技報 第 13 号（2015 年）

著しい腐食を生じた PC 鋼線束内部におけるリパッシブ工法(H グレード)の腐食抑制効果
技術本部

技術部

鴨谷知繁

技術本部

技術部

石井浩司

概要：既設 PCT 橋のグラウト充てん・充てん不足境界近傍で塩化物イオンにより著しい腐食が生じた PC 鋼線束内部を対象に，リパッシブ工法(H グレード)の適用性を明らかにすることを目的として，同部を模擬した試験体に水溶液を注入し，対象領域から採取した錆試料のイオン分析を行った．一孔式の自然流下・減圧注入併用方式の試験体では，対象領域において塩化物イオンによる腐食を抑制するのに必要とされる亜硝酸イオンが供給されているのを確認でき，本方法の適用性および妥当性が確認された．また亜硝酸イオンを十分に供給できたのは，減圧注入方式による真空脱泡作用が有効に機能したためと推察された．

Key Words：リパッシブ工法，PC 鋼線，腐食抑制，亜硝酸リチウム，真空脱泡

１．はじめに腐食したPC鋼線束

近年，供用後数十年が経過した既設ポストテンション方式の PC 橋において，グラウトシース上縁の充てん不足が確認されている．そのうち，寒冷地など凍結防止剤を使用する環境の橋梁
では，グラウト充てん不足部に塩化物イオン主桁コンクリート（以下，Cl-）が侵入し，PC 鋼材の腐食や破グラウト充てん不足部
シース下縁

左写真の概要図

断が報告されている例えば 1)．既設 PCT 桁の上(1) 既設ＰＣＴ桁橋の主ケーブルの腐食事例

縁定着ケーブルに生じた腐食の一例を写真1に示す．φ7mmPC 鋼線の 12 本束（12φ7mm）の 1 本ごとの区別が付かない程の著しい腐食が確認された本例では，精製水を用いた表面錆の拭き取り調査を行ったところ，Clが検出された．従来，既設 PC 橋のグラウト充てん不足への対策としては,グラウト再注(2)精製水による拭き取り入が行われてきたが，本例のように Cl-により著しい腐食が生じた PC 鋼材に対しては Cl-(3)錆層から塩化物イオン検出

写真-1 既設 PCT桁の主ケーブルに生じた腐食の一例を存置したままの補修となるために，再劣化が生じる可能性が考えられた．
そこで著者らは，図1にフローを示すように防錆剤の一種である亜硝酸リチウム（以下，LiNO2）水溶液を前処理としてシース内に注入し，Cl-による腐食を抑制するのに十分な量の亜硝酸イオン（以下，NO2-）,

鴨谷知繁

石井浩司
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すなわち浜ら 2)が提案している［Cl-］/［NO2-］①事前調査工＜1.25 となるような NO2-を供給して腐食した②通気確認工PC 鋼材の再不動態化を行い，同水溶液の除去後，LiNO2 を添加したセメント系補修材（以下，③注入準備工

LiNO2 添加補修材）を充てんするリパッシブ工④LiNO2水溶液注入工法(H グレード）（以下，本補修方法）を提案し，種々の検討を行ってきた．

⑤LiNO2添加補修材充てん工

本補修工法を適用し高い補修効果を得るた
めの要点の一つとして，LiNO2 水溶液を腐食し⑥後処理工た PC 鋼材の全表面へ浸入させ，確実に再不動図-1 本補修工法の施工フロー態化することが挙げられる． これに関連して，
白川ら 3)は，既設 PCT 桁橋の上縁定着ケーブ

表-1 試験体概要

ルに生じたグラウト充てん不足部を模擬した

試験体名

試験体において塩水乾湿サイクルによる腐食全景促進試験を行い，PC 鋼線間やシースと PC 鋼PCグラウト充てん不足境界部拡大線間などの小間隙で腐食量が大きくなること

シース撤去後鋼線方向

ホースジョイント
設置状況

2-N-Aを示した．そこで福田ら 4)は Cl-により腐食した PC 鋼線束に対する本補修工法の適用性に関する基礎的検討として，塩水乾湿サイクルで腐 食 さ せ た ７本 束 の φ 7mmPC 鋼 線（ 7 φ7mm）を LiNO2 水溶液に浸せきし，PC 鋼材表面錆層内の NO2-量および Cl-量を測定した．
その結果，腐食した PC 鋼線束内部にも LiNO22-N水溶液が浸入し錆層内の Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分な量の NO2-が供給されていることが確認され，本補修工法の適用によりPC 鋼線束内部の腐食抑制効果が期待できることを示した．
一方，同実験では，PC 鋼線束内側への NO2供給量が外側の PC 鋼線へのそれと比較して少ない傾向も確認されている．この傾向によれ

ば，実橋の方が同実験より不利になる要因，例えば①実橋の方が PC 鋼線束１束あたりの本数が多く，束内部に NO2-が供給されにくい可能性がある，②実橋の方が著しい腐食が生じている可能性がある，③グラウト充てん・充てん不足境界部ではシース内空隙が既設グラウトである程充てんされているため，PC 鋼線表面積あたりの LiNO2 水溶液注入量が少ない，などを考慮した場合，本補修工法により Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分な量の NO2-を供給できないことが考えられた．
そこで本稿では，既設 PCT 桁橋のグラウト充てん・充てん不足境界近傍で Cl-により著しい腐食が生じた
PC 鋼線束内部（以下，対象領域）を模擬した試験体を作製し，既報で示した施工方法 5)を考慮した方法で，LiNO2 水溶液を注入し，対象領域から採取した錆試料のイオン分析結果に基づき，本補修工法の対象領域に対する適用性を明らかにすることを目的に検討を行った．

２．実験概要2.1 試験体の製作
試験体の概要を表-1に示す．
既設 PCT 橋の上縁定着ケーブルのウェブ部に対象領域がある場合を想定し，長さ 900mmφ50mm の透明塩化ビニル管をシースとし，その中に長さ 850mm のφ7mm の PC 鋼線 12 本2/8

技報 第 13 号（2015 年）をシース上端にそろえて挿入した．対象領域

表-1 試験要因

ではシースの曲げ上げ配置により写真-1 の写

LiNO2水溶液注入方法
試験体名
1-N-A 一孔式 自然流下・減圧注入併用方式
2-N-A 二孔式 自然流下・減圧注入併用方式
1-N
一孔式 自然流下方式
2-N
二孔式 自然流下方式

真および概要図に示すように PC 鋼線がシース上方に偏在するのを考慮して，PC 鋼線 12本はシース上方に束ねて固定した．シース下端にホースを取付け，シースを斜め 10 度に設置した後，既設グラウトとして高粘性普通LiNO2水溶液分まで充てんした．グラウトとシースの肌隙は無く，LiNO2 水溶液注入時もシース下端は注入・吸引用（φ80mm）

注入ベッセル

セメントタイプのグラウトをシース高さ約半

高弾性チューブ
φ2mm

PC鋼材12φ7mm

密閉状態であった．既設グラウトを 7 日養生真空ポンプした後，約 30℃，R.H 約 80%の保温容器内で 60 日間，3%の塩水の乾湿サイクルによりPC 鋼線束を促進腐食させた．シース上端にグラウトホース
既設グラウトバルブ

エンドキャップを取り付けた後，ウェブ上端真空計部に相当する位置にホースジョイントを取り水溶液回収用デキャンタ1-N-A

付けた．そして次節で詳述する自然流下方式
における排気口と減圧注入方式における吸引注入用（φ25ドリル孔）口を兼ねるφ2mm 樹脂製高弾性チューブ（以下，高弾性チューブ）をホースジョイントからシース上端近傍まで挿入し，ホースジョイントとチューブの隙間をエポキシパテで密閉吸引用（φ80mm）処理した．また次節で詳述するようにグラウ
ト充てん不足最下部から水溶液を注入する試

2-N-A

験体（2-N-A，2-N）は，表-1に示すように同部のシースを 25mm 角で切り取り，ホースジョイントをエポキシ接着剤で堅固に固定し注入・排出用（φ80mm）

注入孔とした．

2.2 LiNO2水溶液の注入方法
本補修工法の施工方法について既報 5)では，
従来のグラウト再注入試験 6)でシース上端部1-N近傍にエア溜まりが生じやすいとの知見から，注入用（φ25mm）

最も補修困難な領域を一旦同部と想定し，同排出用（φ80mm）

領域に確実に LiNO2 水溶液を供給することを目的に施工方法を検討している．その結果，定着部背面の密閉度に応じて適切な方法が異なり，定着部以外の密閉性を確保した状態で真空ポンプを用いてシース内部を減圧し，真空ポンプ停止前後の真空度を測定するリークテストにおいて真空度の変化が大きい，すな

2-N（ ）は実施工で必要となる削孔径の例を示す。
高弾性チューブを挿入位置では挿入作業のため、φ８０mmが必要となる。

わち密閉性が低いと判断される場合には，図図-2-2の 1-N に示すような透明管を用いた自然流下方式(以下，自然流下方式)，一方，上記リ3/8L
iNO2水溶液の注入方法概要図

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ークテストにおいて真空度の変化が無いもしくは微小である，すなわち密閉性が高いと判断される場合には，図-2の 1-N-A に示すような真空ポンプに接続した高弾性チューブからシース内を減圧した状態で，LiNO2 水溶液入りの注入ベッセルに接続したバルブの開閉を繰り返しながら注入する方式（以下，減圧注入方式）により，同部へ LiNO2 水溶液を供給できることを報告し，実用化に至った．
一方，上記検討後に行った既設 PCT 桁橋の補修例えば 7)では，現場の諸要因により必ずしも実験のように精度良く定着部背面の密閉度の判断を行えない場合があった．そこで，実施工においては自然流下方式

写真-2 LiNO2水溶液注入状況に引き続き減圧注入方式を行う自然流下・減圧注入併用方式(以下，併用方式)を標準としているのが現状である．以上より，本実験では，標準方法である併用方式を基準とし，比較のため減圧注入方式を行わなかった場合についても考慮することにした．
また，実施工では PC 桁の損傷を最小限にすることが望ましいため，図-2の 1-N-A に示すように既報 8)に準じたφ80mm のコア孔を，ブリーディングによる PC グラウト充てん不足が生じやすいと考えられるウェブ
上端近傍の１箇所のみ削孔し，ここに水溶液注入用グラウトホースと，自然流下方式における排気口と減圧注入方式における吸引口を兼ねる高弾性チューブの両方を設置し施工する方法（以下，一孔式）を標準としている．一方，同コア孔から検束尺としてピアノ線や高弾性チューブを下方向に挿入し，グラウト充てん・充てん不足境界の概略位置を推定後，同位置への追加削孔を行い水溶液の注入口とする施工方法（以下，二孔式）が適用できる場合もある．そこで本実験では，一孔式を基準とし比較のため二孔式も考慮した．
以上の試験要因をまとめると表-2となり，LiNO2 水溶液の注入方法の概要はそれぞれ図-2に示す通りとなる．なお，試験体名は「削孔数（1 または 2）-自然流下方式(N)-減圧注入方式の有無（A または無）」とした．
LiNO2 水溶液は，実施工で使用しているものと同じ 40%濃度品を使用し，写真-2のように試験体および機材を配置し注入した．また減圧注入方式で使用する真空ポンプは，本補修工法の実施工で使用している写真-2
右下隅に示すものを使用した．最大真空度は真空ポンプを用いたグラウト再注入に関する文献 9)で必要とされる真空度（-0.070MPa）を満足している．LiNO2 水溶液の注入時間は，LiNO2 添加補修材の充てんを同水溶液注入作業の翌日に行う工程を想定し 20±1 時間とし，1-N-A および 2-N-A については，10 分間の自然流下方式の後，既報 7)で不動態化に要した時間を参考に，既報 7)の対象ケーブルの腐食程度と本試験におけるそれとの相違を考慮して，3 倍となる 30 分間減圧注入方式を行い，その後は再び自然流下方式とした．LiNO2水溶液の除去後，自然流下方式により通常の PC グラウトと比較して高い小間隙充てん性を有する 7)LiNO2添加補修材を充てんした．2-N-A と 2-N は LiNO2 水溶液同様のシース下端側の注入孔から充てんしたが，シース鋼線間および鋼線間を充たした錆層により閉塞しシース上端まで充てんされなかったため，シース上端側に注入孔を設け，そこから充てんした．

2.3 錆試料の採取方法
表-3に錆試料採取箇所を示す．試験体はLiNO2補修材充てん後14日で解体し，表-3の断面図において緑着色したように，周辺をPC鋼材で囲まれているため最もLiNO2水溶液の浸入が困難と考えられるPC鋼線束内部に生じた錆を対象に，A点，B点の2点から試料を採取した．表-3の側面写真に示すように，A点はPC鋼線束以外のシース内空隙が既設グラウトで充てんされた区間とし，表-3の平面写真に示すように最外縁のPC鋼線を取り外した状態で，Cl-による著しい腐食により，上述のLiNO2添加補修材が通過できない程度までPC鋼線間が錆で充たされた箇所を目視で判断し決定した．また，B点は既設グラウトの充てん不足境界部近傍とし，A点同様の判断により決定した．後述のイオン分析において，0.2g以上の試料を採取する必要があった
ため，試料採取区間は，A点，B点ともに表-3の平面写真（詳細）に示すように長さ50mmとした．
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表-3 錆試料採取箇所
錆試料採取箇所詳細（平面図）
1-N-A

錆試料採取箇所
試験体名

側面写真 （赤：A点，青：B点）

断面図（PC鋼線配置図）

平面写真 （赤：A点，青：B点）

既設グラウト
A点
1-N-A
PC鋼線v
2-N-A

シース
B点
1-N

2-N

備考
0100

200

300

400

600

700

800

900

B点

（ ） で挟）内はPC鋼線間
まれ た領 域 は、が錆で充たされた領域
PC鋼線間が錆で充たされた領域

まれ た領 域 は、（ ） で挟）内はPC鋼線間

PC鋼線間が錆で充たされた領域が錆で充たされた領域

（

2-N

A点

充てんされた
LiNO2補修材

A点

B点

充てんされた
LiNO2補修材の先端B点

A点

充てんされた
LiNO2補修材の先端（（錆試料採取箇所詳細（平面図）
1-N

2-N-A
充てんされた
LiNO2補修材

500

錆試料はPC鋼材
束内部の緑着色部から採取した。

（） で挟 まれ）内はPC鋼線間
た領 域 は、が錆で充たされた領域
PC鋼線間が錆で充たされた領域（（） で挟 まれ）内はPC鋼線間
た領 域 は、が錆で充たされた領域
PC鋼線間が錆で充たされた領域

３．試験結果3.1 分析方法と判定基準
2.3節で示した方法により採取した錆試料を過熱乾燥させて，純水を加え溶け出したCl-とNO2-をイオンクロマトグラフ法により分析した．図-3に分析結果，すなわち各試験体の錆中のイオン濃度を示す．次に，本試験の目的である対象領域における本補修工法の適用性の判定は，図-3のデータを図-4に示すように各試験体の錆層内の［Cl-］/［NO2-］で整理し，1章で述べたように，Cl-に対してNO2-による腐食抑制効果が発揮されるとされる［Cl-］/［NO2-］＜1.25を指標に行った．
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1-N-A

1A点

錆中のwイオン濃度t%錆中のイオン濃度wt%

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

3.0
2.5
2.0
1.5
1.00.50.0：

3.02.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

NO2-1-N

2 B点

1A点

2-N-A

1A点

Cl-：

錆中のイオン濃度wt%

錆中のイオン濃度wt%

凡 例

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

2B点

2-N

2B点

1A点

2B点

図-3 各試験体の錆層のイオン濃度6.0[ Cl- ] / [ NO2- ]

5.0
4.0
3.0

補修効果
：低補修効果の指標
1.25

2.01.0

補修効果
：高0.0
1 B点
2 A点
3 B点
4 A点
5 B点
6 A点
7 B点8A点
1-N-A

2-N-A

1-N

2-N

図-4 各試験体の錆層の［Cl］/［NO2］

3.2 自然流下方式のみの適用性
一孔式の自然流下方式のみで注入した1-Nは， A点もB点も［Cl-］/［NO2-］＞1.25となっており，Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分な量のNO2-が供給されない結果となった．これは対象領域では表-3の平面
写真詳細に示すように著しい腐食によりPC鋼線間が錆で充たされ極めて小間隙化された状態となっており，このような環境では粘性の低いLiNO2水溶液であっても表面張力が卓越し，錆層内に残留する空気との置換が妨げられたためと考えられる．また一孔式の場合，対象領域では，LiNO2水溶液の供給方向と空気の移動方向が逆になることも悪影響を及ぼしたと考えられる．この結果から一孔式の自然流下方式による注入だけ
では，対象領域において十分な補修効果が得られない可能性があると考えられる．
一方，同じ自然流下方式のみでも二孔式により注入した2-Nは［Cl-］/［NO2-］＜1.25となっており，先ほどの1-Nに対してA点での補修効果に改善が見られた．これは二孔式の注入により，水溶液の供給と空気の移動が同方向となるため，両者の置換がスムーズになったことが一要因として推察される．ただし，表-3のPC
鋼線配置断面図において，2-Nで対象としたPC鋼線は，その上部に比較的大きな間隙があり，表-3の平面写
真詳細でもLiNO2添加補修材の充てんが確認できることから，LiNO2水溶液が比較的通過しやすい箇所であ6/8

技報 第 13 号（2015 年）ったことが要因と考えられる．実際，一方のB点では［Cl-］/［NO2-］＞1.25となっており十分なNO2-が供給されていない．その要因として，B点は表-3の平面写真詳細でLiNO2添加補修材の閉塞が確認できるようにA
点と比較してPC鋼線間がさらに小間隙化されていること，またB点はA点には無いような既設グラウトの充てん不足が生じておりPC鋼線束の外側に比較的水溶液が通過しやすい間隙があることなどにより，LiNO2水溶液が対象領域以外を優先的に通過したことが考えられる．以上より，二孔式による改善は対象領域におけるLiNO2水溶液の通過しやすさに影響を受けると考えられ，改善範囲は限定的なものと判断される．
以上，自然流下方式のみ試験体である1-Nと2-Nの考察から，グラウト等に比べて浸透性の高いLiNO2水溶液を用いた場合でも，対象領域で良好な補修効果が得られない可能性があるものと推察された．
3.3 併用方式の適用性
次に，実施工で標準としている一孔式の併用方式で注入した1-N-Aは，A点，B点ともに［Cl-］/［NO2-］＜1.25となっており，Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分なNO2-の供給が可能で，対象領域に対する適用性があることが確認された．
表-3のPC鋼線配置断面図において，1-N-Aは自然流下方式のみで注入した1-Nと2-Nと比較してPC鋼線が密集した状態で束となっており，対象領域へのLiNO2水溶液の供給難易度が1-Nと2-Nと比較して著しく低い状況であったとは考えられず，また表-3の平面写真詳細で示した腐食程度も同程度と考えられることから，対象領域へのNO2-の供給においては，併用した減圧注入方式が有効に機能したと推察される．減圧注入方式
は，対象領域に対して真空ポンプによる減圧を断続的に付与した状態でLiNO2水溶液を注入する方法である
ため，一般的に知られる真空脱泡作用が生じ，対象領域に残留していた空気が，気泡径増大にともなう浮力の増大により速やかに上方へ移動し，結果として，LiNO2水溶液と空気の置換がスムーズに行われ，効果的にNO2-を供給できたものと推察される．
1-N-Aと同じく減圧注入式を併用した2-N-Aも，A点，B点ともに［Cl-］/［NO2-］＜1.25となっており，Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分なNO2-の供給が可能で，対象領域に対する適用性が確認された．ただし，PC桁への削孔はPC桁の損傷や施工性の観点から必要最小限にすることが望ましい一方，図-4に示す［Cl-］/［NO2-］において，1-N-Aと2-N-Aの間で有意な差が生じていないことから考えると，これまでの実施工同様，一孔式の自然流下・減圧注入併用方式を標準的な施工方法として位置づけることが妥当であると考えられる．

４．まとめ
本稿では，LiNO2水溶液を前処理としてシース内に注入し，Cl-より腐食したPC鋼材の腐食の進行を抑制し，同水溶液の除去後，LiNO2添加補修材を充てんするグラウト充てん不足部の補修工法であるリパッシブ工法(Hグレード)において，グラウト充てん・充てん不足境界近傍でCl-により著しい腐食が生じたPC鋼線束内部を対象領域として，これに対する適用性を明らかにすることを目的に，同部を模擬した試験体を作製し，LiNO2水溶液の注入方法をパラメータとした注入実験を行った．本稿で得られた知見を以下にまとめる．
1)

自然流下方式のみを用いて LiNO2 水溶液を注入した場合には上述の対象領域の Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分な量の NO2-を供給できない可能性がある．その要因として発錆により PC 鋼線間が小間隙化され，同水溶液の表面張力が卓越し同水溶液と空気の置換が妨げられることが考えられた．

2） 自然流下方式に加えて，真空ポンプを用いた減圧注入方式を併用してLiNO2水溶液を注入した場合には，自然流下方式のみの場合と比較して，対象領域のNO2-の供給量が多くなり，Cl-による腐食の進行を抑制するのに十分な量のNO2-を供給できた．これより本方法の対象領域に対する適用性が確認できた．
3） 減圧注入方式は，真空ポンプによる減圧を断続的に付与した状態でLiNO2水溶液を注入できるため，一般的に知られる真空脱泡作用が生じ，錆層内に残留していた空気が，気泡径増大にともなう浮力の増大により速やかに上方へ移動し，結果として，LiNO2水溶液と空気の置換がスムーズに行われ，効果的にNO2-を供給できたものと推察される．
4)

PC桁へ削孔はPC桁の損傷や施工性の観点から必要最小限にすることが望ましい一方，自然流下・減圧注入併用方式においては一孔式と二孔式に有意な差が生じていないことから，これまでの実施工同様，一7/8

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孔式による自然流下・減圧注入併用方式を標準的な施工方法として位置づけることが妥当であると考えられる．
参考文献
1)

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コンクリート構造物の補修，補強，アップグレード論文報告集，第 12 巻，pp.257-264, 20125)

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日本道路公団試験研究所，プレストレストコンクリート建設業協会：PC 橋の耐久性能向上技術に関する研究，共同研究報告書，2003

7)

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鉄道総合技術研究所：PC グラウトの再注入等補修マニュアル(案) , 20029)日本道路公団試験研究所，プレストレストコンクリート建設業協会：PC 橋の耐久性能向上技術に関する研究，共同研究報告書，2003

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