Ｑ＆Ａ

コンクリートの凍害について耐寒材料チーム

リ骨材反応とよく似た、亀甲状のひび割れ（写真－はじめに1(a)、地図状ひび割れとも呼ばれる）や、長手方向のコンクリートの凍害は0℃以下の低温下において水ひび割れ（写真－1(b)）等の症状として表れます。まが凍結膨張することによりコンクリート組織が損傷すた、構造物の隅角部では、ひび割れに加えてコンクリるという寒冷地特有のコンクリート劣化の現象です。

ートの剥落が発生し、D字ひび割れ（写真－1(c)）とコンクリートの凍害による構造物の被害は、コンク呼ばれる特徴的な症状となる場合があります。

リート内部の水分の凍結膨張によって損傷する「内部損傷型の凍害」と、コンクリート表面の滞留水の凍結

Ｑ１－２：「内部損傷型の凍害」の発生機構は？1,2)によってコンクリート表面が剥離損傷していく「表面損傷型の凍害」の2つがその大多数を占めます。

Ａ１－２：コンクリートは、その内部に気泡、毛細管

また、発生数は少ないですが、多孔質で吸水率の高空隙、ゲル空隙などの大小様々な空隙を有しています。

い骨材が凍結によって膨張破壊して表面のモルタル層

図－1に各空隙の大きさの目安を示します。このうちを剥離させる「ポップアウト」や、施工時の養生途上

毛細管空隙はセメントペースト中に連続した空隙としのコンクリートが凍結することによって生じる「初期て分布しており、水の移動経路となります。これらの凍害」も、温度と水を要因とする一種の凍害です。

微細な空隙に外部から水が浸入した状態で凍結作用を

ここでは、様々なコンクリートの凍害について、凍受けると、圧力による融点降下等の影響によりサイズ害の種類別にその発生機構や対応策を土木技術者向けの大きな空隙から順に水が凍結し、氷と水が混在するに解説します。
Ｑ１－１：「内部損傷型の凍害」とは？

気泡

Ａ１－１：コンクリート内部に水を大量に含んだ状態

毛細管空隙で凍結融解作用を受けた際に発生する劣化現象で、現在の生コンのJISを満足していない古いコンクリートにおいて主に発生します。

ゲル孔10-310-6

内部損傷型の凍害では、コンクリート内部からの凍結膨張を主因としてひび割れが生じるため、アルカ(a) 亀甲状のひび割れ

ブリージング
水隙など

10-210-510 -110 -4

110-31010-210210-1103 [μm]1 [mm]

空隙の半径

図－1(b) 長手方向のひび割れ

コンクリート内部の空隙のサイズ1) [一部修正](c) D 字ひび割れ

写真－1 内部損傷型の凍害の例
写真－1 内部損傷型の凍害の例

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ペースト内部に生じます。

60

調査橋梁

50

D字ひび割れ・水 が氷になることで約9%の体積膨張が生じ、凍結していない水（未凍結水）を押し出す作用。
・気泡中の氷が気泡径よりも小さい場合に、気泡を満たすまで毛細管空隙から水を引き寄せる作用。

調査橋梁数状態となります。このとき、次に示す作用がセメント

40302010・アルカリイオンを含む空隙水が凍結時に純氷とな01950

ることで周囲の水が高アルカリ濃度になり、その水が低アルカリ濃度の未凍結水を引き寄せる作用。
これらの作用に伴う水の移動により水圧や収縮力が発内部損傷型の凍害を防ぐことができます。
Ｑ１－３：
新設構造物における「内部損傷型の凍害」への対応策は？

調査橋梁数

るように水が移動できる空間（気泡）が存在すると、

1980

1990

2000

2010

調査橋梁

60

うな水と温度の作用を繰り返し受けることで損傷が累
応力がコンクリートの引張強度を超えない範囲内とな

1970

70

生し、セメントペーストが損傷します。また、このよ積し、劣化の症状が表出します。このとき、発生する

1960(a) D 字ひび割れの発生数（橋台）

亀甲状ひび割れ50403020100
1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

(b) 亀甲状ひび割れの発生数（橋台）
図－2 北海道内の橋梁における凍害被害数
図－2 北海道内の橋梁における凍害被害数

Ａ１－３：新しくコンクリートを打込む場合の対応策としては、AE剤等の空気連行剤を使用することによあるD字ひび割れや亀甲状ひび割れの有無を調査した

りセメントペースト中に細かな気泡を多数連行させる

ところ、図－2に示す通り、コンクリートの品質が規こと（発生応力の低減）や、水セメント比を下げてセ格化された1979年以降、D字ひび割れや亀甲状ひび割メントペーストを緻密化させること（微細な空隙の低れの発生は激減しており、施工年の過渡期となる1980減、引張強度の向上）が効果的であることが広く知ら年台前半の下部構造で散見される程度となります。

れています。
特に、AE剤等による空気連行は内部損傷型の凍害に対する特効薬であると言えます。AE剤は1930年代

Ｑ１－４：既設構造物における「内部損傷型の凍害」への対応策は？3)にアメリカで発明され、日本では1950年に製造・販売が開始されました。当初、コンクリートへのAE剤に

Ａ１－４：内部損傷型の凍害はコンクリート自体が損よる空気連行の措置は任意でしたが、1978年6月にレ傷する劣化であるため、コンクリートの強度や弾性係ディーミクストコンクリートのJISが改正され、寒冷数が低下しています。凍害劣化したコンクリートの強地では空気量4.5%が標準品として指定されました。そ度や耐久性を後から回復させることは難しいため、対の後、北海道開発局では1979年3月発刊の「コンクリ応策としては、劣化部分をはつり除去後、打替えまたートの設計積算基準（案）その運用と解説」においは断面修復することが基本となります。その際、劣化て、空気量4.5±1.5％で水セメント比60%を上限とすの範囲や深さを特定し、構造性能への影響を想定したるC-1、RC-1などのコンクリートの規格を制定してい上で、施工範囲を決定する必要があります。

ます。これにより、1979年以降は生コンクリートに空気連行剤を使用することが必須となりました。
空気量が下振れして下限値の3%近くになった場合の耐凍害性に懸念は残るものの、これらのコンクリー

また、凍害は水が供給されている箇所において劣化が進行するため、排水の見直しや漏水対策による水掛かりの改善、および表面被覆による水の遮断も有効な対応策となります。

トの品質の規格化によって新設構造物における内部損

なお、対応策や調査方法等の詳細については「凍害傷型の凍害は概ね解決したと言えます。実際に、北海が疑われる構造物の調査・対策手引書（案）」として、

道の橋梁の点検写真を元に内部損傷型の凍害の典型で寒地土木研究所 耐寒材料チームのWebページで公寒地土木研究所月報№848

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(a) 海水飛沫による表層剥離
写真－2(b) 凍結防止剤による表層剥離(c) 粗骨材の露出・剥落

表面損傷型の凍害（スケーリング）の例

開しています（https://zairyo.ceri.go.jp/ceri_zairyo/
topics5/togaimanualdr.html）。

・コンクリートの表面（外側）に水がない場合、発生しない。
・凍結防止剤の化合物種類（無機／有機、塩化物／Ｑ２－１：「表面損傷型の凍害」とは？

非塩化物）の区別なく発生する。
・真水の場合でも発生するが損傷は小さい。

Ａ２－１：凍結防止剤や海水飛沫等の塩分を含む水が・濃度0.1%の低濃度でも損傷の促進が生じる。

コンクリート構造物の表面にある状態で凍結融解作用

・濃度2～4%で最も損傷が大きくなる。

を受けた際に発生するコンクリートの劣化現象です。

・内部損傷型の凍害と表面損傷型の凍害の抵抗性を主に沿岸部の構造物において発生が知られている劣相関付けることはできない。

化現象でしたが、1992年のスパイクタイヤ規制に伴い一方、内部損傷型の凍害は、表面損傷型の凍害とは異凍結防止剤の散布が広く行われるようになって以降、なり、コンクリートの表面に水がない場合でも発生し内陸部の道路構造物の水掛かりがある部位でも劣化がますし、真水の場合でも大きな損傷が発生します。内確認されるようになりました。

部損傷型の凍害と表面損傷型の凍害は、写真－3に示

表面損傷型の凍害は、コンクリート表層のセメントペーストやモルタルの剥離（写真－2(a),(b)）から始まり、その後、粗骨材の露出や剥落（写真－2(c)）
へと進行します。初期段階では表面層が鱗状（scale）に剥離することからスケーリング（scaling）、もしくは塩分を含む水によって促進される劣化であることからソルトスケーリング（salt scaling）とも呼ばれます。
Ｑ２－２：「表面損傷型の凍害」の発生機構は？4,5)(a) 内部損傷型の凍害（D 字ひび割れ）[※ 剥落部の周辺にひび割れを伴う]

Ａ２－２：発生機構は未だ明確にされておらず、コンクリート表面に付着した氷による応力（氷層ひずみ説、塩の発熱・吸熱による熱衝撃説、凍結防止剤水溶液の複相凍結説）、コンクリート表層内で生成された氷による応力（浸透圧説、層間凍結説）、コンクリート表面の化学的劣化（復塩生成による結晶圧説）など様々な要因と説、またはその組合せが提唱されています。
発生機構が明らかにはなっていない一方で、今日までに数多くの実験が行われており、表面損傷型の凍害の発生について、次に示す特徴があることが知られています。
38(b) 表面損傷型の凍害（ソルトスケーリング）[※ 剥落部の周辺にひび割れが無い]
写真－3 橋座部での凍害事例
写真－3 橋座部での凍害事例

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すように、結果として似たような外観の損傷となるケースもありますが、両者の凍害は発生条件や発生機構が異なる別の劣化現象ですので、それぞれ区別することが望ましいです。
Ｑ２－３：
新設構造物における「表面損傷型の凍害」への対応策は？
写真－4

Ａ２－３：内部損傷型の凍害の場合と同様に、空気量ポップアウトの事例の確保や水セメント比の低減が有効です。ただし、内部損傷型の場合には4.5±1.5%程度の空気量で概ね抑露出を引き起こす恐れがあるため、放置することは望制できるのに対し、表面損傷型の場合にはより多くのましくありません。

空気量が必要となることが近年の研究により明らかに対応策としては、コンクリート表面に水掛かりや滞なっています。そのため、現行のJISを満足するコン水が生じないように水処理を検討し、処置することがクリートによる構造物であっても、凍結防止剤を含む第一に重要となります。さらに、発生前の予防保全対路面水の影響により表面損傷型の凍害（ソルトスケー策としては、撥水効果のあるシラン系の表面含浸材等リング）が発生する事例が生じています。

によるコンクリート表面の改質が凍害を遅らせる方法

表面損傷型の凍害への耐久性を確保するために必要として有効です。また、発生後の対策として断面補修

な空気量としては、様々な検討が進められている最中を行う場合には、劣化面またははつり面に対して浸透であり、決定的な規格はまだできていません。鉄道会

性塗布材等による下地コンクリートの品質改善を行う社で5.5±1%としている事例や、東北地方整備局で最ことにより、付着の確保や再劣化の抑制を期待するこも厳しい凍害環境において空気量6%（管理目標5.0～とができます。

6.9%）および水結合材比45%程度、あるいは目標空気

これらの対応策の詳細については土木研究所資料量7%としている事例があります。北海道開発局では、4433号「コンクリート構造物の補修対策施工マニュ

標準の空気量はJISと同様の4.5±1.5%ですが、路面凍アル2022年版」6)としてWeb公開しています（https://結防止剤の散布の影響を受けやすい壁高欄や地覆等をzairyo.ceri.go.jp/ceri_zairyo/topics5/maintenance-dr.

対象に表面含浸材を塗布することで表面損傷型の凍害html）。

への対応がなされています。
また、表面損傷型の凍害に対しては、コンクリート

Ｑ３：「ポップアウト」ってどんなもの？の表面強度もスケーリング抵抗性に大きく影響します。そのため、国土交通省で現在試行されている「表Ａ３：品質の悪い骨材を主因とする凍害現象で「骨材層目視評価シート」や「コンクリート施工状況把握チ劣化型の凍害」とも言えます。

ェックシート」を活用し、打込み計画を改善していく

多孔質で吸水率の高い骨材がコンクリートの表層近ことによってコンクリートの表層品質を高めることもくに位置する時に、骨材自身が凍結膨張してモルタル効果的な対応策の1つとなります。

層を剥離させるものです。多くの場合、モルタル剥離部の破壊形状はクレーター状または円錐状となり、剥Ｑ２－４：
既設構造物における「表面損傷型の凍害」の対応策は？

離部の中心には原因となった骨材の断面を確認することができます（写真－4）。
ポップアウトへの対策としては、骨材の安定性試験

Ａ２－４：表面損傷型の凍害（スケーリング）はコン（JIS A 1122）により耐凍害性に対する品質が確認さクリート構造物の表面の局部的な劣化となることかれた骨材を使用することが生コンのJISで定められてら、それ単独では構造性能や耐荷力への影響は低いといます。しかしながら、川砂利などの天然骨材中に多考えられています。しかしながら、微細ひび割れによ孔質の骨材が混ざった場合など、現在でも、ごく稀にる物質透過性の悪化や、剥離損傷の進行によるかぶり発生することがあります。の減少によって、コンクリート内部の鉄筋腐食や鉄筋
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ポップアウトは、それ単独では凍害としての進行性39

が無い現象のため、発生後の対応策としては、かぶり減少による耐久性上の問題が無ければ経過観察とすることが一般的です。また、補修対応を行う場合には、かぶり機能の代替として小範囲での表面被覆が行われるケースがあります。
粗骨材下面のひび割れ

Ｑ４：「初期凍害」ってどんなもの？
Ｑ４：コンクリートが硬化する前に凍結することで起

写真－5

若材齢で凍結融解させたコンクリートの断面7)きる凍害で、施工時の養生に起因する現象のため、前述の3つの凍害（内部劣化、表層劣化、ポップアウト）な養生を行えば防げる点では一致しています。
このような損傷や初期凍害を防ぐために土木構造物とは区別して扱うことが一般的です。
コンクリートの材料の1つであるセメントは、水との冬季養生において配慮すべき事項については、過去反応することで数時間後から凝結が始まり、数日間をの月報の解説 7)やＱ＆Ａ 8)でまとめていますので、別かけて徐々に硬化します。初期凍害は、水和反応が始途ご覧ください。

まる凝結段階や硬化初期にコンクリートが氷点下にさ（文責：野々村佳哲）

らされた場合に発生します。初期凍害を受けたコンクリートでは、水和反応による組織形成が未成熟な時期

参考文献

における凍結の影響により、コンクリートとしての組織が弛緩した状態になります。そのため、初期凍害後

1） 長谷川寿夫、藤原忠司：凍害、コンクリート構はどのように養生を行っても強度増進が阻害され、強造物の耐久性シリーズ、技報堂出版、pp.23-28、度、耐久性、水密性が著しく劣ったコンクリートとな

1988.

ります。このように初期凍害では、ただ一度の凍結で

2） 寒地土木研究所：凍害が疑われる構造物の調査・あっても致命的な損傷になるという特徴があります。

対策手引書（案）、第4版、pp.参1-1 – 1-3、2017.

初期凍害を防ぐためには、所定の圧縮強度以上とな

3） 同手引書（案）、pp.26-32

るまで防寒養生や給熱養生を行う必要があります。一4） 同手引書（案）、pp.参2-1 – 2-4

般に、強度増進の阻害を防ぐためには圧縮強度3.5～5） 土木学会：コンクリート構造物の耐凍害性確保に5.0 N/mm 以上であることが必要と言われています。

関する調査研究小委員会（359委員会）委員会報

また、初期凍害に対して問題のない強度であっても、告書およびシンポジウム論文集、コンクリート技

耐久性、水密性の確保の観点から、水掛かりのあるコ術シリーズNo.127、pp.12-16、2021.

2

ンクリート構造物では圧縮強度10～15 N/mm 以上が2必要であるとされています。
実際に、室内実験において圧縮強度5～15 N/mm

6） 土木研究所先端材料資源研究センター材料資源研究グループ、寒地土木研究所寒地保全技術研究グ

2ループ耐寒材料チーム：コンクリート構造物の補程度で凍結融解作用を与えたところ、強度増進はした

修対策施工マニュアル2022版、土木研究所資料、ものの耐久性や水密性に関しては劣る結果となりまし第4433号、2022.

た 。凍結融解実験後にコンクリートの断面を観察す

7） 野々村佳哲：寒中コンクリートの養生について、

ると、写真－5に示す通り、粗骨材周辺におけるひび

寒地土木研究所月報、No.764、pp.23-28、2017.

割れ損傷の発達が確認できました。これは骨材下面の8） 佐藤義臣：コンクリートの養生日数と凍結融解

局部的なブリーディング箇所が十分な強度を得る前に抵抗性、寒地土木研究所月報、No. 830、pp.116-

凍結融解を受けることで損傷したものと考えられま

120、2022.

7)す。初期凍害とは発生機構が異なる損傷ですが、十分

40

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