土木技術資料 56-12(2014)

土研センター

アルカリシリカ反応と輪荷重疲労で複合劣化した床版の疲労耐久性
五島孝行・大田孝二・岸良竜・ 大野晃・前島拓・久保善司

により加速することが1．はじめに1
昭和30年代から40年代に建設された日本の鋼橋
床版には数多くの損傷や抜け落ち事故が生じ、大きな問題となった。その原因として、設計床版厚が薄いこと、配筋量の不足とともに、過積載のトラック荷重や当時導入されたポンプ打設などのいくつか要因が指摘されている。その対策として 昭和50年代以降、床版厚さを増し、配筋量の追加を行うなどの設計対応を繰り返した結果、最近の新設床版における損傷事例は極めて少なくなった。
一方、地方の橋梁では、さほど大きな荷重が頻繁に通過する条件ではない橋梁で、床版の損傷程度が軽微、あるいは簡易な補修を施した状態での供用を継続し、建設後40年を超えて供用されている床版も存在する。このような床版の場合、その供用期間の長さから、輪荷重の疲労に加え、塩害や凍害等によるコンクリートの材料劣化を受けた床版も多く
1),2) 、 ま た 、 ア ル カ リ シ リ カ 反 応 （ 以 下 ASRと 記す）を呈する床版の損傷事例も報告 3)されるようになってきている。ここではRC床版の複合劣化の一例として、ASRと輪荷重による疲労を取り上げ、反応性骨材を用いた床版試験体に対する輪荷重移動載荷実験について紹介する。

確認されており、凍結防 止 剤 散 布 が ASR 被 害を促進させているとされている。内部からの膨張はコンクリート表面にひび割れを生じさせ、特に部材厚さの大きな構造物のひび割れ

写真-1

が注目を浴びることが多 い 。 写 真 -1 に 橋 脚 の橋脚のASR損傷の例（オリエンタル白石、角本氏撮影）損傷例を示す。
2.2 道路橋床版のASR損傷

2)

比較的厚さが薄い道路橋のRC床版にASRが生じ、さらに輪荷重が作用した場合、どのような損傷形態となるのかを紹介する。
調査した床版は、別途行われた調査でASRでの損傷であることが確かめられている、建設後47年を経過した道路橋床版である。損傷床版のアスファ
ルト舗装をはぎ取ると、写真-2のように床版上面のかぶりコンクリートが土砂化し、上側鉄筋が露出しているのが広い部分で観察できた。床版の下面は鋼板接着工

2．ASRを呈する床版の損傷例

法で補強されている

2.1 ASRコンクリートの特徴

こともあり、水が抜

ASRはセメント内のアルカリ（NaやK）分と骨け難い構造となって材中の反応性分が水の存在で化学反応を起こし、コおり、床版内部へのンクリートに有害な膨張現象を生じる現象である。

雨水の滞水や凍結防最近では、使用する骨材が反応性か否かを確かめる止剤によるアルカリことでASRの発生を未然に防ぐことができるが、がASRを促進した可能性が考えられる。

写真-2

床版上側主筋の露出状況

40年も前にはその手法はまだ確立しておらず 、そこの床版からコアを採取してひび割れの様子をれどころか、日本にはそのような反応性骨材は無い調査したのが写真-3である。下端の青い線は鋼板接とさえ言われていた。この膨張現象は非常にゆっく着用のエポキシ樹脂である。ひび割れは水平方向にりと生じることもあって、ASRはコンクリート劣卓越しており、とくに下側の鉄筋位置付近に比較的化におけるもっとも扱いにくい現象の1つとなって大きなひび割れが観察できる。

いる。ASRは水分や凍結防止剤（NaCl等の塩類）コアを採取して行った床版コンクリートの調査によれば、ほとんどのコアは水平方向のひび割れ

Study on road-bridge slab affected by wheel load fatigue andalkali-silica reactionのためにコア採取ができず、採取した6体のコアの－ 60 －

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うち唯一、高さ/直径の比が2.0以上を満たしたコア

う残存膨張量試験において残存膨張性の判断基準の圧縮強度は 16.5MPa(ヤング係数は 2.3GPa)であとされる0.4％(4,000μ)に比べても大きな膨張量をり、設計示した。

基準強度

3.3 床版試験体の製作のための予備試験(合成桁で予備試験は、輪荷重移動載荷試験で採用する床版あるため試験体の条件や方法を設定するために行うもので、28MPa

ASR反応を促進させるために添加するNaClが鉄筋と考えらの腐食に影響を及ぼすか否か、膨張量の測定はどのれる)を大ような方法が適しているか、さらに、移動載荷試験

きく下回

写真-3

で使用する実物大のRC床版の養生方法を確立する

コアのひび割れ状況り、極めて劣化していることが判明した。

ため、NaClの添加の有無、養生方法を変えて試験を行った。

3．ASR床版の輪荷重移動載荷試験

供試体は、無筋の円柱供試体(φ100×200mm)を6

3.1 試験の目的
輪荷重移動載荷試験は、ASR の促進期間を変え、異なる劣化状態を再現した床版試験体に輪荷重を走行させ、ASR が RC 床版の耐疲労性に与える影響を確認することを目的とする。
輪荷重移動載荷試験の床版試験体製作に先がけ、使用する反応性粗骨材が実際に膨張するか否かの確認と、粗骨材を用いてコンクリートとして使用する場合の膨張性を確認した。さらに ASR を促進させるために必要となる養生方法などの条件を確認するための予備試験を実施した。以下に概要を記述する。
3.2 反応性骨材の膨張性確認試験
本試験では、入手した反応性粗骨材について、反応性とコンクリートに使用する場合の膨張 性を確認した。
反応性の確認は一般的には、JISA1145化学法とJISA1146モルタルバー法が使われるが、今回は化学法に準じた試験を採用した。溶解シリカ量とアル カ リ 濃 度 の 比 較に よ り、「 無 害 で な い 」判 定 となった。
コンクリートに使用する場合の 膨張性の確認は、φ100×200mmの円柱供試体を3本製作し、約1日間蒸気養生した後、デンマーク法による ASR促進膨張試験を3ヶ月間実施した。
コンクリートの配合は水セメント比 60％とし、ASR 膨 張 を 早 期 に 生 じ さ せ る た め 、 ア ル カ リ（NaCl）をNa2O換算で10kg/m 3添加した。
また、デンマーク法は、温度50℃、飽和NaCl溶液への浸漬で行った。
デ ン マ ー ク 法 に よ る 3ヶ月 の 膨 張 量 試 験 結 果 は0.6％（6,000μ）に達し、通常、デンマーク法で行体（NaCl添加3体，無添加3体）、鉄筋を配置した角柱供試体(100×100×400mm)を12体（NaCl添加＋浸漬：3体，無添加＋浸漬：3体，NaCl添加＋湛水：3体，無添加＋湛水： 3体）製作し、コンクリートの配合は、水セメント比65％とし、ASRを促進させるためのNaClの添加は3.1と同様にNa2O換算で10kg/m3とした。ここで、浸漬とは供試体をNaCl水溶液中に沈めるもので、湛水とは供試体上面にNaCl水溶液を湛えるものである。
NaCl添加の有無や浸漬と湛水の場合に関わらず、全てのケースで鉄筋の表面に錆は認められたが、鋼材腐食減量率はいずれの条件においても1%未満であり、RC部材の疲労耐荷力に影響を及ぼすレベルには達していないことを確認した。
促進養生方法については、環境試験装置内で移動載荷試験で使用する実物大のRC床版を全面浸漬することは作業上の制約を受け困難であることから、床版上面に湛水する方法でも ASR促進が可能であるか否かを判断するために、角柱供試体において浸漬と湛水の2種類について試験を行った。浸漬供試体と湛水供試体のひずみ量を比べた結果、浸漬供試体の1供試体で湛水供試体の最大ひずみ量の1.3倍となった他は、全体的には同じようなひずみ量を示すことを確認した。
この予備試験の結果から、実際の輪荷重移動載荷試験では、次の条件を採用することに決定した。
① ASR促進にはNaClを添加する。
② 促進養生には湛水養生を採用する。
3.4 床版試験体の製作と載荷輪荷重移動載荷試験の試験体（2.0×3.0×0.16m厚さ）は、同じ反応性粗骨材を使用し、水セメント比－ 61 －

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65％のコンクリートにNa2O換算で10kg/m3のNaClに87日浸漬養生した後、床版Ⅱと同様のASR促進を加えて図-1に示す3体を製作した。

養生を59日間行い、加速期相当となった。床版Ⅱ主鉄筋（D16）は下側150mm、上側300mmピッと床版Ⅲは、養生期間中、各試験体の目標とする劣チで配置し、配力鉄筋（D13）は下側125mm、上化状態になるまでひび割れ観察を行うとともに、配側250mmピッチで配置した。ひずみゲージ（図-1

力鉄筋配置(x)方向、主鉄筋配置(y)方向、版に対し参照）は、主鉄筋計測用（○）を床版支間中央部と垂直方向(z)のひずみを測定した。

端部の3か所、配力鉄筋計測用（×）を床版支間中が固定されており、試験体を載せた台車走行のタイ

3000
2900

150 250

プで、輪の移動距離は2mである。前述の促進養生
ずれ止め

水張り枠を行った3試験体を用いて輪荷重移動載荷試験を実施 し た 。 図 -1

輪荷重軌道

図-1

各床版試験体1602200（凡例）に示すように

1500

400

2000
18002000

弾性支持

載荷試験機は写真-4に示すように、載荷の輪荷重は 床 版 支 間縦桁（単純支持）1,800mm を 受

主鉄筋用ひずみゲージ
配力鉄筋用ひずみゲージ
コンクリート用ひずみゲージ

ずれ止め

桁2辺で支持210されており、短辺は形鋼を床版試験体形状及び支持条件央部と端部の4か所に配置した。コンクリート計測用いて弾性支用埋め込み型ひずみゲージ（□）は床版支間中央部持としている。と端部の2か所に配置した。

図の水張り枠とは、床版Ⅲで湛水した部分である。とし、走行回数が10万回、20万回、25万回に達し床版試験体の実験条件

供試体

劣化状態

床版Ⅰ

輪荷重移動試験機（台車走行型）

床版荷重はT 荷重の1輪を想定して98kNを基準3体の実験条件を表-1 に示す。
表-1

写真-4

た際に載荷荷重を29.4kNずつ増加させ、等価繰り

床版上面の水張り有無

返し走行回数で床版の疲労耐久性を評価した。ひず健全相当

無

みやたわみ、ひび割れの計測では、目標回数を載荷

床版Ⅱ

進展期相当

無した後、基本荷重（98kN）を載荷して計測した。

床版Ⅲ

加速期相当

有

本実験では、ASRが耐疲労性に与える影響を確認するため、各試験体の劣化状態を変化させた。こ4．試験結果4.1 ASR促進結果
図-2の定義については、土木学会コンクリート標準示方

よ り 、6000

書維持管理編のASRの章を参考に、進展期相当は、

ASR 促

5000

RC床版上面にひび割れが発生した時点、加速期相進期間中

4000

当は、進展期よりもRC床版上面のひび割れが進展の床版中し、ひび割れの幅が大きくなる時点と定め、各試験心部のコ体がその状態になるまで次に示す養生を行った。

ンクリー

1000

床版Ⅰは、4週間の湿布養生のみで健全相当の状トのひず0態とした。床版Ⅱは4週間の湿布養生後、41日間のみ量は、ASR促進養生（室温50℃、80％の湿度、上面に飽床版を問和NaCl水溶液を湛水）を行い、進展期相当の状態

わず 配力鉄筋配置(x)方向と主鉄筋配置(y)方向ではとなった。床版Ⅲは9日間の湿布養生の後、アルカ同じような増加傾向を示す一方で、版に対し垂直リイオンの濃度拡散および鉄筋腐食を防ぎつつ(z)方向のひずみは、明らかに増加する傾向を示し、ASRを緩やかに進行させるために 5％NaCl水溶液

促進期間の長い床版Ⅲでは 4750μまで達し、床版－ 62 －ひずみ量(μ)

こでは、各劣化状態を示す進展期相当、加速期相当

床版Ⅱ-x

床版Ⅱ-y

床版Ⅱ-z

床版Ⅲ-x

床版Ⅲ-y

床版Ⅲ-z

3000
2000

050

図-2100
材齢(日)150200

コンクリートひずみ

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Ⅱに比べ 2000μほど大きい結果となった。これはまた、ASR 促進を実施した床版で比較すると、ASR によるコンクリートの膨張が鉄筋による拘束床版Ⅲでは、等価繰返し走行回数が床版Ⅱの 25%を受けにくい z 方向に進展したためと考えられる。

程度で疲労破壊に至っている。これはこれまでの研なお、輪荷重移動載荷試験後に輪荷重の影響が少な

究成果で報告されている水の影響を受ける場合は水いと考えられる範囲の床版から採取したコアの観察のない場合に比べ等価繰返し走行回数が 1%以下にでは、コンクリートの膨張により水平ひび割れが発なる 5)のに比較して大きいものとなっており、ASR生していることを確認した。の膨張により導入されたケミカルプレストレスが耐4.2 輪荷重移動載荷試験結果

疲労性を向上させた結果であると推察される。

活荷重たわみと等価繰返し走行回数の関係を図-35．まとめに示す。各床版の疲労限界状態に至った等価繰返し
走行回数は、98kN換算で床版Ⅰが700万回、床版Ⅱが9,000万回、床版Ⅲが2,300万回であった。健

本研究ではつぎの成果を得ることができた。
(1)

方向に卓越していることが分かった。ASR が生全相当の床版Ⅰよりも、ASR促進養生を行った床

じた RC 床版では、床版厚さ方向の膨張が水平方版（Ⅱ，Ⅲ）の方が疲労破壊に至る走行回数は大幅向のひび割れに寄与していることを確認した。に増加していることから、床版Ⅱと床版Ⅲは健全相

(2)

当の床版
2.5

耐疲労性が向上していることが分かる。
走行回

活荷重たわみ(mm)Ⅰよりもの作用が鉄筋により拘束されたことによりケミカ

床版Ⅱ

ルプレストレスが導入され、RC 床版の耐疲労性床版Ⅲが向上した。

1.5

今後は、実床版に生じている ASR 損傷を参考
1に、輪荷重による疲労と ASR の進行過程の関係

0.5についても調査を行いながら、切り出し床版を利用するなどして、実床版の損傷度の評価が行える数の増加

01.E+00に伴う各床版の活本 実験 では 、 ASR 促 進 時に おい てコ ンク

リートが急激に膨張し、床版の x、y 方向にはそ

床版Ⅰ2

ASR による膨張は、平面方向に比べ床版厚さ1.E+02

1.E+04

1.E+06

ように研究を重ねて行きたい。

1.E+08等価繰返し走行回数
図-3

活荷重たわみ-等価繰返し走行回数

荷重たわ
みは、床版Ⅰでは徐々に増加していくのに対し、促

参考文献
1)
2)

進養生を行った床版（Ⅱ，Ⅲ）では、いずれも増加量は小さい傾向を示した。これは、ASR によるコ

3)

ンクリートの膨張を鉄筋が拘束し、ケミカルプレス
トレス 4)が導入されたため、活荷重たわみの増加を4)抑制したものと考えられ、床版Ⅱと床版Ⅲの活荷重たわみの推移が同程度である理由もこれによると解5)釈される。
五島孝行(一財)土木研究セン
ター企画・審査部
次長
Takayuki GOTO

大田孝二

( 一 財 )土木研 究センター企画・審査部長、工博Dr Kouji OHTA

岸良竜

日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会： 融 雪 剤 に よ る コ ン ク
リート構造物の劣化研究委員会報告書、1999
橘吉宏：鉄筋コンクリート床版の損傷と調査、橋梁と基礎、2014.5
五島孝行、大田孝二、柴田辰正、伊戸康清、島田守：アルカリシリカ反応で損傷した道路橋床版の調査、土木学会第68回年次学術講演会講演集、2013
小林和夫：アルカリ骨材反応を生じた部材や構造物の耐荷重性能―はり部材―、コンクリート工学、
Vol.24、No.11、pp.70～78、1986大田孝二：道路橋RC床版の設計と損傷、橋梁と基礎、
2013.11

大野

太平洋セメント㈱中央研究所 第2研究部
Ryo KISHIRA

晃

住友大阪セメント㈱セメント・コン
クリート研究所
Akira OHNO

－ 63 －

前島拓

日本大学大学院工学研究科 博士後期課
程TakuyaMAESHIMA

久保善司

金沢大学理工学域
環境デザイン学類
准教授、工博Dr Zenji KUBO