実構造物の外部・内部の総合データの収集と塩害劣化過程の解明
コンクリート研究室 小川晴希
指導教員 中村文則
1. はじめに
実構造物の塩害劣化過程を解明するためには，構造物の外観損傷状況，内部劣化状況およびそれらの要因となる外部環境作用のそれぞれの値の関連性を把握することが重要である。しかし，各機関で塩害を受けた PC 橋梁の調査が多く実施されてきた 1)が，同一の橋梁を対象に，外部環境から表面および内部の劣化情報を包括的に調査した事例はなく，実環境における塩害劣化過程を正確に把握しきれていないのが現状である。
本研究では，日本海沿岸部の厳しい塩害環境で約 50年間供用され撤去に至った PC 橋梁の上部工を対象に①外観損傷，②鋼材腐食，③浸透塩分の総合的なデータの収集を行った。さらに，縮尺模型を用いた風洞実験を実施することで橋桁各部位における④到達塩分を検証し，実環境における塩害劣化過程を解明した。

1.6 m

図-1 供試体外観

2K-G3-CL

2K-G3-S1G42K-G4-CL
海側

2K-G5-CL
CL

東側

西側

3K-G1-CL

山側

G23K-G2-CL

G33K-G3-CL

G43K-G3-S1

G5

海側

3K-G3-S23K-G4-CL

3K-G3-S33K-G3-S43K-G5-CL

図-2 供試体切り出し位置
1512

4040100195(mm)30278
G5G4G3G290

塩分捕集器

135G1206

3. 各種調査および実験方法
3.1 外観損傷
外観調査では，ひび割れ，浮きおよび剥離について詳細な調査を実施した。ひび割れの調査では，供試体の被覆上に表れたひび割れ幅と，その長さをそれぞれ計測した。浮きの調査では，打音検査によって浮きの範囲を特定し，剥離は目視によってその範囲を直接記録し，面積をそれぞれ算出した。

2K-G2-CL

G3

G1

西側

2K-G1-CL2K-G1-S1

山側

G2G52. 対象橋梁および供試体対象とした橋梁は，新潟県糸魚川市に位置する青海川橋である。構造形式は，橋長 110.0m(支間長 26.75m)の 4 径間ポストテンション PCT 桁である。本橋梁は1970 年に竣工され，日本海沿岸部の厳しい塩害環境で約 50 年間供用された。この地域は，冬季に西から北西方向の季節風が卓越することで，波浪条件が厳しく，海域から発生した飛来塩分の作用を受ける環境である。
青海川橋の上部工から供試体を図-1 のように切り出し，それらを実験室に運搬することで調査を実施した。調査範囲は下フランジ部分を対象とし，海側面，下向面(海側)，下向面(山側)，山側面の 4 箇所に分けてデータを収集した。供試体の摘出位置は図-2 に示す通り，第 2 径間と第 3 径間の主桁の一部である。

CL東側
G1

図-3 模型寸法および塩分捕集位置
さらに，調査結果を定量的に評価するため，ひび割れの損傷量を単位面積(m2)あたりのひび割れの面積(m・mm) として密度化し，ひび割れ密度(m・mm/m2)として整理する 2)ことで，下記式のように重みづけ係数を乗じたひび割れ密度と，浮き・剥離の損傷割合をそれぞれ加算した外観損傷度として定量化した。
外観損傷度 = 重みづけ係数 × ひび割れ密度(mm・ m⁄m2 )+

浮き面積(mm2 )単位面積(mm2 )+剥離面積(mm2 )単位面積(mm2 )70

橋軸方向のひび割れ

外観損傷度

60

海側面
海側端部
(G5桁)

50

80.1

下向面(海側)下向面(山側)

山側面

橋桁中央
(G3桁)

山側端部
(G1桁)

99.3

403020100

図-5 外観損傷度 定量化結果
図-4 下フランジ海側面の外観損傷状況

3.3 浸透塩分
浸透塩分調査では，鉄筋位置におけるコンクリート粉をドリル削孔によって収集することで，試料中に含まれる塩化物イオンを塩化物イオン濃度迅速測定法 3)で測定した。
3.4 到達塩分
到達塩分の模型実験では，青海川橋の縮尺模型を用いた風洞実験を，既往の研究 4)と同様の手法で実施することで橋桁各部位における到達塩分を再現した。縮尺模型は現寸の 1/6 倍程度の発泡スチロール製のものである。模型を循環型の風洞施設に設置し，塩分濃度3.0%の塩水を施設内で噴霧させることで，飛来塩分を模擬した。そして，風速 3.0m/s で 120 分間暴露することで実験を行った。塩分の捕集はドライガーゼ法で実施し，図-3 に示した下フランジ各面に塩分捕集器を設置して橋桁各部位の到達塩分量を測定した。
4. 各種調査および実験結果
4.1 外観損傷
外観調査の結果，下フランジ海側面で図-4 のような橋軸方向の損傷が数多く確認された。一方で，いずれの供試体においても橋軸直角方向の損傷は非常に少ない傾向があった。
また，図-5 は外観損傷の定量化結果である。橋桁各部位の劣化分布に着目すると，海側寄りの桁(G5 桁，G4 桁)で損傷は少なく，橋桁中央から山側端部の桁(G3桁，G2 桁，G1 桁)で外観損傷度が大きい傾向があった。
さらにその中でも，下フランジの海側面および下向面(海側)の劣化が特に顕著であった。

最大鋼材腐食率(％)

30PC鋼材

軸方向鉄筋

せん断補強鉄筋

橋桁中央(G3桁)

海側端部
(G5桁)

山側端部
(G1桁)

2520151050

図-6 鋼材種類別 最大腐食率7

浸透塩分量(kg/m3)

3.2 鋼材腐食
鋼材腐食調査では，下フランジ内部の鋼材をはつり出し，腐食状況を確認した後，鋼材腐食率を測定した。
鋼材腐食率は健全状態の鋼材と錆除去後の鋼材の質量比率から算出した。摘出した鋼材は，橋軸方向に配筋された PC 鋼材および軸方向鉄筋，橋軸直角方向に配筋されたせん断補強鉄筋の 3 種類である。

356海側面
海側端部(G5桁)

下向面(海側)
橋桁中央(G3桁)

下向面(山側)

山側面

山側端部
(G1桁)

11.2

543210図-7 鉄筋位置における浸透塩分量
4.2 鋼材腐食
鋼材の種類別に最大腐食率を整理した結果を図-6に示す。その結果，PC 鋼材自体の腐食は非常に少なく，外側の軸方向鉄筋から腐食していることが判明した。
また，橋軸直角方向に配筋されたせん断補強鉄筋は満遍なく均一に腐食している傾向があった。一方で，軸方向鉄筋は局所的に集中して腐食が進行していることが読み取れた。 これは，外観の損傷箇所からの塩分侵入が影響しているといえる。
また，橋桁各部位の劣化分布に着目すると，いずれの供試体でも海側寄りの桁(G5 桁，G4 桁)内部の鋼材は腐食しておらず，橋桁中央から山側端部の桁(G3 桁，G2 桁，G1 桁)で鋼材の腐食が多く確認された。さらに，
図-6 に示した最大腐食率はいずれも下フランジの海側に配筋された鋼材であった。これは，4.1 外観損傷の損傷分布と一致しており，外観に表れた損傷は，主に PC 鋼材ではなく，軸方向鉄筋に起因していることが判明した。

到達塩分量(mdd)

12108

海側面

下向面(海側)下向面(山側)

橋桁中央(G3桁)

海側端部
(G5桁)

【参考文献】

山側面
山側端部
(G1桁)

1)

木基行：著しい塩害を受けた道路橋 PC 桁内部のコンクリ

41.66ートおよび鋼材の物性評価，土木学会論文集 E，Vol.66，

4No.4，413-432，2010

22)

0G5G4G3G24.3 浸透塩分
下フランジ各面における浸透塩分量を図-7 に示す。
海側端部の桁(G5 桁)には塩分がほとんど浸透しておらず，それ以降の桁の下フランジ海側面および下向面(海側)に多くの塩分が浸透していることが確認された。
これは，4.1 外観損傷および 4.2 鋼材腐食の劣化分布と同様の傾向であり，外観損傷箇所から塩分が侵入し，鋼材の腐食が加速したことを示している。また，最も海側に位置する桁(G5 桁)に塩分が浸透していなかったのは，降雨作用による塩分の洗い流しが影響していると考えられる。
4.4 到達塩分
橋桁各部位における到達塩分量を図-8 に示す。橋桁中央から山側端部の桁(G3 桁，G2 桁，G1 桁)の下フランジ海側面に多くの塩分が到達することが示された。
これは，海側端部の桁に風が衝突後，橋桁下部を回り込み，山側の桁に作用することが要因であった。つまり，橋桁各部位への塩分到達分布は，橋桁各部位の劣化分布に大きく影響を及ぼしていることが判明した。
5. まとめ本研究では，塩害地域の構造物の劣化要因となる総合データを収集することで，塩害における各劣化過程の関連性を明確化し，実構造物の塩害劣化過程を解明した。本研究で得られた知見を以下に示す。

2)

3)

橋桁各部位における内部劣化位置と外観損傷箇所には関連性があり，それぞれ同様の傾向がみられた。
構造物の外観に表れる損傷は，PC 鋼材ではなく，軸方向鉄筋の腐食を起因とする橋軸方向のものが多かった。
橋桁下部の風況の影響で，山側に位置する桁に塩分が多く到達するため，山側寄り桁で劣化が進行していた。

廣井幸夫，戸田圭彦，高木祐介，山本貴士：ひび割れ密度を考慮した ASR 劣化 PC 梁構造の曲げ耐荷性能評価，

G1

コンクリート工学年次論文報告集，Vol.39，No.1，pp.847-

図-8 到達塩分量 実験結果

1)

岩城一郎，上原子晶久，子田康弘，内藤英樹，皆川浩，鈴852，20173)

後藤年芳，近藤英彦，野島昭二：硬化コンクリート中の全塩化物イオン濃度迅速測定法の開発，コンクリート工学年
次論文報告集，Vol.32，No.1，pp.785-790，20104)

中村文則，山口貴幸，神田佳一，下村匠：海水飛沫粒子を再現した模型実験による構造物への粒子到達過程の推定，
土木学会論文集 B2(海岸工学)，Vol75，No.2，1153-I_1158，
2019