試験・研究

耐震診断後の RC 造建築物における構造体の経年変化に関する研究-コンクリートの含水率と圧縮強度､ 中性化､ 鉄筋腐食の関係 -Study on Aging of Members in RC Building after Earthquake Resistance Assessment-Relationship between Moisture Content and Compressive Strength, Carbonation,
Rebar Corrosion of Concrete本庄敬祐* 1、木野瀬透* 2

1．はじめにを行った。具体的には、中性化等の診断後の経年変化に地震国である日本では、これまで耐震診断および耐震ついて再調査し、耐震診断時の調査結果との比較を行う

補強が積極的に行われ、既存建築物の耐震化が図られてとともに、鉄筋腐食における劣化因子となるコンクリーきた。2022 年の文部科学省の公表 によれば、公立学

ト中の水分（含水率）を測定し、各調査結果との関係を校建物の耐震化率はほぼ 100 % に達しており、1995 年

整理することで、構造体の経年変化の可能性について検の兵庫県南部地震以降、国をあげて耐震診断および耐震討した。本稿ではその結果について報告する。

1）

補強に注力してきた成果が表れていると考えられる。
しかしながら、耐震診断や耐震補強は、あくまで検討

2．既往文献における統計分析 2）

時点での耐震性能を評価する手法であり、その後の構造

当 法 人 で は、1988（昭 和 63）年 度 か ら 2014（平 成

体の経年変化等の影響は考慮されていない。また、同じ

26）年度までの 27 年間に実施した RC 造建築物の耐震く文部科学省の公表 では、築年数 45 年以上の公立学診断において採取したコアの圧縮強度および中性化深さ

校建物の面積は、2016 年度から 2021 年度の 5 年間で約について、過去に統計分析を行った。本章では、その結1 . 8 倍に増えるなど、高度経済成長期に大量に建設され果を概説する。 その際の対象建築物の概要を表- 1 に、た建築物は、老朽化の一途を辿っている。加えて、少子竣工年度の分布を図- 1 に示す。 対象建築物は、1956

高齢化が進む日本では本来、学校規模を縮小し、現代の（昭和 31）年から 1982（昭和 57）年までに竣工した公立授業スタイルにあったコンパクトな形に移行することも小中学校、高等学校および幼稚園であり、対象棟数は考えられるが、すでに耐震補強が行われ、構造上の弱点477 棟である。ただし、これらの校舎および園舎には、が解消されたと考えられている校舎を解体することも難

増築等により 1 棟あたりの竣工年度が複数になる棟もあしく、これらの建築物をいつまで維持管理して継続使用

る た め、図- 1 中 の データ 数 は 工 区 数 と し て お り、 計1）するのかという課題も出てきている。
既存鉄筋コンクリート造（以下、RC 造）建築物の継続

表- 1

対象建築物の概要 2）

使用に関連して当法人では過去に、1988 年度から 2014年度までの 27 年間に実施した RC 造建築物の耐震診断において採取したコンクリートコア（以下、コア）の圧縮強度および中性化深さに関する統計分析を行った 2）。
本研究では、同統計分析の結果も踏まえ、過去に耐震診断が実施された RC 造建築物に対して、これらの建築物の耐久性の側面からの検討資料を得るための調査、検討

*1
*230

HONJO Keisuke：（一財）日本建築総合試験所 試験研究センター 構造部 耐震耐久性調査室 主査
KINOSE Toru ：（一財）日本建築総合試験所 試験研究センター 材料部 材料試験室

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設計基準強度ごとのコア本数では、Fc18、Fc 21 の占める割合がそれぞれ 1423 本（53.9 %）、969 本（36.7%）と多いことがわかる。また、圧縮強度は正規分布しており、その平均値が 26.9 N/mm2、最大値が 62.8 N/mm2、最小値が 6 . 7 N/mm2 であった。なお、RC 造耐震診断基準 3）において、診断実施の可否を検討する必要があると
図- 1

竣工年度の分布されている圧縮強度 13 . 5 N/mm2 を下回る強度のコア

2）は、全体の 3 . 9 % であった。
圧縮強度が設計基準強度を下回る割合を竣工年度ごと802 工区となる。対象建築物からのコア採取は原則として階、工区ごととし、採取本数は計 2636 本である。

2．1 コンクリートの圧縮強度にまとめたものを図- 3 に示す。

1956（昭和 31）年度から 1964（昭和 39）年度までは

2）

設計基準強度を下回るコアの割合が 40 %～50％であるの

計 2636 本のコアの圧縮強度の分布を図- 2 に示す。同に対し、1965（昭和 40）年度以降ではその割合が 20 %

図には、設計基準強度 Fc ごとに集計したコア本数も併以下となっている。これは、1965（昭和 40）年の公共建記した。

築工事標準仕様書の改定、スランプ基準値の変更、レディーミクストコンクリートの品質指定を伴う JIS（日本産業規格）や建築工事標準仕様書・ 同解説 JASS 5（以下、JASS 5）の改定、昭和 30 年代終盤からコンクリートのポンプ圧送が普及し始めたことなどにより、 コンクリートの施工方法が改善されたためと考えられる。

2．2 コンクリートの中性化深さ 2）
中性化深さの測定は、計 2636 本のコアについて、屋外側 762 面、屋内側 3364 面を対象として集計した｡ また、 中性化深さ測定時のコンクリートの経過年数は、
図- 2

15 年～54 年である。中性化深さの全測定値（n= 4126）

圧縮強度の分布 2）と経過年数の平方根（√年）との関係を図- 4 に示す。
同図のとおり、経過年数が同じであっても、屋内側は屋外側に比べて中性化深さが大きくばらついている。これは、屋内側の方が中性化が進行している傾向があり、打放し仕上げ面が屋内側に多く存在したことや屋内の居室としての使用状況が主な要因であると考えられる。

3．本研究の内容
図- 3

設計基準強度を下回るコアの割合

2 章に示す分析では、 耐震診断実施時点でのコンク

2）

リートの圧縮強度および中性化深さの分布や 1965（昭和 40）年度を境にコンクリートの品質が改善され、設計基準強度を下回るコンクリートが減少していることがわかる。ただし、中性化が JASS 54）で規定される最小かぶり厚さ（30 mm）を超えるものも複数あること、設計基準強度を下回るコンクリートが多数存在することも確認でき、また、経年による構造体の変化や中性化と鉄筋腐食の相関については把握できない。
以上を踏まえて本研究では、過去に耐震診断が実施さ
図- 4

中性化深さ C と経過年数（√年）の関係（全測定値）

2）れた RC 造建築物から、調査時点における中性化の状況
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や建設年代などを考慮して 10 棟を選定し、耐震診断時にコア 1 本を採取した位置の近傍からコア 3 本を再度採取してコンクリートの中性化深さ、圧縮強度、静弾性係数および含水率を確認し、それらの関係を調べた。また、上記 10 棟とは別の RC 造建築物 4 棟を対象に、耐震診断時に鉄筋の腐食が疑われる錆汁が確認された箇所に対して同様の確認を行った。併せて、全 14 棟においてコア採取位置近傍でコンクリートをはつり、鉄筋の腐食図- 5 経年による中性化深さの変化状況を目視で確認することで、鉄筋の腐食状況と中性化深さ、含水率との関係を調べた。
調査対象建築物の概要を表- 2 に、各調査方法を表- 3に、目視による鉄筋腐食度の区分を表- 4 にそれぞれ示す。
表- 2

調査対象建築物の概要

表- 3

図- 6 経年による圧縮強度の変化

調査方法

3．1．2

経年による圧縮強度の変化

分類①の建築物における耐震診断時と本調査時の圧縮強度の状況を図- 6 に示す。なお、耐震診断時は対象部材より採取した 1 本のコアの圧縮強度を、本調査は同部
表- 4目視による鉄筋腐食度の区分 5）

材より採取した 3 本のコアの圧縮強度の平均値に標準偏差を考慮した推定強度を示す。
耐震診断時のコアが 1 本であり、 圧縮強度はコンクリートの打込み状況により、コアの採取高さ等も影響することから、 耐震診断時と本調査時の圧縮強度に±20 % 程度の差異が見られた。中性化深さと同様に、経3．1 経年による各測定値の変化

年による圧縮強度の一様な傾向は認められなかったが、

3．1．1

本調査時の 3 本のコアのばらつきは中性化深さに比べて経年による中性化深さの変化

表- 2 に示す分類①の建築物における耐震診断時と本小さく、サンプル数を増やすことで経年による傾向を把研究時の中性化深さの状況を図- 5 に示す。なお、耐震握できる可能性がある。なお、本調査で求めた静弾性係

診断時は対象部材より採取した 1 本のコアの中性化深さ

数については、「鉄筋コンクリート構造計算規準･ 同解を、本研究時は原則、同部材より採取した 3 本のコアの説」6）に示される式（1）より求めた値と高い相関性（相中性化深さの平均値を示す。

関係数 0 . 75）が確認された。

中性化深さについては、コアごとのばらつきも見ら…
（1）れ、 また、 耐震診断時のコアが各棟 1 本であることから、本研究では経年による一様な傾向は認められなかっここで、 ：コンクリートの気乾単位体積重量（kN/m3）

た。経年による傾向は、サンプル数を増やすことで把握

Fc：コンクリートの設計基準強度（N/mm2）できる可能性があるが、本調査では同一部材でも測定値3．2 含水率と各調査結果との関係のばらつきが大きかったため、コンクリートの配合計画

3．2．1を確認するとともに、コア採取高さ等の条件をある程度統一することで、調査精度を向上できると考える。
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含水率と中性化深さ、圧縮強度の関係

コンクリート表層（表面から深さ 10 mm）および内部（コア高さの中央、表面から深さ約 40～75 mm）の含水

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率と中性化速度係数との関係を図- 7 に、圧縮強度との表- 5 鉄筋腐食が進行している箇所の概要

関係を図- 8 にそれぞれ示す。
中性化はコンクリート表面から進行するため、中性化速度係数はコンクリート内部（相関係数 0 . 28）に比べ、表層の含水率との相関性が高くなった（相関係数 0 . 66）。
なお、中性化が 10 mm 以上進行していた 7 棟のコアについては、図- 9（b）に代表されるように、中性化深さを境に含水率が大きく変化している傾向が認められた。
一方、圧縮強度はコンクリート表層（相関係数 0 . 42）に比べ、内部の含水率との相関性が高くなった（相関係数 0 . 73）。圧縮強度試験は、試験装置の加圧板との摩擦

写真- 1 鉄筋の腐食状況

によりコア表層が拘束され、コア内部で破壊域が形成されるため、コンクリート内部の含水率との相関性が高くなったと考えられる。なお、静弾性係数と含水率については、相関性が見られなかった。

図- 9 含水率と中性化深さおよび鉄筋位置の関係

一方、区分Ⅲの箇所は、躯体に顕著なひび割れは認められなかったが、かぶり厚さが小さく中性化が鉄筋位置を超えて進行しており、屋外で雨掛りがあることが鉄筋
図- 7

含水率と中性化速度係数との関係の腐食を及ぼしたと考えられる。

4．本研究のまとめ
本研究では、以下の知見を得ることができた。
・本研究の調査範囲では、コンクリートの中性化および圧縮強度の経年変化による一様な傾向は認められなかった。ただし、比較対象としたサンプル数が少ないことに留意する必要がある。
図- 8

含水率と圧縮強度との関係

・上記については、サンプル数を増やすことで、経年変化による傾向を把握できる可能性がある。その

3．2．2

含水率と鉄筋腐食の関係

全 14 棟のうち、鉄筋腐食度の区分Ⅳ（鉄筋の断面が際、可能な場合はコンクリートの配合計画を確認するとともに、コア採取高さ等の条件をある程度統一20 % 以上欠損している）が 1 棟、区分Ⅲ（鉄筋の全集にすることで、調査精度を向上できると考える。

わたり断面の欠損がある）が 1 棟確認された。区分Ⅳお・中性化速度係数はコンクリート表層、圧縮強度はコよび区分Ⅲが確認された箇所の概要を表- 5 に、鉄筋のンクリート内部の含水率との相関性が高かった。

腐食状況を写真- 1 に、含水率と中性化深さおよび鉄筋・本研究の調査範囲では、鉄筋の腐食の程度と含水率位置との関係を図- 9 にそれぞれ示す。との相関性は認められなかった。

区分Ⅳの箇所は、雨掛りのない屋内で他の建築物と比既往の研究 7）では、 セメント系材料が炭酸化（中性べて含水率が著しく高い状況ではないが、塔屋直下の壁化）することで生じる炭酸化収縮によって、ペーストやで乾燥収縮ひび割れの周囲に錆汁を伴う漏水跡が見られペーストと骨材の境界に微細なひび割れが発生する可能たため、屋上から雨水の浸入があった可能性が考えられ性が示唆されている。 しかしながら、JIS A 11088）でる。

規定されているコンクリートの圧縮強度試験では、試験
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装置の加圧板によるコアへの摩擦拘束の影響から、コン縮強度試験を行うことで、中性化の進行が圧縮強度に与クリート表層の中性化が圧縮強度に与える影響が確認でえる影響を把握することを計画している。

きていない可能性が示唆された。そのため、摩擦拘束を5．2 各深さにおける臨界応力度の測定低減した形で圧縮強度試験を実施することで、中性化5．2．1（経年変化）が圧縮強度に与える影響を把握できる可能性があると考える。

コンクリートの臨界応力度

5 . 1 節の方法で求めた圧縮強度では、供試体ごとのコンクリートのばらつきにより、中性化の進行による圧縮強度への影響の程度が確認できない恐れがある。そのた

5．懸案事項と今後の計画

め、5 . 1 節の方法に加え、圧縮強度試験に際して供試体

本研究においては、中性化速度係数はコンクリート表の深さごとの臨界応力度を測定することで、中性化が進層、圧縮強度はコンクリート内部の含水率との相関性が行している部分とそれ以深での性状の差異を把握するこ高いことが確認された。これは前述したとおり、中性化とを計画している。

がコンクリート表層から進行する現象である一方、JIS

図- 10 に、コンクリートの圧縮強度試験時における圧A 1108 で規定されるコンクリートの圧縮強度試験は、縮応力と縦ひずみ、横ひずみ、体積ひずみおよび変形特試験装置の加圧板との摩擦によりコア端面の表層が拘束異点の関係を示す。なお、体積ひずみは縦ひずみと横ひされ、コア内部で破壊域が形成されることが一因であるずみから式（2）により算出する 10）。変形特異点はコンクと考えられる。既往の研究 7）では、セメント系材料が炭リートの体積が収縮から膨張に転じる時点を示し、その酸化（中性化）することで生じる炭酸化収縮によって、時の応力は臨界応力度と定義されている。臨界応力度

ペーストやペーストと骨材の境界に微細なひび割れが発は、クリープ限界応力や端面摩擦を減じた圧縮強度試験生する可能性が示唆されているが、従来の圧縮強度試験で得られる最大荷重にほぼ相当する 11）。

8）では、この微細なひび割れが圧縮強度に及ぼす影響を評価できていない可能性が考えられる。

…………………………………………（2）
ここで、試験装置の加圧板との摩擦による圧縮強度への影響は

εV：体積ひずみ、ε C：縦ひずみ、ε T：横ひずみ

従来より指摘されてきたが、一般的なコンクリートであ火災の影響を受けたコンクリートでは、火災時の高熱れば、表面と内部の性質に大きな差異はなく、加圧板とにより細骨材および粗骨材の周辺またはセメントペースの摩擦による影響は少ない。しかしながら、外的因子にト間に生じたひび割れが内在し、加熱面側と内部側で性より表面から劣化が及んだコンクリートでは、表面と内状の差が生じる。コアの圧縮強度試験時における体積ひ部の性状に差異が生じ、従来の圧縮強度試験で求められずみは、加熱面近傍では載荷初期の段階から膨張に進展る圧縮強度で影響の程度を評価することは、劣化の影響し、その後、加熱面から内部（コアの軸方向）に向かっを受けた表面が加圧板との摩擦で拘束され、劣化が影響て徐々に収縮から膨張に転じて臨界応力度に達すると推していないコンクリート内部で破壊域が形成されるた測される。コンクリート表面から進行する現象である中め、圧縮強度を危険側に評価される恐れがある。本研究

性化においても同様の現象が生じると考え、臨界応力度

では、中性化においても同様に、従来の圧縮強度試験での測定を引用したいと考えている。

は中性化進行がコンクリートの圧縮強度に与える影響を5．2．2

考慮できず、危険側の評価となっている可能性に着目

各深さの臨界応力度の測定方法

臨界応力度の測定においては、JIS A 114913）を参考に、し、今後、以下に示す試験の実施を検討している。

5．1 加圧板による摩擦を低減した圧縮強度試験
圧縮強度試験における試験装置の加圧板による摩擦拘束については、コアと加圧板との間に減摩材を挟むことでその影響を低減でき、火災等によるコンクリート表面の性能の変化による圧縮強度への影響の程度を確認できることが、これまでの研究で把握されている 9）。本研究
では、中性化促進試験装置を用いて、表面より中性化を進行させた供試体に対して同様に、減摩材（2 枚のテフロンシートの間にグリースを塗布したもの）を用いて圧
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図- 10

体積ひずみと臨界応力度 12）

GBRC Vol.49 No.2 2024.46）（一社）日本建築学会「鉄筋コンクリート構造計算規準･ 同解説」

7）中田清史ほか：コンクリート工学年次論文集，Vol.40 No.1，pp. 459 - 464，2018．
8）JIS A 1108：2018「コンクリートの圧縮強度試験方法」
9）春 畑 仁 一 ほ か： 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 Vol. 84，No. 765，pp. 1497 - 1502，Nov 2019 .
10）日本コンクリート工学会：コンクリート便覧，技報堂出版，
p 78，1976 . 2
図- 11 コンクリートコアのゲージ添付位置 12）

図- 11 に示す①～⑦の位置に縦ひずみゲージを、その縦ひずみ計測位置から円周方向に 90 度回転させた軸方向

11）谷川恭雄 監修：硬化コンクリートの性質，セメントジャー
ナル，2004 . 1012）春畑仁一ほか：GBRC，Vol. 47，No. 2，2202 . 413）JIS A 1149：2017「コンクリートの静弾性係数試験方法」と平行かつ対称な二つの線上に横ひずみゲージを、合計28 枚貼付する。この①～⑦のゲージにより圧縮強度試【執筆者】

験開始からコアが破壊に至るまでの各縦ひずみおよび横ひずみを測定し、式（2）により体積ひずみを算出して臨界応力度を求めることにより、中性化の進行がコンクリートの機械的性質に与える影響を把握することを計画している。

6．おわりに*1

本庄 敬祐（HONJO Keisuke）* 2 木野 瀬透（KINOSE Toru）

本研究においては、サンプル数が少ないこともあり、経年変化によるコンクリートの中性化および圧縮強度の傾向は認められなかった。一方で、中性化速度係数はコンクリート表層、圧縮強度はコンクリート内部の含水率との相関性が高いことが認められ、JIS A 11088）で規定されているコンクリートの圧縮強度試験では、試験装置の加圧板によるコアへの摩擦拘束の影響から、コンクリート表層の中性化が圧縮強度に与える影響が確認できていない可能性が示唆された。
この点については、5 章に示す内容により、中性化の進行と圧縮強度の関係について、引き続き検討を進めた
いと考える。
【参考文献】

1）https://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/ 2022 /attach/ 1419963 _ 00001 .html（2024 年 2 月閲覧）
2）小 宮 敏 明 ほ か： コ ン ク リート 工 学 年 次 論 文 集，Vol. 39
No. 2，pp. 1249 - 1254，2017．
3）（財）日本建築防災協会 :2001 年改訂版 既存鉄筋コンクリー
ト造建築物の耐震診断基準・同解説

4）（一社）日本建築学会「建築工事標準仕様書･同解説 JASS5
鉄筋コンクリート工事 2022」
5）（公社）日本コンクリート工学会「コンクリートのひび割れ調査、補修･ 補強指針 2022」
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