コンクリート中鉄筋の腐食診断技術
土

井

康太郎

目すると，図に示すとおり， 2020 年には 1 億 2 千万人を

.

は じ

め

に

超える人口がその後わずか 50 年の間に 30 減少し 2065 年には 9000 万人を割ると試算されている(7) ．このことから，老高速道路や鉄道高架橋などの大型で高耐荷重が要求される朽化のため早急に補修・更新を必要とするコンクリート構造

構造物には主に鉄筋コンクリートが使用される．我が国では物の数は年々増加していくのに対し，維持管理を行う人の数

1950 年代から 1970 年代までに高度経済成長期を迎え，特には減っていくことが予想される．このような現状にあって，

1964 年の東京オリンピックに合わせて多数のコンクリート

高精度で高効率，簡便なコンクリート劣化診断技術の開発と構造物が建設された．それから 50 年以上経過した現在，コ実用化が強く望まれている．コンクリートの劣化診断を行

ンクリートの剥離や崩落などの事故がしばしば報告され，こい，適切な補修・保全を行うことは，人々の安全な暮らしを

れらの構造物の多くが，補修・更新を必要としている(1)(5)．

守るのみならず，インフラ構造物にかかるトータルコストを

国土交通省の調査によると， 2010 年頃より建設後 50 年を削減することにも繋がる．本稿では，コンクリート劣化診断

迎えるコンクリート構造物の全体に占める割合が急激に上昇技術のうち，コンクリートの劣化に最も重大な影響を及ぼす

し，例えば橋梁数に着目にすると図に示すとおり， 2018

鉄筋腐食に焦点を当て，実用化済みあるいは実用化目前のコ

年には橋梁全体の 25 が建設後 50年を迎え， 2023 年には全ンクリート中鉄筋腐食診断技術について紹介する．

体の 43 が， 2033年には全体の約 67 が老朽化した構造物

.

になると報告されている(6)．一方で我が国の総人口推移に着

コンクリート劣化の原因

コンクリート中鉄筋のおかれる環境

コンクリートはセメントペーストと骨材により構成され

図1

日本の総橋梁数の推移予測．
(国土交通省のデータをもとに作成(6)．2020年以降の橋梁数はデータが存在しないため， 2010 年
から 2020 年にかけての橋梁数の増加と同様の増加をたどると仮定してグラフの作成を行った．）

図2

日本の総人口の推移予測．
(総務省統計局のデータをもとに作成(7))

物質・材料研究機構 構造材料研究拠点独立研究者(〒3050047 つくば市千現 1
21)
Diagnostic Technique for Corrosion of Reinforcing Steel Inside Concrete; Kotaro Doi(Independent Scientist, Research Center for Structural Materials, National Institute for Materials Science, Tsukuba)
Keywords: corrosion, reinforcing steel, concrete, infrastructure, diagnostic technique, electrochemical methods, electromagnetic methods
2020年 1 月21日受理[doi:10.2320/materia.59.313]

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る．セメントペーストはセメント粉と水を練り混ぜたもので応力が高まりひび割れが発生し最終的には剥離・崩落に至るある．また，骨材とは，コンクリートおよびモルタルを作る(図)．すなわち，コンクリートの劣化は不働態皮膜の破壊

際にセメントペーストに混ぜて使用される砂利や砂のことでとその後の鉄筋腐食に起因すると言える．不働態皮膜を破壊

ある．骨材はその大きさにより細骨材と粗骨材に分類され，する要因として，塩化物イオン(Cl－ )と二酸化炭素(CO2)がセメントペーストに細骨材を混ぜたものをモルタルと，モル

挙げられ，Cl－ を要因とするコンクリートの劣化を塩害と，

タルに粗骨材を混ぜたものをコンクリートと呼ぶ．コンクリ

CO2 を要因とするコンクリートの劣化を中性化と呼ぶ．そート中では骨材全体でコンクリートの体積の約 7 割を占めの他にもコンクリート劣化因子として凍害やアルカリシリカており，コンクリート中に鉄筋を埋設することで鉄筋コンク反応が挙げられるが，本稿では特に鉄筋腐食に影響を及ぼすリートが完成する．コンクリートに埋設される鉄筋は，各国

塩害と中性化について概説する．

の工業規格によりその規格が決められている．日本では日本
工 業 規 格 ( JIS ) に よ り 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 用 異 形 棒 鋼




塩害

( JISG3112)として定められており，強度のみの規定が存在

塩害による腐食は，コンクリート内部へ侵入した Cl－ がする(組成に関する規定はない)．強度の種類別に SD295A,

鉄筋表面の不働態皮膜を破壊することにより生じる．Cl－ のSD295B, SD345, SD390, SD490の 5 種類が存在し，各鋼種侵入の主たる原因として海水や雨水からの飛来塩分が挙げら記号の先頭の SD は Steel Deformed bar すなわち異径鉄筋でれるが，骨材への海砂の使用や，寒冷地で道路面の凍結を防あることを意味する．その後の数字はそれぞれ降伏強度ある止するために散布する凍結防止剤も原因として挙げられる．

いは0.2耐力(MPa)を表しており，SD295A では 295 MPa

ただし，Cl－ が鉄筋表面に到達してすぐに不働態皮膜破壊が以 上 ， SD295B で は 295 390 MPa, SD345 で は 345 440

生じるわけではない．不働態皮膜を破壊する Cl－ 濃度(腐食MPa, SD390 で は 390 510 MPa, SD490 で は 490 625 MPa

発生限界塩化物イオン濃度)は一般的にはコンクリートの単の強度でなければならない．コンクリートは圧縮に強く鉄筋位体積当たりに占める重量で表され，1.2 kg/m3 が採用されは引張に強いため，両者を組み合わせることで頑強で大荷重ることが多かった．しかし，近年，腐食発生限界塩化物イオに耐えうる構造物を建設できる．

ン濃度は水セメント比やセメント骨材比，セメント粉の種類

図にコンクリート，鉄筋とその周囲環境の模式図を示などに大きく影響を受けることが明らかになり，現在の示方

す．コンクリート内部はセメントペーストに含まれる水酸化書ではセメントの種類ごとに水セメント比の関数として与えカルシウム(Ca(OH)2)が飽和した pH12.5程度の高アルカリ

られることが定められた．これによると，ほとんどの場合腐環境である．このような環境では，埋設された鉄筋表面には食発生限界塩化物イオン濃度は 1.2 ～ 2.4 kg / m3 となること

保護性の高い酸化皮膜である不働態皮膜が生成するため，鉄が示されている(8)．海砂などの海産骨材を使用する場合，清筋は良好な耐食性を維持できる．しかし，種々の腐食因子に浄な水で十分な洗浄を行う必要がある．塩害防止のため，コより不働態皮膜は破壊され鉄筋腐食が進行する．

ンクリートのかぶり(鉄筋からコンクリート表面までの距離)

コンクリート中鉄筋の腐食は不働態皮膜の破壊により生じを厚くしたり，コンクリートや鉄筋表面に塗装を施すなどのる．不働態皮膜が破壊されると，新生面上で鉄の溶解(アノード反応)が生じ，同時にアノード反応で生成した電子を消費するため酸素還元(カソード反応)が生じる．溶解した鉄イ
オンは水や酸素，水酸化物イオンと結合し腐食生成物である
鉄さびが形成する．鉄さびの膨張によりコンクリートの内部

図4
図3




コンクリート内の環境および鉄筋腐食メカニズ
ムの概要．

鉄筋の腐食により劣化したコンクリート柱．コ
ンクリートが剥がれ腐食した鉄筋がむき出しになっている(2016年長崎県端島(通称，軍艦島)に
て撮影)．

最近の研究

対策がとられており，例えば関西国際空港などではエポキシ
樹脂塗装鉄筋を使用する，本州四国連絡橋などではポリマー
含浸コンクリート(PIC, Polymer Impregnated Concrete)等の埋設型枠を表層部に設置するなどの対策がとられている(9)．しかし，これらの対策は新設の構造物に対してのみ可能であるため，既存の構造物に対しては劣化の程度に応じて表面処理や電気防食が行われている．前者は補修しても劣化を防止できない場合があり，後者の場合には専門的な技術や維持費が必要となるため，抜本的な解決には至っていない．



中性化

図5

コンクリート中鉄筋の自然電位測定の模式図．

表1

ASTM の自然電位による腐食評価基準(11)．

コンクリート内部は高アルカリ環境であるが，大気中のCO2 がセメントペースト中の Ca(OH)2 と反応し炭酸カルシ

ウム(CaCO3)を生成することで pH が低下する．この現象を中性化と呼ぶ．鉄筋表面の pH が10程度まで低下すると不働

飽和塩化銀電極(Ag/AgCl)を使用した場合
自然電位(E, mV)

腐食確率－80 mV＜E

90以上の確率で腐食なしは促進される． CO2 はコンクリート中の細孔を通って侵入－230 mV＜E＜－80 mV

不確定するため，水セメント比の大きいコンクリートほど細孔が大E＜－230 mV

90以上の確率で腐食あり態皮膜を維持できないことが知られており，さらにその後の不働態皮膜の自己再生(再不働態化)も妨げられるため，腐食きくなり中性化は進行しやすくなる．また，温度が高く湿度が 50 ～ 60 の時に中性化進行速度は最大になることが明らかになっている．中性化への対策として，塩害同様にコンクリートのかぶりを厚くしたり，コンクリートや鉄筋表面へのめられており，例えば ASTM では表に示すような自然電

コーティングが実施されている．

位による腐食評価基準が定められている(11) ．強アルカリを示すコンクリート中では健全な鉄筋であれば表面に不働態皮.

コンクリート中鉄筋腐食の診断技術

膜を形成し腐食から守られるため，おおよそ 0 ～－ 100 mV(vs. Ag/AgCl)の自然電位を示すが，腐食が生じ，鉄が鉄イ

上述の通り，コンクリートに埋設された鉄筋が腐食するこオンに変化する際に自然電位は卑化する．すなわち，自然電とでコンクリートは劣化する．しかし，コンクリートは不透位法により卑化した電位が測定されれば，コンクリート中の明であるため中の鉄筋が腐食しているかどうかは直接観察で鉄筋は高確率で腐食していることになる．しかし，表 1 にきない．最も基本的な方法として，目視によりコンクリート

示した通り，自然電位測定から得られる情報は定性的なもの

表面のひび割れを確認し，そこから内部の鉄筋の腐食程度をであり測定時点で腐食が生じているかどうかを判断するに留推定する方法がとられる(10) ．この方法では，短時間の内にまる．また，鉄筋のどこに腐食が生じているかを知ることはコンクリートおよび内部の鉄筋の劣化の概要を把握できる．

できない(12)．そこで，自然電位の測定結果をもとに腐食の

しかし，ここで得られる情報はあくまで概略的なものであ場所と程度を予測する手法が検討されている．塚原らは，鉄り，目視を行う作業者の経験や勘により測定結果が大いに変筋の場所ごとの自然電位測定を行い，オームの法則より求め化するおそれがある．そこで，より詳細にコンクリートの劣た腐食電流量とファラデーの法則から求めた積算電流量から化および内部鉄筋の腐食具合を判断するため，各種電気化学

図に示すような腐食量を推定する方法を考案した(13)．本

測定や電磁波が利用されている．

方法にて求められた腐食箇所と腐食量の予測値は実測値と同

自然電位測定様の傾向を示しており，内部が不可視のコンクリート中鉄筋腐食量の推定に期待が持てる．しかし，本手法では時間ごと

自然電位測定はコンクリート中の鉄筋腐食を診断する技術に変化する自然電位やコンクリートの抵抗値を測定し続けるとして最も一般的に用いられる電気化学的手法である．自然必要があるため，膨大な量のコンクリート構造物への適用が電位を測定する際には，図に示すように脱脂綿やスポンジ

難しい．

などに水を含ませコンクリート表面に当てた後，その上に照また，コンクリート中鉄筋特有の課題として，鉄筋と照合合電極を設置し照合電極と鉄筋の電位差を測定する．この電極の間にあるコンクリート(かぶり)の性状によって測定結際，コンクリートのかぶりを剥がして鉄筋に直接端子を接続

果が大きく変化することが挙げられる．コンクリートの含水する必要がある．アメリカ材料試験協会(ASTM, American

率や塩化物イオン量などの要因により，最大200 mV 程度のSociety for Testing and Materials 現在は ASTM インターナ

電位差が生じることが報告されている(14)．

ショナルに改名)および土木学会規準としても測定方法が定

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


図6

鉄筋コンクリート試験梁中の鉄筋腐食実測値と予測値(9)(12)．



電気化学的インピーダンス法を用いた分極抵抗測定

図7

鉄筋をコンクリート内に埋設した際の等価回路．

図8

同心円型大気腐食モニタリングセンサ模式図．

図 3 で述べた通り，コンクリート中の鉄筋表面で腐食が生じると，鉄の溶解反応であるアノード反応とその際に生じた電子を消費するための酸素還元反応(カソード反応)が必ず同時に生じる．この電子の流れが腐食電流であり，鉄筋の腐食速度を表す指標となる．ここで，鉄筋に微小な電位差を付与すると微少な電流が得られ，式( 1 )，式( 2 )に示すような付与した電位差と腐食電流，分極抵抗の関係が得られる．

DE ＝ DI ･ R p(1)

Icorr＝K･DI/DE＝K/Rp(2)

ただし， DE 付与した電位差(V )， DI 得られた微少電流( A / m2 )， Rp 分極抵抗( Q ･ m2 )， Icorr 腐食電流( A / m2 )，をつなげるためにコンクリートのかぶりを剥がす必要があK材料固有の係数(V)り，コンクリートへの損傷を避けられない．そこで最近でこのように，分極抵抗と腐食電流の関係から腐食電流を推定

は，一対の鋼板からなるプローブ電極を用いて，コンクリー

する手法が分極抵抗法である．腐食電流の単位に着目する

ト内の環境の把握および鉄筋の腐食状況の推定を行う研究がと，クーロン量と時間の単位を含んでいることがわかる．す進められている．プローブ電極を用いることで，(1)電解液

なわち，分極抵抗法は自然電位測定と異なり，鉄筋の腐食速を必要とする照合電極極を用いない(電極のうち一つが照合度を定量的に評価することができる．

電極と対極を兼ねる)ため，電極の扱いが容易で常設可能で分極抵抗を求める手法として，交流インピーダンス法が一ある，( 2 )コンクリートのかぶりによる IR ドロップなどの般的に用いられる．交流インピーダンス法では，コンクリー

影響を受けにくい，(3)電極の表面積が既知であるため単位トの溶液抵抗 Rs と鉄筋/コンクリート界面の電気二重層の容面積当たりの Rp を求めることができる，( 4 )鉄筋にリード

量成分 Cdl と分極抵抗 Rp を含んだ図のような等価回路を線を接続する必要がないため，コンクリートへのダメージを考える．このような等価回路が形成されるコンクリート中の最小限に抑えられる，(5)得られた溶液抵抗から，中性化や鉄筋表面に高周波の交流電圧を印可すると，容量成分 Cdl が塩化物イオン進入の進行過程がわかるなど，現場での活用・充電され，電流は Cdl－Rs の経路を通る．一方で，低周波の実用化を見据えた利点が存在する．

交流電圧を印可すると，電流は Rp－Rs の経路を通る．よっ著者らは，図に示すような一対のプローブ電極を有するて，印可する電圧の周波数を変化させることで，周波数とイ

同心円型大気腐食モニタリングセンサ(以下，腐食センサ)をンピーダンスの関係が得られ分極抵抗とコンクリートの溶液用いて，模擬コンクリート溶液中の環境モニタリングを行っ

抵抗を求めることができる．この際，印可する電圧が微少でた．この際，プローブ電極の素材は，鉄筋として広く使用さあるので鉄筋にダメージを与えにくいというのも交流インピれる SD345 鋼とした．これまでインピーダンス測定には 1ーダンス法の特徴である．通常，コンクリート内の鉄筋を用

対の平板電極を使用するのが一般的であったが(15)，本研究

いて交流インピーダンス法を行う場合，鉄筋に加えて照合電

では 2 電極を同心円状に配置することにより，電極形状の極と対極が必要である(3 電極式)．さらに，鉄筋にリード線

異方性がなくなり，より精度良く測定を行うことが可能とな




最近の研究

図9

飽和 Ca(OH)2 溶液中に 1 日または 1 週間浸漬した腐食センサの乾湿繰返し試験中における分極
抵抗変化(17)．
図10SD345鋼を素材としたプローブ電極(18)．

った(16) ．この腐食センサを予めコンクリート内を模擬した
飽和 Ca(OH)2 溶液中に 1 日または 1 週間浸漬し表面を不働態化させた後，乾湿繰返し試験に供することで，不働態化時
間が塩化物イオンによる不働態皮膜破壊に及ぼす影響を検討した．乾燥過程は 7 時間 58 分とし，湿潤過程では 0.1 M のNaCl 溶液へ腐食センサを 2 分間浸漬した．図に飽和 Ca( OH )2 溶液中に 1 日または 1 週間浸漬した腐食センサの乾湿繰返し試験中における分極抵抗変化を示す．縦軸には分極抵抗の逆数をとっており，より値が大きいほど腐食速度が大きいことを意味する．1 週間浸漬した腐食センサの腐食速度の変化幅の方が 1 日浸漬した腐食センサの腐食速度の変化
幅よりも小さいことから，不働態化時間が長いほど不働態皮
膜はより安定となり，高い耐食性を発揮することが明らかとなった(17) ．このことは，実環境において鉄筋への塩化物イオンの到達が遅いほど鉄筋の耐食性が向上することを意味し

図 11ており，新設および既設のコンクリート構造物からいかに塩

プローブ電極を埋設したコンクリート供試体を用いた腐食試験( a )腐食試験概略図，( b )コン
クリート供試体外観写真(18)．

化物イオンを取り除くことが重要であるかが分かる．
時 枝 ら は ， コ ン ク リ ー ト 供 試 体 に 図に 示 す よ う な
SD345鋼を素材としたプローブ電極を埋設し，プローブ電極

は安定であることを見出した．また，高 pH 環境で塩化物イ

が実構造物の劣化診断技術として適用可能かどうかの検討をオンによって不均一に不働態皮膜が破壊された電極の分極抵行った(18) ．コンクリートにプローブ電極を埋設する際に抗は，不働態皮膜が完全に消失した場合の分極抵抗と比較しは，水溶液を用いた実験とは異なりプローブ電極表面をコンて，約 30 ～ 50 倍大きいことや，塩化物イオンの影響がなけ

クリートに密着させる工夫が必要となる．そこで本研究でればコンクリート内の pH が高いほど分極抵抗が高いことをは，円筒型と円錐台形の二つの部材を組み合わせ，ドリルで見出した．pH やコンクリートのかぶりと鉄筋の耐食性の関

コンクリートを削孔した穴の底部に円筒型の部材を設置し，係を明らかにしたことにより，環境データがわかれば既存のリード線を接続した円錐台形の部材を後から打ち込むこと

コンクリート構造物の劣化状況をある程度推測できることにで，円筒型の部材が広がりながらコンクリートに密着するプなる．このようなプローブ電極の 1 日でも早い実用化が望

ローブ電極を作製し使用した．図に示したように，プローまれる．

ブ電極を供試体のコンクリートから 2 mm, 5 mm, 10 mm の深さに設置した後， 3 の NaCl 水溶液で満たされた水槽内



電磁波法を用いた鉄筋腐食診断にコンクリート供試体を静置し電気化学的インピーダンス測

これまでに紹介した自然電位測定および分極抵抗測定で定を行った．その結果，図に示すように，プローブ電極をは，その程度に大小の差はあれど，コンクリートへのダメー

設置する深さが浅いと分極抵抗は小さくなる，すなわち，コジは避けられない．自然電位法では目的の鉄筋にリード線をンクリートのかぶりが大きいほど中の鉄筋表面の不働態皮膜繋ぐため，コンクリートのかぶりを剥がす必要があり，プロ

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


図12

図 13

コンクリートを模擬したアクリル板に挟んだ鉄筋とスキャナー(21)．

図14

電磁波を用いた鉄筋腐食診断技術(a)ロックイ
ンアンプで得られる励起波と同位相の X シグナ
ルおよび90度位相の異なる Y シグナル，(b)異なるかぶりにおける種々の鉄筋の DY/DX 値(23).

インピーダンス測定結果(a)腐食試験中におけるプローブ電極の分極抵抗変化，(b)腐食試験後のプローブ電極外観写真(18)．

ーブ電極を使用したコンクリート内環境モニタリングでもプ
ローブ電極を埋め込むための小さな孔を空ける必要がある．
そこで完全非破壊で内部鉄筋の腐食を診断するため，電磁波による測定手法の検討および実用化が進められている．
電磁波法は電磁波をコンクリート表面から内部へ向けて放射し，透過信号または反射信号を測定することによりコンクリート内の情報を引き出す方法である．使用する波によって，( a )電磁誘導法や( b ) X 線法，( c )レーダー法，( d )赤外線法などに分類される(19)．


電磁誘導法コイルに交流電流を流した際に発生する交流磁束を用いる方法である．交流磁束が鉄筋に到達した際に発生する逆方向の磁束を検出することで鉄筋の位置を調査する．ハンディタイプのものとしてすでに実用化されているが，あくまで鉄筋の位置を知るためのもので鉄筋の腐食程度を把握することはできなかった．しかし，何らはすでに報告されていた電磁波による鉄筋径とかぶりの測定手法(20) を改良し，鉄筋の腐食程度を測定する手法を考案した．本手法では，図に示すような励起コイルと検出コイル，ロックイン
アンプからなるスキャナーとノート PC のみで構成された小型の検出装置を用い，コンクリート表面にスキャナーを走査することで交流磁束に対する電磁応答を計測する． 4.2 kHz

る．電磁波を用いた手法はコンクリートかぶりを除去して鉄の励起波を用いることにより，最大 140 mm 程度のかぶり筋にリード線を接続することなく非破壊で内部の鉄筋の状態

でも鉄筋の位置を測定できる(21)(22)．さらに，励起波の周波を予測できるため，すでに腐食が進行した鉄筋のみならず，数を 80 kHz に変更し，ロックインアンプで得られる励起波

ひび割れを生じていない健全～腐食初期のコンクリート構造と同位相の X シグナルと 90度位相の異なる Y シグナルの比物にも適用できると考えられる．

を解析する事で鉄筋の腐食程度を判別することが可能となっ

X 線法 X 線をコンクリート中を透過させ，その強た(図)(23)．これは，鉄筋上に生成した鉄さびが鉄筋とは度分布からコンクリート，鉄筋，コンクリートの空隙やひび

異なる電気伝導度や透磁率を有する性質を利用したものであ割れを検出できる．図に示すように，視覚的にコンクリー




最近の研究

図15

図16

健全な鉄筋および腐食した鉄筋の温度変化(26)．

図 17

コンクリート供試体に埋設した際の温度変化
(a)健全な鉄筋および腐食した鉄筋の温度変化，(b)それぞれの鉄筋を埋設したコンクリート表面の温度変化(26)．

X 線法による撮影結果例(24)．

ト構造物の内部を捉えられるため，コンクリートおよび鉄筋の劣化状態をイメージしやすい(24)．しかし，測定対象とす
るコンクリートにある程度(約 500 mm 以下)の薄さが要求される，片面からのみの測定ができない，放射線を使用するため，安全面に問題があるなど使用する上での課題が多い．


レーダー法レーダー法では，送信側から放射した電磁波が鉄筋やコンクリートの空隙，ひび割れの境界面で反射され，それを受信側で受けとることによりコンクリート内部の情報を得ることができる．電磁波を放射してから受信するまでの時間を測定することでコンクリート内部の鉄筋や空隙の深さ情報が得られ，受信アンテナの位置を変えることにより鉄筋や空隙の位置情報が得られる．コンクリートと鉄筋や空隙の比誘電率が異なることを利用した測定法である．乾燥
コンクリートの比誘電率は一般的には 4～12，湿潤コンクリートの比誘電率は 8～20と言われているが，海洋構造物の表面などでは濡れにより比誘電率が大きく変化するため，測定が困難となる．また，鉄筋が密に埋設されている場合，反射波が受信側に届きづらくなるため測定が困難になるなど課題も存在する．


赤外線法コンクリート表面およびその内部は一様な構造ではなく，コンクリート中にひび割れや空隙等が存在す
るとその部分の熱伝導率が異なるため温度に差異が生じる．
赤外線法はその温度の差異を放射温度計を用いて検知する手法である(25)．屋外では太陽光による温度差が生じるが，屋内では何らかの温度変化を与える必要がある．本手法は，非ト表面の劣化度合いを測定するものであるため，内部鉄筋の接触で広範囲を測定できるメリットを持つが，検査深度が小腐食の測定には用いない．しかし，高徳らは，鉄筋表面の腐さく，コンクリート表面の汚れや日照の程度，コンクリート

食生成物層が健全な鉄筋と比較して小さい熱伝導率を持ち，の箇所による部材厚の違いなどにより測定精度に大きな差が比熱が大きくなるという特性を利用して，赤外線法をコンク生じる．林らは，赤外線法の検出精度向上のため，コンクリ

リート内部鉄筋の腐食程度の評価に応用した．液体窒素を用ートの損傷領域を強調させる画像フィルター処理を行い，温いて腐食した鉄筋と健全な鉄筋を冷却し，両者の経時的な温度変化部の損傷予測確率を推計する統計解析手法の検討を行

度変化を測定した．その結果，図に示すとおり，冷却時間った．その結果，画像フィルター処理によりコンクリート表が長くなるにつれ腐食した鉄筋と健全な鉄筋では温度変化に面から斜めに進展する剥離ひび割れの深さも定量的に判断で差が現れることが明らかとなった．さらに，図のように，きること，損傷予測確確率を危険度評価の指標として用いる鉄筋をコンクリートに埋設し，液体窒素を用いてコンクリー

ことで，より細かく定量的なコンクリートの損傷判定が可能

トごと冷却した試験においても，腐食した鉄筋と健全な鉄筋となることを示した(26) ．赤外線法は基本的にはコンクリーの間には温度差が生じており，その温度差はコンクリート表

ま て り あ 第59巻 第 6 号(2020)
Materia Japan面にも現れるため，実環境のようなコンクリート表面の温度

文のみが測定対象となる場でも完全に非破壊で内部鉄筋の腐食

献程度を測定できる可能性を示した．
電磁波を用いた測定法の一番のメリットはコンクリートに損傷を与えることなく比較的広範囲のコンクリート内部情報を得られる点である．これまではコンクリート表面の損傷を測定するのみで内部の情報は鉄筋の位置程度であったが，電磁波による鉄筋腐食測定の研究が進められており，今後の発展が期待できる．

.

お わ

り

に

コンクリート構造物が使用される環境によってその劣化挙動は大きく変化する．コンクリートを劣化させる重要な因子
として，塩害や中性化による鉄筋腐食が挙げられ，その他にもコンクリートそのものを劣化させる因子にアルカリシリカ
反応や凍害，化学的浸食や風化，さらにはコンクリートの上を走行する車輌などによる疲労などが挙げられる．これらの劣化因子は単独で作用するのではなく，複合的に作用しコンクリートの寿命を低減させる．すなわち，様々な環境でコンクリートがどのように劣化しているのか，またこれからどのように劣化していくのかを知るための網羅的な診断技術がコンクリートの寿命を決めると言っても過言ではない．この先，コンクリート診断技術は非破壊で簡単かつ迅速に正確な測定および劣化予測が行えるよう進歩していくであろう．また，診断技術のみならず，ロボットやドローン， AI などを駆使した人的負担を減らすための維持管理手法の開発も進められている．コンクリート構造物に代表されるインフラ構造
物は，我々の生活や社会経済活動における道路・鉄道・港
湾・空港などを支える基盤であり，老朽化が進むインフラ構
造物の維持管理を正しく進めていくことは極めて重要な課題である．新しい技術が実用化されるまでには多くの労力と時間を要するため，本稿で紹介した技術以外にもまだまだ多くのシーズが眠っているであろう．それら新技術が，一日でも( 1 ) 宮川豊章，保田敬一，岩城一郎，横田 弘，服部篤史土木
学会論文集 F, 64(2008), 2443.
( 2 ) 魚本健人コンクリート工学，39(2001), 1013.
( 3 ) 松村英樹コンクリート工学，39(2001), 815.
( 4 ) 大津政康材料，51(2002), 405411.
(5) 関博土木学会論文集，557(1997), 114.
( 6 ) 国土交通省ホームページ「社会資本の老朽化の現状と将来」
より．
( 7 ) 総務省統計局ホームページ「人口推計」より．
( 8 ) 土木学会コンクリート標準示方書，(2017).
( 9 ) 魚本健人生産研究，56(2004), 183186.
(10) 魚本健人生産研究，53(2001), 587591.
(11) ASTM C 87691(Reapproved 1999): Annual Book of ASTM
Standards, 03(1999), 457462.
(12) 小山理恵，矢島哲司，魚本健人，星野富夫土木学会論文集，550(1996), 1322.
( 13 ) 塚原絵万，魚本健人コンクリート工学論文集， 11 ( 2000 ) ,7584.
(14) 永山 勝コンクリート工学，51(2013), 194199.
(15) 西方 篤，熊谷草平，水流 徹材料と環境，43(1994), 82
88.
(16) 片山英樹表面科学，36(2015), 2428.
( 17 ) 土井康太郎，山田茉耶，星 芳直，四反田功，片山英樹，板垣昌幸土木学会論文集 E2 (材料・コンクリート構造)， 74(2018), 1
9.
( 18 ) 時枝寛之，岡本 樹，星 芳直，四反田功，板垣昌幸材料と環境，66(2017), 299
304.
(19) 大即信明，鎌田敏郎コンクリート工学，31(1993), 512.
( 20 ) 横田理，土肥 博，石井勇五郎圧力技術， 30 ( 1992 ) , 215 
222.
(21) D. F. He, M. Shiwa, S. Takaya and K. Tsuchiya: Progress inElectromagnetics Research Symposium(PIERS) Proceedings,(2016), 39543956.
(22) D. F. He, M. Shiwa, S. Takaya and K. Tsuchiya: Electromagnetic Nondestructive Evaluation, 42(2017), 247252.
( 23 ) 何東風 NIMS ホームページ「インフラ長寿命化・強靱化のための構造材料技術」．
( 24 ) 森 雅司，葛目和宏コンクリート工学， 51 ( 2013 ) , 278 
282.
( 25 ) 林 詳悟，橋本和明，明石行雄コンクリート工学年次論文
集，35 (2013), 18131818.
( 26 ) 高徳 類，新井淳一，野嶋潤一郎，溝渕利明コンクリート
工学年次論文集，36(2014), 20322037.

早く現場で使用され，我が国のインフラ維持管理技術がます★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ます向上し，人々の安全な生活へ貢献していくことを願って2015年 大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了
同年 物質・材料研究機構 NIMS ポスドク研究員
2016年 物質・材料研究機構 若手国際研究センター(ICYS)ICYS 研究員
2018年11月現職
専門分野腐食防食，環境材料学◎主にコンクリート内部鉄筋の腐食メカニズムの検討や新腐食加速試験法の開発に従事．

いる．

土井康太郎




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