mm 39 建 物 外 壁 から 採 取 したアクリルゴム 系 防 水 塗 膜 のひび 割 れ 追 従 性 (32 年 ) 7 下 地 ひび 割 れ 追 従 幅 (mm) 6 5 4 3 2 1 塗 り 重 ねによるリフレッシュ 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 経 過 年 数 ( 年 ) 40
表 面 被 覆 材 の 規 格 (その1) 1. 国 土 交 通 省 関 連 の 規 格 (1) ( 社 ) 日 本 道 路 協 会 ( 国 交 省 関 連 ) 道 路 橋 の 塩 害 対 策 指 針 ( 案 ) 同 解 説 (2) 建 設 省 総 プロ ( 財 ) 土 木 研 究 センター 1) 塩 害 を 受 けるおそれのあるコンクリート 構 造 物 の 表 面 被 覆 材 2)アルカリ 骨 材 反 応 による 劣 化 を 受 けたコンクリート の 表 面 被 覆 材 の 規 格 値 と 測 定 値 41 表 面 被 覆 材 の 規 格 (その2) 2. 東 日 本 中 日 本 西 日 本 高 速 道 路 ( 株 )( 旧 道 路 公 団 ) (1)はく 落 防 止 (2)コンクリート 表 面 被 覆 材 3. 首 都 高 速 道 路 ( 株 ) (1) はく 落 防 止 (2) 既 設 コンクリート 塗 装 ( 兼 はく 落 防 止 ) (3) 既 設 コンクリート 塗 装 4. 阪 神 高 速 道 路 ( 株 ) 予 防 保 全 中 防 食 (B,C 種 ) 高 耐 久 (D 種 ) 耐 汚 染 (E 種 ) ASR(F 種 ) 42
アロンブルコートZ-X( 劣 化 + 剥 落 防 止 ),Z-Y 工 法 ( 劣 化 防 止 ) 1. 国 土 交 通 省 ( 道 路 橋 の 塩 害 対 策 指 針 ( 案 )) A 種 PC 部 材 遮 塩 性 (mg/cm 2 日 ) 10-2 以 下 伸 び1% 以 上 B 種 RC 部 材 10-2 以 下 伸 び4% 以 上 C 種 塗 り 替 えが 難 しい 場 所 や 著 しく 腐 食 される 部 分 遮 塩 性 (mg/cm 2 日 ) 10-3 以 下 伸 び1% 以 上 2. NEXCO( 東 日 本 中 日 本 西 日 本 高 速 道 路 ( 株 )) 規 格 ( 旧 道 路 公 団 ) 押 抜 き 試 験 1.5 kn 以 上 変 位 10mm 以 上 中 性 化 防 止 1mm 以 下 遮 塩 性 5 10-3 mg/cm2 日 以 下 ひび 割 れ 追 従 性 伸 び0.4mm 以 上 * 水 蒸 気 透 過 性 5.0mg/cm 2 日 以 下 =5 0g/m 2/ day 以 下 アクリルゴム 12.5g/m 2 /day (NEXCOに 適 合 ) 3. JR ( 東 海 道 新 幹 線 コンクリート 構 造 物 維 持 管 理 技 術 ) A 種 高 架 橋 ハンチRC 桁 部 ひび 割 れ 追 従 性 0.6mm 以 上 B 種 高 架 橋 中 央 スラブ 0.4mm 以 上 C 種 はねだしスラブ 押 抜 き 試 験 1.5kN 以 上 変 位 10mm 以 上 43 アクリルゴム 系 (アロンブルコート Z X) 変 形 性 能 : 大 塗 膜 が 柔 らかく ゴムの 性 質 が 現 れ 荷 重 が 大 き くなるにつれて 変 形 が 大 きくなる 弾 性 的 性 格 があ る エポキシ 樹 脂 系 変 形 性 能 : 小 塗 膜 が 固 く 変 形 が 小 さ い 段 階 で 大 きな 荷 重 を 支 えるが その 後 は 脆 性 的 な 破 壊 をする 押 し 抜 き 試 験 (NEXCO 試 験 ) 押 しぬき 荷 重 (kn) 押 しぬき 荷 重 (kn) 5.0 6.0 4.0 5.0 Push-out load(kn) 押 しぬき 荷 重 (kn) Push-out 押 しぬき load(kn) 荷 重 (kn) 6.0 4.0 3.0 3.0 2.0 2.0 1.0 1.0 0.0 0 10 20 30 40 50 0.0 0 変 位 (mm) 10Displacement(mm) 20 30 40 50 6.0 5.0 5.0 4.0 4.0 3.0 2.0 3.0 1.0 2.0 0.0 1.0 変 位 50mmに 追 従 (エポキシの2.5 倍 ) 変 位 (mm) 0 10 20 30 40 50 Displacement(mm) 変 位 (mm) 変 位 20mmに 追 従 NXCO 規 格 10mm 以 上 維 持 管 理 上 小 さな 損 傷 状 態 から 変 形 を 目 視 で 観 測 することができ 早 期 に 対 策 を 行 うことがで きる 0.0 0 10 20 30 40 50 変 位 (mm) 44 44
( 株 ) 駒 井 ハルテック 梁 の 曲 げ 試 験 によるひび 割 れの 視 認 性 確 認 20150306 Z-X 工 法 (メッシュあり) ひび 割 れ 追 従 状 態 ( 視 認 可 能 ) アロンMDカラーSiの 割 れ ひび 割 れ Z-Y 工 法 (メッシュなし) アロン 水 性 Siの 剥 がれ 梁 試 験 体 ひび 割 れ 追 従 状 態 ( 視 認 可 能 ) ひび 割 れ 確 認 用 試 験 体 ( 今 回 設 置 ) 45 ひび 割 れ 追 従 性 と 視 認 幅 劣 化 防 止 剥 落 防 止 Z-Y Z-X エポキシ 系 膜 厚 580μ 700μ 90μ 荷 重 (kn) 7.6 7.2 7.0 視 認 ひび 割 れ(mm) 0.21 0.93 - 破 断 ひび 割 れ(mm) 1.35 破 断 せず 0.23 *Z-Y ひび 割 れと 同 時 に 視 認 可 *Z-X ひび 割 れ 幅 が0.9mmで 視 認 可 *エポキシ ひび 割 れ 発 生 と 同 時 に 破 断 46
表 面 被 覆 材 3つの 原 則 1. 膜 厚 があること 2. 柔 軟 性 があること 3. 塗 膜 自 体 の 耐 久 性 が 最 低 10 年 はあること ご 清 聴 ありがとうございました コンクリート 構 造 物 の 長 寿 命 化 に 貢 献 株 式 会 社 駒 井 ハルテック 東 亞 合 成 株 式 会 社 47