建設省建築研究所

Building Research InstituteVol.24
発行：1999. 4

建築部材の劣化を代表するひび割れ竣工する前から劣化していることになります。木

で、その制御は建築物の耐久性を向上させる上材においてもある程度でひび割れの進行が止まるで重要な課題となっています。

ものであれば許容し、それを初期状態とすべきで建築部材の劣化にはさまざまな形態がありま

モルタル仕上げなどでは、全体にひび割れがあるという考え方が主流になっています。

生まれないようにひび割れ誘発目地を設けます

すが、その中でも良く目に留まるものの一つに劣化の定義は多様ですが、期待されていた性し、木材でも、意匠に支障の出るひび割れを嫌っひび割れがあります。土壁、モルタルや木材の能が発揮できない状態に至ることは、劣化と呼て、予め背割りを入れるなどはひび割れを制御す

ひび割れは、その代表的なものです（写真1）。

ぶことができます。建築部材に期待される性能る技術の例です。

ひび割れは劣化ではないという考え方もありま（機能）は実に多様です。土壁にひび割れが生ひび割れそのものを防止する努力も無論行われす。例えば、荒壁、中塗り、上塗りと塗り重ねる

ずれば、遮音性が低下しますし、構造的な強度ており、土壁に藁などの繊維を混ぜる技術は、コ

土壁は、ひび割れを防止するのでなく、むしろそ特性も変化します。地震のような外力が加わっンクリートにも応用され、繊維補強コンクリートの過程でひび割れを生じさせながら次の工程に進た際にはそこが弱点となって破壊を促します。となっています。鉄筋コンクリートの鉄筋もひびみます。最終的にひびは目立たなくなってはいま

また、ひび割れは水を良く通すので、雨漏りの割れ防止の機能を有しています。材料の選定や調すが、部材内部にはかなり大きなひび割れが隠さ原因ともなります。これらの現象は期待されて合の多くは、このひび割れ発生を少なくすることれています。このひび割れを劣化とすると土壁はいる性能の低下を促進する要因となりますのを第一の目的として検討されて来たものです。

特集

1)

建築部材のひび割れ機構とその制御2)▲▲

写真1：1)モルタルのひび割れ 2)土壁のひび割れ

図1：圧縮外力による剪断応力の発生

水分による建築部材の劣化とは？

力学的な外力によって生まれるひび割れは、熱と水分の同時移動モデルが必要となったわ

構造安全性を左右する現象であり、ひび割れのこのように、ひび割れ現象は日頃良く目にし発生限界がいわば弾性限界とも考えられていまており、対策も経験的につくり出されています。

ラムを添えてHMSIMと名称を変えて次の水分移動関連の材料特性の測定：迅速測定法確立の必要性

URL: http://brisoft.kenken.go.jp

移動には熱の移動が常に伴います。すなわち、ひび割れ発生のモデル化：日仏共同
研究の目標

ひび割れ発生のメカニズムと言えます。

URLでダウンロード可能となっています。

建築物の耐久性向上のために、「ひび割れを防止するには」という古くて新しい課題の解明を目指しました。

数並びに平衡含水率を予測する。

プログラムは、計算用入力データ作成プログ

含水率分布予測精度の検定時に行う。
5)減圧置換法を用いて試験体の初期条件の設定を迅速化する。

プログラムが出来ても、建築部材中の含水率6)3)、4)を同時に含水寸法変化率を測定し、並びに温度分布を予測するためには、計算対測定された係数の補正と共にひび割れ発生予測に必要な物性データを補う。

けですが、そのモデル化の障害となったのがこの2次元熱水分同時移動計算プログラムを象となる部材の材料物性を把握することが必

水分移動メカニズムの複雑さでした。その複使えば、日々変動する温湿度条件下に置かれ、要です。各種の材料物性の中で、水分移動関

このような検討に基づき、図8のような装置を雑さとは具体的には、特性の異なる複数の材料から構成された建築部連の材料物性の測定が、古典的な方法では極現在製作中です。これによって従来の測定法で1)水分移動係数が実は含水率の関数である(図3)。

材の含水率並びに温度分布を予測できます。

めて長い時間を要する点が問題でした。すなは数ヶ月を要した水分特性の測定が1週間程度

わち、迅速な測定法の開発が課題として挙がに短縮されるものと期待されています。

す。この外力によるひび割れは、外力が引張力、問題はそれを定量的に予測出来ず、例えば利用

2)含水率は材料の接する空気の相対湿度と温度

このプログラムによって含水率分布の予測を剪断力、圧縮力の何れでも発生します。引張にする場所の気象条件の違い等に合わせて具体的に関係し、その関係は材料固有の特性曲線を行った一例として、モルタル部材の乾燥過程によるひび割れは、物質と物質が結合して出来てな対策が立てられないことです。

示す(図4)。

ついて見てみたいと思います。ってきました。
共同研究相手であるフランスCSTB（建築科

今後の課題

実験で最も問題となるのは、試験体の含水率学技術センター）では含水率測定にガンマ線透含水率勾配は既にひび割れ発生危険度を示す

いる材料を引っ張ることによって物質相互の結定量的な予測のためには材料の不均一性を予

3)水分は含水率勾配並びに水蒸気圧勾配によっ合が外されると考えれば理解し易いでしょう。

測することが重要ですが、材料内部の各種物質て移動すると共に温度勾配によっても移動測定です。内部に相対湿度センサーを埋め込む過減衰を用いています。この方法は、既にヨー指標となることは確かとなっていますが、ひび物質と物質の間には化学結合や分子間力など各の関係を定量的に把握する技術は、十分実用化する。

ことは出来ますが、含水率センサーには適当なロッパ全体で広く使われるようになっています

割れ予測という意味ではその準備が整ってきた種の力が作用するので、このような引張破壊にされているとは言えません。今日、含水率並びものが存在しません。特にモルタルのように素が、わが国では放射線取り扱い規定が障害となという段階です。今後、材料の強度特性と含水は、かなり大きな力を要します。剪断によるひに温度分布の予測は可能であり、これにより乾変動する非定常条件である。

材を液体状にしてから成形し、乾燥させる材料って一般化していません。ヨーロッパにおいて率の関係、部材・材料の不均一性や部材・材料

び割れは、物質と物質の横ずれによるもので、燥収縮によるひび割れを予測することはできま

5)各種の関係が曲線的である。

では、内部にこれらのセンサーを埋めることはガンマ線以外の方法で良く使われているのは核の拘束条件の表現方法など、明確にしなければ材料破壊の基本です。引張や圧縮に強い材料です。ひび割れを予測できれば、それを制御する

a) 飽和水蒸気圧−温度曲線（図2）困難です。従って、モルタルの乾燥過程におけ磁気共鳴法でありますが、装置が高価であり、ならない事項は多くあります。

も剪断には弱いのが一般的です。また、圧縮に技術的な指針も見出され得ると考えられます。

b) 水分移動係数−含水率関係（図3）

る含水率変化を予測し、実測した総重量と比較磁性体を含む試験体には適用できないという欠よって分子が壊れるということは一般には考え

このような見通しのもとで、平成７年から平成c) 平衡含水率−相対湿度関係（図4）する単純なシミュレーションを行いました。モ

点を有しています（写真2）。

難いので、圧縮によるひび割れの多くは、材料9年まで「日仏共同：材料・耐久性向上のための不均一性から生まれる剪断応力ないし引張応の材料・部材設計法の開発」が行われました。

力により生じます（図1）。

4)建築部材の置かれる環境は温度も湿度も常にそも材料を単一素材でなく複数の素材を複合す

これらの方法を諦めざるを得ない建築研究所あったように今後もこのような基礎作業が数結局、水分移動を支配しているのは基本的示しますので、このような高含水域における予では、以下のように、古典的な測定法と近似予学や熱力学などの基礎知識と共に大変重要でにはギブスの熱力学平衡に規定される水分の測精度を確認することを目的としています。

測法を併用して迅速測定を実現しようとしていす。このためには多様な分野が共同する研究ます。

体制の確立が重要であり、国際共同研究は大

1)乾燥空気と飽和湿潤空気の混合によって高精変有効な手段であることを付言しておきたい

化学ポテンシャル勾配であるとすることによ予測した含水率分布の例を図6に示します。ってモデルの簡略化が可能となり（図5）、温このような予測結果から推定された総重量と実ることによってひび割れを発生させ難くしてい複雑な材料構成を示す建築部材中の含水率

度も湿度も常に変動する条件に置かれた多層測結果は図7に示すようにかなり良い一致を示ますが、その不均一性がひび割れの原因となる並びに温度の分布を予測するために、熱並び構成の建築部材中の含水率並びに温度分布をしています。直接的な比較ではないので断定はという矛盾した関係を有していますので、問題に水分の移動係数からそれらの移動を予測す予測する2次元熱水分同時移動計算プログラできませんが、このプログラムはかなり高含水はかなり複雑です。

ることができると考えられましたが、水分のム（HMTRANS）が開発されました。この域でも大きな誤差を生まないことを示している

14,000(2)乾燥開始20日目

化学ポテンシャル
12,000

8,000

6,000

仕事

水蒸気圧(pa)

10,000W =−測する。
3)含水率が一様になるのを待たずに水分移動係試験体の総重量変化

絶対温度

試験体1525

試験体2

Vdp=RTPsdp=RTln( P/Ps )
P30木材

0515

Model

510505

試料51015202530354045490

物質移動の基本的駆動力
平衡状態では相を問わず等しい含まれる媒質に依らず比較できる

01020304050

仕切板

経過時間(日)5025ALC

図7：

図5：水の化学ポテンシャル

▲

温度(℃)

495

▲

0

総重量の計算と実測の比較

重 20量
含水率 15φ(％)

液水

B

DE

軟質繊維板

②ドライな試料の作成装置

半硬質繊維板

エアポンプ

硬質繊維板

流量計dry

ドライアイス

10流量計wet

ドライヤー▲

ガス-6飽和槽E
10-7 ガスの拡散D

10-810-9B

A
10

液水の拡散

石こうボードコンクリート

0C-10052040
含水率(vol.%)

図3： 水分移動係数−含水率関係

60▲

水分伝導率(m2/sec)

デシケータ(3)乾燥開始30日目▲

C10(1)乾燥開始10日目

試料

▲

A

木毛セメント板水槽

▲

作①
成②
さにれよ
たっ
試て料

▲

図2： 飽和水蒸気圧−温度曲線

水分移動

PC本体

電子天秤

▲-5飽和水蒸気圧●含水率分布は計算により、重量総和のみを実測する。

試験体4▲

2,000

体積

アスピレータ

給水試験体3520

500

水蒸気圧

4,000

●乾燥空気と飽和湿潤空気の混合によって高精度相対湿度を無段階に作り出す。

①ウェットな試料の作成装置

530

PP2)含水率分布は計算により、重量総和のみを実535Psと思います。

度相対湿度を無段階に作り出す。

ガス常数

重量(ｇ)

飽和水蒸気圧(pa)
80%
60%
40%
20%

これまでもマクロな材料物性と微細構造の関係の分析などの基礎的な研究作業が重要でルタルは打設当初において極めて高い含水率をなどです。

熱水分同時移動計算
モデル

土壁やコンクリート、モルタルなどではそも-104)水分移動係数測定と平衡含水率曲線測定を同フィルタ

グラスウール
ロックウール

020406080▲▲100

相対温度(％)

図4： 種々の建築材料における相対湿度と平衡含水率

試料

図6：含水率分布予測図

写真2：フランスリヨン大学の核磁気共鳴装置

メタノール

図8：製作中の水分特性迅速測定装置

コンプレッサー

室内空気

TOPICS

VOICE

ＰＣa 壁板圧着による耐震補強工法の実験

第六研究部
第六研究部は、都市計画分野を担当する部として、 じめ、関係各界と協力して取り組んでいます。研究

1月8日、当研究所の実大構造物実験棟において、都市計画・都市施設・都市防災構造・都市防災情の概要は以下のとおりです。

標記の公開実験を実施しました。これは、既存RC

報・都市開発の5つの研究室により構成されていま

I. 地区の防災要素の影響評価手法の開発

造柱梁フレームにプレキャスト壁板を圧着し補強しす。都市計画の目的は、都市空間を安全、衛生、利市街地に地区施設等（耐火性を有する建築物、道た架構試験体に水平力を加える実験で、既存RC造便、快適等に構成することです。少子高齢化、環境路（街路）、空地、緑被地、河川等）が 立地した建築物の外構面に高強度コンクリートとPC鋼棒を共生化、高度情報化等の経済社会情勢の変化により、際の防災性（火災、救出・救護間題、避難問題な使ったプレキャスト壁板を付加する補強方法の効

都市計画に求められる課題は高度多様化しており、ど）の評価手法の開発

果（耐力と変形能の向上）を把握するものです。

研究課題もそれに対応する必要があります。近年のII．地区の防災対策技術の開発

研究の特徴をあげると、平成7年1月の兵庫県南部

市街地整備方策と防災との関わり方を吟味し、新地震の大都市直下型地震による大規模な被害発生にしい計画技法の展開やゾーニングのあり方を検討

より、安全な都市、市街地形成の重要性がより強くするとともに、個々の地区施設等について、その認識され、都市防災のウェートが大きくなっていま防災的効果を実験・調査等を通じて解明し、被害す。GIS等の高度情報処理技術を活用した被災情報把握・提供・活用システムの開発等を行ってきまし

低減のための効果的な技術開発
III. 計画支援技術・防災対策推進方策の開発

たが、平成10年度より、建設省総合技術開発プロ

住民側及び行攻側から、防災まちづくりを支えるジェクト「まちづくりにおける防災評価・対策技術意識形成・合意形成を図る方策を検討し、これらの開発」を立ち上げ、第五研究部、土木研究所をはを支援するツールを、I、IIの成果を応用して開発

平成11年度春季研究発表会開催
日

国際地震工学部時
午前(9:00〜12:00) 午後(13:00〜17:00)

5/17(月)火災部門

建築材料・部材部門

18(火)基準認証部門

構造部門

19(水)

建築計画部門

住宅・建設経済部門

建築環境・設備部門

都市部門

毎年のように世界のどこかで大きな地震が発生し重要な人的基盤となっています。都市への人口集中、て尊い人命や財産が失われています。地球表面を覆被害を受けやすい人工物・システムの増加などにようプレートの移動を引き起こす活動を地球が続けてって地震が発生した場合の被災規模が拡大しつつあいる限り、地震の発生をくい止めることは不可能でる現状において、このような人材育成は今後とも継20(木)地震工学部門

生産技術部門す。したがって、人が知恵を働かせて地震という自続、充実していく必要があり、当研修に対する皆様

21(金)総プロ・先導・官民総プロ・先導・官民然現象から人命、財産を守ることが必要になります。 の御支援をお願いいたします。この研修を紹介した
我が国では、これまでの地震で多くの犠牲をはらいホームページ（http://iisee.kenken.go.jp/）を開ながらもその経験を通して地震現象を解明するため設していますので、興味のある方は御覧下さい。

構造部門

場

所： 都市防災研究センター棟（建築研究所内）

問 合 せ 先： 企画部情報管理官付情報管理係（tel 0298-79-0642）の地震学、地震被害を軽減するた

そ の 他： 聴講自由。事前申込不要。

めの地震工学を発展させてきてお出版のご案内（近刊）

り、この分野での国際協力が強く期待されています。このため、建建築研究資料No.93

築研究所において1962年に国際「市街地における木造3階建共同住宅の延焼性状

地震工学部を設置し、毎年世界のに関する実大火災実験」

地震国から研究者、技術者を招い（林吉彦、吉田正志、茂木武、萩原一郎、山名俊男、て地震学、地震工学の研修を実施

五頭辰紀、増田秀昭、長谷見雄二、北後明彦、しています。 現在この研修を終了

安村基、中村賢一、三村由夫、阿部市郎、泉潤一、した卒業生は、78カ国、1,028名

福本雅嗣、斎藤一、山田誠）

を数え、各国での地震防災活動の編集後記
3代目の編集委員長として、えぴすとら20号編集責任を明記したことと、執筆要項をまとめから24号までの1年間、おつきあいいただきまたことぐらいですが、今後に望むらくは「手紙」した。創刊当時の基本理念「研究対象としているの返信が、編集委員会へうまく届く仕組みです。

建築、住宅、都市のいずれもが人間の日々の活動

この４月から大学へ戻りますが、礼儀知らずでの場であることから、私たちの研究は活きた社会

大声の小生に暖かく接していただいた筆者、編との交わりの中でこそ育つものであり、また研究集委員、事務局の方々に深く感謝いたします。の成果は常に社会への還元がはかられねばならな（Ｍ.Ｔ.）

い」をベースに、わかりやすく伝えて、興味を持ってもらうことをねらったつもりです。小生が委員長としてまとめたことは、編集のかけられる時間の都合で原稿がズタズタになることに配慮して

建研裏庭・桜の頃

Photo K.Bogaki

第 24号 平成 11年4月発行
編集：えぴすとら編集委員会
発行：建設省建築研究所(企画部)〒305-0802 茨城県つくば市立原 1

Tel.0298-79-0642 Fa x.0298-64-2989●えぴすとらに関するご意見、ご質問をお寄せください。
また、バックナンバーは、ホームページでご覧になれます。

( http://www.kenken.go.jp/epistula.html )