構造物の維持管理と検査技術への期待
丸山久一＊＊長岡技術科学大学 環境・建設系
kmaru@vos.nagaokaut.ac.jp

要旨：

セメントあるいはコンクリートの歴史は古く、今から 2000 年前の古代ローマ帝国の時代には既にコンクリートで構造物が建造されていた。現在のセメントに至るものは、1824 年に英国で特許が取得されたもので、また、鉄筋コンクリートのさきがけとされる植木鉢の製作は 1867 年にフランスでなされている。わが国にセメントが入ってきたのは幕末の頃で、最初に官営工場ができたのは 1872 年といわれている。殖産興業の中で、鉄筋コンクリートの倉庫やコンクリート護岸が建設されたが、当時のコンクリート構造物で 100 年を超えて現在にまで残っているのは小樽港岸壁など数少ない。ただ、築後 80年程度のものであれば、現存している橋梁はいくつかある。
1960 年代の後半から 1970 年代にかけてわが国が高度経済成長期にあった頃、社会基盤の整備のために、鉄筋コンクリート構造物の建造が飛躍的に進められた。ところが、1980 年代に入ると、海砂を用いた構造物に鉄筋の発錆によるコンクリートのひび割れや剥落が報告され、また、北陸や東北地方の海岸沿いのコンクリート橋梁（鉄筋コンクリート橋梁、プレストレストコンクリート橋梁）では、海からの飛来塩分がコンクリート中に浸透し、鋼材（鉄筋や PC 鋼材）の発錆で、種々の不具合が生じ始めた。
塩化物イオンによる鉄筋の発錆やその予防対策についてはこの 30 年間でかなり研究がなされ、新たに建造するコンクリート構造物については、エポキシ樹脂塗装鉄筋、錆びない材料（FRP、ステンレス鉄筋）などの使用が可能となっており、電気防食工法も新設、既設を問わず鋼材の錆の進行を抑制する上で有効であることが実証されつつある。ところが、問題は、塩化物イオンが浸透する環境（塩害環境）下にあって、高度経済成長期に建造された数多くのコンクリート構造物が著しい劣化の徴候を示し始めていることである。
この劣化は偏に鋼材の発錆によるもので、コンクリートのひび割れ、剥離に始まり、鋼材の断面欠損や破断によるコンクリート構造物の耐荷性能の低下が維持管理上の大きな問題となっている。管理者
にとっては、①現状での耐荷性能がいくらか、②今後の劣化の進行はどのようか、がもっとも知りたい事項である。そのためには、構造物全体にわたって鋼材の腐食量が具体的にいくらであるかを把握する必要があり、それがわかれば、現在の解析技術で構造物の耐荷性能は精度よく推定可能である。経年劣化については、基礎的な研究がさらに必要であるが、コンクリート中の鋼材の腐食量を非破壊で検出できるならば、その技術を経年で適用することにより、劣化の進行速度を把握することも可能となる。
参考文献［１］土木学会：2007 年制定コンクリート標準示方書、維持管理編、2007［２］日本コンクリート工学協会：コンクリート診断技術‘09、2009［３］国土交通省：塩害橋梁維持管理マニュアル、2008［４］土木学会：コンクリートライブラリー131、古代ローマコンクリート、2009［５］長瀧重義監修：コンクリートの長期耐久性－小樽港百年耐久性試験に学ぶ－、技報堂出版、1995［６］田村浩一・近藤時夫：コンクリートの歴史、山海堂、1984［７］国土交通白書 http://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/h20/hakusho/h21/index.html、国土技術政策
総合研究所資料、平成１９年度－1－

構造物の維持管理と検査技術への期待
2010年6月30日

長岡技術科学大学
丸山

久 一

長岡技術科学大学
Nagaoka University of Technology内容

１．コンクリートの略歴
２．塩害環境下にあるコンクリート構造物の維持管理
３．必要とされる技術と現状
４．開発が望まれる検査技術－2－

１．コンクリートの略歴セメント
 古代セメント（BC.9000 天然セメント）（1796 J.Parker ローマンセメント） 近代セメント（1824 J.Aspdin（英）ポルトランドセメント）
 １８６５年頃 わが国に輸入
 １８７２年 わが国最初のセメント工場設立

１．コンクリートの略歴

無筋コンクリート構造物
 １８８９年 横浜港の築港着手（１８９６年完成）（１８９２年 多数のひび割れ発生）
 １８９６年 函館港改良工事着手
 １８９７年 大阪港築港着手（１８９９年 ひび割れ発生）
 １８９７年 小樽港築港着手（廣井 勇）（１００年試験用供試体）－3－

１．コンクリートの略歴

鉄筋コンクリート構造物
 １８９５年頃 鉄筋コンクリートの導入
 １９０３年 若狭橋（神戸市） 最古のRC橋（スパン ３．７ｍ 床版式桁橋）
 １９０３年 琵琶湖疏水路上の弧形桁橋（スパン ７．３ｍ 田辺朔朗）
 １９２９年 万代橋（新潟市）（スパン ４２．４ｍ アーチ橋）

１．コンクリートの略歴

小樽港のコンクリートの経年劣化状況

強度

（海水中）

σ28

1050

－4－100年

１．コンクリートの略歴

コンクリートの劣化要因
 穏やかな劣化：
セメントの水和反応の停止、水和生成物
あるいはCa溶脱による硬化ペースト組織の粗大化、脆化 進行の速い劣化：
塩化物イオンの浸透（鉄筋の腐食）、アル
カリ骨材反応、凍害、化学的腐食

１．コンクリートの略歴

コンクリートの耐用年数
 穏やかな劣化：
小樽港の例なら１００年は充分保証できる。
RCおよびPC橋梁で５０年以上供用しているものがある。
 急激な劣化：
建設後１０～２０年で劣化（ひび割れ、剥離等）が顕在化。４０年～５０年で架け替え。

－5－

２．塩害環境下にある
コンクリート構造物の維持管理
国土交通省
橋梁塩害対策検討委員会（H16～H21）

塩害橋梁維持管理マニュアル

２．維持管理橋梁の架設数の変遷
架設橋梁数

1930

1960

架設年度

－6－

1980

2000

２．維持管理

幌別橋
0.1km

太平洋Ⅰ
：各機関における塩害橋梁の事例

日本海Ⅰ
名立大橋
0.0km

平南橋
0.0km

太平洋Ⅱ
沖縄

日本海Ⅱ

太平洋Ⅲ
瀬戸内海

２．維持管理維持管理マニュアルの要点
１．構造物の現在の状態を健全度判定で評価
２．これまでの経緯（補修歴等）から将来を予測
３．現在の知見に基づき適切な対策を実施
４．対策の効果を継続的に観察－7－

２．維持管理健全度の判定方法
健全度：偏に鉄筋の腐食状況によるグレード判定の資料
外観変状の区分け（５区分）
鋼材腐食状況の区分け（５区分）

２．維持管理外観変状の区分け
判定区分

損傷状況

①

ごく軽微なひび割れ、わずかな錆汁②

ひび割れ、錆汁、剥離、部分的剥落③

ひび割れ、錆汁、剥離、連続的な剥落④

コンクリートの断面欠損、鉄筋露出⑤

コンクリートの断面欠損、鉄筋の破断判定には、過去の補修歴も考慮する－8－

２．維持管理

鋼材腐食の区分け（はつり調査）
判定区分

鋼材の腐食状況

①

腐食なし

②

ごく表面的な腐食③

浅い孔食、軽微な腐食④

断面欠損が著しい腐食

⑤

鋼材の破断

２．維持管理健全度のグレード
健全度

対策方法の分類

グレードⅠ

塩害対策は不要

グレードⅡ

予防的な補修対策が必要

グレードⅢ

進行抑制の補修対策が必要

グレードⅣ

耐荷性能の確認と安全確保のための早急な対策の実施。更新を含めた恒久対策の検討が必要－9－

２．維持管理
グレードⅠ：塩害対策は不要
グレードⅠ：塩害対策は不要

グレードⅡ：予防的な補修対策が必要
グレードⅡ：予防的な補修対策が必要

性能

経過供用期間

残存供用期間性能

経過供用期間

残存供用期間性能

経過供用期間

残存供用期間性能

経過供用期間

残存供用期間
補修効果
補修効果

補修
補修
必要な性能
必要

必要な性能
必要

：性能低下の実績

な性能な性能：性能低下の実績：性能低下の予測：性能低下の実績：性能低下の実績：性能低下の予測：性能低下の予測：補修・補強後の性能低下の予測：性能低下の予測：補修・補強後の性能低下の予測
耐用期間

耐用期間

耐用期間

耐用期間

グレードⅣ：安全確保の早急な対策の実
グレードⅣ：安全確保の早急な対策の実施。更新を含めた恒久対策の検討が必要
施。更新を含めた恒久対策の検討が必要

グレードⅢ：進行抑制の補修対策が必要
グレードⅢ：進行抑制の補修対策が必要
性能

経過供用期間

残存供用期間性能

経過供用期間

残存供用期間性能

経過供用期間

残存供用期間性能

経過供用期間

残存供用期間
補修効果

補修効果

補修・補強

補修効果

補修・補強

補修

必要な性能
必要補修効果

必要な性能
必要

補修

な性能

補強効果
補強効果

な性能

耐用期間

耐用期間

耐用期間

耐用期間

２．維持管理問題点
 鉄筋の腐食状況の定量的な把握は、コンクリートをはつらないと分からない。
 コンクリート構造物の耐荷性能は、コンクリー
ト中の全鉄筋の腐食状況によるので、部分的な検査では分からない。
 実構造物において、鉄筋の腐食進行速度を予測する技術はまだない。

－10－

RC橋脚

ＲＣ桁下面の点錆－11－

はつり後はつり前目視による判定区分④
PC桁の軸方向鋼材の腐食に沿ったひび割れ。部分的に鋼材の露出も見られる。

ＰＣ鋼材に沿ったひび割れ
－12－

－13－

桟橋の床スラブ下面の鉄筋の錆－14－

３．必要とされる技術と現状
１．鉄筋の腐食状況の把握
２．鉄筋の腐食進行速度の評価
３．コンクリート構造物の耐荷性能の評価
４．補修工法の有効性の評価
５．補強工法の有効性の評価

３．技術と現状鉄筋の腐食状況の把握
測定方法と有効性
 自然電位の測定
 分極抵抗の測定
 レーダー－15－

３．技術と現状鉄筋の腐食進行速度の把握
腐食速度→全塩分量の式
腐食速度 Icorr (mg/cm2/年)（土木学会338委員会報告書の実験回帰式）
121086

I corr  Cl  0.46420051015

全塩分量 Cl (kg/m3)

３．技術と現状コンクリート構造物の耐荷性能の評価
76年間日本海沿岸で供用され，塩害劣化が進行したRC橋梁から切り出した桁の載荷試験－16－試験体の切り出し箇所
海側の２主桁を切り出した．
試験体は２体．呼称は「中桁」・「外桁」とする．

中桁
山側

外桁
海側

劣化小 劣化大劣化状況(中桁の外観)－17－

劣化状況(外桁の外観)
スターラップはすべて破断
している

上越方面

かぶり剥落，鉄筋径測定箇所

荷重(kN)

荷重－中央変位関係
中桁

500
450
400
350
300
250
200
150
100500上段の鉄筋が破断（解体調査で判明）

中桁

外桁050100

外桁

150200250

中央変位(mm)増厚コンクリート剥離

中央変位=141mm
残存耐力が80kNまで低下したところで載荷終了

中央変位=68mm
海側+1m付近で鉄筋破断－18－FEM解析【ATENA2D】

鉄筋単体としてモデル化【ATENA3D 】
断面寸法形状は50cmごとに異なる

スターラップも含めて鉄筋1本1本をモデル化
解析モデルを単純化しても差し支えないことを確認←海側

鉄筋の断面減少量

鉄筋５鉄筋２
鉄筋１80%
70%
断面減少率

60%

鉄筋1鉄筋2
鉄筋3鉄筋4鉄筋550%
40%
30%
20%
10%
0%
-4-3

← 富山方面(シャッター)-2-1
軸方向の位置 (m)－19－01
上越方面(反力壁) →鉄筋３鉄筋４

解析結果と実験結果の比較（事前解析）
600
500

荷重 (kN)

400

解析値

400
350

300

ATENA2D200

ATENA3D100梁理論実験値

300

実験値

25020015010050000051015202530

51015202530

中央変位 (mm)

中央変位 (mm)中桁（劣化度は中程度）

外桁（劣化度は大きい）

事前解析で考慮していない

山側

モルタルとコンクリートの境界は、鉄筋の配置面

継ぎ手露出－20－外桁の実験値と解析値の比較（事後解析）
事後解析：継ぎ手が露出した鉄筋を除去
400

実験結果

350

事前解析

300

事後解析

事前解析
事後解析

250

降伏荷重はおおむね一致

200150

実験値

10050

部材剛性に差がある

005101520

中央変位 (mm)３．技術と現状

補修工法の有効性の評価
補修工法
 表面塗装 断面修復＋表面
 電気防食

－21－2530

３．技術と現状

電気防食工法
チタンメッシュ方式
チタングリッド方式

外部電源

チタンリボン方式
チタン溶射方式
流電陽極（亜鉛板）方式

３．技術と現状＋battery−

チタンメッシュ方式－22－

適用工法と防食対象桁（第８径間）
陽極の形状

適用工法
チタンメッシュ工法

適用後１２年

防食対象桁

面状陽極

海側

備

考

G8，G9，G10，G11
外部電源方式

チタングリッド工法

帯状陽極

中間

G5，G5，G6
G6，，G7

流電陽極工法面状陽極

陸側

G1，G2，G3，G4

犠牲陽極方式（亜鉛シート）３．技術と現状評価方法（復極量）

チタンメッシュ工法

600
1997.8

R1R3
管理値(120mV)

1998.7

1996.6500

2001.10

1998.10
1996.10

2005.121997.10

2004.122007.112003.122001.124000（℃）

1998.2300-20200-40温1997.2気（ mV )
復 極 量

20
2006.122003.2
1999.240

R2R4
気温 （℃）

管理値(120mV)

100-60管理値

0-800102030405060708090
通電期間 （月）

－23－

100

110

120

130140150

３．技術と現状補強工法の評価
補強工法
 断面修復＋ＦＲＰシート
 外ケーブル工法

３．技術と現状評価方法（耐荷力）
補 強
耐荷力

竣工時

設計値

補経過時間

－24－

修

４．開発が望まれる検査技術
 鉄筋の腐食状態を把握できる技術（Better）
はつり
非破壊
定性的
定量的
局部的
全長にわたって平均的ばらつきの状態
部分的
全鉄筋１本の桁
全桁

ご清聴ありがとうございました。

－25－