塩害
コンクリート工学研究室
岩城 一郎
塩害とは?
• 劣化要因:塩化物イオン
• 劣化現象:コンクリート中の鋼材の腐食が
塩化物イオンにより促進され,コンクリート
のひび割れやはく離,鋼材の断面減少を
引き起こす劣化現象
• 劣化指標:鋼材位置における塩化物イオ
ン濃度
塩害劣化のメカニズム
海洋構造物の劣化
融雪剤による道路
構造物の劣化
(上図)酒田河川
国道工事事務所HP
(下図)三浦尚,
融雪剤による鉄筋
コンクリート構造物
の劣化,コンクリート
工学,Vol.38,No.6,
2000
部材の性能低下
塩害による劣化
塩害による劣化進行過程
腐食ひび割れの発生
腐食の開始
(鋼材位置における塩化物イオン濃度
≧鋼材腐食発生限界濃度)
使用期間
(供用年数)
潜伏期
塩化物イオンの拡散
初期含有塩化物イオン濃度
進展期
鋼材の腐食速度
(ひび割れなし)
加速期
劣化期
鋼材の腐食速度
(ひび割れあり)
塩害の影響を受ける構造物
• 海洋構造物
- 海中:塩化物イオンの供給は多い,酸素の供給は十分でない.
- 海上大気中:酸素の供給は多い,塩化物イオンの供給は十分でない.
- 飛沫帯(Splash Zone):乾湿繰返し作用があり,塩化物イオンおよび
酸素の両者の供給が十分
• 飛来塩分の影響を受ける構造物
コンクリート表面における塩化物イオン濃度は海岸からの距離に依存.
汀線(海と陸が交わる線)から最低1kmまでは考慮する必要あり.
• 凍結防止剤(NaCl)の影響を受ける構造物
1991年4月スパイクタイヤの使用禁止による融雪剤散布量の急増→
海洋構造物より厳しい場合あり.今後,劣化事例が増える恐れあり.
• 海砂を用いた構造物
- 山陽新幹線での報道
- 細骨材の塩化物含有量の限度の標準:0.04%(細骨材の絶乾質量に
対する百分率,NaCl換算した値)→この値以下であれば,不動態被膜
を破壊することはないとの実績より.
- 瀬戸内海沿岸各県では環境保護の目的で海砂の採取禁止の方向
塩害による劣化の事例
図-2.2.7 健全度 1.0 の状況(ブロック 0102,左:山側面,右は拡大写真)
海洋構造物の損傷事例
海砂の影響を受けた構造物の
損傷事例(Friday, 2006.2.10)
融雪剤の影響を受けた構造物の損傷事例
KEN-Platz HPより
各要因と塩害との関係
• セメントの種類
混和材(特に高炉スラグ微粉末)の使用は,塩化
物イオンの侵入に対して非常に効果がある.フリー
デル氏塩の固定化
※フリーデル氏塩として固定化された塩化物イオ
ンは,鉄筋の腐食には関与しない.スラグは塩化
物をフリーデル氏塩として固定化する能力が格段
に高い.
• 水セメント比
水セメント比が小さいほど,拡散係数が低減され
るため,塩分の侵入に対して効果的である.
• ひび割れの存在
ひび割れにより,塩化物イオンの侵入が促進する
ことは自明
腐食形態と腐食速度(金沢工業大学宮里教授作成)
欠陥
腐食形態
特長
腐食速度
従来の研究対象
現在の研究対象
なし
ミクロセル
アノードは全面的
遅い
あり
マクロセル
アノードが局所化
速い
Cl-
概念図
Cl-
コンクリート
コンクリート
カ ア
カ ア
カ ア
ミクロセル
ミクロセル
ミクロセル
カ
アノード
マクロセル
カ
カ
塩化物イオンの侵入に対する予測
拡散理論を適用(Fickの第2法則)
C
 2C
D 2
t
x
ここで,C:液相の塩化物イオン濃度,t:時間,x:コンクリート表面からの距離,D:塩化物
イオンの拡散係数
上式を初期条件C(x,0)=0,および境界条件C(0,t)=C0,C0:一定のもとに解くと次式を得る.


x
C ( x, t )  C0 1  erf (
) 
2 Dt 

ここで,C(x,t):深さx(cm),時間t(年)における塩化物イオン濃度(kg/m3),C0:表面におけ
る塩化物イオン濃度(kg/m3),D:塩化物イオンの見かけの拡散係数(cm2/年),(C(x,t)は,
コンクリート中の液相における実際の塩化物イオン濃度のことではなく,コンクリート単位
容積当たりの全塩化物量を指しており,コンクリート中の塩素が塩化物イオンの形態で移
動するメカニズムを正確に表したものではない.)
erf:誤差関数
2 z u 2
erf ( z ) 

e
0
du
C0は海岸からの距離によって異なり,Dは水セメント比とセメントの種類による関数で与え
られる.
海岸からの距離と構造物表面の
塩化物イオン濃度との関係(示方書〔施工編〕)
14
飛沫帯
C 0(kg/m3)
12
10
8
6
4
2
0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
海岸からの距離(km )
・ さらに構造物の高さ方向の影響を考慮
1
水セメント比と塩化物イオン拡散係数の関係
W /C
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
塩化物イオン拡散係数 D (cm 2/year)
1.E+02
1.E+01
1.E+00
1.E-01
1.E-02
● 普通ポルトランドセメントコンクリート
▲ 早強ポルトランドセメントコンクリート
■ 混和材料(BS, SF)を用いたコンクリート
1.E-03
普通ポルトランドセメントの場合:
log D = - 3.9(W/C)2 + 7.2(W/C) - 2.5
混和材料(BS,SF)の場合:
log D = - 3.0(W/C)2 + 5.4(W/C) - 2.2
2002年版コンクリート標準示方書改定資料
注)一桁程度軽くばらつく!!
腐食性環境による影響(OPC,W/C=0.5)
飛沫帯,OPC,W/C=0.5
14
12
塩分濃度(kg/m3)
10
8
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
0
1.6
1.4
1.2
1
塩分濃度(kg/m3)
16
0.8
海岸より1km,OPC,W/C=0.5
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
0.6
0.4
0.2
0
0
10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
0 10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
水セメント比による影響(飛沫帯,OPC)
飛沫帯,OPC,W/C=0.5
14
12
塩分濃度(kg/m3)
10
8
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
0
16
14
12
10
塩分濃度(kg/m3)
16
8
飛沫帯,OPC,W/C=0.3
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
0
0
10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
0 10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
セメントの種類による影響(飛沫帯,W/C=0.5)
飛沫帯,OPC,W/C=0.5
14
12
塩分濃度(kg/m3)
10
8
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
0
16
14
12
10
塩分濃度(kg/m3)
16
8
飛沫帯,BS,W/C=0.5
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
0
0
10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
0 10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
セメントの種類による影響(飛沫帯,W/C=0.3)
14
12
塩分濃度(kg/m3)
10
8
飛沫帯,OPC,W/C=0.3
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
16
14
12
10
塩分濃度(kg/m3)
16
8
飛沫帯,BS,W/C=0.3
供用年数
0.1
1
3
5
10
50
100
6
4
2
0
0
0 10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
0 10 20 30 40 50 60 70
コンクリート表面からの距離(mm)
塩害に対する対策
• コンクリートに含まれる塩化物イオンの量
をできるだけ少なくする.
• 水セメント比の低いコンクリートを用いる.
• 混合セメントを使用する.
• かぶりを十分にとる.
• ひび割れ幅を制御する(小さくする).
→それでもだめなとき(飛沫帯等),樹脂塗
装鉄筋の使用,電気化学的防食工法の採
用(補修・補強で講義)
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