特集／コンクリ ー ト中銅材の腐食診断と防食・補修の現状と未来／3. 防食・補修技術の現状とこれから

腐食抑制型シラン系表面含浸材
花房

1.
コ

博夫 ＊ 2 . 高谷

賢治 ＊ 1 . 星

はじめに

オ斤＊3ロ

一般的なシラン系含漫材

届5食抑制型シラン系含浸材

潜伏期等の予防保全に

潜伏期等の予防保全から進展期までの維持保全・補修にンクリ ー ト構造物は適切に設計 ， 施工された場合には高い耐久性を有することが知られている。 しかし ， 建
設当時には劣化に対する想定が十分ではなく ， 経年により耐久性上の問題が生じることがある。

コ

ンクリ ー ト構

造物に生じる劣化形態はいくつかあるが， 鉄筋腐食は コ
ンクリ ー ト構造物の抱える深刻な課題のひとつとなっている。
対策としての腐食抑制手法については ， これまでにも多くの研究が行われてきている。 その中のひとつが ， シ
ラン系表面含浸材を用いる方法であり これは コ ンクリ

図ー1

腐食抑制型シラン系含浸材のイメ ー ジ図ートの表層に吸水防止層を形成し ， 撥水性能を持たせるこを抑制する。 施工後の コ ンクリ ー ト構造物の外観を損なとで腐食に必要な水分の供給を抑制することを意図した

うことがなく ， はけ塗り ，手法であり ， 予防保全として主に用いられている。

よる噴霧など比較的簡便に施工できる。 また ， 施工後は一方近年では ， シラン系表面含浸材でありながら吸ー

ラ ー 塗り ， スプレ ー 等に成膜せずに コ ンクリ ー トの細孔を塞ぐことがないため ，水防止層の形成による効果以上の腐食抑制効果を持つもコのが製品化され ， その効果についてはこれまで現象的に燥することにより，ンクリ ー ト内部からの水蒸気透過性に優れ ， 内部が乾コンクリ ー トの電気抵抗が高くなる。
2)

捉えられていたが ， 腐食抑制メカニズムも明らかとなってきている。

ロ

腐食抑制型シラン系表面含浸材 は， より深くまで浸透させるよう選定されたシラン等の主成分に， アミノ基

本稿では， 腐食抑制型シラン系表面含浸材について，を有す腐食抑制成分等を配合または化学結合した材であンクリ ー ト表面に塗布すると ， シラン系表面含浸

一般的なシラン系表面含浸材との違い ， 最新の腐食抑制

り，のメカニズムや効果に関する検討・研究事例 ， 実構造物

材の特長に加えて ， 腐食抑制成分が酸化した鉄筋の表面への施工事例について紹介する。と作用することにより 鉄筋表面に保護層が形成され ，2.

一般的なシラン系表面含浸材と腐食抑制型シラン系表面含浸材の違い

あるいはアルキルアル

ンクリ ー ト中の鉄筋腐食の進行を抑制する効果がある。

その保護層は ，コ

ンクリ ー ト中の鋼材表面の赤さび（主にy-FeOOH)を黒さび(Fe3Q4)に変化させたものであ

シラン系表面含浸材は ， アルキルアル コ キシシランモ
ノマ ー，コココキシシランオリゴマ ーり， 黒さびを安定化することで腐食抑制効果を発揮すると報告されている％

キサン ， またはこれらの混合物を主成分とし， こ

このため ， シラン系表面含浸材の主な用途としては ，れらを水または有機溶剤であるミネラルスビリットやア潜伏期等の予防保全に多く使用されているが ， 腐食抑制

ル コ ールで希釈した材料である ］） 。 近年ではシラン等の主型シラン系表面含浸材は， 潜伏期等の予防保全から腐食成分を高濃度化することにより ， 少ない塗布批でより効が開始した鋼材にも抑制効果が期待されるため ， 進展期ーまでの維持保全 ・ 補修に使用されている。 図 ー 1に腐食抑やシロ果が得られるものも増えている。 これらは，
ト表面に含浸させることにより ，コンクリ

ーコンクリ

トの表阿から数mmの厚みの範囲に撥水層（吸水防止層）が形成され， 外部からの水や塩化物イオンなどの劣化因子の侵入*l*2*3462

はなふさ・ けんじ／ポゾリス ソリュ ー ションズ卸（正会貝）ほし ・ ひろお／ポゾリス ソリュ ー ションズ誅

たかや ・ さとし／京都大学大学院（正会貝）制型シラン系含浸材のイメ ー ジ図を示す。
3.

腐食抑制メカニズムに関する検討・研究事例

3. 1 腐食抑制効果に基づく腐食抑制成分の存在
アミノ基を化学結合した腐食抑制型シラン系表面含浸材（以下 ， CISPと略す）の効果を検証する目的で， 腐食
コンクリ ー ト工学

の進行度が異なる状況を想定し，2 シリ ー ズ（便宜上 ， 健全シリーズと腐食シリーーズと称す）で実験を行った。

考えられる。
3. 2 CISP成分の気化性と選択吸藩性

ズでは， 腐食が進行していない状況を想定

前項でCISPに気化性の腐食抑制成分が含まれているこ

し， W/C=65％で内在塩化物イオン量5.0kg／面のコンとや， 腐食抑制成分が腐食鋼材に対して優先的に作用すクリ ー ト中に かぶりが20mm および30mm の位置にる可能性が示唆された。 そこで， 図 ー3に示すようにコン異形鉄筋D 10を埋設し， 水中養生後， CISPを供試体にクリ ー ト中でのアルカリ環境を想定してCISPと0.1 moVL塗布した。 その後20℃ •RH65％で3週間の気中養生をのNaOHの混合溶液を入れたシャ ー レを密閉容器内に入行い， さらに40℃ •RH95％で3 日間と20℃ •RH65%

れ ， 同じ密閉容器内に腐食していない磨き鋼板3枚と腐で4 日間を腐食サイクル として腐食試験を行い ， 電気化食した磨き鋼板3枚を入れて ， 20℃の室内で2週間静置学測定により供試体内部の鉄筋の腐食状況を測定した。

した。

健全シリズでは， 腐食が進行した状況を想定し， W/C試験結果を写真 ー 1に示す。 腐食無しの鋼板ではいずれ=65％で内在塩化物イオン量8 .0kg/ m3 のコンクリ ー トも特に変化が見られないが， 腐食有りの鋼板では鋼板周中に， 健全シリ ー ズと同様に異形鉄筋D 10を埋設した。

辺に液だまりが生じていることが分かる。 この液だまり

水中養生後 ， 室温にて180日間の気中養生期間を設け鉄は概ね水 であったため ， 水を除去して鋼板に付着した吸腐食シリー筋を腐食させた。 その後健全シリーズと同様にCISPを着成分をラマン分光分析した結果を図 ー4に示す。 なお ，塗布し ， 腐食サイクルを施して ， 電気化学測定により供・磨き鋼板（腐食有・無）試体内部の鉄筋の腐食状況を測定した。

CISP+NaOHaq

腐食速度の測定結果を図 ー2に示す。健全シリ ー ズでは，CISP塗布の有無による差は大きくなく腐食速度も小さい

Ir一―が， 腐食シリ ー ズでは鉄筋のかぶりによらずCISPを塗布した場合の腐食速度は， 無塗布と比べて大幅に抑えらグリセリンで調湿れており ， 健全シリ ー ズよりも腐食抑制効果が顕著に表れている。

図ー3

腐食抑制成分の気化性および吸藩性確認試験

このことから， CISPには吸水防止層に加えて， 腐食抑制成分が存在し ， 腐食鉄筋の方に優先的に作用すると考えられる。 また ， かぶりによる違いが見られなかったことから， かぶり30mmまで腐食抑制成分が到達したと考えられる。 含 浸材の浸透深さは10mm程度と考えられる
ため ， この腐食抑制成分は気化性である可能性があると

゜

8 7 6 5 4 3 2 1 00 0 0 0 0 0 0 0(NEE3＼苫 ）述 瑕媒蕗

g

腐食無写真ー150100150l /:0--無塗布20mm--無塗布30mm

さび層への気化成分吸着の様子

r、 ＼ヽノ上』‘‘’ム上....一塗布20mm--塗布30mm

100150200--無塗布30mm→一塗布20mm

塗布30mm一｀ -図ー2Vol. 59, No. 5, 2021. 5

腐食速度測定結果

1000

IIIIヽ n2ヽ

Iドl,NO I’’ ,.... ！
I ＼II' ＇`｀L/＇

経過時間 (day)｀｀＇＇＂』 ト

50I’‘

200

経過時間 (day)一←無塗布20mm

腐食有2 000

ll ＇．＇＇

一`‘ ．＇II→J)l..JヽI•i以ヽ／

吸苅成 分...,

3 000

4000

Raman shift (cm-1)
図ー4

吸着成分のラマンスペクトル463図中にはシャ ー レに残った反応液のスペクトルも併せて―載せている。 スペクトルから ， 吸着成分には1434 cm l―と1591cm 1に N02 に帰属するピ ー クが確認できるが，シャ ー レに残った反応液では N02 の代わりに NH2 が存在―することが分かる。1434 cm 1付近にはCH由来のピ ー ク―が反応液で確認されるが ， 吸着成分では3 000 cm l 付近のCHが確認できないため， 官能基はCHを有していない(a)と考えられる。 したがって ， 気化成分が腐食鋼板に吸着(b) Fe304

y-FeOOH

写真ー2 CISP の y-FeOOH, Fe3Q4 への作用することで NH2 が酸化されて N02 に変化したと推察される。 腐食鋼板上のさび層で還元性を有すものは Y―FeOOHであることから ， N比の酸化反応の対になる還元反応として y-FeOOH の還元反応が生じたと考えられる。
そこで， 写真 ー2に示すように磨き鋼板上に y-FeOOHと Fe304 の標準試薬を載せて同様の実験を行った結果 ，CISP の作用により鋼板表面に y-FeOOH を載せたケ ー スのみ 鋼板表面に変生成したさび陪化が見られ ， 鋼板表面に新たなさび層の形成が確認された。 なお，写真ー2 は ， Y―FeOOH と Fe304 の約 1/2 を取り除いたときの様子を示している。 また ， 対比としてシャ ーレの中にCISPの原液のみ，NaOH のみを入れたケ ー スについても確認したが， y-FeOOH. Fe304 ともに変化が見500られなかった。 以上の結果より， CISPが NaOH と反応することによって気化性の腐食抑制成分が発生し， y-FeOOH

図 ー51500

1000―

Raman shift (cm 1 )生成したさび層のラマンスペクトルに選択的に作用するものと考えられる。
さらに， 磨き鋼板の代わりにプラスチック板に Y―FeOOH考えられる。 酸素が不足する環境になったのは ， 気化性を載せて同様の実験を行ったが，y-FeOOH に変化が見らの腐食抑制成分が N02 や OH といった親水基を有しておれなかったことから ， 気化性の腐食抑制成分が吸着してり， 水を吸着しやすいためであると考えられ ， 写真 ー 1にy-FeOOH を還元するためには Y FeOOH と 鋼板の間で見られた液だまりも親水性の腐食抑制成分が空気中の水電子の授受が必要であると考えられる。

を抱き込んだことにより生じたものであると考えられる。

―3. 3

3. 4

CISPの作用により生成するさび層ー

写真 2 で y-FeOOH を載せた場合に鋼板表面に新たにCISPの気化性成分の浸透メカニズム

前項で示したように ，コンクリ ー ト表面にCISPを塗ー形成したさび層を， ラマン分光分析を行った結果を図 5布した場合気化性の腐食抑制成分が鉄筋に到達すればに示す。 図には a-FeOOH の標準試薬のスペクトルも併さび層を安定なさび層に変化させることで腐食抑制効果せて載せている。CISPの作用により生成したさび層のスペクトルには a-FeOOH のピークが確認できるが，720―cm l 付近に a-FeOOH に存在しないピ ー クも確認できる。

を発揮する可能性が示唆された。 また ， 気化性成分が含浸材の浸透深さよりも深くまで浸透するメカニズムは以下のように説明できると考えられる。

これはシフトした Fe304 （通常は670 cm-1)であると考CISPも 一 般的なシラン系表面含水材と同様に ， 塗布面えられる。 Fe304 は高圧環境下で 生成すると高波数側に近傍に撥水性を有する吸水防止層を形成する。 これは ，4)シフトすることが知られており ， これは結合間距離が短外部からの水分の侵入を防止する 一 方で ，くなることで結合エネルギ ー が強くなり， 分子振動に要内部からの水分の蒸発を妨げない性質がある。 これにするエネルギ一ーが大きくなるためであると考えられる。

方で ， 酸素が少ない環境でゆっくり生成する Fe3 Q4 もよって ，ココンクリ ー ト

ンクリ ー ト内部の水分の蒸発に伴う空隙に対してCISPの 気化性成分が拡散しながら浸透するものと高波数にシフトすることが確認されており . a-FeOOH考えられるが， 腐食抑制メカニズムを含めて不明な点ももエイジングにより生成することが知られているため団残ることから ， さらなる検討・研究を進めている。

s)

CISPの作用により酸素が不足する環境になり， 拡散で供給される酸素を消費しながらゆっくりとさび層が生成し4.

実構造物への施工例たと推察される。 a-FeOOH は熱力学的に安定なさびであ

4. 1 海岸近くの洞門での施工例 7)り， シフトした Fe3Q4 は通常の Fe304 よりも結合エネル

写真 一3 に示す日本海に面したPC洞門は ， 北陸地方のが強く安定であると考えられるため， CISPの作用に海岸沿いに位置し， 海からの塩分の飛来および冬期は塩より y-FeOOH が還元され ， 安定なさび層に変化したと化物系の凍結防止剤が多量に散布される状況にあり ， 供

ギー464

コンクリ ー ト工学605043210000(NEE3\vュ）逐 莱屈瞬

写真 ー32日本海に面したPC洞門

5678910910

図ー7 PC洞門柱の腐食速度測定結果

100

表ー 1

ヨ ー ロッパコンクリ ー ト委員会から提案されている判定基準

400
図—.64

経過期間（年）□て3腐食速度の判定

腐食速度 (µA/cmり模擬試験体概略図8)>10激しい ， 高い腐食速度

0 5~10中～高程度の腐食速度

用年数34年目に断面修復， ひび割れ注入および充填 ， 表

0 2~0 5低～中程度の腐食速度

面保護等の補修が実施された。この補修時に柱に対してく0 2

不動態状態（腐食なし）

CISPを塗布し， 腐食速度の経年観察を行った。なお， 塗布および経過観察を行った箇所の鉄筋かぶりは50~80mm0.45であった。

0.4

また， 実構造物とは別に， 一般的なシラン系含浸材（以下， SPと略す）と比較する目的で， 施工記録に基づき実構造物と同配合とし， W/C=61. l％で8. 91 kg／吋の塩化物イオンを添加した模擬試験体を作製し， 洞門の近傍で暴露試験を実施した。
模擬試験体の形状は100 x 100 x400mm とし， 図 ー6に示すようにq> 16X50mm の磨き丸鋼を試験体の上下・左ー�無塗布—←CISP� 0. 35E!
�
＜0.3

述

0.2

ュ0.25ヽ

据 0. 1542舘

0. 1

0.05
012345678

経過期間（年）

右方向の 中央に配置した。

図ー8

CISP塗布後の柱の腐食速度は， 図 ー7に示すように長模擬試験体の腐食速度測定結果

期に亘り0. 2 µA/c面以下が維持されており ， 表ー 1に示
すヨ ー ロッパコンクリ ー ト委員会から提案されている判定基準に照らして， 不動態状態が継続していると考えられた。
模擬試験体の腐食速度測定を図 ー8に示す。CISPを塗布した模擬試験体にお いても ， 洞門柱の場合と同様に長期に亘り0.2 µA/c面未満の不動態状態が確認できた。一方無塗布とSP塗布後では大きな差はなく ， 0. 2�0. 3µA/c面であり低～中程度の腐食速度であった。
また ， 各模擬試験体から取り出した鉄筋の腐食面積お写真 ー4

模擬試験体から取り出したさび除去後の鉄筋(5年経過後）

よび鉄筋の質量損失量も ， CISPを塗布した試験体は， 無塗布やSP塗布と比べて小さく ， 写真 ー4に示すようにさぶり約20�40mm)であり， 既にひび割れやさび汁が見び除去後の鉄筋の孔食もほとんど認められなかった。

られていた。写真 ー5, 写真ー6に示すように損偏箇所をはこれらより， CISPの腐食抑制成分の効果により， 腐食の進行 が抑制されていることが確認された。
4.2 融雪剤を使用する高速道路での施工例9)

つり取り ， 張出床板部にはコンクリ ー ト ， 壁高欄部には断面修復材による断面修復を施した後， CISPを塗布した。
CISPを塗布する前の張出床版の腐食速度は， 図 ー9に次に， 供用年数30年を経過した融雪剤を使用 する中国

示すように0.8 µA/c面を超えていたが， CISP塗布後は，地方の高速道路高架橋での 施工例を紹介する。対象部位

0. 2 µA/cm環下が維持された。一 方， CISP無塗布部はは， 張出床版（鉄筋かぶり約40mm)と壁高欄（鉄筋か0. 2�0. 5 µA/c面で低～中程度の腐食速度であった。

Vol. 59, No. 5, 2021. 5465写真一5 高速道路張出床版

写真ー7 海沿いにある鉄道高架橋
0. 7
一北而柱-<D0. 6A ュ）
E3＂(54oi oi

一←北面柱{のーtil[j杜辿

一�北面柱-®

ll1! 0.3一北面柱-®

途0.20. 1

゜

2塗布前

3456

912(1年）

182436154（2年） （3年）（12年）

経過期間（月）写真 ー6 高速道路高架橋壁高欄

図

ー11

鉄道高架橋橋脚の腐食速度測定結果

1 =旦二9|1.06n5(NEE3\v ュ ）8o4o2n5述瑕傾 舘

10203040

50607080

90 100 110 120 130

経過期間（週）写真 ー8 海上に架かる道路橋

図ー9 張出床版の腐食速度測定結果
80脚を調査した結果 ， 鉄筋かぶり10-30mmよりコンクリ ー(NEE3＼苫60ト内部まで塩化物イオン量が発錆限界とされる1.2kg/m3以上であったため ， CISPを塗布し， 腐食速度の長期に亘20報 媒 臨h）逐40る経過観察を行った。
図 ー11 に腐食速度の測定結果の 一 例を示す。CISP塗布前の腐食速度は0.3 -0. 5 µA/c面で低～中程度の腐食速---01020--u9-30

図ー 10405060708090 100 110 120 130度であったが ， 塗布後12年間に亘りいずれの測定箇所に2おいても0.2µA/cm 以下が維持された。 また， CISP塗経過期間（週）布前後で塩化物イオン量に変化が無かったことから， CISP

壁高欄の腐食速度測定結果は塩化物イオンが存在しても腐食抑制効果を示す ことが確認できた。

ー図 10は ， 壁高欄の腐食速度を示してい る。 鉄筋近傍4.4

海上に架かる道路橋での施工例 II)の塩化物イオン量は3 kg/m3 程度であったが ， CISP塗布

最後に紹介する施工例は ， 写真ー8に示す海上に架かる

後は ， 2回の融雪剤散布のある冬期を経過した後もいず3径間連続有ヒンジ箱桁橋であり ， 建設後44 年が経過し，れの測定箇所においても0.2µA/cm2 以下が維持された。

塩害や中性化の損傷が見られていた。 このため ， 補強工

4.3

内在塩分を有する鉄道高架橋での実施例

10)事として炭素繊維補強 ・ 外ケ ー ブル補強が実施され ， 併

次に ， 供用年数30年を経過した九州地方の海沿いにあせてコ ン ク リ ー トの部分にCISPを 塗布し ， 腐食速度のる鉄道高架橋（写真ー7)での施工例を紹介する。 本橋の橋経過観察を行った。 なお ， 塗布および経過観察を行った

466

コンクリ ー ト工学

06

関する評価項目および試験方法としては， 現在 ， 明確に規定されているものがないことから， 引き続きデ ー タを苫宕
ぐ 0· 4集積するとともに ， 今後の規格化も含め検討していく必要があると考えている。

他！ 2畏 0；゜ ゜謝3

図ー12615経過期間（月）2224

海上に架かる道路橋の腐食速度測定結果

箇所の鉄筋かぶりは50�10ommであった。
この結果図 ー 12に示すように， CISP塗布前の腐食速度は0.25 µA/c面を超えていたが， 塗布後は0.2 µA/cm2以下となり， 不動態状態が維持された。
5.

まと3)

め5)

表面含浸材の効果である劣化因子の侵入を阻止しつつ，成分の 一 部がアルカリ環境下で気化し， これが内部鉄筋に保護層を形成する事で鉄筋腐食を抑制し ， 二重で劣化に対応することができると考えられる。 したがって予防保全だけでなく， 鉄筋の腐食が軽微な段階における事
後保全にも使用できるものと考えている。
今回紹介した腐食抑制メカニズムに関する検討・研究
事例は ，コンクリ ー ト中で測定したものではなく， 現時点では不明な点も残ることから ， さらなる検討・研究を

6)
7)
8)
9)

10)
11)進めている。
また ， 今回の施工例では腐食速度による性能の継続性施工例の提供にご協力を頂いた関係者の皆様

参考文献l) 土木学会：表面保護工法設計施工指針（案） コ ンクリ ー トライプ
ラリ ー 1192) 国土交通省：NETIS No. HR-060004-VE設計比較・活用促進技術

4)

腐食抑制型シラン系表面含浸材は ， 従来型のシラン系

辞に， 心より謝意を表します。

（掲載期間終了技術）
金光俊徳・高谷 哲・府川勝也，山本費士：高含浸型シラン系含浸材による防食とそのメカニズム ， コ ンクリ ー ト工学年次論文集 ，Vol.37, pp.913~918, 2015. 6
Jung-Fu Lin, Junjie Wu et. al. : Abnormal Elastic and VibrationalBehaviors of Magnetite at High Pressures, Nature Scientific
Reports, Vol.4, 6282
左藤浜市・佐谷真那実・土井康太郎・羽村陽平・高谷 哲：乾湿
繰り返しによる腐食過程で生成する保護性さびの特徴， 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 ， Vol.19, pp.285~290, 2019
三沢俊平：鉄さびの現状と未解明点 ， 防食技術 ， Vol.32, pp.657~
667, 1983
田村哲也・星 博夫・府川勝也・花房賢治：鉄筋腐食抑制タイプのシラン系含浸材を適用した構造物の調査事例 ， 第15回 コ ンクリ ー
ト構造物の補修補強 アップグレ ー ドシンポジウム ， 2015. 10
Davis J.M. : Simplified Diaphragm Analysis, Journal of StructuralEngineering, ASCE, Vol.103, No.l, pp.2093-2103, 1977. 1
鈴木正範•河野俊助・星 博夫：含浸系鉄筋腐食抑制材による橋梁の予防保全への取り組みについて ， 日本道路会議論文集 ， 28 th ,2009
庄村和剛・久島大弥：唐津高架における表面含浸工法の劣化抑制効果について ， 土木学会西部支部研究発表会， V-44, 2020. 3
大久保孝：塩害劣化補修工事におけるシラン系鉄筋腐食抑制材の適用報告 ， 非破壊検査 ， Vol.67, No.3, pp.122~127, 2018を紹介したが ， 施工品質の確認や性能の継続性の確認に「レビュ ー 論文」（文献調査委員会）への投稿について
文献調査委員会では主に海外文献を中心とする国内外文献の調査結果を「レビュ ー 論文」として会誌「コンクリ ー ト工学」ヘ掲載しております。
委員会外部からの「レビュ ー 論文」の投稿も受け付けておりますので， ふるってご投稿ください。詳細については事務局担当までお問い合わせいただきますよう ， お願い申し上げます。 なお， テンプレ ー トと投稿スケジュ ー ルについては ， 以
下のWebペ ー ジからご確認ください。
本件に関するご連絡先

公益社団法人日本コンクリ ー ト工学会
〒102-0083

東京都千代田区麹町1-7

学術課「文献係」

相互半蔵門ビル12階／電話(03) 3263-7204

URL : https://www.jci-net.or.jp/j/publish/bulletin/literature.html

Vol. 59, No. 5, 2021. 5467