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 5 巻 2005.10

亜硝酸リチウム高圧注入によるアルカリ骨材反応抑制効果の検証

報告

江良和徳 *1，

岡田繁之 *2，孝文 *3，

三原河原健児 *4

Verification of Controlling Effect of the Alkali-Aggregate Reaction
by Nitrous Acid Lithium Power Injection
Kazunori ERA*1, Shigeyuki OKADA*2, Takafumi MIHARA*3 and Kenji KAWAHARA*4
要旨：アルカリ骨材反応により劣化したコンクリート構造物に亜硝酸リチウム水溶液を高圧で注入し，以後の ASR 膨張を抑制する補修工事を実施した．亜硝酸リチウムによる膨張抑制効果を検証するために，亜硝酸リチウム浸透確認試験，リチウムイオン定量分析試験および促進膨張試験を実施した．これらの試験結果より，本工法によるリチウムの浸透効果，ASR 膨張の抑制効果に十分期待ができることを確認した．
キーワード：アルカリ骨材反応，亜硝酸リチウム，高圧注入，残存膨張率
1．はじめにようなリチウムの ASR 膨張抑制効果を期待し，コンクリート構造物中の鉄筋がアルカリ骨材コンクリート内部に亜硝酸リチウムを高圧で注反応（以下，ASR と称す）によるコンクリート入して骨材周囲のアルカリシリカゲルの膨張をの膨張によって破断するという深刻な事態が明抑制する ASR 補修工法の開発，実用化が図られらかになったこともあり，現在，ASR は極めてている 2）３） ．

注目を集めている劣化現象であると言える．

本稿では，亜硝酸リチウム高圧注入工の施工

従来，ASR の補修工法は，外部からの水分供を実施した日御碕擁壁と海田高架橋の 2 件に関給遮断を目的とする表面保護工を中心とした工して，施工後に実施した ASR 膨張抑制効果の検法が適用されてきた．しかしこれらの施工事例証結果について報告する．の中には，十分な効果が得られず再劣化しているケースも見受けられ，より根本的な対策方法

2．施工概要が模索されてきた．

2.1

一方，リチウムによる ASR 膨張の抑制効果に関する研究

工事概要(1)工事その 1１）“日御碕擁壁”（写真-1）

工 事 名：日御碕地区が国内外でなされており，亜硝酸砂防修繕工事

リチウムに代表されるリチウム塩をコンクリー

発 注 者：島根県出雲土木建築事務所

ト中に供給することで，アルカリシリカゲルが施工場所：島根県大社町日御碕地内

非膨張性の物質へと変化し，ASR 膨張が抑制さ施工数量：擁壁 15m3れるというメカニズムが提案されている．この工*1

極東工業株式会社

技術本部技術部補修課*2

極東工業株式会社

技術本部技術部補修課*3

極東工業株式会社

技術本部技術部補修課*4

福徳塗装工業株式会社課長

コンクリート補修部
189

次長

期：H15 年 8 月～H15 年 11 月

準備工

現地調査， 足場設置

事前処理工

高圧洗浄
ひび割れ注入，表面シール

鉄筋探査工

既設鉄筋位置の確認

鉄筋探査結果を反映し，圧入孔削孔工 圧入孔を削孔

写真-1(2)工事その 2日御碕擁壁施工状況

試験注入工

各圧入孔の可否を判定“海田高架橋”（写真-2）

本注入工

ASR抑制剤（亜硝酸リチウム）を所定量注入

充填工

圧入孔を無収縮グラウトにて充填

後片付け

足場撤去，現場清掃

工 事 名：国道 2 号海田高架橋橋脚補強工事
発 注 者：国土交通省広島国道事務所
施工場所：広島県安芸郡海田町地内
施工数量：橋脚７基 150m3，橋台 2 基 50m3
工期：H16 年 6 月～H16 年 10 月

図-2

施工フロー

るが，再劣化により塗膜表面にまでひび割れが生じていた．このような構造物に対して今回施工した工法は，コンクリートに圧入孔を削孔し，そこから亜硝酸リチウム水溶液（重量濃度40％）を圧入する ASR 補修工法である．図-1に工法概要図を，図-2 に施工フローを示す．
亜硝酸リチウムの必要量は，対象構造物のア
写真-2ルカリ総量（Na2O 換算）における Na+に対して，海田高架橋施工状況

Li+のモル比が 1.0 となるように定めた．注入圧
2.2

力や圧入時間などの施工仕様はコンクリートの工法概要

物性や劣化状態に応じて設定する必要があり，

日御碕擁壁および海田高架橋下部工は，とも過去の試験施工や供試体実験などで得られた知に昭和 50 年代後半見をもとに定めた．表-1 に両工事における施工に建設された RC 構仕様を示す．

造物であり，ASR に表-1

よる劣化が顕著に見られていた．特に海田高架橋の下部工は，過去に ASR 対策工事として有機系表面被覆材による表面保護工が施工されてい
図-1

工法概要図

施工仕様一覧

項目
単位 日御碕擁壁
コンクリート試験結果
N/mm2 10.9～18.3
圧縮強度
アルカリ総量kg/m3
4.1
施工仕様
3
亜硝酸リチウム必要量 kg/m
17.5
標準注入圧力MPa0.5～0.6
圧入孔間隔mm500
平均圧入時間時間
40190

海田高架橋
20.8～33.3
3.5～5.7
15.0～24.4
0.8～1.0
500
60

3.3

3．効果検証のための試験方法
3.1促進膨張試験

亜硝酸リチウムによる ASR 膨張の抑制効果

亜硝酸リチウムの浸透確認

コンクリート中の亜硝酸リチウムの浸透状況を定量的に確認するために，日御碕擁壁，海田を確認するために，日御碕擁壁，海田高架橋と高架橋ともに施工前，施工後に採取したコンクもに呈色反応試験を実施した．試験実施時期は

リートコア（φ100mm，L=250mm）を用いて促本注入作業完了の 2 日後とし，圧入孔間の中央進膨張試験を実施した．施工前のコアは本注入部付近よりφ20mm，L=200mm 程度のコアを採工開始の 14 日前に，施工後のコアは本注入完了取し（図-3），その表面に呈色液 TDI（ トルエン・の 7 日後に採取した．コアの採取位置は圧入孔

ジイソシアナート；亜硝酸イオンと反応して茶から 250mm 離れた位置とした．膨張率の測定

褐色に呈色）を噴霧して呈色反応状況を観察しは「40℃，RH100％」および「80℃，1mol/ℓ NaOH

2た．試験頻度は 5～10ｍ につき 1 箇所とした．

溶液」の促進養生条件下にて行った．
「 40 ℃ ， RH100 ％ 」 条 件 下 で の 測 定 は ，JCI-DD2「アルカリ骨材反応を生じたコンクリ圧入孔圧入孔○○ート構造物のコア試料による膨張率の測定方法（案）」に準拠し，コアの基長測定後，温度 20℃，

● コア採取（呈色反応試験位置）○

相対湿度 100％の条件下で約 2 週間の標準養生○圧入孔○を行い，その間の膨張ひずみを測定して開放膨張率とした．その後，温度 40℃，相対湿度 100％○の条件下で 13 週間の促進養生を行い，その間の図-3膨張ひずみを測定して残存膨張率とした．膨張

呈色反応試験位置の例

ひずみの測定は，ゲージプラグを接着したステ
3.2

リチウムイオン定量分析

ンレス製バンドをコアに取り付け，コンタクトコンクリート中に供給されたリチウムイオン

ゲージにて計測した．の分布状況を定量的に確認するために，日御碕

「80℃，1mol/ℓ NaOH 溶液」条件下での測定

擁壁にてリチウムイオン定量分析を実施した．

は，80℃の温水中に 24 時間保ち，80℃における工事完了の 1 ヵ月後に擁壁天端より長さ 1.2m基長を測定した後，80℃，1mol/ℓ NaOH 溶液中の長尺コアを鉛直方向に 1 本採取し（図-4），そにて 14 日～21 日間の促進養生を行い，その間れを 50mm 間隔で粉砕採取した各粉末試料中にの膨張ひずみを測定した．

含まれるリチウムイオンを，ICP プラズマ発光分光光度法により定量分析した．

4．試験結果と ASR 抑制効果の検証
4.1

長尺コア採取亜硝酸リチウムの浸透状況

日御碕擁壁 4 本と海田高架橋 43 本の呈色反応試験結果を表-2 に示す．全採取コアの約 74％に圧入孔○当たる 35 本において，コア表面の 70％程度以○上の範囲に呈色反応がみられた（写真-3）．また，50mmにスライスして各試料でイオン分析○残り 26％に当たる 12 本の採取コアにおいても，○圧入孔

コア表面に斑状の呈色反応，またはコンクリー○

ト内部のひび割れ（コアの不連続箇所）に沿っ○た範囲の呈色反応がみられており，全く呈色反図-4

リチウムイオン分析試料の採取応示さないコアはみられなかった．
191

施工面積 試料数 表-2 呈色反応試験結果
コア試料表面の呈色反応状況 （φ20mm，L=200mm程度）
(m2)
(本)
施工面積
試料数
日御碕擁壁
20
44本中3本に表面積の70%以上呈色．1本はひび割れ付近に呈色．
施工対象
コア試料表面の呈色反応状況 （φ20mm，L=200mm程度）
(m2)
(本)
A2橋台
39
66本中5本に表面積の70%以上呈色．1本は斑状に呈色．
日御碕擁壁2044本中3本に表面積の70%以上呈色．1本はひび割れ付近に呈色．
A3橋台
36
66本すべてに表面積の70%以上呈色．
A2橋台396本中5本に表面積の70%以上呈色．1本は斑状に呈色．
UP3橋脚
5176
7本中4本に表面積の70%以上呈色．2本は斑状，1本はひび割れ付近に呈色．
A3橋台
36
66本すべてに表面積の70%以上呈色．
10本中6本に表面積の70%以上呈色．2本は斑状，2本はひび割れ付近に呈色．
P15橋脚
5810UP3橋脚
517本中4本に表面積の70%以上呈色．2本は斑状，1本はひび割れ付近に呈色．
海田高架橋 RP27橋脚
2447
4本中3本に表面積の70%以上呈色．1本はひび割れ付近に呈色．
10本中6本に表面積の70%以上呈色．2本は斑状，2本はひび割れ付近に呈色．
P15橋脚
5810RP28橋脚
12
33本すべてに表面積の70%以上呈色．
海田高架橋 RP29橋脚
RP27橋脚2444本中3本に表面積の70%以上呈色．1本はひび割れ付近に呈色．
1122本すべてに表面積の70%以上呈色．
RP28橋脚1233本すべてに表面積の70%以上呈色．
RP31橋脚1022本中1本に表面積の70%以上呈色．1本は斑状に呈色．
RP29橋脚1122本すべてに表面積の70%以上呈色．
RP34橋脚1733本中2本に表面積の70%以上呈色．1本はひび割れ付近に呈色．
RP31橋脚1022本中1本に表面積の70%以上呈色．1本は斑状に呈色．
呈色反応試験結果
RP34橋脚173 表-23本中2本に表面積の70%以上呈色．1本はひび割れ付近に呈色．
施工対象

4.2

リチウムイオン定量分析結果

日御碕擁壁にて実施したリチウムイオン定量
分析結果を図-5 に示す．既往の研究成果 1 ）により，亜硝酸リチウムによって ASR を抑制するために必要な Li+/Na+モル比を 0.5 と設定すると，本擁壁の ASR 抑制対策に必要となるリチウムイオン量は 0.459kg/m3 となる．全 24 試料のうちの 3 試料において 0.459kg/m3 を若干下回った
ものの，全体の 88％の範囲には必要量以上のリ
写真-3呈色反応状況

チウムイオンが供給されていることがわかる．
2.0

主にコンクリート中の微細なひび割れを通じて，また一部はコンクリート中の連続空隙を通じて各圧入孔からその周囲へ広がっていくものと考えられる．圧入孔間の中央部付近のコアで実施
した呈色反応試験の結果，全ての箇所に呈色反応がみられたことから，各圧入孔間の範囲のコ

リチウムイオン含有量（kg/m3）

亜硝酸リチウムのコンクリート中の浸透は，圧入孔位置（圧入孔位置）

1.0

0.5

0.459
Li + /Na + モル比 0.5 となる Li 量（0.459kg/m 3 ）0.0

ンクリート中には亜硝酸リチウムが浸透したと

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24試料位置No.

底面側天端側判断することができる．

図-5

これらの試験結果より，圧リチウムイオン含有量

縮強度が 10.9～33.3N/mm2 のLi+含有量 （kg/m3)
1.5

コンクリートに対し，圧入孔間隔を 500mm， 注入 圧力を圧入孔位置

1.5

1.00.501

圧入孔

圧入孔位置

No.450.5～1.0MPa と設定して亜硝10酸リチウム水溶液を圧入した（圧入孔位置）No.13

場合，亜硝酸リチウムはコンクリート中に概ね満遍なく浸透している状況が確認できた．

15

圧入孔

圧入孔位置

20No.22

試料No.

図-6192

リチウムイオンの分布状況

また，全 24 試料におけるリチウムイオン含有量結果を図-8 に示す．施工前の全膨張率の平均値の平均値は 0.715 kg/m3 であり，必要量リチウムは 0.049％を示した．それに対し施工後の全膨

3

イオン量 0.459kg/m を大きく上回る．

張率の平均値は 0.020％であり，施工前に比べリチウムイオンの分布状況と圧入孔の位置とて 40.8％に低減されていた．残存膨張率で比較の関係を図-6 に示す．リチウムイオンは各圧入すると，施工前の平均値は 0.039％，施工後の孔からその周囲へ広がっていくと考えられるた

平均値は 0.009％であり，施工前に比べて 25.0％

め，圧入孔付近のリチウムイオン濃度がより高に低減されていた．

く，圧入孔から離れるに従って濃度が低くなる

これらの試験結果より，圧縮強度が 10.9～と予測していたが，実際の分布状況ではむしろ33.3N/mm2 ，アルカリ総量が 3.5～5.7kg/m3 のコ

上下の圧入孔間の中央部付近（試料 No.9～16）

ンクリートに対し，Li+/Na+モル比を 1.0 とするに高濃度のリチウムイオンが検出された．この量の亜硝酸リチウム水溶液を圧入することによリチウムイオン分布の凹凸と圧入孔位置との関り，亜硝酸リチウム圧入後のコンクリートの膨係に着目すると，図-6 の中に矢印で示したよう張率は注入前の 25％～40％程度にまで低減さに，試料 No.9～16 付近には上下左右の圧入孔かれており，以後の ASR 膨張を十分抑制することら浸透してくるため，結果的にリチウムイオンが可能であると考える．
本工法施工後の効果確認試験として促進膨張量が多く供給されていたと考えられる．
これらの試験結果より，圧縮強度が 10.9～18.3N/mm2 のコンクリート0.100%

に対し，圧入孔間隔を 500mm，注入0.080%

概ねコンクリート全範囲においてASR 抑制に必要な量以上のリチウ膨張率(%)

圧力を 0.5～0.6MPa と設定して亜硝酸リチウム水溶液を圧入した場合，20℃
RH100%

施工前
施工後１
施工後２
施工後３

40℃
RH100%

0.060%

0.040%

ムイオンが分布している状況が確認
0.020%

できた．

0.000%

4.3

促進膨張試験結果

020406080100120経過時間（day)日 御 碕 擁 壁 に お け る 「 40 ℃ ，

図-7

促進膨張試験結果（日御碕擁壁，40℃，RH100％）

RH100％」条件下での促進膨張試験結果を図-7 に示す．施工前の試験体

0.100%の全膨張率は 0.055％を示した．そ20℃
0.080% RH100%

は 0.013％であり，施工前の値に比べて 23.6％に低減されていた．残存膨張率で比較すると，施工前は膨張率（%）

れに対し施工後の全膨張率の平均値

施工前１
施工前２
施工前３
施工後１
施工後２
施工後３

40℃
RH100%

0.060%

0.040%

0.041％，施工後の平均値は 0.010％であり，施工前に比べて 24.4％に低減されていた．

0.020%

0.000%

海 田 高 架 橋 に お け る 「 40 ℃ ，0RH100％」条件下での促進膨張試験

図-820406080100120

経過日数（day）

促進膨張試験結果（海田高架橋，40℃，RH100％）
193

5．まとめ0.250%
施工前１
施工前２
施工前３
施工後１
施工後２
施工後３

膨張率（%）

0.200%

0.150%(1)本工法の定める圧入孔間隔，注入圧力にて亜硝酸リチウムをコンクリートに圧入した場合，亜硝酸リチウ
ムはコンクリート中に概ね満遍なく浸透しており，リチウムイオンも0.100%

ASR 抑制に必要な量以上でほぼ分0.050%布している状況が確認できた．
(2) Li+/Na+モル比を 1.0 とする量の0.000%

0510152025

経過日数（day）

図-9

促進膨張試験結果（海田，80℃，1mol/ℓ NaOH）

亜硝酸リチウム水溶液をコンクリー
ト中に圧入することにより，亜硝酸リチウム圧入後のコンクリートの膨張率は注入前の 25％～40％程度に試験を実施する場合，「40℃，RH100％」条件下での促進膨張試験（JCI-DD2 法）では，試験結まで低減されていることが確認できた．

果を得るまでに 3 ヶ月～6 ヶ月を要する．これ(3)亜硝酸リチウムの良好な浸透状況と，膨張率では施工工期内に収めることが困難となるため， の低減効果 が示された ことにより ，本工法のASR 膨張の抑制効果は十分に期待できるもの
より短期間で結果を得ることのできる「80℃，と考える．

1mol/ℓ NaOH 溶液」条件下での促進膨張試験に着目した．海田高架橋における「80℃，1mol/ℓNaOH 溶液」条件下での促進膨張試験結果を図

参考文献-9 に示す．施工前の膨張率は 14 日間で 0.115%，1）例えば斉藤満，北川明雄，枷場重正：亜硝酸

21 日間で 0.183％値を示した．それに対し施工リチウムによるアルカリ骨材膨張の抑制効果，後の膨張率は 14 日間で 0.041％であり，14 日間

材料，Vol.41，No.468，pp.1375-1381，1992の膨張率で比較すると，施工前の 35.7％に低減

2）江良和徳，岡田繁之，三原孝文，河原健児：されていた．

亜硝酸リチウム高圧注入によるアルカリ骨材反図-8 に示す海田高架橋の「40℃，RH100％」

応抑制工法(リハビリ高圧注入工法)の開発，コ条件下での試験結果と，図-9 の「80℃，1mol/ℓ

ンクリート構造物の補修，補強，アップグレー

NaOH 溶液」条件下での結果とを比較すると，

ドシンポジウム論文報告集，Vol.4，pp.117-122，示される膨張率の値は当然異なるものの，膨張2004率の低減率に着目すると，どちらも施工後の膨

3）金好昭彦，内田博之，狩野裕之：大型コンク張率が施工前の 35～40％程度に低減されていリート部材におけるリチウムの ASR 抑制効果にることが分かり，本試験の範囲内では両者から関する研究 ，コンクリ ート工学年 次論文集，ほぼ同等の評価が得られたと言える．ただし，Vol.23，pp.403-408，2001

促進膨張試験の結果はコアの形状寸法に大きく

4）大脇英司，宮原茂禎，上東泰，野島昭二：促依存することが指摘されており 4），異なる促進進膨張試験によるコンクリートコアのアルカリ養生条件で得られる膨張率の相関関係を把握す

骨材反応性の検討，土木学会第 58 回年次学術講るにはさらに多くの比較データを必要とすると

演会概要集第 5 部，pp.137-138，2003

考える．

194