テーマ解説

硬化コンクリートの含水率および内部への水分浸透に関する各種試験方法
Various test methods for water content of and water penetration into hardened
concrete.
木野瀬

透 *1

1．はじめにの一つである「コンクリートの含水率」の測定方法を説

近年、鉄筋コンクリート（RC）造構造物の含水状態を明する。さらに、現在、提案・検討されている試験方法把握することの重要性が高まっている。コンクリート中について情報を提供することを目的として整理した。の水分は、中性化、鉄筋腐食、乾燥収縮、アルカリシリ

土木学会における水分浸透に関する試験方法（案）4）

カ反応、凍害および火害等の劣化現象に深く関係する。の制定（2018 年）、コンクリート工学年次大会（2022

特に、鉄筋まで中性化が到達した後の鉄筋腐食環境を把年度）における水分浸透に関するセッションの設置等、握する目的で、既存 RC 造構造物のコンクリートの含水コンクリート表面から水分が浸透する速度や現象の把握状態を把握するニーズが増加している 。に向けた検討が盛んになっている。鉄筋腐食の要因とな1）

長年、RC 造構造物の供用限界の目安は、コンクリーる降雨等による短期の水分浸透を評価する方法として規トの中性化の進行を基準に判断されてきた。これは、中定された試験方法（案）に加え、国内外における水分浸性化深さが鉄筋のかぶり厚さを超えると、鉄筋の不動態透状況の把握手法について、簡潔に解説する。

被膜が破壊されて腐食環境に至るという劣化機構が一般的に認知されているからである。この考え方によると、高度経済成長期に建設された築 50 年を超える多くの建築物が供用限界を迎えることとなる。一方で、著者らは、RC 造構造物の耐久性調査を通して、中性化の進行速度は含水状態に影響を受けること 2）や、鉄筋まで中性化が到達しても、水分の影響を受けない環境では腐食しにくくなること 3）を報告している。例えば、写真-1 は、鉄筋のかぶり厚さを超えて中性化が進行しているものの、屋内で水分の影響を受けにくい環境にあるため、腐食が進んでいない状況を示している。以上のように、RC 造構造物の鉄筋腐食環境を適切に評価することを目的として、コンクリートの含水状態（含水率）を把握することが重要となる。
上記等の背景を踏まえ、第三者機関による中性化の進写真-1 中性化が到達しても腐食が進んでいない鉄筋（かぶり厚さ：約 30 mm（縦筋）、中性化深さ：約 40 mm）

行と鉄筋のかぶり厚さの関係のみで判断しない総合的な「RC 造建築物の構造体の耐用年数評価」業務が行われている。本稿では、耐用年数評価において使用される指標*146KINOSE Toru：一般財団法人 日本建築総合試験所 試験研究センター 建材部 材料試験室

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2．コンクリートの含水率の測定方法

2．1 質量法

コンクリートの含水率は、一般に、絶乾状態における質量法は、コンクリート中の自由水を乾燥させること質量に対する自由水（化学的に結合していない水）の量により、直接的にコンクリート中に含まれる水分量を測のことを指す。従来、RC 造構造物においては、乾式に定する方法である。一般的に、JIS A 1476「建築材料よりコンクリートコア（以下、コア）を採取し、自由水の含水率測定方法」5）により測定される質量基準質量含を 105 ℃で乾燥させる測定方法（質量法）が用いられて水率の百分率は「含水率」または「質量含水率」と呼ばれいる。この方法により直接的に水分量を測定できる一方ることが多い。同規格内では、表-2 に示すようにコンで、乾式によるコアの採取は、一般的に普及している湿クリート等のセメント系材料以外にも木質系材料、発泡式によるコアの採取と比較して、コストや現場作業の労プラスチック材、せっこう系材料等の含水率測定方法が力が大きくなる。そこで、コンクリートの含水率（含水規定され、各種材料の乾燥温度が示されている。ここで状態）を評価する方法として、表-1 に示すように様々なは、屋外の雨掛かりの有無および屋内の 3 種類の環境か測定方法が提案されている。

ら採取したコンクリートを対象として、JIS A 1476 による質量基準質量含水率の測定方法の一例を示す。
表-1

表-2含水率（含水状態）の各種測定方法

JIS A 1476 に規定される各種材料の乾燥温度 5）47

GBRC Vol.47 No.4 2022.10【測定方法の一例】① RC 造構造物の試験対象位置において、乾式によりコアを採取する。
【註】質量測定および乾燥開始までに時間を要する場
合は、不透湿性フィルム（ポリエチレンフィルム等）やアルミニウム箔を用い梱包し、含水状態が変化しないように密封する。
② 試験の目的に応じて、コアから試験片を切り出す。
ここでは、図-1 のように、コアの表面から 100 mmの位置まで、20 mm の間隔で試験片を切り出し、含水率の分布を測定する例を示す。

図-1 試験片の切り出し方法（一例）③ 試験片の切り出した直後の乾燥前の質量（ ）を測定し、105 ± 2℃に設定した乾燥機に入れ、質量が恒量となるまで乾燥させる。
④ 乾燥後の試験片の質量（）を測定し、式（1）により質量基準質量含水率（ ）を算出する。
……………………………………………（1）
ここに、：質量基準質量含水率（kg/kg）：乾燥前の試験片の質量（kg）：乾燥後の試験片の質量（kg）

試験の結果、図-2 に示すような含水率分布が得られる。先述した通り、コンクリート分野において、一般に含水率の測定結果は百分率（% 単位）で示される。また、異なる使用材料や配（調）合等を用いたコンクリートの図-2

含水率分布の測定結果（一例）

含水状態の相対比較やコンクリート中の水分移動解析等を目的として、飽水状態における含水率（吸水率）を100 % とする「相対含水率」（飽和度とも呼ばれる）を用いた検討も行われている。
なお、上記のコアによる含水率の測定では、「乾式」により採取したコアを用いるため、コストや労力を要する。
有田らは、ドリル削孔粉を用いた簡易的な質量法による含水率の測定方法を検討している 6）。直径 10 mm 以上の振動ドリル用ビットを用いて、2 孔から採取したドリル削孔粉によって、乾式コアとほぼ同程度の含水率が測定できることを報告している（図-3）。一方で、同方法は削孔粉の採取量、削孔速度および削孔時に生じる摩擦熱等の影響によりばらつきが大きくなることがあるため、さらなる検討が必要としている。

48

図-3

採取径による含水率と標準偏差 6）

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2．2 電気的方法

サーを埋設する方法が提案されている 2）, 15）。今本らは、電気的方法は、コンクリートの電気抵抗や静電容量が、軍艦島構造物群において、コンクリート内部の相対湿度含水状態により変化する性質を利用して、コンクリートと質量法による含水率の関係は、同構造物群のコンク中に含まれる水分量を間接的に測定する方法である。電リート試験片を用いて測定した平衡含水率曲線（等温吸気的方法は、電極をコンクリートの内部に設置する方法、着曲線）と概ね一致したことを報告している（図-7）15）。

またはコンクリート表面に押し当てる方法がある。電気抵抗の測定による方法では、あらかじめ作成したキャリブレーションカーブ（含水率と電気抵抗の関係）により含水率に換算する。
著者ら 7）は、片側の端面から温度勾配が生じるように105℃乾燥により含水率を調整したコンクリート試験体について、振動ドリルで削孔した 2 つの孔内にステンレス製のブラシ型電極を挿入し、電極間の電気抵抗を測定した（図-4）。その後、同位置の含水率を測定し、電気抵抗と含水率の関係を求めた結果を図-5 に示す。このように、含水率が大きくなると、電気抵抗は小さくなる傾向が認められている。この性質を利用して、ステンレス製のブラシ型電極により測定される電気抵抗から含水率を求める含水率計が市販されている例えば、8）。また、あらかじめコンクリート打設時にステンレス棒電極を埋設することで、硬化初期からの含水率変化を捉える方法が検討 9）されている。この際、電極間のコンクリートを誘電体とするため、コンクリートの使用材料（セメント、骨材、混和材の種類等）、配（調）合、測定位置による粗骨材の偏在等により電気抵抗や静電容量は変化する。湯浅らは、コンクリートよりも安定した空隙構造を持つセラミックを誘電体とした測定方法を提案している

図-4 電気抵抗の測定方法（一例）。

10）

コンクリート内部に電極を挿入する以外に、コンクリートの表面に電極を押し当てる方法により、削孔等の前準備が不要で、簡易的に含水率を測定できる市販品が各社より販売されている例えば、11）～14）。なお、これらの含水率の測定値は、表面付近の値であり、鉄筋のかぶり厚さ位置の値を正確に把握するのは困難と考えられる 10）。

2．3 湿度センサーによる方法
コンクリート内部が一定の温湿度環境で保たれている
場合、同位置におけるコンクリート内部の相対湿度とコンクリートの含水状態が平衡状態になる性質を用いて、含水状態を把握することができる。コンクリート内部の相対湿度と平衡状態における含水率の関係は、平衡含水率曲線または水蒸気吸着等温線等と呼ばれ、水蒸気の吸着過程と脱着過程で異なる曲線を描くため、現在どちらの過程にあるのか注意する必要がある。

RC 造構造物において、図-6 に示すようにコンクリー

図-5 電気抵抗と含水率の関係（一例）文献 7 の図を編集

ト表面から振動ドリルで削孔した小孔内に、湿度セン49

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図-6

湿度センサーの設置イメージ
図-8 相対湿度の変動（測定期間：2013 年 10 月～ 2014 年 6 月）

2．4 その他の方法
その他の方法として、水分の存在により色が変化する
乾燥度試験紙 16）や、中性子線 17）や X 線 18）を試験体に照射し、得られた透過画像により水分の存在を確認する方法等が提案されている。
① 乾燥度試験紙による方法 16）
調湿剤として使用される青色シリカゲルと同様に塩化コバルトを含有した変色紙（塩化コバルト紙）を用いる方法である。この変色紙は、水分を含んでいない時は青色を示し、水分を含むと徐々に赤色に変化していく。湯浅らは、変色紙をコンクリート表面に貼り付けて 10 分後の色を 10 段階に評価することで、コンクリート表面から約 0.5 cm までの含水状態（コンクリート表面からの図-7 相対湿度と質量含水率の関係 15）

水分蒸発速度）を評価できるとしている。
② 中性子線による方法
中性子線を被写体（試験体）に透過することにより、また、著者は、東京都内の RC 造構造物の外壁部にお被写体の透過画像（中性子ラジオグラフィ）を得ることいて、コンクリートの表面から 10 mm と 40 mm の位置ができる。中性子線を用いた技術は、硬化コンクリートに湿度センサーを埋設し、コンクリート内部の相対湿度内部の欠陥探傷技術、硬化コンクリート内部鉄筋にかかの変動を約 1 年間測定した（測定期間：2013 年 10 月～

る応力測定、フレッシュコンクリートの単位水量測定、2014 年 6 月）。図-8 に示すように、表面から 10 mm の水分浸透状況の可視化等に応用されている 17）。また、

位置では、外部環境により短期間での変動が大きくなる。

舟川らは、セメントペースト試験体において、含水時と一方で、表面から 40 mm の位置では、長期間での変動乾燥時の透過画像の差分解析や検出された中性子強度とはあるものの、短期間での変動は小さく、外部環境の変含水率の関係を予め把握することにより、試験体中の水化による影響は受けにくいことが分かる。

分を定量評価している 19）。

50

GBRC Vol.47 No.4 2022.10③ X 線による方法【測定方法の一例】

密度差により透過量が変化する X 線を試験体に照射し、① 直径 100 mm、長さ 200 mm のコンクリート円柱試

X 線画像（X 線 CT（computed tomography））を得るこ

験体を 9 体（浸せき期間 3 水準、各 3 体）作製する。とにより、硬化コンクリートの内部構造を二次元的また② 試験の目的に応じた養生を行ったのち、試験体の型は三次元的に可視化する目的で用いられる。微細構造を枠底面側の端面から約 25 mm までの部分を切断する。

非破壊的に可視化する方法、硫酸塩などによる化学20）

的侵食の状況を可視化する技術

等に応用された例が21）ある。水分測定の観点では、含水状態の影響により異な③ 切断後の試験体を 20 ℃かつ 60 %RH の環境で 91 日間、または 40 ℃かつ 30 %RH の環境で 28 日間の乾燥を行い、質量を一定とする。

るコンクリートの密度差から得られる透過像の差分解析④ 乾燥後の試験体の側面をエポキシ樹脂またはアルミにより、コンクリート中への水分の浸透状況を連続的にニウム箔テープ等でシールしたのち、切断面を下に可視化する目的で利用されている

して、試験体の下部から 10 mm の位置まで漬かるよ。

例えば、18）, 22）

うに水中に浸せきする。

3．コンクリート中への水分浸透に関する試験方法
3．1 JSCE-G 582「短期の雨掛かりを受けるコンクリート中の水分浸透速度係数試験方法（案）」による方法⑤ 既定の水中浸せき期間（5 時間、24 時間、48 時間）

降雨等に伴うコンクリート内部への水分の浸透は、浸せき面から着色が生じた深さ（水分浸透深さ）を測RC 造構造物の鉄筋腐食に影響を及ぼす。土木学会では、2017 年制定のコンクリート標準示方書（設計編） に23）が経過したのち、試験体を引き上げ、軸方向に割裂する。
⑥ 割裂面に対し、水分により着色する現像剤を噴霧し、定する。
⑦ 水分浸透速度係数を式（2）により求める。

おいて、「中性化と水の浸透に伴う鋼材腐食に対する照査」が示された。この照査では、コンクリート内部への………………………（2）水分の浸透速度を表す水分浸透速度係数が必要となる。
示方書内では、水分浸透速度係数を計算式により算出す

ここに、 A ：水分浸透速度係数（mm/）

るか、適切な試験により定めることとされていたものの、：データ数（3 体）制定当時は同学会による試験方法が示されていなかった。

： 番目のデータの浸せき時間の平方根

水分浸透速度を評価する試験方法として、国外では、

BS EN 12390-8 、DIN 1048
24）

および ASTM C 1585

25）

26）

（）

：浸せき時間の平方根の平均値（）

等が制定されていたが、いずれも自然環境下における水： 番目のデータの水分浸透深さ（mm）

分の浸透を評価しているとは言えない。BS EN 12390：水分浸透深さの平均値（mm）

および DIN 1048 では、コンクリート中に水分を加圧（ 番目のデータは 3 体の平均値でない個々の試して浸透させたのち、割裂面において水分の浸透深さを験体の値を示す）測定する。また、ASTM C 1585 では、水分の浸透深さではなく、吸水による質量増加を測定する。
このような背景のもと、降雨などの常圧環境下における長時間の水分供給を想定した方法として、円柱試験体の端面の水中浸せきによる水分浸透深さから水分浸透速度係数を求める試験方法（JSCE-G 582：2018）4）が提案された。本測定方法の一例を示す。また、試験体の水中浸せきのイメージを図-9 に、試験終了後の試験体を写真-2 に示す。

図-9 試験体の水中浸せきイメージ

51

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図-10

中性子ラジオグラフィによる円柱型骨材周囲への水分浸透状況の可視化 27）

写真-2

割裂面に現像剤を噴霧した試験体の一例（写真上部に浸せき時間と水分浸透深さの測定値を示す）

3．2 中性子線および X 線による方法

図-11

中性子ラジオグラフィによるひび割れ部における水分浸透状況の可視化 28）

験体における水分の浸透状況を観察し、両方法を比較し中性子線や X 線を用いることで、試験体に各放射線をている。その結果、水素原子とモルタル中のカルシウム照射し、非破壊で内部への水分の浸透状況を可視化する原子およびけい素原子の減衰という観点から、中性子線ことができる。以下に、中性子線および X 線を用いた水は X 線と比べて水分の浸透をより明瞭に把握できると報分の浸透に関する分析例を紹介する。

告している。一方で、国内では中性子源装置が利用可能

兼松らは、中性子ラジオグラフィにより、円筒形の骨材を内在したモルタル試験体（100 × 100 × 20 mm）のな機関は限られているが、X 線 CT 装置は多くの機関で導入できるというメリットがある。

端面（下面）からの水を浸透させた状況を観察した（図-10）27）。下面から骨材周囲を回り込むように水分が徐々4．おわりにに浸透していく状況を観察できる。また、質量法による本稿では、コンクリート中の水分に関連し、規格化さ含水率測定やセンサーによる測定では困難であったひびれた試験方法に加え、研究等で使用されている方法の一割れ部における経時的な水分の浸透現象を中性子ラジオ部を紹介した。これまで、RC 造構造物の耐久性評価にグラフィにより可視化されている（図‒11） 。

おいて、圧縮強度や中性化深さの測定と比較すると、含28）

X 線 CT による分析例として、近年、コンクリート中水状態の重要度は低かった。一方で、RC 造構造物の長への水分の浸透速度が Lucas-Washburn の式に従うか寿命化が望まれる今日、中性化後の鉄筋腐食リスクを適否かの検証が行われている。Lucas-Washburn

切に判断するため、コンクリートの含水状態や内部へのの式とは、円管内の液状水の浸透距離（L）は、時間の水分浸透を把握することが求められる。今後は、今回紹平方根（√ t）に比例するという式であり、コンクリート介した試験方法を適切に活用していく必要がある。

例えば、22）。R. Kiran らは、現在、日本非破壊検査協会内に設置された「コンクX 線 CT を用いて、骨材種類、混和材の有無、浸透環境リートの含水率に関する試験方法研究委員会」（委員長の温度および試験体の乾燥条件が水分浸透に及ぼす影響

日本大学 湯浅昇教授）では、共通試験を通して各種試験を観察し、いずれの条件においても、浸透距離と吸水時方法の比較データを蓄積し、その規格化が検討されてい間の平方根の間には非線形関係が観察され、吸水に停滞る。それにより、日本非破壊検査協会の NDIS 規格やが生じたこと

JIS 規格等として広く普及し、RC 造構造物の維持管理中への水分浸透にも適用されている

藤牧ら
5229）

を報告している。

22）

は、中性子線および X 線を用いて、同一試30）を目的に使用されることが期待されている。

GBRC Vol.47 No.4 2022.10【参考文献】

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3）木野瀬透，今本啓一，清原千鶴：実構造物の鉄筋腐食に影響を及ぼすひび割れ，中性化および含水率に関する実地調査， コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集，Vol.38，No.1，pp.1227-1232，2016

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20185）日本規格協会：JIS A 1476「建築材料の含水率測定方法」，
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ンクリートの含水状態と電気抵抗に関する検討，コンク
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11）https://www.kett.co.jp/products/hi-100 /（2022 年 9 月 4日参照）

12）https://www.kett.co.jp/products/hi-520-2 /（2022 年 9 月4 日参照）
13）https://www.fts-web.jp/product/?id= 1603248135247540（2022 年 9 月 4 日参照）
14）https://www.screeningeagle.com/en/products/resipod（2022 年 9 月 4 日参照）
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メ カ ニ ズ ム と そ の 学術的価値，GBRC，Vol.41，No.1，pp.25-32，2016.1

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論文集，Vol.29，No.1，pp.981-986，200729）中村兆治，酒井雄也，岸利治：若材齢モルタル硬化体への液状水侵入挙動に関する基礎的研究，第 66 回セメント技術大会講演要旨，pp.104-105，2012.5
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工学年次論文集，Vol.42，No.1，pp.1648-1653，2020【執筆者】

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Moisture movement in cement-based repair systems
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2017

*1

木野瀬 透（KINOSE Toru）

18）日本コンクリート工学会：「中性子線を用いたコンクリー

トの検査・診断」に関するシンポジウム 委員会報告集，

2021

53