コンクリート構造物の表面塩化物イオン濃度に関する研究
コンクリート研究室
福地

1.1 本研究の背景
コンクリート構造物の塩害劣化予測を行う場合，その表面塩化物イオン濃度が境界条件として最もよく用いられ大樹等による表面塩分の洗い流し効果が検討され，効果が確認された．しかし，洗い流しを行った際の表面塩分がどのような挙動を示しているのかは明らかとなっていない．

る．海岸付近のコンクリート構造物表面の塩分は，消波ブ

また，実構造物の詳細な塩分分布に関する情報資料も不ロック等での砕波や海面での気泡の破裂によって発生し足しているのが現状である．塩害を受けた実構造物の調査た海水粒子が風によって輸送され，表面に到達したものでが必要であると言える．

ある．そのため，表面塩化物イオン濃度は，波高や海岸地

1.2 本研究の目的形・消波構造物の有無などによって大きく変化する．土木

本研究では，前項で述べた背景のもと，以下を目的とし，学会新潟会による新潟県沿岸部の飛来塩分調査 1)では，構研究を行った．

造物の形状などの構造条件や，日照時間・波浪条件・風向・(1)配合以外に着目点をおいたモルタル供試体の暴露試験

風速・降雨・降雪などの気象条件や立地条件など，個別のを行い，その飛来塩分量，表面塩分量，塩分浸透性状条件などによっても異なることが明らかとなっている．他の関係を実験的に求める．にも，表面塩分量が経時的に変化する傾向を示すデータが(2)塩害環境下にて長期間供用された実構造物の表面塩分多く報告されている事などから，塩害劣化の予測精度向上の分布と塩分の侵入状況を調査し，飛来塩分や雨水等には，適切な表面塩化物イオン濃度の設定が必要不可欠での環境作用との関係を明らかにする．

あると言える．

(1)については，均一な飛来塩分環境を再現できる風洞

しかし，今日の塩害劣化予測に多く用いられている，土型飛来塩分再現装置を用いて，飛来塩分量，コンクリート

木学会コンクリート標準示方書に示される Fick の拡散方

表面の状態，試験体の厚さをパラメータとした実験を行う．

程式を用いた線形拡散モデルにおいては，海岸からの距離，(2)については，新潟県沿岸部にて自転車橋として 36 年

及び地区区分のみを入力値としている．なお，飛来塩分の間供用された「鱗崎橋」なる構造物の調査を行い，その特実測データ等があればそちらを用いてもよいとされてい性についての検証試験も行う．

るが，現実には多くの場合はこの表の値が用いられている．

2.実験概要この手法によって与えられた表面塩化物イオン濃度では，2.1 モルタル供試体を用いた塩分浸透性状の実験的検討

多様な外部環境や構造物の特性を補えておらず，結果とし2.1.1 検討ケース・供試体て過剰な耐久性能を要求する事が起こりうる．合理的な耐検討ケースを表-1 に示す．実験パラメータは，到達塩久設計を可能とするためには，個別の構造物の環境条件を分量，塩分供給面の状態，供試体厚さの 3 つとした．到達より的確に評価する方法が必要となる．

塩分量については，その多少が表面塩分量や浸透塩分量に本研究室においても，構造物の環境条件に関する研究が影響を及ぼすのか検討した．供試体厚さについては，厚さ進められてきた．青木の研究では，飛来塩分量と表面塩分10mm のものを「薄」，160mm のものを「厚」とし，塩量・浸透塩分量の関係性について検討されており，配合や分浸透性状の比較を行う．薄いものと厚いものが近似的に飛来塩分量などが各塩分量に影響することが確認された．

同じとみなせる場合，薄い供試体の暴露試験結果で構造物

しかし，検討ケースは配合に着目した 3 種のみと少なく，の表面付近の塩分浸透性状を再現出来ることになる．供試

知見を深めるためには，異なる条件を設定し，更なる検討

体の概要を図-1 に示す．塩分供給面の状態は，通常のモを行う必要があると言える．また，山下の研究では，雨水ルタル供試体を「ペースト面」，供試体をコンクリートカッターで切断し，骨材が露出したものを「切削面」と呼ぶ

表-1 検討ケースこととし，通常，セメントペースト部分を通じて行われケースNo 暴露位置 到達塩分量(mdd） 供試体厚さ 塩分供給面
11F a2.4
厚ペースト少21F b2.8
薄切削31F c2.3
薄ペースト
41F d10.9
厚ペースト
51F e9.5
薄切削
多6
1F f9.7
薄ペースト

る，塩分の拡散移動への影響を検討した．塩分供給面の状態を図-2 に示す．塩分供給面以外はタールエポキシでシールし，塩分が侵入しないようにした．
2.1.2 暴露・塩分量調査方法
本試験では風洞実験装置（図-3）を用いて．暴露試験を行った．本風洞は一周約 10m，1m×1m の断面を有する．
塩水粒子発生装置より発生した塩水粒子が造風ファンに塩分供給面

1cm4cm4cm

シール

16cm4cm4cm

よって作り出された気流に乗り，供試体設置位置まで到図-1 供試体概要達する構造である．この風洞装置内に供試体を 48 日間暴露した．分析の試料は表面，表層(0～2.5mm)，深部(2.5～10mm)の 3 点から採取し，イオンメーターにより全塩分量を測定した．
2.2 実構造物の塩分量調査
対象構造物は，新潟県糸魚川市能生で，自転車道の一部として供用されていた鱗崎橋である．鱗崎橋は 1974 年に図-2 塩分供給面の状態製造されたプレテンション PC4 主桁橋であり，
2Ｆ-2供試体設置位置

2Ｆ-1 供試体設置位置

2Ｆ 風

海岸から約 15m の距離に位置していたため，塩造風ユニット

ユニット害による鋼材腐食が進行していた。なお，調査

100cm

100cm

1Ｆ 風100cm

1階部
1Ｆ 供試体設置位置を行うにあたり，4 つの桁の内最も海側の桁をA 桁と呼び，以降山側に向うにつれ B，C，D100cm

２階１部

２階２部

橋長 10.4m (支間 9.8m) の単純 I 桁橋である．

100cm

180cm
580cmと呼ぶこととする．

図-3 風洞型実験装置

2.2.1 調査項目①(1)表面付着塩化物イオン量

上越側図-2 の緑線の位置において海側，山側，下面の 3 点と②③④1000
2200
①500

⑧⑩③④⑤

図-4 各桁の調査位置
ウェブ部
ウェブ部
8.75 101.25

図-5 に示す位置の試料をドリル穿孔によって採取した．

10101010

10 8.75
1.25

フランジ部
フランジ部
8.75
4050606050

1.25

2.3 構造物表面における水の移動が表面付着塩分量の分⑨10400

部の調査位置を示す．各位置でコア抜き(φ100)を抜き，全塩分量を測定した．

⑦

富山側②(2)浸透塩化物イオン量(1)，(2)によって得られた試料を JCI-SC4 に概ね則り，⑥2500し，1 桁 30 箇所，計 120 箇所の調査を行った．

図-4 の赤丸の位置がウェブ部，青丸の位置がフランジ⑤8.75
401.25図-5 コア供試体分析位置(mm)

布に及ぼす影響
後述する鱗崎橋桁下面における特異な表面塩化物イオン量の分布(図-ｘ)がどのような影響を受けて形成されたものであるか検討をを行う．要因としては，(1)到達塩分試験体量が位置によって異なる場合．(2)降雨による洗い流し効

塩分付着面

果に伴う塩分の運搬．が考えられる．しかし，(1)については，現地における到達塩分量の調査の結果，可能性が低噴水口200いことが示された．従って，(2)についての検討を行う．

300

501000鱗崎は PC 桁を採用しているため，桁には若干の反りがあ

単位：mmり，桁下面には傾きが生じている．コンクリート表面が壁

図-6 試験装置概要

面の様に垂直な面ではなく，鱗崎橋の様に僅かな傾きの場

塩分付着面

塩分付着面

水の移動方向合，付着した雨水等の水分は桁端部に向い徐々に移動しな100mm

がら滴下してゆき，同時に表面塩分も洗い流し効果により①②③④⑤1000mm

100mm端部へ運ばれていくと考え，検証実験を行った．

200mm

200mm

2.3.1 試験方法

図-7 供試体概要

図-8 塩分分析位置

桁下面における水の移動を再現するため，あらかじめ塩試験体分を付着させた供試体下より適量の水を噴霧し，供試体に与えた角度によって水が移動するという構造とした．試験

水タンク

噴霧機構

装置の概要を図-6，供試体の形状を図-7，分析位置を図

制御ユニット-8(図中の赤字の地点)，実際の試験状況を図-9 に示す．
降雨等によって供試体表面に付着した水分は，主に，水分が付着した面の傾きによってもたらされると考えられ②0.2°(鱗崎橋の傾きの再現)③0.5°④45°の 4 水準とした．また，水の噴霧量，圧は一定とし，吹きつけられた水分が移動，集中して，水滴がいくらか滴下する程度とした．

図-9 試験状況
ン (mg/dm2)

る．そのため，塩分付着面の角度をパラメータとし，①0°

塩面に付着させた．

ケース1ケース2ケース3ケース4ケース5ケース6121086

供試体表面の初期付着塩分は，一般的な霧吹きを用いて25％NaCl 水溶液を吹き付けることで約 5mg/dm2 を均一

144203.結果及び考察

061218243.1 モルタル供試体を用いた塩分浸透性状の実験的検討

ン (mg/dm2)

ース 6 の結果を比較すると，表面塩化物イオン量はケース5 の方が多く，浸透塩化物イオン量はケース 6 の方が多い．

少なくなることがわかる．また，厚さ 160mm のケース 4と厚さ 10mm のケース 6 の表面付着及び浸透塩化物イオン量が異なることから，厚さ 10mm の供試体をより厚みのある供試体の 10mm 部分と同じとはみなせないことが48

54

ケース1ケース2
ケース3
ケース4
ケース5
ケース60.05
0.04
0.03
0.02

浸透塩

これより，塩分供給面に骨材の露出したものは，表面付着42

図-10 表面付着塩化物イオン量の経時変化
0.06の経時変化を示す．これより，到達塩分量の多いケース(青イオン量が少なくなることがわかる．次に，ケース 5 とケ36(day)

図-10，11 に表面塩化物イオン量，浸透塩化物イオン量線)は到達塩分量の少ないケースより表面及び浸透塩化物

300.0100612182430364248(day)

図-11 浸透塩化物イオン量の経時変化

541042面002

塩分mg/dm2）

D桁

塩010

塩

30A桁

下面

8B桁

6C桁

4D桁

2015501 2 3 4 5 6 7 8 9 10
測定位置

0D3252065325面塩

塩

710020010300

1山⇐ 塩分浸透深さ(ｍｍ) ⇒海

345

図-19 表面付着塩化物イオン量ｍｇ/ｄｍ2）7

水の移動方向62

位置

図-18 浸透塩化物イオン量57(供試体角度 0°)
水の移動方向654ン43322面塩ｍｇ/ｄｍ2）80⇒海4150ン60

図-17 浸透塩化物イオン量10面塩40ンン (kg/m3)3020

山⇐ 塩分浸透深さ(ｍｍ)

図-16 表面付着塩化物イオン量め(海側 5mm，山側 15mm)，この影響である

D102510塩mg/dm2）

図-15 表面付着塩化物イオン量

図-17，18 にウェブ部と０フランジ部の浸透可能性が高い．中性化したコンクリートは塩分

4

図-14 表面付着塩化物イオン量検討する．とがわかる．鱗崎橋では中性化が確認されたた

C桁

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
測定位置

0層の塩化物イオン量が低い値を示しているこ

B桁

61 2 3 4 5 6 7 8 9 10
測定位置

表面付着塩分量の分布に及ぼす影響」において塩化物イオン量分布の例を示す．これより，表A桁

山側820であるが，洗い流し効果により低い値を示した象については，「構造物表面における水の移動がkg/m3）

10ンmg/dm2）

4D桁

環境を考えると A 桁が最も高い値を示すはず

端部へ向かうほど塩化物イオン量が多くなる現

B桁
C桁

0C＝D の順であった．なお，桁下面に見られる，A桁62と考えられる山側のみの結果を見ると，A，B，10ン

表面塩化物イオン量の関係

海側

8ン量は，B，C，D，A の順であった．飛来塩分のだと考えられる．洗い流し効果を受けにくい

5面塩2塩考えられる．また，桁毎の平均付着塩化物イオ

0mg/dm2）

到達塩分量の関係

ンによる洗い流しの効果を多くうけた結果だと

0810値を示していることがわかる．しかし，A 桁のが最も低い結果となった．これは，A 桁が降雨

6図-12 表面付着塩化物イオン量と 図-13 表面付着塩化物イオン量と物イオン量は桁の下面，海側，山側の順に高い

み，下面と山側が同程度の値を示し，海側の値

4ン (kg/m3)

物イオン量の分布を示す．まず，表面付着塩化862ン

図-14，15，16 に各分析位置の表面付着塩化104化物イオン量を評価出来る可能性が示唆された．
3.2 鱗崎橋の塩分浸透性状

126

出した表面塩化物イオン量の関係からも関係性を伺える．従って，到達塩分量より表面塩

ン

814塩

塩

fick の拡散方程式に従い内部塩分分布より算

面面付着塩化物イオン量に関係性が伺える．また，図-13 に示した表面付着塩化物イオン量とmg/dm2）

12ｍｇ/ｄｍ2）

す．これより，供試体表面に到達塩分量と表mg/dm2）達塩分量(塩化物イオン量で表記)の関係を示

14ンわかる．図-12 に表面付着塩化物イオン量と到1の固定化率が低下する．従って，表面から中性

10012345位置

12345位置化が進行した場合，全塩分の分布は表層付近で図-20 表面付着塩化物イオン量

図-21 表面付着塩化物イオン量低くなる．また，山側より海側で高い値を示す(供試体角度 0.2°)(供試体角度 45°)

傾向を示した．なお，塩化物イオン量は全ての位置において発錆限界とされている 1.2kg/m3 を超えている．
3.3 構造物表面における水の移動が表面付着塩分量の分布に及ぼす影響
各水準の結果を図-19，20，21 に示す．に示す．各水準で 3 回の試験を行った．なお，0.5°のものは割愛した．
°のものは割愛した．
図
図-19 より，塩分の減少が確認出来ることから， 表面に付着した水分が滴下することで表面付着塩分を減少させることが明らかとなった．また，0.2°の結果より，水の移動方向で塩°の結果より，水の移動方向で塩分が多くなっていることがわかる．降雨による洗い流し効
果とは，構造物壁面に付着した水分に表面の塩分が溶解し，水分が表面を流れ落ちることで表面付着塩分が洗い流されるというものである．しかし，このケースのように傾きが緩やかであると，上方より移動した水分は全て滴下せず，図-22 の様にコンクリート表面に停留し，そこで蒸発するため塩分が残留し，図-20 の様な分布となったと考えられ様な分布となったと考えられ
る．0.5°のケースの結果は，0.2°のケースの傾向をより°のケースの傾向をより強く示した．図-21 の 45°のケースでは，ほとんどの塩°のケースでは，ほとんどの塩分が洗い流され，水の流れ落ちる端部で僅かに高い値を示す結果となった．45°の供試体では，表面に付着した水°の供試体では，表面に付着した水分のほとんどが流れ落ちたため，45°以上の傾きをもつ°以上の傾きをもつもの，例えば 90°のものでも同様の傾向が示されると推°のものでも同様の傾向が示されると推察される．これより，鱗崎橋桁側面において，下面と同様の傾向が見られなかったことが説明できる．
4.まとめ(1)理想的に制御された塩害環境下では到達塩分量から表理想的に制御された塩害環境下では到達塩分量から表面塩化物イオン量を評価できる可能性が示された．
(2)鱗崎橋桁下面では，桁端部ほど表面付着塩化物イオン
鱗崎橋桁下面では，桁端部ほど表面付着塩化物イオン量が高くなる現象が観察された．この現象は，桁側面では観察されなかった．
(3)表面を移動する水分によって表面付着塩分が運搬され表面を移動する水分によって表面付着塩分が運搬されることがあると確認された．これより，鱗崎橋桁下面の現象は，雨水等の移動に伴う塩分の移動が主要因である可能性が高いと考えられる．

図-22 上方より移動した水が停留する様子