技術資料

軽微なひび割れの早期予防処置による劣化抑制効果に関する基礎的検討
内藤勲

内田侑甫

２．１．１

１．はじめに

佐藤義臣

島多昭典

ひび割れ供試体の作製

ひび割れ供試体は、表－1に示す配合のモルタルおコンクリート構造物に生じたひび割れから劣化因子

よびコンクリートで塩化ビニル管（以下、塩ビ管）をが侵入すると、凍害や塩害等の劣化が発生し、コンク型枠代わりにした円柱供試体を作製し（28日間水中養リート構造物の耐久性は低下する。そのため、古くか生）、図－1に示すように割裂載荷する方法でひび割れらひび割れを修復する対策が施されてコンクリート構幅が約0.1mm程度の微細なひび割れを導入して作製し造物の延命化が図られてきた。ひび割れ修復は一般にた3)。モルタルで作製したひび割れ供試体（以下、モ

ひび割れ幅0.2mm以上が対象とされ、これ未満の軽微ルタル供試体）は、直径（塩ビ管内径）83mm、高さなひび割れの修復は見送られることが多い。これは、30mmと40mmの2種類、コンクリートで作製したひび鉄筋コンクリートの標準的なかぶり厚において、ひび割れ供試体（以下、コンクリート供試体）は、直径（塩割れ幅が0.2mm未満では鋼材腐食への影響が小さい

1)ビ管内径）107mm、高さ100mmとした。なお、ひびこと、また、ひび割れ幅0.2mm未満の修復による劣化割れの導入に際して、ひび割れの形状が異なることに抑制等の有効性が明確ではないことによる。しかし、よる耐久性試験への影響を極力小さくするため、多く凍害や塩害等が生じるような過酷な環境下では劣化ののひび割れ供試体を作製した内、ほぼ鉛直に1本のひ発生や進行が非常に速い ことから、できるだけ早期び割れが発生したひび割れ供試体を選定して実験を行にひび割れへの対策を講じることが望ましく、軽微なった。

ひび割れのうちに処置を施すことで結果的にライフサ

２．１．２2)イクルコストの縮減に繋がると考える。

各種修復材と試験ケース

表－2に、実験に使用した各種修復材の種類と主な

このような背景から本稿では、積雪寒冷環境下や塩諸元を示す。E1とE2はエポキシ樹脂系の浸透性塗布

害環境下等の過酷な条件に晒されるコンクリート構造材、KLとSLは表面含浸材であり、これらは微細ひび物の長寿命化を目標に、既存工法を含めて、簡易で安割れや表面保護等に用いられるコンクリート用の予防価な種々の修復方法を用いてひび割れ修復したモルタ
ルおよびコンクリート供試体の室内促進試験による耐表－1

モルタルおよびコンクリートの配合

久性評価から、軽微なひび割れへの早期予防処置の有効性等について検討した結果を報告する。
２．実験概要２．１

耐久性評価試験の概要

本実験では，軽微なひび割れを導入した供試体（以下、ひび割れ供試体）を用いて、劣化因子である水と塩化物イオンが軽微なひび割れから侵入してモルタルやコンクリートの耐久性が低下する劣化現象の再現、および軽微なひび割れを種々の修復材によって修復した場合の劣化抑制効果に関する検討を行った。これらの検討に際し、耐久性評価試験として、塩水浸漬試験、凍結融解試験、および乾湿繰り返し試験を実施した。
図－1
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ひび割れ供試体

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保全材である。CEはセメント系スプレータイプの簡表－2

各種修復材の種類と主な諸元

易ひび割れ修復材である。UJはシリコン樹脂系のコンクリート用落書き防止スプレー、MSはひび割れ注入用仮設材の変成シリコーン系シール材、BTはブチ
ルゴムとアルミで構成された既製品の防水用テープであり、これら3つはコンクリートのひび割れ修復を用途とした材料ではないが、防水効果が期待できることから今回の実験において試行的に適用した材料である。NCはひび割れ有りの無対策、NNはひび割れ無しの無対策である。
試験ケースを表－3に示す。塩水浸漬試験は、各修復材で修復したケースと無対策のケースにおいて、ひび割れ有り無しの2水準で実施した。凍結融解試験と

表－3

試験ケース

乾湿繰り返し試験では、ひび割れ有りを各修復材で修復したケースと無対策のひび割れ有り無しのケースで実施した。なお、修復材CEとUJは乾湿繰り返し試験を実施していない。
図－2にモルタル供試体とコンクリート供試体の修復ケースの例と作業状況例を示す。モルタル供試体は塩水浸漬試験と凍結融解試験で使用し、コンクリート供試体は乾湿繰り返し試験で使用した。修復材の施工において、モルタル供試体の施工範囲は試験面全面とし、コンクリート供試体はひび割れを中心にして幅50mmの範囲とした。施工方法は、E1、E2、KL、SLが刷毛による塗布、CEとUJはスプレー吹付け、MSはヘラ塗り付け、BTは手貼付とした。修復材の施工は室温20℃の恒温室で実施し、施工後は同室で7日間静置して養生した。
２．２

塩水浸漬試験

各修復材の塩分浸透抑制効果を把握する目的で、高さ40mmのモルタル供試体の試験面を塩水に浸漬させる塩水浸漬試験を行った。試験方法は、図－3のイメージ図で示すように、試験水（塩化物イオン濃度3%の塩水）に試験面を下向きにした状態で5mmの深さで浸漬させて90日間静置した。浸漬期間後にモルタルに浸透した塩化物イオンの浸透状態と試験面から10mmまでのモルタルに含まれる塩化物イオン量を測定した。塩化物イオンの浸透状態の測定方法は、ひび割れ有りの供試体は塩ビ管を脱型してひび割れ面に、ひび割れ無しの供試体は載荷割裂してから塩ビ管を脱型して割裂面に、それぞれ1mol/Lの硝酸銀溶液を噴霧した。1時間後に白く変色した状態をデジタル画像からトレースし、一般的な画像解析ソフトを用いて反応した面積を算出した。塩化物イオン量の測定は、各60

図－2

供試体の修復ケースの例と作業状況例
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供試体の試験面から深さ10mm分を切り出した試験片

65サイクル実施し、6～7サイクル毎に乾燥40時間後のを用いて、電位差滴定法によってモルタル表面に浸透

各供試体の試験面の劣化状況を写真撮影して、目視にした塩化物イオン量の測定を行った。

よる劣化進行の経時変化から修復効果を確認した。

２．３

３．実験結果凍結融解試験

修復後の耐凍害性を評価するため、各供試体の凍結融解試験をRILEM4)に準じたCDF試験で行った。試験

３．１

塩分浸透抑制効果

は、図－4のイメージ図で示すように、高さ30mmの塩水浸漬試験の各試験ケースにおける浸漬90日後のモルタル供試体の試験面を塩水浸漬試験と同様に塩化各供試体のひび割れ面もしくは割裂面に噴霧した硝酸物イオン濃度3%の塩水に深さ5mmまで7日間浸漬さ銀溶液が塩化物イオンに反応した範囲の写真とその範せてから行った。凍結融解工程は、10℃/hの低速で4囲をトレースして算出した面積を図－5に示す。KL、時間冷却して-20℃で3時間保持し、その後4時間加熱

CE、UJおよびNCのひび割れ面は広く変色しており、して+20℃で1時間保持する12時間1サイクルの工程と塩水がひび割れを伝って背面まで浸透していたことがした。凍結融解サイクルは56サイクルまで実施して、確認できる。また、ひび割れ無しのKL、CE、UJおよ

約7サイクル毎に供試体から剥落した剥落片の質量（スびNNの割裂面においても試験面から10mm程度の深ケーリング量）を測定し、56サイクルまでの累計スケさまで変色が見られたことから、修復材KL、CE、UJーリング量を算出した。

は遮蔽効果が低いと言える。その他の修復材のケース
では、ひび割れ有りのケースで試験面から深さ方向に２．４

乾湿繰り返し試験

修復後の乾湿繰り返し作用に対する修復効果を評価するため、塩水浸漬試験と同様に、図－3に示すよう若干の変色は見られるが、ひび割れ無しのケースではほとんど変色していないことから、修復材による遮蔽効果が高いと言える。に試験面を下向きにして5mmの深さまで試験水（塩図－6に各供試体の試験面から深さ10mmまでのモ化物イオン濃度3%の塩水）に8時間浸漬し、その後、ルタルに含まれる塩化物イオン量を示す。NCは塩化70℃の乾燥機で40時間乾燥させる工程を1サイクルと物イオン量が非常に多く、ひび割れから多くの塩化物した乾湿繰り返し試験を行った。乾湿繰り返し試験はイオンが内部に侵入した、すなわち、厳しい塩害環境では軽微なひび割れでもコンクリート内部に塩化物イオンが多く侵入することを示している。
KL、CE、UJでは、ひび割れの有無に関わらず塩化物イオン量が多くなっている。無対策のNCよりは少ないことから、塩化物イオンの侵入を若干阻んではいるが、塩分浸透抑制効果はほとんど期待できない結果である。E1、MS、BTは塩化物イオン量が非常に少なく、塩分浸透抑制効果が高いことを確認した。

図－3

塩水浸漬方法のイメージ図

３．２

耐凍害性

CDF試験における凍結融解サイクル数の増加に伴う累計スケーリング量を図－7に示す。NCの累計スケーリング量の増加が一番大きく、ひび割れ近傍から大きく欠損していた。これは、塩水がひび割れから内部に浸透した影響でひび割れから凍害劣化が大きく進行したためである。次いでCEとUJの累計スケーリング量の増加が大きく、これらもひび割れ近傍から大きく欠損していた。前述したように、修復材CEとUJは塩分浸透抑制効果も低いことから、修復材CE、UJによ
図－4

凍結融解試験（CDF試験）方法のイメージ図

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る修復効果はほとんど期待できない結果となった。
61

一方で、塩水浸漬試験で抑制効果が低かった修復材あった。したがって、修復材E1、E2、SL、MSおよ

KLは、NNと同程度の累計スケーリング量であった。

びBTは耐凍害性向上に効果があることを確認した。

これは、修復材KLは耐凍害性の向上にある程度有効であることを意味する。上記以外のケースでは、いずれもスケーリングによる欠損等がほとんどない状況で

３．３

乾湿繰り返し作用に対する修復効果

図－8に乾湿繰り返し試験における試験面の劣化状
況の経時変化（試験前、中間37サイクル、終了時65サイクル）の例を示す。サイクル数の増加に伴って試験面表面のモルタル分が少しずつ欠損していることが確認できる。ひび割れ有りで無対策のNCは全ケース中で一番多く欠損しており、次いでひび割れ無しのNNの欠損が多いことから、この試験条件において無対策では表面の劣化が進行することがわかる。一方、修復材を施したケースでは、すべてのケースにおいて表面の欠損が少なくなっている。これは、修復材によって塩水の浸透が抑制されている結果と言える。なお、
E1では、試験面表面の修復材E1が徐々に劣化して途中で剥離しているが、その後も欠損は少ない。これは、試験面表面やひび割れ内部に浸透・固化した修復材による修復効果が持続していたためと考えられる。
以上から、本実験の範囲ではすべての修復材のケー
スで乾湿繰り返し作用に対する修復効果が得られた結図－6図－5 塩化物イオンの反応範囲と面積（白く変色した部分に塩化物イオンが存在）

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図－7

塩化物イオン量

累計スケーリング量
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図－9

 化物イオン量と累計スケーリング量の増加率
塩の関係

リング量の両方共に増加率が一番大きく、ひび割れ無対策では塩害と凍害の劣化が進行する。修復材CEとUJも増加率が両方共大きいため、凍害と塩害の複合環境では軽微なひび割れの修復に適さないと言える。
修復材KLは累計スケーリング量の増減はないが塩化物イオン量の増加率は大きく、厳しい塩害環境での適用は難しいと考える。それ以外の修復材は、塩化物イオン量と累計スケーリング量共に基準値よりも低く、劣化等がほとんど進んでいないことから修復効果が非常に高いと言える。このことから、修復効果が高い
E1、E2、SL、MS、BTの各修復材は、厳しい塩害と凍害の複合環境における簡易な修復材として適用できる可能性が高いと考える。
図－8

乾湿繰り返し試験の試験面の経時変化の例

５．まとめ果となった。なお、乾湿繰り返し試験では、前述した本研究では、コンクリートのさらなる耐久性向上を塩水浸漬試験と凍結融解試験の結果において修復効果目的として、通常では修復が見送られる軽微なひび割が低かった修復材CEとUJは実施していない。

れにおいて、厳しい環境では劣化因子が多く侵入し、劣化も進行しやすいことを確認し、その劣化予防とし

４．早期予防処置の有効性に関する考察ての簡易な材料および方法によるひび割れ修復効果と有効性について検討を行った。以下に、本研究で得ら塩水浸漬試験と凍結融解試験の結果から、ひび割れ無しで無対策のNNの塩化物イオン量と累計スケーリング量を基準値として、基準値に対する各ケースの塩れた知見を記す。
1）厳しい塩害環境では軽微なひび割れでもコンクリート内部に塩化物イオンが多く侵入する。

化物イオン量の増加率と累計スケーリング量の増加率

2）軽微なひび割れを状況に応じた修復材で早期に適との関係を図－9に示す。この図では、各修復材の修切に修復することによって、塩分の浸透抑制や耐凍復効果の良否を、基準値に対する増減から判断して環害性の向上が期待できる。

境条件における各修復材の有効性を示した。ひび割れ

3）塩分浸透抑制や耐凍害性の向上に効果が期待出来有りで無対策のNCは、塩化物イオン量と累計スケーる修復材は、乾湿繰り返し作用に対しても修復効果

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が期待できる。

参考文献

4）今回試用した簡易な修復材の内、修復効果が高い修復材は、厳しい塩害と凍害の複合環境における早期予防処置へ適用できる可能性が示された。

1） 土木学会：コンクリート標準示方書、設計編、
p.149、2017.

今後、軽微なひび割れに対する早期修復対策の適用

2） 渡辺博志：コンクリート構造物の信頼性の向上－に向けて、実環境における施工性や耐久性の検証、おひび割れの影響－、土木技術資料、平成24年1月号、

よび品質管理方法の検討等について研究を進めていく

pp.42-45、2012.

予定である。

3） 山本昌宏、谷村成、藤井隆史、安藤尚、綾野克紀：微細なひび割れを持つコンクリート試験体の作製

謝辞：本実験を実施するにあたり、各修復材メーカー方法とそれを用いたひび割れ補修材の性能確認試等の関係者に多大なるご協力を頂いた。ここに記して験方法に関する研究、コンクリート構造物の補修、深甚な謝意を表する。

補強、アップグレード論文報告集、第12巻、pp.
467-472、2012.
4） Jochen Stark、Bernd Wicht（訳:太田利隆、下林誠一、佐伯昇）：コンクリートの耐久性、第2版、セメント協会、2003.

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内藤 勲
NAITO Isao内田 侑甫
UCHIDA Yusuke

佐藤 義臣
SATO Yoshitaka

島多 昭典
SHIMATA Akinori

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
主任研究員
博士（工学）

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
研究員

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
主任研究員

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
上席研究員
技術士（建設）寒地土木研究所月報№834

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