報 文

冬期におけるシラン系表面含浸材の最適な施工方法に関する研究
A Study on Optimum Construction Method of Silane-type Surface
Penetrants in Winter
遠藤裕丈

島多昭典

ENDOH Hirotake and SHIMATA Akinori

シラン系表面含浸材は、コンクリート表層を疎水化し、コンクリート内部への水や塩化物イオンの侵入を抑えるための浸透性の保護材料である。国土交通省北海道開発局が管理する道路橋では、コンクリート部材の劣化対策として広く使用されている。出水期の作業回避や工期の制約等により、シラン系表面含浸材の塗布を冬期に行う場合、コンクリート表面は温度が低く、川霧や結露で濡れやすいことから、シラン系表面含浸材の塗布に先立ち、コンクリート表層を十分乾燥させる必要がある。そこで、冬期においても、シラン系表面含浸材を確実に表層へ含浸させる施工技術の確立を目指し、11～1月に道路橋のコンクリート主桁下面において塗布実験を行った。その結果、表層を乾燥させるための塗布前の加温に加えて、塗布後においても、温度低下による湿度上昇を抑えるため、加温を続けることが大切である知見を得た。
《キーワード：コンクリート；シラン系表面含浸材；冬期施工；加温；水分計》
The silane-type surface penetrants consist of permeable protective material that makes theconcrete surface course water repellant and impedes penetration of water and chloride ions into
the concrete. They are widely used for road bridges managed by the Hokkaido Regional
Development Bureau, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism as a measureagainst the deterioration of concrete members. In cold regions, silane-type surface penetrants are
sometimes applied in winter to avoid work during the flood season and due to restrictions on theconstruction period. Since the temperature of the concrete surfaces is low in winter and they areeasily wetted by river fog and dew condensation, it is necessary to sufficiently dry the concretesurface course before applying the silane-type surface penetrants. Therefore, with the aim ofestablishing a construction technique to reliably impregnate the surface layer with silane-typesurface penetrants even in winter, coating experiments were conducted on the underside of theconcrete main girders of road bridges between November and January during the winter. As aresult, it was found that it was important to keep heating the concrete surface course after theapplication of the silane-type surface penetrants to control the increase in humidity due to the dropin temperature even after the application, in addition to heating before application to dry thesurface course.
《Keywords：Concrete；Silane-type Surface Penetrants；Winter Construction；Heating；Moisture
Tester》

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寒地土木研究所月報№826

2022年１月

１．はじめに
シラン系表面含浸材は、図－1に示すように、コンクリートの表面ならびに表層を疎水化させることで、コンクリート内部への水や塩化物イオンの侵入を抑える浸透性の保護材料である。国土交通省北海道開発局が管理する道路橋では、主に凍結防止剤散布路線において、コンクリート部材の劣化対策として広く使用されている。シラン系表面含浸材の特徴に関しては、主に下記が挙げられる。
（1） 施工が簡便で、市販されている補修材料の中では比較的安価である。
（2） 外観が大きく変化しないため、塗布後もコンクリート表面の目視点検が可能である。
（3） コンクリート表面や空隙壁面に疎水性のアルキル基が固着する仕組みとなっており、水滴は通さないものの、空隙は充填されないために水蒸気透過性は確保されることから、コンクリート内部に蓄積される水分の大気中への蒸発逸散が可能で、水分蓄積に起因する劣化の抑制が期待できる。
（4） アルキル基は炭素を含む有機のため紫外線の影響を受けやすく、一般に表面の撥水性は数年で消失するものの、シラン系表面含浸材が含浸

図－1

シラン系表面含浸材によるコンクリートの改質概念

写真－1

冬期における道路橋地覆コンクリートでのシラン系表面含浸材の塗布の様子の一例

し、疎水化された表層（吸水防止層）は紫外線が作用しないため、吸水抑制効果は持続しやすい。
（5） 塗布したシラン系表面含浸材はコンクリートと一体化するため、部材改修時に発生する産業廃棄物の量が少ない。
シラン系表面含浸材は常温下での塗布が望ましいものの、出水期の作業回避など工期の制約により、シラン系表面含浸材の塗布を冬期に行うことがある（写真－1）。冬期のコンクリート表面は温度が低く、川霧や結露で濡れやすい。シラン系表面含浸材は、主成分であるシランモノマーやオリゴマーが含浸しながら加水分解を起こし、主成分を構成するアルキル基がコンクリートの表面や空隙壁面の水酸基と化学的に結合することで吸水防止層を形成する1）ことから、コンクリートに水分が多く含まれていると、図－2に示すように、塗布後、早期に加水分解が発生して表面近傍の空隙に大半の主成分が固着し、主成分が深く含浸せず、そこで、冬期にシラン系表面含浸材を塗布する場合

十分な厚さの吸水防止層が形成されにくくなる。このでも吸水防止層を確実に形成させる施工技術の確立をため、冬期は水分を減少させるため、コンクリート表目指し、冬期の11～1月に道路橋のコンクリート主桁面を十分乾燥させる必要がある。

下面において、シラン系表面含浸材を適切に含浸させ

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図－2

湿潤したコンクリートへシラン系表面含浸材を塗布した場合の懸念

図－3

実験場所（文献2）を加工して作成）

写真－2

実験時の瑞石橋の周辺風景（木古内方面を撮影）

写真－3

コンクリート主桁下面での囲いの設置ならびに熱風式ヒーターによる加温の様子

２．２

加温方法

写真－3はコンクリート主桁下面での加温の様子を示している。現場では、単管の足場とビニールを使用して、実験対象としているコンクリート主桁下面の長られる乾燥状態に調整するための最適な加温方法につさ3.64m、幅0.91m、高さ1.44mの空間を囲うとともいて検討を行った。に、囲いの内部にビニールダクトを配置して、熱出力が35kW、吐出口がφ455mm、熱風吐出量が45～２．実験概要52m3/分、暖房適応面積が167～200m2の熱風式ヒーターを使用して加温を行った。加温のタイミングは実験

２．１

現場

塗布実験は、一般国道228号北斗市瑞石橋のコンク内容によって変えており、詳細は３．および４．に後述する。

リート主桁下面において、冬期に行った。図－3に瑞石橋の位置を示す。瑞石橋は、三ッ石川に架かる片側

２．３

コンクリートの含水状態の測定方法

1車線、橋長7mのPC橋で、津軽海峡に面している加温によるコンクリート主桁下面の含水状態の変化（写真－2）。河川敷からコンクリート主桁下面までについては、図－4に示す2種類の水分計を使用して調の高さは約2mである。

べた。

14

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写真－4

コンクリート主桁下面での塗布の様子

表－2

実験で使用したシラン系表面含浸材

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電気抵抗式4）

図－4の右に示す水分計は、コンクリート表面近傍の含水状態の把握を目的に開発された電気抵抗式の水
図－4

実験で使用した水分計分計である。水分計には、長さ20mm、幅5mmの導電（左は高周波容量式、右は電気抵抗式）ゴム製の電極が10mm間隔で2本配置されている。電極がゴム製のため、少々凹凸のあるコンクリート表面

表－1

電気抵抗式水分計で計測されるカウント値とコンクリート表面の含水状態の関係4）にも密着しやすい特徴を有している。コンクリート表面に電極を押し当てて電流を流し、電極間の電気抵抗が水分によって変化する原理を利用して、コンクリー

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値と記す）が表示される機能が備えられている。既報

ト表面付近の含水状態を評価する仕組みになっている。
この水分計には乾燥状態のときに最小40、湿潤状態にはカウント値とコンクリート表面の含水状態の関係として、表－1が示されている4）。
２．３．１3）高周波容量式

図－4の左に示す水分計は、従前より広く使用されて２．４シラン系表面含浸材いる高周波容量式の水分計である。この水分計には、

写真－4にコンクリート主桁下面でのシラン系表面含長さ50mm、幅5mmの金属製の電極が35mm間隔で2浸材の塗布の様子、表－2に実験で使用したシラン系本配置されている。コンクリート表面に電極を押し当表面含浸材を示す。ここでは、北海道開発局道路設計て、20MHzの高周波電流を流し、水分が多いほど誘要領第3集第2編参考資料Bに示されている選定目安5）

電率が大きくなる原理を利用し、誘電率の変化から深を満たす2製品（以下、材料A、材料Bと記す）を使用さ0～40mm範囲の含水率を0～12％の範囲で推定するした。いずれの製品も、主成分はアルキルアルコキシ仕組みになっている。

シランである。なお、塗布量は統一せず、製造会社が

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2022年１月 15ᐇ㦂ᮇ㛫䠖㻞᪥㛫↓ຍ 47᫬㛫䠄ᅖ䛔䛺䛧䠅㻜㼔㻙㼏㻙㻜㼔

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吸水防止層の形成状況の確認の様子᫬㛫⤊஢䠄ᅖ䛔᧔ཤ䠅㛤ጞ䠄ᅖ䛔タ⨨䠅

指定する標準量とした。
２．５

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図－5

加温工程（シリーズⅠ）

吸水防止層の形成状況の確認写真－5に吸水防止層の形成状況の確認の様子を示なく、約45℃の状態が保持された。相対湿度は、囲いす。ここでは、塗布1～2ヶ月後にコンクリート主桁下設置直後は約40％であったが、その後の加温により、面からφ2cm×2cm程度のコアを採取し、その後、コ囲い内の相対湿度は約15％まで減少した。

アを割裂し、割裂面に水を噴霧して、撥水を呈した範次に、水分計で調べた、囲い内のコンクリート主桁囲をシラン系表面含浸材の含浸によって形成された吸下面の含水状態の推移について述べる。高周波容量式

水防止層と判断し、吸水防止層の厚さをノギスで測定

水分計で調べた結果では、加温開始以降、測定値はほした。

とんど変化しなかった。これに対して、電気抵抗式水分計で調べた結果では、加温を続けることによりカウ

３．塗布前に実施する加温効果の評価（シリーズⅠ）

ント値が経時的に減少しており、囲い内の相対湿度の変化と対応している。

３．１

実験概要

図－4で示したように、高周波容量式水分計は、評はじめに、シリーズⅠとして、シラン系表面含浸材

価対象が表面限定ではなく、深さ0～40mmの含水状を塗布する前に実施する加温の効果について評価を行態を評価している。加温による水分減少が最も大きいった。のはコンクリート表面近傍であり、評価対象が表面近図－5に加温工程を示す。実験は2019年11月に行っ

傍の電気抵抗式水分計は、加温による表面近傍の水分た。日中の外気温は約5℃である。写真－3で示したよ減少を良好に把握できている。これに対して、高周波

うに、コンクリート主桁下面に囲いを設置し、2日間、容量式水分計は表面近傍に加えて、表面から深さ40継続的に加温を行った。ここでは、加温開始から22、mmまでの範囲の水分状態も測定値に反映される。こ27、45、47時間後にシラン系表面含浸材を塗布した。のことから、表面近傍とは対照的に内部の水分状態の比較のため、囲い外の無加温のコンクリート主桁にお変化が小さかったために、測定値がほとんど変化しないても塗布を行った。実験記号は加温工程で表すことかったものと考えられる。とし、塗布前の加温時間、塗布を表す「c」（coating）、

図－7は塗布直前に高周波容量式水分計で測定した

そして、塗布後の加温時間を組み合わせた形とした。

含水率と、実験を終えて1～2ヶ月後にコア採取を行って測定した吸水防止層の厚さの関係を示している。含３．２

実験結果・考察

水率の測定値は、いずれのケースも4％前後に集中し

図－6に温度、湿度およびコンクリート表面の含水ていたものの、吸水防止層の厚さの測定値は0～6mm状態の推移を示す。囲い設置直後は1.7℃であった囲と広範に分布しており、明確な関係は示されなかっい内の温度は、加温開始から1時間後には約45℃までた。この理由として、高周波容量式水分計の測定値上昇し、それ以降は実験終了までの間、大きな変化もは、表面近傍に加えて、深さ40mmまでの水分状態も16

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2022年１月22h-c-25h 27h-c-20h 45h-c-2h 47h-c-0hሬᕸሬᕸሬᕸሬᕸ

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図－730

塗布直前における高周波容量式水分計の測定値と吸水防止層の厚さの関係（シリーズⅠ）

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温度、湿度、含水状態の推移（シリーズⅠ）඲䜿䞊䝇䛾⤖ᯝ䜢୍ᣓ䝥䝻䝑䝖

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図－8

塗布直前における電気抵抗式水分計の測定値と吸水防止層の厚さの関係（シリーズⅠ）

電気抵抗式水分計によるコンクリート表面の含水状態（表－1）の測定結果とは良く対応している。本実験の範囲では、主として表面近傍の含水状態を評価する
電気抵抗式水分計は、シラン系表面含浸材の塗布可否を判断する指標として有用と考えられる。
図－9は各ケースの吸水防止層の厚さを整理したものである。当初、塗布前の加温時間（●h-c-■hの反映されるため、表面近傍の水分状態のみを的確に評●）を長く設定し、コンクリート主桁下面の表面近傍価できなかったことが考えられる。

を十分乾燥させてから塗布した方が、シラン系表面含図－8に塗布直前に電気抵抗式水分計で測定したカ浸材は深く含浸し、厚い吸水防止層が形成されると予ウント値と、実験を終えて1～2ヶ月後にコア採取を行想していた。しかし、比較対象の無加温（0h-c-0h）って測定した吸水防止層の厚さの関係を示している。

を除くと、材料A、Bのいずれにおいても、塗布前のカウント値が約200の主桁下面に塗布した場合は材料加温時間が最も短い22h-c-25hが全ケースの中で吸水A、Bのいずれも、吸水防止層の厚さは0mmであっ防止層が最も厚く、また、塗布前の加温時間と吸水防た。一方、カウント値が約100～150の主桁下面に塗布止層の厚さは反比例するなど予想に反した実験結果とした場合は厚さ約2～6mmの吸水防止層が確認され、なった。

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2022年１月 17྾Ỉ㜵Ṇᒙ䛾ཌ䛥䠄mm䠅

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図－9

各ケースの吸水防止層の厚さ（シリーズⅠ）

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この理由を考察するため、囲い設置から囲い撤去まሬᕸᙜ᪥㻥㻦㻜㻜

図－10

加温工程（シリーズⅡ）での期間に着目した。囲い内では実験期間の2日間、常に加温を続けている。塗布前の加温時間が22、27、㇂಴䜙4)

45時間である22h-c-25h、27h-c-20h、45h-c-2hの3ケーけている。ここで、塗布後の加温時間（●h-c-■hの■）に着目したところ、塗布後の加温時間が長いケー
スほど、吸水防止層の厚さが大きい傾向が概ね見受けられた。このことから、塗布前の加温時間は、時間の長さを重視するより、適切に含水量を下げることを念頭に設定することが合理的かつ経済的と言える。
４．塗布後に実施する加温効果の評価（シリーズⅡ）
４．１

実験概要

シリーズⅠでは、コンクリート表面を乾燥させるた

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塗布前日から塗布当日までの電気抵抗式
水分計の測定値の推移（シリーズⅡ）

めの塗布前の加温はシラン系表面含浸材を含浸させる上で大切な工程であることと、電気抵抗式水分計は塗布可否を判断する上で有用である知見を得た。一方500を上回っていたが、加温を6時間行ったところ、約で、塗布前に加えて、塗布後の加温も吸水防止層の形150まで減少した。その後、塗布後の加温（以下、事成に大きな役割を果たすこともあわせて示された。こ後加温と記す）の効果をわかりやすく把握するため、の結果をふまえて、シリーズⅡとして、塗布後の加温塗布作業までの間、加温を停止した。塗布当日のコン効果に着目した評価を行った。

クリート主桁下面のカウント値は約100～150で、加温図－10に加温工程を示す。実験は2020年1月に行っ停止による大幅な数値の上昇は見受けられなかった。

た。日中の外気温は約5℃である。写真－3で示したよ

塗布後に実施する事後加温の時間は、0、2、16、20、

うに、コンクリート主桁下面に囲いを設置し、塗布前24時間の5ケースとした。実験記号はシリーズⅠと同日に加温を行った（以下、事前加温と記す）。ここで様に実験の流れで表現することとし、事前加温は全ケは、塗布前日から塗布当日までの間、コンクリートのース同じ内容であるため、塗布を表す「c」（coating）

含水状態の変化を把握するため、電気抵抗式水分計をと事後加温時間の2つを組み合わせた形とした。

使用して測定を行った。図－11に結果を示す。加温前のコンクリート主桁下面は結露状態で、カウント値は18

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塗布直前における電気抵抗式水分計の測定値と吸水防止層の厚さの関係（シリーズⅡ）

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図－14

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c-2h䚸c-16h䚸c-20h䚸c-24h䠄஦ᚋຍ ᐇ᪋䠅஦ᚋຍ 䛾ຠᯝ䛻䜘䜛 ᗘୖ᪼䛻క䛳䛶䚸䝁䞁䜽䝸䞊䝖⾲ᒙ䛾┦ᑐ‵ᗘ䛜పୗ䛧䚸ሬᕸᚋ䜒ᬻ䛟䛾㛫䛿⾲ᒙ✵㝽䛾஝⇱≧ែ䛜⥆䛟䛯䜑䚸ሬᕸ䛧䛯䝅䝷䞁⣔⾲㠃ྵᾐᮦ䛾ྵᾐ䛜㐍⾜䛩䜛シリーズⅡにおけるコンクリート主桁表層の空気状態の変化の概念が確認されたが（図－8）、シリーズⅡでは、事後加温を行わなかった材料Bのc-0hに関して、塗布直前のカウント値は約100であったものの、吸水防止層は確４．２

実験結果・考察認されなかった。

図－12に事後加温時間と吸水防止層の厚さの関係を塗布前日および当日における北斗市の最低気温は、示す。材料Aの場合、事後加温が0時間のケースは2

前日が1.3℃、当日が－0.3℃である。加温時の囲い内のmmであるのに対し、事後加温を16～24時間行ったケー温度は約45℃である。塗布前日の夜間に一旦、加温停

スは6～9mmで、厚さが3～4倍大きい結果となった。

止を停止したものの、囲いを撤去していないこともあ

材料Bについては、事後加温0時間に関しては、吸水り、囲い内の空気は乾いた状態が持続し、塗布時のコ防止層が確認されなかった。一方、実験記号c-20hをンクリート主桁下面のカウント値は約100で乾燥状態が除くと、事後加温を16～24時間行った主桁下面では約保持されていた（図－13、表－1）。c-0hは塗布後、6mmの吸水防止層が確認され、総じて評価すると、事後加温を行わずに囲いを撤去しているため、シラン事後加温の時間が長いほど、吸水防止層の厚さは大き系表面含浸材が十分に含浸していない段階から温度低くなると言える。

下が始まることになる。

図－13は塗布直前に電気抵抗式水分計で測定したカ

空気は、乾いた空気中に水蒸気が含まれる状態で存ウント値と、実験を終えて1～2ヶ月後にコア採取を行在しており、この状態は一般に湿り空気線図で表現さって測定した吸水防止層の厚さの関係を示している。

れる6）。図－14は湿り空気線図を概念的に示したもの

シリーズⅠの実験では、カウント値が約100～150の主である。絶対湿度が一定の場合、温度が低下すると相桁下面へ塗布したケースはいずれも吸水防止層の形成対湿度は高くなる。事後加温を行わなかったc-0hは、

寒地土木研究所月報№826

2022年１月 19塗布直後の囲い撤去により、シラン系表面含浸材が十（3） 塗布後に行う事後加温は吸水防止層の形成に大分含浸していない段階でコンクリート主桁下面が外気いに資するため、塗布後も半日～1日程度、加と接触し、コンクリート表層の相対湿度が冷却によっ温を続けることが望ましい。て上昇することで表層空隙の水蒸気が液体に変化し、今後は、コンクリート部材が高い湿度下にあるものシラン系表面含浸材の含浸が阻害されたことが考えらの、加温による乾燥が困難な夏期高温時における適切れる。また、主桁直下は河川であることから、水蒸気な塗布方法について検討する予定である。の供給による湿度上昇の影響も考えられる。
一方、事後加温を実施したc-2h、c-16h、c-20h、

謝辞：本研究を進めるにあたり、試験フィールドを提c-24hは、加温による温度上昇に伴ってコンクリート供いただきました国土交通省北海道開発局函館開発建表層の相対湿度が低下し、塗布後も暫くの間、表層空設部に対し、謝意を表します。

隙は乾燥状態が続くため、シラン系表面含浸材の含浸が進行したと考えられる。今回の実験では、事後加温

参考文献の時間が長いケースにおいて、吸水防止層の厚さが大きい傾向が示されている。すなわち、塗布後の温度保1） 土木学会：表面保護工法設計施工指針（案）［工持のための事後加温は、吸水防止層の形成に大いに資種別マニュアル編］，コンクリートライブラリー

すると言える。

119，p.149，2005.4
2） 国土地理院：地理院地図
3） 湯浅昇：旧JASS8における防水施工の目安「Kett５．まとめの水分計を用いて8％」物語2014，防水ジャーナ
本研究では、シラン系表面含浸材の塗布を冬期に行ル，No.507，pp.70-75，2014.2

う場合においても吸水防止層を確実に形成させるため

4） 谷倉泉，榎園正義，後藤昭彦：床版防水工におけの施工技術の確立を目指し、冬期の11～1月に道路橋

る水分計の適用性に関する研究，構造工学論文の主桁下面において、シラン系表面含浸材を適切に含集，Vol.59A，pp.1112-1123，2013.3

浸させるための最適な加温方法について検討を行っ

5） 北海道開発局道路設計要領，第3集橋梁，第2編コた。得られた結果をまとめると、下記のようになる。

ンクリート，参考資料B「道路橋での表面含浸材（1） 電気抵抗式水分計は、シラン系表面含浸材の塗の適用にあたっての留意事項」

布可否を判定・管理する指標として有用である。

6） 手塚俊一，藤田稔彦：湿り空気線図とその応用（2） 塗布前の加温時間は、時間の長さを重視するよ（1），空気調査・衛生工学，No.57，Vol.12，

り、適切に乾燥させることを念頭に設定するこ

pp.1239-1250，1983.12とが合理的かつ経済的である。

20

遠藤 裕丈
ENDOH Hirotake

島多 昭典
SHIMATA Akinori

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
主任研究員
博士（工学）

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
上席研究員
技術士
（建設）

寒地土木研究所月報№826

2022年１月