コンクリート構造物に作用する塩害環境条件の時空間予測システムの開発
コンクリート研究室

長谷川貴哉

指導教員

下村 匠
中村 文則

1.

ら 1989 年までの新潟市アメダス観測所の風速を訓練

はじめに近年，高度経済成長期に建造されたコンクリート構データとして用いて，1990 年から 2018 年までの予測

造物の劣化が顕著となっており，多数の劣化報告がさを行った結果を示す．図には比較を行うために，1990れている．国土交通省が発行している国土交通白書

年から 2018 年までのアメダス観測所の実測値を合わ(2018)では，建設後 50 年以上経過する道路橋は 2023 年せて示す．図より，予測値と実測値の傾向はおおむねには全体の約 39％，2033 年には全体の約 63％と全体一致していることから，SARIMA モデルを用いることの半数を超えると予測されており，今後さらなる劣化によって，環境作用条件の長期的な変動の予測が可能数の増加が予想される．以上のことより，構造物の劣であると考えられる．また，図-2 に 2002 年から 2006

化予測の精度を向上させ，補修及び点検等をより効率

年の名立大橋における 1 ヶ月毎の飛来塩分の土研式塩的に行う必要がある．構造物の劣化現象は多々あるが，分捕集箱の暴露試験結果と SARIMA モデルを用いた島国である日本において，塩害による RC 構造物の鉄飛来塩分の予測を示す．図より，予測値は暴露試験の筋腐食による劣化は比較的発生しやすく，劣化の程度結果の傾向を概ね捉えていることが確認される．

も大きいことから問題となっている．従って，構造物の劣化解析を行う上で塩害劣化解析を行うことは重要となる．

環境作用条件の空間的検討

3.

構造物に作用する飛来塩分は，その発生過程と輸送

従って，本研究では，コンクリート構造物の塩害劣過程にて，構造物の周辺地形や環境条件による影響を化解析の予測精度を向上させることを目的として，構受ける．従って，周辺地形を適切に評価する必要があ

造物に作用する塩害予測条件を時系列で予測する手法

る．本研究では，宇多ら 1)中村ら 2)を参考として図-3について検討を行う．併せて，個別の構造物に作用す

7

る塩害環境を予測するために，個別の構造物の地形条6させた，塩害環境の時空間的な予測システムの構築を行う．

2.

風速(m/s)

件を判定する手法の検討を行う．また，これらを統合

環境作用条件の時間的検討

5432
実測値

1

構造物に作用する飛来塩分は，浸透過程を得て鉄筋01990

位置まで到達し，鉄筋を腐食させる．鉄筋の腐食には

1995

2001

予測値
2006

2011

2017

time(year)

年単位の時間が掛かり，その間，構造物の表面に作用する塩害環境を把握することは重要となる．従って，

図-1

風速の長期予測

本研究では，構造物に作用する環境作用条件の長期的な変動を把握するために，SARIMA モデルによる風速20および波高の将来予測を行った．SARIMA モデルとは，時系列分析に使用するモデルの 1 つであり，式-1 にて表される．
𝜑(𝐿)𝛷(𝐿𝑆 )(1 − 𝐿)𝑑 (1 − 𝐿𝑆 )𝐷 𝑦𝑡= 𝑚 + 𝜃(𝐿)𝛩(𝐿𝑆 )𝜀𝑡 (𝑡 = 1,2, ⋯ , 𝑇)(1)

ここで，φは自己回帰の係数，Φは季節自己回帰の係塩分量(kg/㎥)

海岸工学，経営工学など幅広い分野で用いられている

実測値

1510502002

数，θは移動平均の係数，Θは季節移動平均の係数，S2003

2004

2005

Time(year)

は周期性のパラメータである．
である．図-1 に SARIMA モデルを用いて，1961 年か予測値

図-2

名立大橋における飛来塩分

2006

消波施設からの飛来塩分
1

消波施設
波高Hw

海岸からの飛来塩分23

波高Hw×透過率構造物

陸側

768距離x2

海側

45距離x1

図-350km

飛来塩分到達略図

No.

橋梁名緯度

経

1

郷本橋

37.6051382

安政橋

37.386

138

3

初君橋

37.6511384

内野新川大橋37.8671385

藤村橋

38.0411396

浜浦橋

37.9071397新八幡橋

38.4901398

夕日ライン橋37.536138

図-4

橋梁位置概略図

予測値

観測値に示すように，飛来塩分を，発生過程(式-2)と輸送過程(式-3)にそれぞれ分け，それぞれに地形のパラメータを

𝐶𝑔 = 𝐶𝑠 ∙ 𝛼 ∙1{𝜆 ∙ 𝑢2 + (1 − 𝜆)(𝜎𝑤 ∙ 𝑇 ∙ 𝐻𝑤 )2 }𝑢02

𝐶𝑟𝑒𝑎𝑐ℎ = 𝛾 ∙ 𝐶𝑔1 ∙ 𝛿 ∙ exp⁡(−

塩分量(kg/㎥)取り入れることで評価を行った．
(2)

𝛽𝛽∙ 𝑥 ) + 𝐶𝑔2 ∙ 𝛿 ∙ exp⁡(− ∙ 𝑥2 )(3)𝑢 1𝑢

ここで，Cg は発生塩分量(kg/m3)，Cs は飛来塩分の発生に関する係数(kg/m3)，αは消波施設の有無による重み50454035302520151050

示方書

づけ係数，u0 は基準となる風速(m/s)，u は風速(m/s)，
σw は風速と波高に関する係数，Hw は波高(m)，Cg1 は消波施設からの発生塩分量(kg/m3)，Cg2 は海岸からの発生塩分量(kg/m3)，βは発生飛沫の距離による減衰の程

図-5

橋梁の飛来塩分量の予測度を表すパラメータ，ガンマは消波施設の有無による定数，δは植林等の塩分の輸送を阻害する物が輸送経または上回ることが確認された．観測値及び計算値が路にある場合の減衰係数である．ここで使用する風速

示方書の値を上回った理由として，図に示した観測地

及び波高は対象の構造物の近傍にある気象観測所 2 点

は、表面に付着し，コンクリート内に浸透していないを距離による重み付けを行ったものを使用する．

塩分が考慮されているが，示方書では表面境界の値を定めていることが考えられる．

4.

飛来塩分の時空間的検討
2 項および 3 項において，環境作用条件の長期的な5.

まとめ変動および位置的な変化についての検討を行った．本本研究では，環境作用条件の長期的予測および橋梁

項では新潟県に点在する橋梁の飛来塩分の予測を行うの位置による飛来塩分の予測を行った．その結果，ことで時空間的な予測を行った．橋梁の位置の概略をSARIMA モデルを用いることによって，環境作用条件

図-4 に示す．対象とした橋梁は新潟県の沿岸付近にの長期的な予測をすることが可能であることを示した．

位置しており，塩害環境下に位置すると考えられる橋

また，構造物周辺の地形条件や環境作用条件を考慮し梁である．図-5 に対象の橋梁の 2015 年 12 月からて飛来塩分の予測を行うことによって，構造物の設置2016 年 12 月までの約 1 年間の対象橋梁に作用した飛条件によって現行の評価方法では予測値が過少または来塩分量を示す．観測値は対象期間における，橋梁側過大になる可能性を示した．

面にモルタルチップを設置して行った現地観測の結果を示す．また，併せて示したコンクリート標準示方書の基準に基づいて定めた塩分量を合わせて示す．予測値は対象期間以前の環境作用条件をサンプルデータとして用いて SARIMA モデルにて予測を行った結果を示す．図より，SARIMA モデルを用いて行った飛来塩分の予測は一部点を除き良好な一致を示した．また，橋梁の位置によっては，標準示方書の基準を下回る，

6.

引用文献

1)宇多高明，小俣篤，小西正純(1992)：海岸からの飛来塩分の計算モデル，海岸工学論文集，第 39 巻
2)中村文則，大原涼平，山口貴幸，下村 匠：塩害域の地形条件を含めたコンクリート構造物の表面塩分の定量的評価手法の構築
気象庁：
https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/etrn/index.php
全国港湾海洋波浪情報網：
https://www.mlit.go.jp/kowan/nowphas/