コンクリート工学年次論文集，Vol.31，No.1，2009

論文

表面補修後にひび割れを導入した部材のスケーリングと鉄筋腐食への乾湿および塩水の影響
澤田賢吾*1・大畑卓也*2・小林孝一*3・六郷恵哲*4

要旨：普通コンクリート単一供試体と，補修材に複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（HPFRCC）やポリマーセメントモルタルを用いた積層供試体とを作製し，ひび割れを導入後に，融解過程に乾湿繰返し作用を組み込み，塩水等による緩速凍結融解試験を行った。その後，供試体を割裂させ硝酸銀発色試験により塩分浸透状況を確認し，鉄筋をはつり出し，腐食面積率を算出した。試験結果より，乾湿繰返しと塩水の有無に関わらず HPFRCC は高い耐スケーリング性と塩分浸透抑制効果を示した。塩水を用いるとスケーリング劣化は顕著となり，ひび割れを有する場合，ひび割れの角からのスケーリング劣化が顕著であった。
キーワード：緩速凍結融解試験，乾湿繰返し，塩水，HPFRCC，硝酸銀発色試験
1. はじめに繰返し試験をはさみながら塩水等による緩速凍結融解

複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料（以下試験を行い，乾湿繰返しの有無，塩水の有無及びひび割HPFRCC）は，引張応力下において複数微細ひび割れやれの有無が耐スケーリング性に与える影響について検擬似ひずみ硬化を生じる材料である。現在 HPFRCC は，討した。また，あわせて供試体の美観も目視により確認

寒冷地の橋梁などに用いられており，その高い耐凍害性した。続いて供試体を割裂させ，割裂面で硝酸銀発色試1)が研究報告されている 。これは，マトリクス間の繊維験を行った。これより供試体内の塩分浸透状況を確認し，が架橋し，ひびわれ幅が抑制されるためと考えられてい各種補修材および乾湿繰返しの有無による違いを検討る。しかし，凍結融解環境下では，融解過程で乾湿の繰した。さらに，割裂させた供試体から鉄筋をはつり出し，返しが作用する。乾湿が繰り返す場合，普通コンクリー

鉄筋の腐食面積率を算出し，ひび割れ幅との関係についト（以下 NC）や普通モルタル（以下 NM）の耐凍害性て検討を行った。

2)が低下することが報告されている 。
スパイクタイヤの使用規制に伴い，寒冷地では塩化物系の凍結防止剤が多量に散布され，凍害と塩害の複合劣2. 実験概要
2.1 供試体概要化が問題となっている。このため，塩水の影響を考慮し梁供試体型枠（寸法：50×100×1800mm）に鉄筋（D103)た耐スケーリング性についての研究が行われている 。
しかし，NC に乾湿の繰返しが作用する場合，塩分の浸NM , PCM , HP , HP 低 air

透が速くなることが報告されており 4)，スケーリング劣NC化及び塩害が促進されることが考えられる。また，多くの既設構造物はひび割れを有しているが，凍結融解試験

〈上面図〉

単位：mm

100

100にひび割れを有したコンクリートを用いた研究は少ないのが現状である。さらに，凍害によるスケーリング劣化は，構造物の美観を大きく損なうため，美観の維持を100検討する必要がある。
そこで本研究では，HPFRCC を橋梁等の補修材として適用することを考え，HPFRCC を補修材とする積層供試〈側面図〉

D10D1010体を作製した。また，比較用として補修材にポリマーセ
メントモルタル（以下 PCM）と NM を積層した供試体と，全断面を NC とした供試体とを作製した。その後，引張試験により供試体にひび割れを導入し，融解過程に乾湿*1 岐阜大学

工学部社会基盤工学科（正会員）*2 岐阜大学

大学院工学研究科社会基盤工学専攻（正会員）*3 岐阜大学

工学部社会基盤工学科准教授*4 岐阜大学

工学部社会基盤工学科教授

博(工)

工博

(正会員)

(正会員)

-1123-

5025(a) 単一供試体
図－1(b) 積層供試体
供試体

表－1

材料

繊維
種類

W/C（％）水NC
NMPCM
HPFRCCPE555530180273292342

供試体名
NCNMPCMHPFRCCHPFRCC低air

配合表

単位量（kg/m3）
7号
AE 高性能AEセメント
細骨材 粗骨材
増粘剤 繊維珪砂
減水剤 減水剤
327
810
920 0.8175
4961289
1264 395
39.92
0.914.6

圧縮強度
（MPa）
47.1
62.3
35.9
35.8
72.0

表－2

各種材料の物性値

曲げ強度
（MPa）
5.6
5.4
1.4
9.4
9.1

空気量（％）
3.9
15.7
5.0

表－3

導入ひび割れ幅

s/a47-

プレミッ
プ
レミッ
クス材
クス粉末
1825
-

フロー値（mm）
0打
15打
135.5
162.0
131.0
162.5

スランプ
（cm）
5.8
-

ひび割れ幅(mm)
母材

供試体名

NCNM
PCM
HPFRCC

高感度変位計補修材

湿潤
10.1370.324
0.3240.212乾湿
20.2820.252
0.081

10.500
0.209
0.314
0.765

湿潤
20.2590.313
0.223

10.3370.484
0.2810.006

乾湿20.6330.2100.009

高感度変位計ひび割れ導入方法を 2 本）を配置し，母材とする普通コンクリートを打設

計測温度（℃）

センターホールジャッキ

室内
水塩水
外気温

20

図－2

20.3870.2080.013

冷凍庫内
30

ロードセル

10.415
0.487
0.575
0.048

100-10-20した。梁供試体両端部には，それぞれネジ節鉄筋 D25（長-30さ：約 300ｍｍ）を配置し，鉄筋 D25 の両端に 2 本の鉄-400筋 D10 を溶接した。また表面補修を行う供試体の界面処理として，遅延剤シートを用いて，材齢 1 日で骨材が 26図－312時間（h）

180

1 サイクルの温度履歴ｍｍ程度露出するまで洗い出し処理を行い，その後表面をいわゆる表乾に近い状態にして，各種補修材を積層さぜ方法を変えることにより 20％と 5％の 2 種類を目標空せた。養生は湿布養生を 2 週間行った。その後，ひび割気量とした。各種材料の配合を表－1 に示す。セメントれを導入する供試体に引張載荷を行った。供試体片（寸には，早強ポルトランドセメントを使用した。NC には法：50×100×100mm）を，コンクリートカッターを用いAE 減水剤（ポゾリス No.70）を使用し，エントレインドて切り出した（図―1）。切り出した供試体は，補修材面エアーを混入した。HPFRCC にはφ0.012×12mm の高強を除く 5 面をシリコン樹脂でシーリングし，補修材面に度ポリエチレン繊維（PE）を使用し，混和材として高性試験水を張れるように，シリコン樹脂で土手を作製した。

能 AE 減水剤（レオビルド SP8SX3）と増粘剤（ハイメト

補修材は HPFRCC，PCM，NM とし，積層高さは各種度ポリエチレン繊維（PE）を使用し，混和材として高性10mm とした。また，補修材の無い NC のみの供試体（単能 AE 減水剤（レオビルド SP8SX3）と増粘剤（ハイメト一供試体）も作製した。HPFRCC の練り混ぜには，ホバロース）を使用した。また，PCM は補修材用（低収縮タートミキサーとオムニミキサーを用い，同配合で練り混イプ）を用いた。各種材料の物性値を表－2 に示す。

-1124-

2.2 ひび割れ導入試験

融解試験に準じて行った。凍結過程は 20℃～-20℃でひび割れの導入方法を図－2 に示す。梁供試体両端の17 時間，融解過程は-20℃～20℃で 7 時間とし，24 時

ネジ節鉄筋 D25 にカプラ－を用いて，ネジ節鉄筋（D25）間で 1 サイクルとした。1 サイクルの温度履歴を図－3を継ぎ足した。床に固定した鋼製の反力板とセンターホに示す。試験は，冷凍庫から供試体を出し入れするこール型油圧ジャッキを用いて，徐荷後に残留ひび割れがとにより行い，50 サイクルまで実施した。供試体の補残る程度まで引張載荷を行った。荷重をロードセルによ修材面に張る試験水は，ひび割れを導入したものは塩り計測し，供試体の全体変位を 4 個の高感度変位計によ水（NaCl 3％水溶液），ひび割れなしのものは塩水（NaClり計測した。変位計はマグネットスタンドを用いて床に3％水溶液）および水道水とした。計測項目は，供試体固定し，変位の計測値から計測区間の変形を求め，載荷のスケーリング劣化による剥離量とした。今回は，供試時の制御に用いた。単一供試体は，鉄筋が腐食しやすい体の断面を一定としたため，面積あたりの剥離量ではなよう，ひび割れ幅が 0.4mm となるまで，積層供試体につく，剥離の総量で評価を行った。剥離量は凍結融解 5 サ

いては，母材のひび割れ幅が 0.4mm となるまで引張載荷イクルごとに採取し，105℃の炉乾燥を行った後，乾燥を行った。ひび割れは全断面に貫通していた。ひび割れ後の定質量を計測した。

幅は，母材側と補修材側のそれぞれでマイクロスコープ

2.4 乾湿繰返し試験を用い計測した。母材と補修材のひび割れ幅を表－3 に本研究は，実環境下に近づけるために，乾湿繰返し試示す。

験をはさみながら，凍結融解試験を行った。乾湿繰返し

2.3 緩速凍結融解試験

は，凍結融解 5 サイクル毎に 1 度行った。乾燥過程は，凍結融解試験は ASTM C 672 に示される，緩速凍結供試体の補修材面の試験水を除き，40 度の乾燥炉で1212NCNMPCM
HPFRCCHPFRCC低air

86NC
NMPCM
HPFRCCHPFRCC低air

10
スケーリング量（g）スケーリング量（g）

10428642000102030
サイクル数（回）40500102030
サイクル数（回）(a) 水，湿潤405012NCNMPCM
HPFRCCHPFRCC低air

86NCNMPCM
HPFRCCHPFRCC低air

10スケーリング量（g）

10スケーリング量（g）

50(b) 水，乾湿

12428642000102030
サイクル数（回）4050010(c) 塩水（ひび割れなし），湿潤

2030
サイクル数（回）(d) 塩水（ひび割れなし），乾湿
120120

NC

10080

PCM

60NC

100

NM

スケーリング量（g）

スケーリング量（g）

40

HPFRCC

4020NM80PCM

60

HPFRCC

4020000102030
サイクル数（回）40500(e) 塩水（ひび割れあり），湿潤
図－4102030
サイクル数（回）40(f) 塩水（ひび割れあり），乾湿
凍結融解試験結果-1125-50

24 時間乾燥させた。また，乾燥炉に通気孔を設け，炉さいこと，ポリマーが水和空間を網目状に充填すること内に空気の流れを生じさせた。湿潤過程は，供試体のにより供試体内部が緻密である。これより，供試体内の補修材面に試験水を張りなおし，6 時間湿潤状態とし水分量が少なく氷圧が小さくなったため，PCM は耐スケた。

ーリング性に優れていたと考えられる。HPFRCC が耐ス

2.5 硝酸銀発色試験

ケーリング性に優れていた原因としては，水セメント比

緩速凍結融解試験終了後，供試体断面の塩分浸透状況が小さく，供試体内部が緻密であることに加え，マトリの確認を行うため，供試体を鉄筋の配筋方向と平行に割クス間の繊維が架橋し，ひび割れ幅の抑制や氷圧に抵抗裂させた。割裂には，供試体の上面および下面の中心線する力が働いたことが考えられる。また，HPFRCC はそに沿って鋼棒を配置し，圧縮する方法を用いた。その後，の特徴である複数微細ひび割れにより，供試体内部への霧吹きで硝酸銀溶液を割裂面に噴霧し，スケールを用い塩分の浸透が抑えられ，塩分濃度差による浸透圧が小さて供試体上面からの塩分浸透深さを計測した。表面劣化くなったことで，スケーリング抵抗性が向上したと考えが著しいものについては，供試体下面から塩分浸透深さられる。この結果より，HPFRCC は乾湿繰返しおよび塩を測り，上方からの測定に換算した。供試体が抉れてい水の影響を受けても，耐スケーリング性に優れているこる場合は，試験前の供試体上面を基準とした。割裂面全とが確認された。しかし本研究では，HPFRCC の空気量体の発色状況を確認することで，供試体内部への塩分浸による違いを確認することができなかったため，今後長透状況の確認を行った。

期間の試験を行うことが必要であると考えられる。NC2.6 腐食面積率と NM について試験水別に着目して見ると，水では 50

硝酸銀発色試験終了後，チッピングハンマーを用いてサイクル後もほとんどスケーリング劣化は確認さなか

供試体を破砕し鉄筋をはつり出した。鉄筋の腐食面積率った。しかし，塩水では顕著なスケーリング劣化が確認算出のために，鉄筋の腐食箇所をOHP 用紙にトレースされ，さらにひび割れのあるものは，供試体上面が抉らし，プラニメーターを用いて鉄筋の腐食面積を計測した。

れるまでスケーリング劣化が起きた。塩水で顕著な劣化得られた鉄筋の腐食面積より，鉄筋の腐食面積率を算出が起きる原因としては，供試体内に塩水が浸透することした。鉄筋の腐食面積率の算出式を，式(1) に示す。

によって浸透圧が生じることが考えられる。また，写真

腐食面積率（％）=

腐食鉄筋表面積× 100
鉄筋表面積

(1)

－1 に示すように，ひび割れの有無で劣化の仕方が明確に異なっていた。ひび割れがないものは，供試体上面から剥がれ落ちるように劣化していったのに対し，ひび割

3. 実験結果

れがあるものは，ひび割れ部に集中した水の膨張圧によ3.1 緩速凍結融解試験

り，ひび割れが拡がるように劣化した。ひび割れにより緩速凍結融解試験の結果を図－4 に示す。供試体別

隅角部となった場所の角がスケーリングし，丸みを帯びに見てみると，NC と NM については，試験後 5 サイクルでスケーリング劣化が確認された。その後もサイクルスケーリング有り

数を重ねるにつれて加速度的に劣化は進み，50 サイクル
後には，供試体全面に渡って粗骨材が露出したものも確認された。それに対し，PCM は 20 サイクルで僅かにスケーリング劣化が確認されたものの，HPFRCC は全くスケーリング劣化しなかった。PCM は，水セメント比が小スケーリング有り(a) PCM，ひび割れなし(b) PCM，ひび割れあり

ひび割れ(a) ひび割れなし
写真－1(b) ひび割れあり(c) HPFRCC，ひび割れなし (d) HPFRCC，ひび割れあり

ひび割れの有無による劣化形態

写真－2-1126-

凍結融解試験後の美観

表－4

腐食面積率

腐食面積（cm2）
供試体名
NC
NM
PCM
HPFRCC

湿潤
14.0
7.1
3.3
2.0

腐食面積率（％）
乾湿

22.7
4.4
2.9

16.0
7.8
4.0
2.9

湿潤26.1
0.9
3.2

1
13.3
23.7
11.0
6.7

乾湿
29.0
14.7
9.7

120.0
26.0
13.3
9.7

220.3
3.0
10.7

塩分浸透深さ（mm）

5040302010※

HP：HPFRCC
図－5

HP低-S-D2

PCM-C-D2
HP-S-W1
HP-S-W2
HP-S-D1
HP-S-D2
HP-C-W1
HP-C-W2
HP-C-D1
HP-C-D2
HP低-S-W1
HP低-S-W2HP低-S-D1

NC-S-W1
NC-S-W2
NC-S-D1
NC-S-D2
NC-C-W
NC-C-D
NM-S-W1
NM-S-W2
NM-S-D1
NM-S-D2
NM-C-W1
NM-C-W2
NM-C-D1
NM-C-D2
PCM-S-W1
PCM-S-W2
PCM-S-D1
PCM-S-D2
PCM-C-W1
PCM-C-W2
PCM-C-D1

0

HP 低：HPFRCC 低 air
塩分浸透深さた劣化が顕著であった。この現象は NC よりも NM で顕大きく美観が損なわれていた。凍結融解試験後の PCM著であった。NC の場合は，骨材が壁となり，スケーリと HPFRCC 供試体を，写真－2 に示す。PCM は，表面かング劣化を抑制していたものと考えられる。

らのスケーリングにより供試体表面に凹凸が見られた。

NC と NM について乾湿の有無による違いに着目する

さらに長期間の試験を行うことで，これは顕著になり，と，湿潤状態のものの方が乾湿を入れたものの約 2 倍の美観は損なわれると考えられる。HPFRCC はスケーリンスケーリング量が確認された。水を用いた米田らの研究グが全く見受けられなかったため，今後も美観の維持が

2)

で，W/C=40％以上で乾湿繰返しを行うと，凍結融解抵可能だと考えられる。また，ひび割れを有している場合，抗性が向上すると報告されており，塩水を用いた場合でPCM は大きなひび割れが入るが，HPFRCC ではひび割れも同様の結果となった。これより，乾湿繰返しによる表が分散され微細なひび割れとなるため，HPFRCC を補修面の劣化や供試体内部の残留塩といったネガティブ要材として利用することは美観の維持に有用であるとい因よりも，供試体の飽和量の低下が耐スケーリング性にえる。

大きく影響し，乾湿繰返しによって耐スケーリング性が3.2 硝酸銀発色試験
硝酸銀発色試験の結果を図－5 に示す。ここで，S と C向上することが確認された。
凍結融解試験終了後，供試体の美観を目視により確認

はひび割れなしとあり，W と D は湿潤と乾湿をそれぞれした。NC，NM については，顕著なスケーリングにより30

腐食面積率（％）

湿潤

40乾湿

30202010100

図－60HP低HP

PCM

NM0NC

塩分浸透深さ（mm）

500.2NCPCMNMHPFRCC

0.40.6

補修材ひび割れ幅（mm）

乾湿の有無での塩分浸透深さ

図－7-1127-

腐食面積率とひび割れ幅の関係

0.8

表している。ひび割れのあるものは，PCM の湿潤状態の本研究では，50×100×100mm の寸法で全断面を NC ともの 1 つと，HPFRCC を除き，全てが供試体下面まで浸した単一供試体，NM，PCM，HPFRCC を補修材として透していた。HPFRCC の塩分浸透深さが浅くなった理由

用いた積層供試体を作製し，引張試験によりひび割れをとして，ひび割れ分散によりひび割れ幅が小さかったこ導入した。その後，乾湿繰返し試験をはさみながら緩速と，繊維の架橋により塩分浸透を抑制したことが考えら

凍結融解試験を行い，乾湿繰返しの有無および塩水の有れる。これより，HPFRCC が NC，NM および PCM に比無がスケーリング劣化に及ぼす影響について検討した。

べ，高い塩分浸透抑制効果を有するといえる。ひび割れ

続いて供試体を割裂させ，その断面で硝酸銀発色試験をなしの塩分浸透深さを，供試体ごとに乾湿の有無でまと行い，供試体内の塩分浸透状況を確認した。さらに，割めて図－6 に示す。NC に着目すると，乾湿の塩分浸透深裂させた供試体から鉄筋をはつり出し，鉄筋の腐食面積4)さが湿潤の 2 倍となっており，既往の研究 と同様に，率を算出した。本研究においては，ひび割れを有する RC

乾湿繰返しにより塩分の浸透が速くなっていた。これは，部材を用いていることが特徴である。これより得られた湿潤の場合は供試体が絶えず水分で飽和されているた結果を以下に示す。

め，新たな浸透が緩やかになるのに対し，乾湿繰返しを(1) HPFRCC は乾湿繰返しおよび塩水の影響を受けても，与えることにより，浸透した水分が取り除かれ，新たなスケーリング劣化は全く確認されず，耐スケーリン浸透が促進されるためだと考えられる。また，乾湿繰返グ性に優れていることが確認された。

しにより，供試体表面に微細なひび割れが生じると考え(2) 塩水を用いた場合，スケーリング劣化が顕著となっられ，これも塩分浸透を促進させる原因として考えられた。この理由としては，以前から言われているようる。供試体ごとに見ると，NC，NM，PCM，HPFRCC のに 4)，氷圧に加え塩水の浸透によって浸透圧が生じる

順に塩分浸透量が小さくなった。これは，塩分浸透深さためと考えられる。と同様に水セメント比によるセメントの緻密性が影響(3) ひび割れを有する RC 部材の場合，ひび割れの角かしていると考えられる。続いて，HPFRCC と HPFRCC 低らのスケーリング劣化が顕著であった。

air について着目すると，HPFRCC よりも空気量が少な(4) 乾湿繰返しによる，供試体内の飽和量の低下が NC

く，供試体の緻密性が高いと考えられる HPFRCC 低 airと NM のスケーリング劣化を改善することが確認さの塩分浸透が深くなった。空気量を 5％とした、HPFRCCれた。

低 air は予備試験より，引張応力下において，従来用い(5) HPFRCC が NC，NM および PCM に比べ，高い塩分られている HPFRCC に比べて擬似ひずみ硬化や複数微浸透抑制効果を有していることが確認された。

細ひび割れという特徴が弱くなることが確認された。こ(6) HPFRCC は高い耐スケーリング性及び微細なひび割れが，塩分浸透の抑制を阻害したと考えられる。

れを有することから，美観の維持に優れているとい3.3 腐食面積率える。

鉄筋の腐食面積率の結果を表－4 に示す。ひび割れなしのものは腐食が確認されなかったため，この表から除参考文献外している。供試体ごとに違いを見ると，HPFRCC の腐

1)

土木学会：複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複食面積率が全体的に抑えられていた。塩分浸透深さと同合材料設計・施工指針（案），社団法人土木学会， pp.

様に，微細なひび割れ幅と繊維の架橋により，塩分浸透資料 38－資料 45，2007が抑制されたためと考えられる。次に乾湿の有無ごとに

2)

米田恭子・千歩修・長谷川拓哉：乾湿繰返しを加え見ると，値にばらつきがあり，明確な違いが見受けられた凍結融解試験による各種コンクリートの耐凍害なかった。そこで，腐食面積率と補修材側のひび割れ幅性，コンクリート工学年次論文集，Vol.30，No.1，の関係に着目し，それをプロットした結果を，図－7 にpp.951－956，2008示す。ひび割れ幅が 0.5mm 以下の場合には，ひび割れ幅

3)

原忠勝・月永洋一・庄谷征美：塩水の種類がコンクが大きくなるに従って，一次関数的に腐食面積率が増加

リート中の温度変化とスケーリング量に及ぼす影することが確認された。補修材側のひび割れ幅が大きく

響に関する実験的研究，日本コンクリート工学協会，なるにつれて腐食面積率も大きくなるため，微細なひび融雪剤によるコンクリート構造物の劣化研究委員

割れ幅の HPFRCC は鉄筋の腐食面積を抑制できると考会 報告書・論文集，pp.177-182，1999.11

えられる。しかし，本研究ではデータ数が少ないため，

4)

今後データ数を増やし検討する必要があるといえる。

桝田佳寛・友沢史紀・安田正雪・原謙治：コンクリ
ート中への塩化物浸透速度に関する実験，コンクリ
ート工学年次論文集，Vol.10，No.2， pp.493－498，

4. まとめ1988-1128-