コンクリートの中性化
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
水酸化カルシウムと炭酸ガスが水の存在下で反応してアルカリ性が低下する現象。
最も中性化が生じやすいのは、湿度50%
鉄筋が腐食しやすくなる。

㈱米倉社会インフラ技術研究所

35

鉄筋腐食のメカニズム
鉄筋が腐食するためには酸素と水が必要
不動態皮膜が破壊された鉄筋部分がイオン化して溶出、健全部から水酸イオンOH-が発生
Fe(OH)2
鉄 筋
Fe(OH)3赤錆、2.5倍に膨張

Fe(OH)3 (水酸化第二鉄)＋1/2H2O+1/2O2
Fe(OH)2(水酸化第一鉄)

+2OH―
Fe++

Fe
陽 極アノード（欠陥部分）㈱米倉社会インフラ技術研究所

陰 極カソード（安定部分）

36

塩分によるコンクリート中の鉄筋腐食
コンクリート中の鉄筋は、コンクリートがアルカリ性であるので腐食しない。
しかし塩分が存在しているとアルカリ性であっても腐食する。不動態皮膜が塩素イオンによって破壊される。
塩分は、洗浄していない海砂や飛来塩分、凍結防止剤等から供給される。
コンクリート構造物表面のかぶりがポーラス（多孔質）であると、塩分がコンクリート中に浸透しやすい。 ㈱米倉社会インフラ技術研究所
37

アルカリ骨材反応による岸壁のひび割れ㈱米倉社会インフラ技術研究所

38

アルカリ骨材反応（ＡＳＲ）
による護岸のひび割れ㈱米倉社会インフラ技術研究所

39

擁壁の前面（Ａ）から背面（Ｂ）まで採取したコアの残存膨張量㈱米倉社会インフラ技術研究所

40

岸壁や水門のASRによるひび割れ
気中：大、干満部および水中：ほとんど無し㈱米倉社会インフラ技術研究所

41

悪いコンクリートから良いコンクリートへ
悪いコンクリート
１）水セメント比（W/C)55%以上、単位水量の大きいコンクリート⇒材料分離（ブリージング）大の弱いコンクリート、透気性＆透水性
大、耐久性小の、劣化しやすいコンクリート
２）ポンプ圧送時に加水してスランプを大きくして打設したコンクリート
３）締固め不足、湿潤養生不足のコンクリート⇒空隙多量

良いコンクリート
１）水セメント比（W/C)50%以下、所要のスランプが得られる範囲内で、出来るだけ少ない単位水量のコンクリート⇒材料分離（ブリージング）
小のコンクリート⇒十分締固め可能。
２）10日間以上の湿潤養生⇒かぶりを密実にして空気や水の侵入防止
耐久性大、長寿命化実現 ㈱米倉社会インフラ技術研究所
42

高強度コンクリート
１．低水セメント比(30～50％）のコンクリート
２． 強度が大きく、密実であるため透水性や透気性が小さく高耐久性が得られる。
３． 密実で吸水性が小さいので、コンクリート表面にかびが生えにくい。従って、コンクリート表面が汚れにくく、何時までも美しい。
４． 現在、プレストレストコンクリート、超高層鉄筋コンクリート（New-RC)ビルなどに使用されているが、一般のコンクリートにも使用すれば、耐久性の大きいコンクリート構造物を作ることが出来る。
㈱米倉社会インフラ技術研究所

43

セメント粒子の分散
セメント＋水凝集

高性能減水剤添加
高分散㈱米倉社会インフラ技術研究所

44

コンクリートの圧縮強度σｃ㈱米倉社会インフラ技術研究所

45

夜中の水撒き（湿潤養生）
良い配合のコンクリートでも十分湿潤養生をしなければ長持てする良いコンクリートとはならない㈱米倉社会インフラ技術研究所

46

セメントと水の接触直後

１時間後
材齢28日後
出典：W.チェルニン著、徳根吉郎訳、建設技術者のための「セメント・コンクリート化学」

1時間後の拡大写真

水和反応過程㈱米倉社会インフラ技術研究所47

悪いコンクリート

良いコンクリート

低強度コンクリート

高強度コンクリート㈱米倉社会インフラ技術研究所

48

高強度コンクリート打設後
１０日間程度水撒きした
RCビル：北面でカビ・コケが生えていない。メンテナ
ンスフリー㈱米倉社会インフラ技術研究所

49

広島南道路光南高架
橋床版工事
10日間程度湿潤養生㈱米倉社会インフラ技術研究所

50

㈱米倉社会インフラ技術研究所

51

建設後32年経過の自宅H29.11.14撮影）
昭和60年（1985年）建設
W/C48%,高性能AE減
水剤使用、10日間湿潤養生（水撒き）
コンクリート表面:汚れ小、今のところメンテナン
スフリー
米倉社会インフラ技術研究所

建設時に採取したコア、30年間自宅前に風雨に暴露：鉄筋腐食軽微風雨に30年暴露されていた弊社ビルのコアおび劣化
橋梁かぶりから落下したコンクリート破片

実際の橋梁から剥落したかぶりコンク
リート、腐食した鉄筋の膨張圧で剥落

53㈱米倉社会インフラ技術研究所

地下コンクリート構造物への耐硫酸性コンクリートの適用

地下コンクリート構造物の硫酸劣化が現在非常に大きな社会問題となっている。
地下コンクリートコンクリート構造物を補修したり、新設する時に初めから耐硫酸性コンクリートで作るべきである。
ポルトランドセメント100%で作っていると、２~3年で硫酸劣化が起る。特に、都市部地下で硫酸劣化が生じている。
家庭や工場から出る廃材や廃水に含まれている硫酸イオンSO４-2 が下水や地下水に交じって流れてくると、これを食するバクテリア（硫酸塩還元細菌）がおり、硫化水素H２Sを排出する。
H２Sが気中に漏れてくると、そこには硫黄酸化細菌が生息しており、硫化水素を食して硫酸を排出する。
この硫酸がコンクリートの中に入ってくると、コンクリート中の水酸化カルシウムと反応して二水石膏CaSO４・２H２Oを生成してこれが泥状化して、ブヨブヨになり、硫酸劣化を生じる。強酸と強アルカリの反応は急激に起こり、建設初期から硫酸劣化が起こる。

地下コンクリート構造物の劣化事
例
道路の陥没事故
道路下のコンクリート下
水道管上半分の硫酸劣化によって生じた道路陥没事故

Fig.1 Road collapse accident due to sulfuric acid degradation of sewer pipe

米倉社会インフラ技術研究所

コンクリート下水道管の硫酸劣化
コンクリート下水道管上部が硫酸劣化によって表面から10㎝深さぐらいまで泥状化して豆腐の様にブヨブヨになっている。
下部の下水中は劣化していない。

これは、コンクリート中の水酸化カルシウムCa(OH)2と硫酸が反応して二水石膏
CaSO４・２H２Oが生成されるためである。

なぜ、下水道管の中に硫酸があるのか
米倉社会インフラ技術研究所

地下駐車場鉄筋コンクリート構造物の硫酸劣化

構造物外部の硫酸性地下水によって生じる劣化。
ひび割れ、漏水、ひび割れからのつららが生じている

米倉社会インフラ技術研究所

地下鉄鉄筋コンクリート構造物の硫酸劣化
鉄筋コンクリート構造物の壁からの漏水、吹き出物（エフロレッセンス）、つらら、ひび割れ
建設後、2，3年で硫酸劣化が生じていた。

米倉社会インフラ技術研究所

なぜ下水道管や地下コンクリートで硫酸劣化が生じるのか？

硫酸劣化のメカニズム：微生物が関与して硫酸を製造
下水部の汚泥堆積層には嫌気性の硫酸塩還元細菌が生息しており、硫酸イ－２を含む生活廃水が流れてく
H2SO4
腐食・劣化が特に激しい オンSO４
部分
ると、これを食し、硫化水素H2Sを排出結露する。このH2Sが気中部に漏れてくると硫黄酸化細菌、そこには好気性の硫黄酸化細菌が生
H2S + O2 → H2SO4
息しており、H2Sを食して硫酸H2SO４を気中部排出する。
H2SO4
H2SO４が結露水に溶け込んで、コンクリ
硫化水素の拡散ート中に侵入して来ると強酸である硫酸下水部と強アルカリの水酸化カルシウムとは激H2S
SO42しく短時間で反応して二水石膏を生じる
汚泥堆積層。これがブヨブヨになる。これが硫酸劣、化である。
硫酸塩還元
H2SO４＋ Ca(OH)2 ⇒CaSO4・2H２Ó
細菌
下水道管の硫酸劣化は下水道管内部
下水道管
米倉社会インフラ技術研究所から生じるが地下コンクリート構造物の硫酸劣化はコンクリート外壁から、硫酸性地下水によって生じている。

耐硫酸性コンクリートやモルタルの開発研究
コンクリートの硫酸劣化の原因：コンクリート中の水酸化カルシウムと硫酸とが反応して二水石膏が出来て、これがブヨブヨになって泥状化して、強度が無くなり、構造体を保てなくなった
り、溶けてなくなったりして生じる。
硫酸劣化の防止対策：水とセメントとの水和反応で生成される水酸化カルシウムの生成を出来るだけ少なくする方法を開発する。
➀普通ポルトランドセメントの使用量を出来るだけ少なくする。セメント量を少なくしただけでは水セメント比W/C(W:単位水量、C:セメント量）が大きくなって、強度が発現しなくなる。
セメントの一部を減らした分を混和材（シリカフューム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ〉で補う。
➁シリカフュームのポゾラン反応：水酸化カルシウムと急速に反応して硬い物質（セメントゲル）を生成し、水酸化カルシウムを消費する。硫酸と反応する水酸化カルシウムを無くしてしまう。このポゾラン反応は、急速に起こるので、コンクリート製造直後から短時間で生じる。
➂高炉スラグ微粉末の潜在水硬性による反応：水酸化カルシウムと中、長期に渡って反応。
④フライアッシュのポゾラン反応：反応は遅いが、長期に渡って生成される水酸化カルシウムを消費出来る。
米倉社会インフラ技術研究所

希硫酸（pH0.5)中のモルタルの劣化状況
普通ポルトランドセメントと三成分系セメント
この技術で特許取得 特許第５９２４６１２号

OPC単味

三成分系セメント㈱米倉社会インフラ技術研究所

62

弊社が開発した耐硫酸性モルタル＝三成分系モルタル（ポルトランドセメントの使用量を減じ初期に反応する混和材と中長期に反応する混和材の三成分系とする
材齢3日で５％濃度希硫酸浸漬後の質量変化 硫酸浸透深さ（材齢3日で浸漬）
質量減少（％）(A)

硫 酸 浸 透深さ(mm )12(OPC100%)

10◇普通ポルトランドセメント（OPC100%）３成分系(Ａ)

8(B)(A)

6４成分系(Ｂ)

420020406080

標準養生２８日圧縮強度(N/mm2)100

硫酸浸透深さと標準養生２８日圧縮強度との関係 （希硫酸浸漬56日後）〈 10％希硫酸浸漬６ヶ月後 〉

材齢３週間で硫酸濃度10％希硫酸に2ヶ月浸漬後に水洗）
Pucementpaste
BFF & FA

セメント
ペースト
単味
C 100

三成分系 A

BFF & FA

BFF & BFS

BFF &BFS

四成分系 B

ペースト断面の硫酸浸漬状況（呈色部はアルカリ性：健全部分）㈱米倉社会インフラ技術研究所

63

硫酸環境下での地下コンクリート構造物を施工する場合製造時から耐硫酸性コンクリートで施工すべきである。

普通ポルトランドセメント100%で施工した場合、短期間で硫酸劣化を生じる。
この技術で特許取得を取得している。
特許第５９２４６１２号

米倉社会インフラ技術研究所

出典：「広島市下水道施設における管きょの中長期的な改築計画」平成
28年3月 広島市下水道局施設部管路課

米倉社会インフラ技術研究所

広島市内平地部：腐食環境
広島市中心部（紙屋町・八丁堀）：都市再生緊急整備地域

左：令和元年5月3日、右：H31.2.10
中国新聞記事

御清聴有難うございました。

㈱米倉社会インフラ技術研究所

68