コンクリート工学年次論文集，Vol.31，No.1，2009

論文

塩害による鉄筋腐食に及ぼす材料と配合を要因としたコンクリートの種類の影響
武田

均*1・堀口賢一*2・丸屋

剛*3

要旨：本論文は，塩害環境下に建設される鉄筋コンクリート構造物の耐久性能向上のために実施した 8 年間に及ぶ暴露実験結果を報告するものである。暴露環境は，室内の安定した環境と実環境に近い海洋飛沫帯の環境とした。試験要因としては，暴露環境のほかセメント種類，水セメント比およびコンクリートの種類を要因とした。鉄筋腐食状況の指標は自然電位を用いた。実験の結果，水セメント比が大きい場合には比較的早期に腐食が発生すること，セメント種類によっても腐食の発生時期が大きく異なること，コンクリートの材料分離傾向が腐食の発生時期に影響を及ぼすことが明らかになった。
キーワード：鉄筋腐食，自然電位，セメント，コンクリートの種類，締固め，暴露実験
ランプ 12cm の普通コンクリート，高流動コンクリート，

1. はじめに鉄筋コンクリート構造物の耐久性は，使用材料，コン高流動コンクリートと単位量は同じであるが高性能 AEクリートの配合，供用環境により大きな影響を受ける。

減水剤の使用量を極端に減じてスランプ 12ｃｍとした

また，施工されたコンクリートの初期性能もまた構造物コンクリート（以下，低流動コンクリート）］とした。

1）

これらは，施工要因のうち締固めが鉄筋の腐食性状に及の耐久性にとって重要な影響要因であると考えられる 。
本論文は，塩害による鉄筋コンクリート構造物の劣化ぼす影響を把握する目的で設定したものである。

に関して，材料，配合および施工を要因として検討した
表－1

ものである。施工要因としては，異なる種類のコンクリ
材料

仕様

セメント

普通ポルトランドセメント，OPC：
密度 3.16g/cm3，比表面積 3350cm2/g
高炉セメント B 種，BB：密度 3.04 g/cm3，比表面積 3830 cm2/g
低熱ポルトランドセメント，LPC：
密度 3.22 g/cm3，比表面積 3380 cm2/gートを用いて締固めの影響を検討した。
鉄筋腐食への各種要因の影響程度を調査するために，海洋環境および室内における塩水一面浸漬実験を 8 年間に渡って実施し，自然電位をモニタリングした。
2. 実験概要

を表－2 に示す。材料，配合要因としては，セメント種混和材
細骨材
粗骨材
増粘剤

類 3 種［普通ポルトランドセメント，高炉セメント B 種，混和剤

2.1 試験体
使用材料を表－1 に示す。また，コンクリートの配合

使用材料

石灰石微粉末：密度 2.70g/cm3
山砂，表乾密度 2.65 g/cm3，吸水率 2.25%
砕石，表乾密度 2.67 g/cm3，吸水率 0.79%
水不溶性ポリマ(β1,3 グルカン)
AE 減水剤標準形
高性能 AE 減水剤標準形

低熱ポルトランドセメント］，コンクリート種類 3 種［ス
表－2 コンクリートの配合

単位量 (kg/m3)
石灰石
セメント
細骨材 粗骨材
微粉末

スランプ
配合 セメント(フロー)記号 の種類(cm)

空気量(%)

水セメ 細骨材
ント比率(%)
(%)

A

OPC

12.04.550.046.0160

319－845B

OPC12.0

4.5

60.0

46.6

165

275－

C

BB

12.0

4.5

50.0

45.8

158

317

D

LPC

12.0

4.5

50.0

46.1

160

E

OPC

(65)

4.5

50.0

50.9

F

OPC

12.0

4.5

50.0

50.9

水増粘剤

混和剤

1001

－

0.13*

867

1001

－

0.50*

－

840

1001

－

0.79*

320

－

849

1001

－

0.16*

160

320

167

850

828

0.5

8.79**

160

320

167

850

828

0.5

4.88***：AE 減水剤標準形，**：高性能 AE 減水剤標準形*1 大成建設(株)技術センター土木技術研究所

主任研究員

工博

*2 大成建設(株)技術センター土木技術研究所

副主任研究員*3 大成建設(株)技術センター土木技術研究所

チームリーダー-1015-(正会員)

工修
工博(正会員)(正会員)

エポキシ樹脂

エポキシ樹脂
縦打ち

打設方向

280

D13180

横打ち

D13D13202030280D1330600

2220303012030

鉄筋（D13）の配置
打設方向

8012018080600

網掛け部分はエポキシ樹脂
単位：mm

打設の方向

図－1

鉄筋の配置および打設方向
海水の作用
鉄筋

20℃，80%RH

鉄筋

海水の作用

ラス金網(塗装)

10mm
3%NaCl水溶液

室内塩水一面浸漬方法

図－3454035302520151050-5Nov-2003

海洋暴露方法100806040
気温
相対湿度
Jan-2004

M ar-2004

Apr-200420

相対湿度（ %）

気温（ deg.C）

図－20Jun-2004

月-西暦
図－4

海洋暴露環境配合 A，B，C，D は，単位セメント量や骨材量がほぼB，E および F とし，長手方向を上下として立てて打設同量となるように試験練りを行って決定した。粗骨材のした。打設の方向を変えたのは，内部振動機の加振によ最大寸法は 20mm とした。高流動コンクリート（配合 E）

るコンクリートの上下方向の材料分離の影響およびブおよび低流動コンクリート（配合 F）は，石灰石微粉末リーディング方向の影響を調査するためである。突き棒を使用して粉体量を増量し，粗骨材量を減じた。

およびハンマリングにより打設した後，内部振動機を 30試験体の形状および寸法は，図－1 に示したように，秒間連続で作用させた。高流動コンクリート（配合 E）

120×80×600mm（横打ち試験体）および 180×80×の場合には，内部振動機による締固めは行わなかった。

600mm（縦打ち試験体）の直方体とした。横打ち試験体

本論文では，かぶり 20mm の鉄筋の計測結果のみを報告

はかぶり 20mm で 2 本の鉄筋を配置した。配合は A，Cする。

および D とし，長手方向を水平にして打設した。打設時養生は水中養生とした。本論文では，4 日，7 日およには内部振動機により締固めた。縦打ち試験体はかぶりび常時湿度 100%の室内の 3 ケースについて報告する。

20mm および 30mm で 2 本の鉄筋を配置した。配合は A，なお，養生の影響については今後報告する予定である。

-1016-

試験体は，養生終了後，図に示したように試験体の 4 側り乾燥を防止した。海洋暴露における自然電位の測定は面をエポキシ樹脂 2mm 厚でコーティングした。

暴露開始後 12 ヶ月，その後 1 回/6 ヶ月程度の頻度で実2.2 暴露条件施した。測定時には実験室内に試験体を搬入して自然電暴露環境は，実験室内における塩水一面浸漬条件および自然海洋環境条件と湿度 100％の霧室内とした。

位の測定を実施した。室内暴露試験体の自然電位の測定
は，暴露開始後 3 ヶ月まで 1 回/月，3 ヶ月以降 36 ヶ月

室内暴露は，前養生期間に応じて材齢 18 日（4 日養生），

まで 1 回/3 ヶ月，36 ヶ月以降 64 ヶ月まで 1 回/4 ヶ月，21 日（7 日養生）で開始した。海洋暴露は材齢 65 日で64 ヶ月以降 92 ヶ月まで 1 回/12 ヶ月の頻度で実施した。

開始した。所定の養生期間経過後は，暴露開始まで室温20℃湿度 80%の環境に保管した。暴露開始後現在までに

3. 実験結果および考察

およそ 8 年間経過している。

3.1 初期物性値

暴露中は，図－2 および図－3 に示したように試験体

圧縮強度試験結果を配合ごとに図－5 に示す。図－5を水平に設置した。室内における塩水一面浸漬は図－2には各材齢の 3 体の試験結果を平均して示した。普通ポに示したように，かぶり側の 10mm のみが塩水に常時浸ルトランドセメントを使用した配合間の比較では，配合漬するように試験体を静置した。本条件では，試験体下B（W/C=60%）は配合 A（W/C=50%）と比較して 20%程面が常時湿潤状態となり塩化物イオンが供給される。試度発現強度が低い傾向があるが，28 日以降の強度発現は験体上面は常時乾燥状態となる。一定期間経過後は定常

配合 A とほぼ同等であった。その他の配合は，同一水セな水分分布となり，塩化物イオンが供給されたと考えら

メント比であるため，91 日の発現強度は 50～60N/mm2れる。室内暴露環境は，室温 20℃，相対湿度 80%RH で程度となり，大きな差はなかった。また，配合 E（高流ある。

動コンクリート），配合 F（低流動コンクリート）は，同自然海洋環境暴露条件は飛沫帯であり，波しぶきがしじく W/C=50%である配合 A と比較して，材齢 28 日までばしば作用し，試験体上下面から塩化物イオンが供給さの発現強度がやや高い傾向があったが，28 日以降の強度れるとともに，上下面から乾燥が作用する環境である。の発現はほぼ同等であり，91 日ではほとんど差が無かっ

ただし，日射は上面にしか作用しない。自然海洋環境にた。セメント種類に着目すれば，配合 D（LPC），配合 Cおける気温と湿度の計測例を図－4 に示す。その他，比（BB）は OPC を用いた配合 A と比較して，材齢 28 日

較のため湿度 100%の霧室内にも暴露を行った。この環以降の強度の発現が大きい傾向があった。

境は塩化物イオンが作用せず，乾燥も作用しない非常に

図－6 にブリーディング試験結果を示す。振動有とは，安定した環境である。

ブリーディング容器に試料を投入する時に，高周波バイ2.3 調査項目および計測項目ブレータを 30 秒間作用させたことを示す。配合 E（高流コンクリートの初期物性値を把握するために，20℃水動コンクリート），配合 F（低流動コンクリート）では，中養生供試体による圧縮強度試験とブリーディング試

振動の有無に拘わらずブリーディング量はほぼゼロで験，水銀ポロシメータによる細孔径分布の測定を実施した。また，暴露期間中は自然電位を定期的に測定した。
自然電位はかぶり面の鉄筋直上において，鉛照合電極により測定した。電位測定点の間隔は 25mm とした。電位測定時は，あらかじめ測定面に水道水で湿らせたタオル

配合A
配合B
配合C
配合D
配合E
配合F
028568427060504030201000.253

圧縮強度 （N/mm 2）

ように含水率を調整した。測定中も湿らせたタオルによブリーディング量 （ cm /cm ）を配置してかぶりコンクリートがほぼ飽水状態となる

0.20

100

300

0.100.050.00

材齢 （日）
図－5

配合A
振動なし
配合B
振動なし
配合E
振動なし
配合F
振動なし

0.150112

配合A
振動有 30sec
配合B
振動有 30sec
配合E
振動有 30sec
配合F
振動有 30sec

200

注水後の時間 （分）水中養生供試体の圧縮強度試験結果

図－6-1017-

ブリーディング試験結果400あった。配合 A，配合 B は，ブリーディングが観察され次に，図－8c）および d）に示したように，同じ配合た。配合 A よりも配合 B の方がブリーディング量は多かで製作した試験体の海洋暴露における自然電位の変化った。本実験の範囲では，振動の有無は，ブリーディン

では，暴露開始後 1 回目の測定時期である材齢 360 日のグの速度には若干の影響があったが，最終的なブリーデ

自然電位は，配合 A は-250mV CSE 程度であったが，配ィング量には大きな影響はなかった。

合 B では-400mV CSE 程度まで電位が低下していた。室図－7 に 28 日間水中養生した各種配合の供試体の水銀内塩水一面浸漬の場合と同様に，W/C=60%の配合の方がポロシメータによる細孔径分布の測定結果を示す。配合

腐食の開始が早かったと考えられる。海洋暴露試験体でC（BB）の細孔径分布は，他の配合と傾向が異なり 0.02μm

は室内塩水一面浸漬試験体と比較して，腐食発生以降，付近に細孔量のピークがあり，全体として径の小さな細計測点間の電位差が大きくなる傾向がある。海洋暴露試孔が多い傾向がある。また，配合 D（LPC）および配合験体の配合 A（16-3-75）は 1440 日時点，配合 B（18-3-85）

E（高流動コンクリート）も配合 A（OPC）と比較すれは 570 日時点の自然電位測定時に腐食ひび割れが発見さば，0.01～0.03 μm 付近の細孔量が多い傾向があり，比較れた。腐食の発生時期は，室内塩水一面浸漬と海洋暴露的緻密な組織であると考えられる。

でほぼ同じ時期であったと考えられるが，腐食の進行は，3.2 自然電位の測定結果乾燥と湿潤の繰り返し作用を受ける海洋暴露の方が，環自然電位の測定値は鉛照合電極電位（mV vs PRE）で境作用が厳しかったと考えられる。なお，18-3-85 は暴露あるが，CSE＝PRE－800 として飽和硫酸銅電極電位（mV

期間 2340 日で解体調査したため，それ以降のデータがvs CSE）に換算して示す。

無いのである。

(1) 水セメント比が鉄筋腐食に及ぼす影響(2) セメントの種類が鉄筋腐食に及ぼす影響

図－8 に水セメント比を要因として自然電位の計測結図－9 に，自然電位モニタリング結果を，セメント種果を比較して示す。図には，鉄筋直上において 25mm 間0.010

隔で計測した全 23 点の計測点の履歴データを区別せず細孔量 （mL/g）に直線で結んで示した。図において履歴束線の縦方向の広がりが大きくなることは，鉄筋上の計測点間の電位差が大きくなることを意味する。図は縦打ち試験体の計測結果である。

配合A
配合B
配合C
配合D
配合E0.005

室内塩水一面浸漬において，図－8a）および b）に示0.000したように，配合 A では，暴露期間 500 日前後で自然電0.001

位が-100mV CSE 程度から-300mV CSE 程度まで急激に0.01程度から-200mV CSE 程度に急激に低下した。この電位期を意味するものと考えれば，鉄筋周辺の塩化物イオン濃度が腐食発生限界を超えた時期と考えること

で電位が低下したあとは，ほぼ一定の電位で推移しており，暴露期間-400-60016-2-73-800

3000-200-400-60018-2-83-800b）配合 B，W/C=60%，室内塩水浸漬

暴露期間 （日）
01000

2000

暴露期間 （日）3000

0010002000

30000-200-400-600-800

暴露期間 （日）1000
20000a）配合 A，W/C=50%，室内塩水浸漬

電位 （mV CSE ）れた。一方，配合 A は，500 日前後

03000-200

2400 日前後でも電位が大きく低下
で暴露面に腐食ひび割れが発見さ20000ができる。配合 B は，1500 日前後，する時期があり，暴露期間 2400 日

1000

電位 （mV CSE）

時期が鉄筋表面の不動態の消失時

1028 日水中養生後の細孔径分布

16-3-75

2700 日現在まで腐食ひび割れは発c） 配合 A，W/C=50%，海洋暴露見されていない。

図－8電位 （mV CSE ）あったと考えられる。この腐食発生

0電位 （mV CSE ）て腐食発生時期に 300 日程度の差が

図－7
暴露期間 （日）せば 2），水セメント比の違いによっ1

細孔径 （μm）

低下し，配合 B では，暴露期間 200 日前後で-50mV CSEの低下時期を腐食発生時期とみな

0.1-200-400-600-800

18-3-85d） 配合 B，W/C=60%，海洋暴露

自然電位の計測結果（配合 A および配合 B，縦打ち，水中養生 7 日間）-1018-

0

暴露期間 （日）1000
2000-400-600
2-1-5-800

1000-200-400-600-800

6-1-230

1000

3000

2000-400-600
2-2-7-200-400-600
6-2-25-800

2000

3000

-200-400-600
9-2-39-800b）配合 C(BB)c）配合 D(LPC)

自然電位の計測結果，セメント種類の影響（室内塩水浸漬，横打ち，水中養生 4 日間）
暴露期間 （日）1000

暴露期間 （日）

2000

3000

0
電位 （mV CSE ）010000a）配合 A(OPC)
図－99-1-37-800

暴露期間 （日）5-1-21a）配合 A(OPC)
図－100-200-400-600-800-1000-1200

1000

2000

暴露期間 （日）30000
電位 （mV CSE ）-800-6000
電位（ mV CSE ）

-200

3000

-400

3000

0
電位（ mV CSE ）電位（ mV CSE ）0

2000-200

暴露期間 （日）

2000

10000

暴露期間 （日）0電位 （mV CSE ）0電位（ mV CSE ）電位（ mV CSE ）-2000-200-400-600-800-1000-1200

暴露期間 （日）300000電位（ mV CSE ）暴露期間 （日）10002000030008-1-35b）配合 C(BB)0-200-400-600-800-1000-1200

10002000300011-1-49c）配合 D(LPC)

自然電位の計測結果，セメント種類の影響（湿度 100%環境，横打ち）類を要因として示す。図は横打ち試験体の計測結果であのと考えられる。

る。a）は OPC，b）は BB，c）は LPC を使用した試験

図－10 には，湿度 100%の環境における電位の測定結体の測定結果をそれぞれ示している。図には同一条件の果をセメント種類毎に示した。この暴露環境は，塩化物試験体 2 体の測定結果を縦に並べて示した。各ケースにイオンは作用せず，乾燥も作用しない条件である。暴露

おいて 2 体の測定結果はほぼ同じ傾向を示していた。

は脱型後直ちに開始した。図から，この環境下では計測自然電位の急激な低下時期を比較すれば，配合 A では点間の電位差が極めて小さいことがわかる。配合 A では，500 日前後で，配合 D では 90 日および 180 日前後で電位1000 日付近で電位が安定となり，その後はほとんど変化が急激に低下している。配合 C は，初期の電位が-600mVしていない。配合 C および配合 D では，180 日までに電CSE という非常に卑な電位であることが特徴的で，暴露位が卑な方向に移動し，その後は安定した。安定する時

期間とともに電位は貴な方向に変化し，500 日以降-100期は，OPC を使用した配合 A が遅く，BB および LPC で～-200mV CSE 程度で安定している。暴露期間 2760 日まは比較的早期に安定している。これは，セメント種類にで電位の急激な低下は認められない。前述のように自然よって組織の緻密さが異なることの影響であると考え電位の急激な低下時期を腐食の発生時期とみなせば，腐られる。湿度 100％で乾燥が作用しない環境下では，鉄食発生の抑制効果は，BB＞OPC＞LPC の順に大きいと考筋周囲には相対的に少ない酸素の供給しかないと考ええられる。各種セメントの塩化物イオンの浸透抑制効果られる。このような環境下で，鉄筋表面のカソード反応3）と一致している結果となった 。水和相の緻密さや塩化が停滞することによって電位が卑な方向に移動したも物イオンのセメント水和物による固定が影響しているのと考えられる。セメント種類による安定電位の違いは，と考えられる。なお，試験体 2-1-5 および試験体 2-2-7 で溶存酸素として供給される酸素量の違いによるものと見られるように，電位は急激に低下したのち，再び貴な考えられ，LPC を用いた場合の長期材齢での緻密性が高方向に推移する場合がある。現象面からのみ考察すれば，いために，酸素の供給が抑制されて-1000mV CSE といっ不動態の再生に伴って電位が貴な方向にシフトするもた卑な電位を示したと考えられる。

-1019-

暴露期間 （日）
01000

2000

暴露期間 （日）3000

0

暴露期間 （日）30000-400-600
12-1-51

図－11-200-400-60014-1-61-800b）配合 F，低流動コンクリート

暴露期間 （日）01000

2000-400-60016-1-71-800c）配合 A，普通コンクリート

01000

2000

暴露期間 （日）03000

電位 （mV CSE ）-200-400-60012-3-55a）配合 E，高流動コンクリート-200-400-600-800

1000

2000

3000

00

図－123000-200

暴露期間 （日）
3000

0-800

2000

自然電位の計測結果，締固めの影響（室内塩水浸漬，縦打ち，水中養生 7 日間）

電位 （mV CSE ）

-800

1000

0
電位 （mV CSE ）-200a）配合 E，高流動コンクリート

電位 （mV CSE ）2000

0
電位 （mV CSE ）電位 （mV CSE ）

01000

14-3-65b）配合 F，低流動コンクリート-200-400-600-800

16-3-75c）配合 A，普通コンクリート(再掲)

自然電位の計測結果，締固めの影響（海洋暴露，縦打ち，水中養生 7 日間）(3) 鉄筋腐食に及ぼす締固めの影響と比較して石灰石微粉末を使用した高流動コンクリ

図－11 および図－12 に締固めの影響を要因として，ート配合の方が，腐食の発生が抑制された。配合およ

自然電位の測定結果を比較して示す。本論文では，締固び振動締固めによる材料分離抵抗性が腐食発生に影めの影響を把握する目的で，普通コンクリート，高流動響していると考えられる。

コンクリートおよび低流動コンクリートの各種配合で(2)セメント種類が腐食の発生に及ぼす影響としては，高試験体を製作し，縦打ちにより締固めの影響を考慮した。

炉セメント B 種の腐食抑制効果が最も高かった。また，

室内塩水一面浸漬，海洋暴露ともに，自然電位が急激に低熱ポルトランドセメントを使用した場合には，普通低下する時期は，配合 A（500 日付近）＜配合 F（750～ポルトランドセメントを使用した場合と比較してよ1000 日付近，海洋暴露では 1500 日付近）＜配合 E（2000

り早期に腐食が発生したと考えられた。

日付近）の順に早い。ブリーディング量が最も多く分離(3)湿度 100%で塩化物イオンの作用の無い環境下では，傾向があった配合 B は図－8d）に示したように，360 日

自然電位は-600～-1000mV CSE といった卑な電位を時点で腐食傾向を示しており，最も早期に腐食ひび割れ示し，鉄筋上の電位差も非常に小さかった。

が発生するに至った。配合 E および配合 F は，石灰石微(4)本実験の範囲における普通コンクリート試験体は，室粉末を使用している効果によって緻密な組織となり腐内塩水一面浸漬と比較して乾湿の影響を受ける海洋食が抑制されている可能性がある。配合 E と配合 F との暴露の方が腐食の進行が速い傾向があった。

比較においては，振動締固めを行った配合 F の方がより早期に腐食傾向を示した。両配合ではブリーディングは参考文献ほとんど観察されなかったが，締固めによって骨材の分

1） 武田 均，Ahmet GOKCE，丸屋 剛：塩害による鉄筋布状態に差が生じた結果マクロセルの形成に影響を及腐食に及ぼす施工要因の影響，土木学会第 57 回年ぼした可能性があると考えられる。

次学術講演会，pp.1041-1042，2002.9

2） 堀口賢一，丸屋 剛，武若耕司：自然電位連続モニ
4. まとめタリングによる発錆時期推定手法の検討と腐食発生

使用材料やコンクリートの種類が鉄筋腐食に及ぼす限界塩化物イオン濃度の測定，コンクリート工学年

影響について，室内塩水一面浸漬および海洋環境暴露実

次論文集，Vol.28，No.1，pp.1007-1012，2006.7

験による自然電位のモニタリング結果により検討した。

3） 土木学会コンクリート委員会：コンクリートの塩化得られた結果を以下に示す。

物イオン拡散係数試験方法の制定と規準化が望まれ(1)水セメント比が小さいほど腐食の発生は抑制される。

る試験方法の動向，コンクリート技術シリーズ，また，水セメント比が同一の場合，普通コンクリート-1020-

pp.11-13，2003.9