コンクリート工学年次論文集，Vol.31，No.1，2009

論文

床版部材の ASR 膨張挙動と FRP シート貼付けによる膨張抑制
久保善司 *1 佐古崇 *2 川崎

文義 *3 横山広 *4

要旨：これまで比較的劣化事例の少なかった床版部材においてもアルカリ骨材反応による劣化事例が報告されている。床版部材においては，主筋・配力筋方向以外の鉄筋拘束がないため，ASR 膨張が生じた場合には，床版の厚さ方向に大きな膨張が生じ，それらが床版の性能に与える影響が懸念される。そこで，床版を模擬した供試体を作製し，その膨張挙動およびシート貼付による膨張抑制効果について検討を行った。その結果，厚さ方向の大きな膨張によって，大きな材料劣化が生じ，水平方向と厚さ方向に大きな異方性が生じること，シート貼付けによる貼付け面近傍の材料劣化の抑制が期待できることが明らかとなった。
キーワード：アルカリ骨材反応，凍結防止剤，FRP シート，ASR 膨張，床版劣化
1. はじめに近年，アルカリ骨材反応（ASR）による過大な膨張を生じて著しく劣化した構造物が報告されている。アル
カリ骨材反応により劣化した構造物の耐荷性能については，内部に配置された鉄筋によって適切に拘束されている場合には，健全なものに比べて顕著な低下はないものとされてきた。しかし，過大な膨張を生じて鉄筋破断，内部コンクリートの強度低下などを生じた構造物も報告されるようになり，これらの構造物の補強対策が実施された事例も報告されている 1)。

写真 -1

劣化床版 2)

一方，寒冷積雪地域においては，スパイクタイヤの禁止以降，凍結防止剤の使用は，コンクリート構造物の部材の力学的性能に与える影響に関して，鉄筋拘束の寄劣化を深刻なものとしている。アルカリ骨材反応におい与は大きい。きわめて鉄筋拘束が小さいものでは，拘束ても凍結防止剤によって劣化が促進されることが知られの大きなものより強度低下が大きいとされている 5)。一ている。これまで劣化事例の比較的少なかった床版構造

方，横拘束筋を配置した柱部材を想定した検討において物においてもアルカリ骨材反応による劣化事例が報告さは，実構造物程度の拘束量を有するものでは，最大耐れている（写真 -1） 。海外の事例では，1995 年以来力の大きな低下はないとされている 6)。また，帯筋を配Walloon 地方において，原因不明とされた床版部材にお置したものでは，コンクリート強度が同一の場合には，ける劣化が 70 橋以上が発見され，調査の後，ASR によ10 〜 20 % 程度耐力が大きくなるとされている 7)。また，るものと判明し，その特徴として，床版上部のコンクリー

鉄筋拘束が与える影響について，内部コンクリートの力

2）3）

学的性能について検討した結果では，拘束条件下においトの脆弱化や水平ひび割れを挙げている 。
ASR により劣化した竣工後 25 年経過したラーメン高ては，膨張によって顕著な強度低下はないものの，静弾架橋のスラブより切出した梁試験体の材料強度試験およ性係数は膨張に伴い低下することが報告されている 8）。

び RC 梁試験体に関する報告では，層状の水平ひび割れ

床版部材の場合には，梁・柱部材と比較して鉄筋比はが確認され，採取コアの強度低下は認められたものの，小さい。さらに，主筋方向および配力筋方向以外の鉄筋ASR の部材耐力への影響は小さいと報告している 4)。し拘束がなく，アルカリ骨材膨張が生じた場合には，床版かし，この場合には，切出し後の梁試験体の結果であるの厚さ方向に大きな膨張が生じ，それらが床版部材の性ため，床版部材としての力学的性能を十分に把握してな能に影響を与えることが懸念される。
本研究では，床版部材を模擬した供試体を作製し，アい点が指摘される。
一般的にアルカリ骨材反応による膨張がコンクリート*1

金沢大学大学院

*2

金沢大学

*3

鹿島建設（株） 北陸支店

*4

ショーボンド建設（株） 北陸支店

ルカリ骨材反応が生じた場合の床版部材の膨張挙動を詳自然科学研究科社会基盤工学専攻准教授

工学部土木建設工学科 （非会員）
工修 （正会員）
工修（正会員）-1243-

工博 （正会員）

細に把握するとともに，アルカリ骨材反応が生じた場合

表 -1の膨張抑制対策として FRP シート貼付けを実施した場
合の膨張抑制効果についても検討を行うこととした。さらに，膨張後の床版を模擬した供試体からコンクリートを切り出し，コンクリートの強度特性についても検討を行うこととした。

示方配合
単位量 (kg/m3)

W/Cs/a(%)

(%)

WCS

G

5549.0190345834882

表 -2 シートの物理的・機械的性質
繊維目付
設計厚さ
引張強度 ヤング係数222(g/m )(mm)(N/mm )
(kN/mm )2. 実験概要

150

2.1 使用材料

0.083

2900

(1) コンクリート

450

セ メ ン ト に は 普 通 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト（ 密 度：
4503.16g/cm3) を用いた。細骨材として非反応性骨材の手

水平方向

3，取川産骨材（表乾密度 2.61g/cm 吸水率 2.88%）を用いた。粗骨材には，反応性骨材として安山岩砕石（表乾上面

密 度 2.66g/cm2， 吸 水 率 2.65%，Gmax：20mm） を用いた。添加アルカリとして NaOH を用い，短期間に大きな膨張が得られるよう等価アルカリ量を 10.5kg/245

主筋方向

配力筋方向

厚さ方向

110：鉄筋m3 とした。なお，NaOH（試薬特級）は練混ぜ水に添下面加した。コンクリートの配合を表 -1 に示す。

シート貼付面

図 -1(2) 鋼材

単位 (mm)

供試体概要鋼材として，端部にφ 20mm 程度の座金の付いたD6 の異形鉄筋を用いた。座金は，床版部材中におけるた。ASR 膨張を促進するため，40℃の飽和 NaCl 溶液

主筋および配力筋の定着を確保するために設けた。また，

浸漬環境 ( 全浸漬 ) に暴露した。なお，FRP シート貼

ASR 促進環境暴露中の鋼材の鉄筋腐食の影響を避ける付け (2 方向シート，供試体下面）を行うものについてため，エポキシ樹脂塗装鉄筋とした。

は，適用時期が与える影響についても検討を行うため，(3)FRP シート

初期（養生後，暴露開始前）に FRP シートを貼付ける

床版部材は面部材であるため，2 方向の炭素繊維シーものと，膨張促進後（供試体の上面の膨張量 1500 μトを用いた。FRP シートの機械的性質を表 -2 に示す。

程度，促進暴露期間 26 日）にシート貼付けを行うもの

シート貼付けには，エポキシ樹脂系のプライマおよび含の 2 種類を用意した。FRP シート貼付けのものは，室浸樹脂を用いた。

内 1 週間の FRP 層の養生期間を確保した。供試体は促2.2 供試体

進環境暴露後，経時的に膨張ひずみおよび超音波伝播速(1) 寸法および形状度の測定を実施した。また，膨張が概ね収束した後に，ASR が発生した床版部材の膨張挙動とその影響をFRP シート貼付けを行わない無補修供試体および初期

把 握 で き る 最 小 限 度 の 大 き さ と し， 縦 450mm × 横に FRP シートを貼り付けた供試体から，大型のコンク450mm ×厚さ 110mm の板状供試体とした。供試体のリートカッタを用いて，100mm × 100mm × 110mm

外観を図 -1 に示す。の立方体状の供試体をそれぞれ 4 体採取した。採取後の(2) 鉄筋比および配筋供試体を強度特性把握用供試体とした。

実部材での拘束を模擬し，鉄筋比を主筋方向で約2.3

測定項目0.05%（上段 :0.02%，下段 0.03%）とし，配力筋方向(1) 外観観察で約 0.04%( 上段 0.02%，下段 0.02%）とした。主筋おASR 膨張によるひび割れの目視観察を行った。

よび配力筋方向それぞれに，上下 2 段に鉄筋を配置した。

(2) 表面ひずみ

主筋方向では，上段 3 本，下段 5 本とし，配力筋方向では，供試体上面および下面の水平方向ひずみ（主筋およ上段および下段 3 本とした。なお，上面・下面のかぶりは，び配力筋方向 )，側面のおける水平方向のひずみ（上主筋で約 25mm を確保し，4 つの側面からのかぶりは段，中段，下段）および厚さ方向のひずみ（各側面 4 箇約 50mm を確保した。

所）を供試体表面にコンタクトゲージ用チップを貼り付(3) 供試体作製

け，測定した（厚さ方向：基長 10mm，水平方向：基コンクリート打設・脱型後，2 週間の湿布養生を行っ

長 300mm)。コンタクトゲージチップ貼り付け位置を-1244-基長 :300mm( 上下面 )

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基長 :300mm

図 -2

基長 :100mm

基長 :300mm

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図 -2 に示す。

�����供試体中心付近に埋込み型ゲージを埋設し，水平方向��

度を測定した。
(5) 切出し供試体の材料劣化の把握������

るため，水平方向および厚さ方向の超音波パルス伝播速�������
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体載荷し，残り 2 体を水平方向に載荷した。

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および静弾性測定試験を実施し，膨張後のコンクリート

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供試体より採取した立方体状の供試体の圧縮強度試験

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ASR 膨張に伴うコンクリート劣化をモニタリングす

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(4) 超音波パルス伝播速度

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よび厚さ方向の内部ひずみを測定した。

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3. 結果および考察
3.1

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層状ひび割れ�

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写真 -2�

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外観観察

膨張後の供試体の外観を写真 -2 に示す。既往の研究

シート貼付の有無にかかわらず，上面および下面のいずで報告されていると同様に，側面には層状の水平ひび割れにおいても，主筋方向より配力筋方向の膨張が大きくれが確認された。

なった。床版部材では，上段の鉄筋量は下段よりも小さ3.2

く，また，配力筋方向の鉄筋量は主筋方向よりも小さい。

膨張挙動（表面ひずみ）(1) 水平方向の膨張

鉄筋拘束の小さい方向の膨張が大きくなったものと考え上面および下面の水平方向の膨張ひずみの経時変化をられる。したがって，床版では上部側のコンクリートほ

図 -3 に示す。シートの貼付の有無にかかわらず，上面ど大きな膨張が発生しやすいものと考えられる。さらに，の水平方向の膨張量は下面よりも大きくなった。また，

実環境では，床版上面の方が水や凍結防止剤の影響を受-1245-��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������� ���������けやすく，この傾向はより助長されるものと考えられる。
なお，既往の検討において，上部コンクリートの脆弱化������������������������������ �����������������������������������������������������

が報告されていることは，上記の理由によるものと考えが作用し，きわめて大きな膨張を生じたものと考えられられる。
一方，シート貼付けによる影響については，いずれのる。外観観察で確認された水平方向のひび割れは，厚さものも上面におけるひずみは概ね同程度であるのに対し方向の膨張によって生じたものと考えられる。また，厚て，初期にシートを貼り付けたものでは，無補修のもの

さ方向には拘束がないため，この方向における大きな膨より下面の膨張が小さくなっている。一方，膨張後に貼張は，顕著な材料劣化を引き起こす可能性があるものとり付けたものでは，貼付け後の無補修の膨張が小さかっ考えられる。

たことも影響し，若干小さいか，同程度となった。した

シートを貼付けたものの厚さ方向の膨張は無補修のがって，シートの貼付けによって，下面側の膨張は若干ものよりも大きくなったが，厚さ方向の基長が 100mm低減されるものの，貼付時の残存膨張がそれほど大きくであったため，測定箇所のひび割れ発生位置などの影響ない場合には，大きな膨張抑制効果は期待できないものにより生じたものと考えられる（後述の内部ひずみの厚と考えられる。なお，上記の膨張抑制効果においては下さ方向では，無補修のものの膨張が大きい）。したがっ面からの水分供給をシートによって遮断した効果も含まて，厚さ方向の膨張量には，シート貼付けによる影響はれているものと考えられる。

なかったものと考えられる。シート貼り付けを実施した

水平方向の膨張量の分布（供試体側面の上段・中段・下段で測定された膨張量，暴露 105 日後）を図 -4 に示

場合には，厚さ方向の材料劣化の抑制を期待することは膨張挙動の観点からは難しいものと考えられる。

す。いずれのものも上部における膨張量が大きく，下部(3) 内部ひずみほど小さくなる分布となった。シートを貼り付けたもの

供試体中心部で測定された内部コンクリートの膨張ひでは，中段および下段の膨張が無補修のものより抑制さずみの経時変化を図 -6 に示す。水平方向については，れており，初期に貼付けたものの方がその傾向は顕著とシート貼付けの有無にかかわらず，同程度の膨張を示なった。上面側の膨張を拘束できないものの，貼付け面し，中心付近の膨張は同程度となった。また，中心部付近傍の膨張を抑制することが可能であるものと考えられ近の膨張量はコンクリート表面よりも小さく抑制されてる。

いた。かぶり近傍よりも中心部の膨張は抑制されている(2) 厚さ方向の膨張ものと考えられる。しかし，表面ひずみの結果からは上厚さ方向の膨張ひずみの経時変化を図 -5 に示す。シー部には大きな膨張が生じていることから，床版上部の膨ト貼付けの有無にかかわらず，暴露日数の経過とともに張は中心部と同様には抑制されておらず，大きな膨張が膨張は大きくなり，暴露 100 日後においては，8000 〜生じているものと考えられる。

12000 μ程度の膨張を示した。水平方向のひずみが最一 方， シ ー ト 貼 付 け に よ る 抑 制 効 果 は， 中 心 付大で 4000 μ程度であったのに対して，きわめて大きな近の水平方向の膨張量には現れていないことか膨張を示した。すでに述べたとおり，床版部材においてら， 貼 付 け 面 近 傍 に 留 ま る も の と 考 え ら れ る。 シ ーは厚さ方向の拘束はなく，拘束のない厚さ方向に膨張力トに期待する効果としては，貼付け面近傍のコンク-1246-��������������������������������������������������������������������������������������� ��� � ��� � ����� � ��� ������������������ ������������������������������������������������������� � ���� ����������������������� ��������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ �� ���������� ���������������������������������� ���� � ��������� �������������������������������������������������

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リートの膨張を抑制することで，シートとかぶりコンク（4）超音波パルス伝播速度

リートとの一体性が確保されことによって，膨張を生じ超音波パルス伝播速度の経時変化を図 -7 に示す。水た場合にも耐荷力への寄与を期待できる可能性がある。

平方向および厚さ方向いずれにおいても，シートの貼厚さ方向については，シート貼付けの有無にかかわら付の有無にかかわらず，暴露期間とももに伝播速度はず，大きな膨張を示した。3.2(2) の表面ひずみ（厚さ方小さくなった。また，厚さ方向の減少は，水平方向に比向）ではシート貼付けのものの方が大きな膨張を示し，べて顕著であった。これらの結果は，表面ひずみおよびこれに対して内部ひずみでは，無補修ののもの方が大き内部ひずみの結果と一致しており，膨張に伴い内部コンな膨張を示した。両者の結果が異なること，測定精度のクリートの材料劣化が進行しているものと考えられる。

問題を考慮すると，中心部における厚さ方向の膨張量はシート貼付けのものでも無補修のものと同様の傾向を示概ね同程度であるものと考えられる。厚さ方向についてしていることから，シート貼付けによる内部コンクリーは，表面ひずみおよび内部ひずみともに，8000 μを超トの劣化抑制は十分でない可能性が高いものと考えられえるきわめて大きな膨張量を示しており，床版部材におる。

いては，厚さ方向による膨張によって生じる材料の劣化(5) 切出し供試体の材料劣化が顕著であるものと考えられる。また，これらの部材性切出し供試体の圧縮試験結果および静弾性係数測定結能に与える影響については今後の検討が必要である。

果を図 -8 に示す。厚さ方向に載荷したものの圧縮強度-1247-����������������������������������

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については，シート貼付けのものの方が大きい傾向に(3) シート貼付けによる効果は，貼付面近傍に限定され，あり，シート貼付面近傍のコンクリートの材料劣化がシート貼付けによる内部コンクリートの劣化抑制は抑制されたことによるものと考えられる。一方，水平十分でない可能性が高い。

方向に載荷したものの圧縮強度については，一定の傾（4）シートを貼り付けたものでは，かぶりコンクリー向は認められなかった。シート貼付けの有無にかかわトとシートの一体性が確保されることによって，膨らず，目視で確認できる層状の水平ひび割れが発生し張を生じた場合にも耐荷力への寄与を期待できる可ており，これらの方向性のあるひび割れの影響が顕著能性がある。に現れたためと考えられる。
静弾性係数については，載荷方向による顕著な違いが認められ，シートの有無にかかわらず，厚さ方向に参考文献
1）土木学会：アルカリ骨材反応対策小委員会報告書，載荷したものの静弾性係数は，水平方向に載荷したも2005.8のの半分程度となった。厚さ方向に大きな膨張を生じ

2) 横山広ら：凍結防止剤の影響を受けた構造物の実態たため，その方向の材料劣化の影響が静弾性係数に顕調査，平成 19 年度土木学会中部支部研究発表会概著に現れたものと考えられる。一方，シート貼付けのものは，いずれのものも無補修のものの静弾性係数よ要週，pp.423-424，2008.33)Philippe, Demars et.al：The degration of the bridge deckslab in Belgium mainly involves alkali-silica reactions，り大きくなった。シート貼付けにより貼付面近傍のコ

Proc. of 13th Int. conference on alkali-aggregete reaction

ンクリートの材料劣化が抑制されたことによるものとin concrete，pp.964-972，2008.6

考えられる。しかし，いずれの場合においても，水平方向と厚さ方向では材料の性質に大きな異方性が生じ

4) 田附伸一ら：ASR 膨張により劣化した RC 部材のるため，これらが実際の床版部材の力学的性能に与え耐荷特性について，コンクリート工学年次論文集，る影響については，今後の課題であると考えられる。

Vol.26，No.2，pp.1765-1770，2004.6
5) 小柳洽ら：低鉄筋比の RC 部材における ASR の膨張拘束に関する研究，セメント・コンクリート論文集，

4. まとめ本研究の範囲内で得られた主な結果を以下に示す。

No.52，pp.786-791，1998.12(1) 床版部材の厚さ方向には，拘束がないため，きわめ

6) 棚橋和夫ら：ASR によって劣化した RC はりおよびて大きな膨張が生じる。層状の水平方向のひび割れ

柱の力学挙動について，コンクリート工学年次論文は厚さ方向の膨張によって引き起こされる。

報告集，Vol.18，No.1，pp.843-849，1996.6(2) 水平方向の膨張については，上部側のコンクリート

7）竹村和夫ら：アルカリ骨材反応を生じた帯鉄筋柱ほど大きな膨張が発生しやすく，実環境では，床版の一軸圧縮特性：セメント・コンクリート論文集，上面の方が水や凍結防止剤の影響を受け，この傾向

No.44，pp.684-689，1990.12が助長される。

8) 久保善司ら：ASR 膨張が内部コンクリートの強度(3) 床版部材において ASR 膨張が生じた場合には，水平方向と厚さ方向では材料の性質に大きな異方性が生じる。

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特性に与える影響 , コンクリート工学年次論文集，
Vol.30,No.1，pp.1071-1075，2008.7