平成23年度

寒冷地山間コンクリート構造物のスケーリングとひび割れが複合した凍害の調査(独)土木研究所寒地土木研究所 耐寒材料チーム(独)土木研究所寒地土木研究所 耐寒材料チーム

○田畑
遠藤

浩太郎
裕丈

現在の凍害に対するコンクリートの耐久性照査は、ひび割れなど単一の凍害形態の進行を前提としている。しかし現実はスケーリングとひび割れといった２種類以上の劣化形態が同時に進行するケースが殆どであり、現場の実態に即した合理的な性能評価法の開発が急務となっている。本研究では、スケーリングとひび割れが複合化した凍害の現状を把握するために、山間部の道路橋を対象に目視によるスケーリングおよび超音波による凍害ひび割れの調査を実施した。その結果、周辺の環境条件によって劣化の進行に有意差が生じることを確認した。
キーワード：コンクリート、凍害、ひび割れ、スケーリング

1. はじめに

2. 調査概要

高度成長期に整備された社会資本ストックの老朽化に伴い、維持管理費及び更新費用は今後増加していくことが予想される。一方、厳しい財政状況から公共事業予算の縮減が行われており、少子高齢化による生産年齢人口の減少も影響して、社会基盤整備に対する投資余力の減少が懸念されている。このため、既存施設においてはライフサイクルコストの縮減を目的とした長寿命化の検討が必要となる。
我が国の社会基盤を成すコンクリート構造物の長寿命化は、特に重要な課題である。コンクリート構造物の長寿命化を図るためには、適切な維持管理と適切な補修が必要で、特に積雪寒冷地においては凍害や塩害に対する耐久性設計の充実が不可欠である。しかし、現在行われているコンクリート構造物の凍害劣化予測は、ひび割れやスケーリングなど単一の凍害形態の進行を前提としており、2種類以上の凍害劣化形態が同時に進行する実態に即していない。このため、凍害に起因する劣化形態が複合化した場合においてもコンクリートの耐久性等の機能を適切に評価出来る技術が求められている。
本研究では評価技術の確立を最終目標に位置づけ、その一環として、スケーリングとひび割れが複合化した凍害の現状を把握するために山間部の道路橋を対象に目視によるスケーリング評価および超音波による凍害ひび割れの調査を実施したので結果を報告する。

(1) 調査対象橋梁
図-1に凍害危険度マップ1）を、表-1に凍害危険度を示している。このマップは凍害発生の危険性を5段階評価で示したもので、外気温上の最低温度や凍結融解日数などの気象データを基に作成されている。凍結危険度は、数値が大きいほど凍害が発生する危険性が大きいことを表しており、凍結融解作用の厳しさの目安となる。

Kohtarouh TABATA, Hirotake Endoh

図-1 凍害危険度マップ 及び調査箇所

表-1 凍害危険度
凍害危険度

凍害の予想程度

5きわめて大きい

4大きい

3やや大きい2軽微

1ごく軽微今回の調査は凍害の現状把握が目的であることに鑑み、凍害の影響が大きいと考えられる凍害危険度4以上のエリアから調査対象の橋梁を選定した。架設後の経過年数や橋長、交通量などコンクリートの劣化に影響を与える可能性がある因子について、出来るだけ偏らないように選定した結果、凍害危険度5のエリア内に位置する一般
国道242号の34橋と、凍害危険度4のエリア内に位置する一般国道274号の25橋を調査対象とした。調査箇所は図1、調査対象橋梁の諸元は表-2の通りである。橋梁は、歩道の有無や幅員構成に多少の違いはあるが、全て2車線道路である。また、平成22年度道路交通センサスによる24時間自動車類交通量と大型車混入率をみると、一般
国道242号では24時間自動車類交通量がおよそ500台～8000台、大型車混入率はおよそ20％～30％、一般国道274号では24時間自動車類交通量がおよそ1200台～12000台、大型車混入率はおよそ20%～50%で、24時間自動車類交通量、大型車混入率ともに、一般国道274号は一般国道242号の1.5倍～2倍の値となった。また、冬期交通の安全確保を目的に散布される凍結防止材についても、一般国道274号は一般国道242号のおよそ7倍の散布量あるが、これは上記に示された交通量の差などを考慮した結果と思われる。
(2)現地調査概要
現地調査では、目視によるコンクリート劣化状況の評
価および超音波伝播速度試験を行った。
a)目視によるコンクリート劣化状況の評価
目視評価は、起点側および終点側の橋台前面部およびウイング部を対象に行った。評価は図-2に示すASTM-C672の基準2）に準じ、粗骨材の露出状況や剥離の程度を総合的に評価し、個々の評価対象箇所に0点から5点の評価点を付けた。
b)超音波伝播速度試験
既往の研究 3)を参考に、コンクリート表面近傍に存在する劣化層の厚さを非破壊で推定することが出来る表面走査法に準じた調査を行い、目視では確認出来ないコンクリート内部の劣化状態について調査を行った。写真-1に調査状況の一例を示す。

表-2 調査対象橋梁諸元
凍害
危険度

5点

路線名

橋梁

橋長(m)

架設
年度

所在地

一般国道242号

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435152154160607021192020133513511441902325191335
1435314225604014641311310206

S51
S42
S36
S34
S35
S52
S47
S47
S46
S46
S42
S42
S45
S42
S47
S40
S49
S31
S32
S47
S48
S53
S54
S49
S48
S34
S47
S37
S37
S39
S32
S44
H１
H11
H14

遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
遠軽町
北見市
北見市
北見市
北見市
北見市
置戸町
置戸町
置戸町
置戸町
置戸町
置戸町
陸別町
陸別町
陸別町
陸別町
陸別町
陸別町
陸別町
陸別町
足寄町
足寄町
足寄町
足寄町
足寄町
足寄町

劣化事例写真

0

凍害
危険度

4

路線名

橋梁

橋長(m)

架設
年度

所在地

一般国道274号

12345678910111213141516171819202122232425155
10348312821592785
188
121
130
206
135
160
141114
167
40
154
84
59
6264
58

Ｈ7
Ｓ33
Ｓ62
Ｓ63
Ｓ63
Ｓ63
Ｓ46
Ｓ41
Ｓ48
Ｓ60
Ｓ60
Ｓ57
Ｓ58
Ｓ59
Ｓ43
Ｓ63
Ｓ63
Ｈ2
Ｓ45
Ｓ49
Ｓ35
Ｓ54
Ｓ48
Ｓ54
Ｓ57

夕張市
夕張市
夕張市
夕張市
夕張市
夕張市
夕張市
むかわ町
むかわ町
むかわ町
むかわ町
むかわ町
むかわ町
むかわ町
むかわ町
占冠町
占冠町
占冠町
占冠町
占冠町
日高町
日高町
日高町
日高町
日高町

点

劣化事例写真

1

粗骨材の露出なし、深さ３mm以下の剥離なし

2

3

粗骨材がいくつか露出する程度の剥離

評価１と評価３の中間程度の剥離45

評価３と評価５の中間程度の剥離

粗骨材が全面露出する程の激しい
剥離

図-2 目視評価の基準

3. 調査結果(1) 目視調査結果
目視によるコンクリート表面の劣化状況の調査結果を
図-3 に示す。赤いグラフが凍害劣化度 5 エリア内の一般
国道 242 号の橋梁で、青いグラフが凍害劣化度 4 エリア内の一般国道 274 号の橋梁である。
赤いグラフを見ると、評価点 0 の橋梁が 3 橋、評価点1 の橋梁が 18 橋あり、全体の約 6 割を占めている。逆に評価点 3 以上の橋梁は 2 割しかない上、全体の平均値もKohtarouh TABATA, Hirotake Endoh

写真-1 超音波伝播速度試験の様子

Ｒ２４２Ｒ２７４

評価 点

54R274平均値

32R242平均値

1

調査対象橋梁図-3 目視によるコンクリート表面の劣化状況

1.6 点と小さく、全体的に橋台コンクリートの外観はさほど悪く無いと言える。一方、青いグラフに着目すると、評価点 0 の橋梁は無く、評価点が 1 の橋梁も 2 橋と少ない。逆に評価点 3 以上の橋梁数は全体の 6 割を越えており、評価点 5 の橋梁は 4 橋確認された。全体の平均値は3.2 点、赤いグラフに比べると平均値は 1 点以上高い。
本調査においては、凍害危険度が高いエリアの橋梁より、凍害危険度の低いエリアの橋梁のほうがコンクリート表面の劣化度が大きい結果が示された。このことは、コンクリート表面の劣化程度は低気温や凍結融解日数よりも凍結防止材散布などの様々な環境条件に大きく依存する可能性を示唆するものの、調査箇所数が未だ少ないことから傾向の把握に向け、今後もさらにデータの蓄積を図る必要がある。
図-4 一般国道 242 号のヒストグラム(2)超音波伝播速度試験結果
既往の研究 3)を参考に、コンクリート内部における相対動弾性係数（RE）の予測下限値を調べた。図-4 に一般国道 242 号、図-5 に一般国道 274 号で調べた全ての調査
データをもとに整理した深さ方向の予測下限値のヒストグラムを示す。この図では深さ方向の傾向が把握しやすいよう、折れ線グラフの形で結果を示している。さらに、架設後の経過年数による劣化程度の違いを確認するために、図-4、5 のデータを橋梁の架設年度について西暦1975 年以前と以後に分けて整理した。図-6 に 1975 年以前に架設された橋梁の結果、図-7 にそれ以降に架設された橋梁の結果を示す。なお、このグラフで表示しているのは全データの平均値である。グラフを見ると、どの深さにおいても一般的な耐凍害性の下限値とされる相対動弾性係数 60％を下回っていることがわかる。このことはコンクリート表面のみならず、コンクリート内部の深さ100mm 程度の範囲まで凍害劣化が進行していることを意味している。また、この傾向は架設後の経過年数によらKohtarouh TABATA, Hirotake Endoh

図-5 一般国道 274 号のヒストグラム

343332313029282726252423222120191817161514131211910876543210参考文献
R242

相対動
弾性
係数R274701)

6050･
ji･％4030201000102030405060708090100

表面からの深さ（mm）

図-6 1975年以前に架設された橋梁による調査結果

R24270R2746050･
ji･

相対動
弾性
係数

40％ 30201000102030

405060708090100

表面からの深さ（mm）

図-7 1975年以後に架設された橋梁による調査結果ないこともグラフから読み取れる。さらに、一般国道
242号と一般国道274号では概ね同程度の傾向を示し、調査箇所の違いの影響も見られなかった。本調査の対象橋
梁の立地環境は凍害危険度が4および5と高いことから、コンクリート内部の劣化は架設年度や路線環境の要素よりも凍害危険度が大きく影響していることが示唆される。
また、これらの地区では、コンクリート内部では凍害が早期に発生、進展し、長期に亘ってこの影響が続く傾向にあることが本調査の範囲で確認された。

3. まとめ(1) コンクリート表面の劣化程度は、低気温や凍結融解日数よりも凍結防止材散布などの様々な環境条件に大きく依存する可能性が示唆された。しかし調査箇所数が未だ少ないことから、傾向の把握に向け、今後もさらにデータの蓄積を図る必要がある。
(2) コンクリート内部の劣化程度は、架設年度や路線環境の要素よりも凍害危険度が大きく影響していることが示唆された。また、調査地区において、コンクリート内部では凍害が早期に発生、進展し、長期に亘ってこの影響が続く傾向にあることが本調査の範囲で確認された。
Kohtarouh TABATA, Hirotake Endoh長谷川寿夫：コンクリートの凍害危険度算出と水セメント比限界値の提案，セメント技術年報，XXIX，
pp.248-253，1975.
2) American Society for Testing and Materials :Standard Test Method for Scaling Resistance ofConcrete Surfaces Exposed to Deicing Chemicals3) 遠藤裕丈、田口史雄、林田宏：コンクリート部材の凍害診断への表面走査法の適用に関する研究、第 55
回（平成 23 年度）北海道開発技術研究発表会発表
概要集、2012.2