東急建設技術研究所報 No. 46

U.D.C 691.5

中性化の進行がコンクリート中の短期的な水分浸透性に及ぼす影響
前原要

約：

聡＊

鈴木将充 ＊

早川健司 ＊

鉄筋コンクリート構造物における中性化での鉄筋腐食では水と酸素の存在が不可欠となる。そのため，鉄筋コンクリート構造物における中性化での鉄筋腐食では，中性化の進行程度のみならず，水分供給の程度が鉄筋の腐食速度に影響を及ぼすことが言われている。そこで，本研究では，コンクリート中の水分浸透において，中性化深さの影響を把握することを目的とし，長期間供用した実構造物のコア供試体を用いて，水分浸透速度係数（JSCE‑G 582‑2018）および空隙率を求めた。その結果，中性化することで空隙率が変化し，空隙率が大きい中性化域では水分浸透速度係数が大きくなることが示された。また，中性化深さと水分浸透速度係数の実験値か
ら，コンクリート標準示方書に示されている水分浸透速度係数の予測値に用いられる養生と外部環境の影響を表す係数を算出して比較検討を行った。
キーワード：

中性化，鉄筋腐食，水分浸透，空隙率

目

1．はじめに

3．短期的な水分浸透予測に関する考察

2．実験概要および結果

4．まとめ

次：また，轟ら 4)は，実構造物を対象に変状予測モデルを用い

1．はじめに1)

2018 年制定のコンクリート標準示方書【維持管理編】て剥落発生状況に基づく鉄筋腐食速度を算出し，中性化残では，改定に伴い，中性化による鉄筋腐食は水掛かりの影りが 10 mm 程度以下で，水分が供給される場合には鉄筋響を大きく受け，部位ごとによって劣化の進行が異なると腐食速度が大きくなることを示している。の考えがはじめて示された。ここでは，目視により水掛か以上のように，中性化による鉄筋腐食の進行では，水分りの区分を判断し，水掛かりがなく常時乾燥している部位の供給程度が大きく影響する。そこで，本研究では，短期では鉄筋腐食の可能性が低いと考えてよいとされている。

的に水分がコンクリート中に浸透する範囲を把握することこの様な考えが示されたことから，RC 構造物における中と，長期間供用された実構造物のコンクリートにおける短性化での鉄筋腐食では，中性化の進行程度のみならず，水期的な水分浸透性に関する知見の蓄積を目的として，実構分供給の程度が腐食速度に影響を及ぼすとされ，近年，コ造物より採取したコア供試体を用いて実験的な検討を行っ

ンクリート中の短期的な水分の浸透性に着目した研究が盛た 5)。なお，本報告は既発表の文献 5) に一部知見を加え，んになされている。ただし，水掛かりの有無などの環境条まとめたものである。

件の違いや水分浸透程度を考慮した鉄筋腐食の進行を定量的に示した事例は少ない。

2．実験概要および結果

例えば，筆者らは，実構造物を対象として，中性化深2.1

さ，かぶりおよび鉄筋の腐食度の調査結果から雨掛かりの2.1.1

有無が鉄筋腐食の進行とかぶりコンクリートの剥離・剥落

コア供試体は，実構造物（A 高架橋）からスラブの一に及ぼす影響を整理してきた 2)。鉄筋コンクリート構造物部を切出して，屋外に保管していたスラブ試験体より採取

では，中性化が進行すると鉄筋が腐食条件となるが，雨掛した。A 高架橋のスラブ試験体は，1961 年（昭和 36 年）

かりのない環境条件では，中性化がある程度進行していての供用開始から 45 年経過した時点で実構造物より 1 m×2も鉄筋腐食による劣化が顕著化していない構造物が多く見m 程度（スラブ厚さ 200 mm 程度）を切出して試験体と受けられた。また，実構造物より鉄筋を採取・分析して，した。そして，スラブ下面が上側となるように屋外に暴露

雨掛かりの有無による鉄筋腐食程度の違いとコンクリートし，その後，中性化深さやかぶり，鉄筋の腐食度などを調中の含水率分布を調べた。その結果，かぶりコンクリート査している 2)。なお，実構造物から試験体として切出すまが剥離・剥落に至るまでの期間において雨掛かりの有無がでの 45 年間ではスラブ上面で雨掛かりがあり，スラブ下大きく影響することが示唆され，雨掛かりがある場合では面では雨掛かりがない状況であった。その後 12 年間では，水分供給による乾湿繰り返しの影響を受け，鉄筋の腐食速

スラブ上面で雨掛かりがなく，下面で雨掛かりがあるよう度は，かぶりが小さいほうが大きくなることを示した 2)3)。に暴露している。また，同スラブ試験体より採取したコア＊技術研究所

土木材料グループ

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水分浸透性
コア供試体

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表1

図1

コア供試体の概要と実験結果

水分浸透速度係数試験の概要および状況

供 試 体 の 圧 縮 強 度 は 10.6〜14.1 N/mm 2（平 均 値 13.0 N/

コンクリート中の水分浸透速度係数試験方法（案）JSCE‑mm 2）であり，現在の一般的な鉄筋コンクリート構造物

G 582‑2018」を参考として行った。

2)に用いるコンクリートよりも低品質なものであった 。

コア供試体は，乾燥後に側面をアルミテープにより被覆

今回は，供用開始から 57 年経過した時点で A 高架橋のし，その後，吸水対象面を下端として下端から 10 mm 程

スラブ試験体よりコア供試体を 9 本採取して検討を行っ度の高さまでを水道水に浸漬させた。吸水時間は 5，24，た。コア供試体の採取位置は，電磁波レーダ法により鉄筋48 時間の 3 水準として，各吸水時間において各グループ位置を探査し，鉄筋と目視で確認できるひび割れなどを避の 1 本ずつを終了させ，水分浸透深さを求めた。水分浸透けるように，コア径を約 80 mm，長さが 200 mm 程度で深さは，所定の吸水時間後，速やかにコア供試体を割裂スラブ試験体を貫通するように採取した。採取位置によっし，市販の水漏れ検査剤（JIP612 ウォーターチェック）て中性化の進行が異なることが想定されたため，採取直後を割裂面に噴霧し，濃い青色に呈色した範囲の深さを水分にコア供試体側面を対象として，フェノールフタレイン溶浸透深さとした。水分浸透深さを求めたコア供試体の割裂液を噴霧し，中性化深さを把握した。その中性化深さの程面の対面では，フェノールフタレイン溶液を噴霧して中性度からグループⅠ〜Ⅲの 3 つに分類し，中性化の進行程度化深さを求めた。

が異なる場合のコンクリート内部における水分浸透性を把2.1.3握した。なお，グループⅡとⅢのコア供試体は，近傍の位

図 1 に水分浸透速度係数試験の状況を，表 1，図 2，3 に実験結果

置より採取し，グループⅡとⅢで，スラブ下面と上面の違中性化深さおよび水分浸透深さの結果を示す。また，図 4

いの影響を把握した。コア供試体は，採取後に一定の乾燥に中性化深さと水分浸透深さの関係を示す。グループⅠ〜状態とするため，温度 20℃，湿度 60% の恒温恒湿度室にⅢの吸水時間 5 時間における水分浸透深さは 24.0〜31.7て，150 日間程度，静置して乾燥させた。

mm で同程度であった。その後，吸水時間 24 時間での水2.1.2

実験方法

分浸透深さは，グループⅠ〜Ⅲのいずれにおいても，各々水分浸透性の実験（図 1）は，「短期の水掛かりを受けるの中性化深さ程度まで水分が浸透し，中性化深さの大きい84東急建設技術研究所報 No. 46

図2

図4中性化深さ（割裂面）

図3中性化深さと水分浸透深さの関係

図5

水分浸透深さ空隙率の実験結果

グループⅢ（No. 8）では，24 時間で水分浸透深さが 66.5

乾燥状態とした。空隙率は，飽水状態と乾燥状態の試料質mm となった。なお，吸水時間 48 時間では，すべてのグ量およびピクノメータによる試料体積から式(ループにおいて中性化深さ以深まで水分が浸透し，グルー算出した。

プⅠ，Ⅱで水分浸透深さが 50 mm 程度，グループⅢは吸V=

水時間 48 時間で 80 mm 程度まで水分が浸透し，スラブ上W−W
×100W

こ こ で， ：空 隙 率（%），

面と下面で異なる結果となった。吸水時間 24，48 時間で)を用いて()：飽 水 状 態 の 試 料 質 量は，中性化深さが大きいと水分浸透深さが大きくなった。

（g），

これにより，中性化の進行程度によって，水分浸透性が異にて飽水状態の試料が追出した水量（g）：乾燥状態の試料質量（g），：ピクノメータなる傾向になることを考慮し，次節 2.2 では，アルキメデ

2.2.2

ス法によってコア供試体の空隙率を把握した。

図 5 に空隙率の結果を示す。空隙率は，グループⅠ〜Ⅲ2.22.2.1のいずれにおいても未中性化域よりも中性化域のほうが大空隙率きくなり，中性化することで空隙構造が変化していること

実験方法

空隙率の測定では，参考文献

実験結果

6)〜8)が考えられた。

を参考に以下の方法によって求めた。中性化深さを求めたコア供試体を用いて，既往の研究 8)によれば，促進中性化環境下にて中性化さコア供試体の中性化深さを境界として切断し，中性化域とせた高炉セメントを用いたコンクリートでは，中性化した未中性化域の範囲に分けた。さらに，コア側面は中性化しほうが未中性化よりも空隙構造が粗となり，水分浸透性がている可能性があることから 10 mm 程度の範囲を除外し大きくなることを示している。それによると，促進中性化て試料を採取した。試料は，10 mm 角程度に粗粉砕し，環境下にて中性化させた普通ポルトランドセメントを用い可能な限り粗骨材を除き，モルタル分を用いた。なお，試た場合では，中性化の有無によって，空隙率および水分浸料質量を 300 g 程度とするため，各グループでコア供試体透性の変化は顕著には見られていない。だたし，実環境下3 本より採取した試料を混合させて，一つの試料とした。

において長期間供用したコンクリート構造物では，普通ポそして，水中に浸漬させ，24 時間真空脱気することで飽ルトランドセメントを用いたコンクリートにおいても空隙水状態とした。その後，40℃の乾燥炉内に 7 日間静置して構造の変化が示唆されている 9)〜12)。

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2.2.3

中性化が空隙率に及ぼす影響

図 6 に水分浸透性の実験に用いたコア供試体とは異なる試験体より採取したコア供試体であるが，同様に 30 年程度経過して，中性化した実構造物のコア供試体の細孔径分布を示す 11)。未中性化域では，細孔径 0.005〜0.01 μm の範囲において細孔量が多いのに対して，中性化域では，細孔径 0.01〜0.1 μm の範囲の細孔量が多くなった。これは，この計測した際に実施したその他の全てのコア供試体でも中性化域と未中性化域においても同様の傾向を示しており 11)，表層部分は中性化することで細孔径 0.005〜0.01 μmの範囲の細孔が細孔径 0.01〜0.1 μm の範囲に粗大化した

図6

中性化域と未中性化域での細孔構造

図7

中性化域と未中性化域での生成物ものと考えられる。
また，セメント協会セメント化学専門委員会 12) では，0.003〜0.006 μm の細孔量が中性化域で著しく減少することを報告しており，この細孔径は C‑S‑H 内部に存在するゲル空隙に相当すると考えられており，中性化によりセメント硬化体の主要な生成物の C‑S‑H が分解して細孔構造が粗大化した可能性が考えられる。
コンクリートの中性化では，一般的に大気中の CO 2 がコンクリート中に浸入し，セメントの水和生成物である水酸化カルシウム Ca(OH) 2 と反応して，炭酸カルシウムCaCO 3 を生成する炭酸化が起きるとされている。そこで，次に，コア供試体の深さ方向の炭酸化による生成物の変化を確認するために TG‑DTA による化学分析を行った。図7 にコア供試体の表面から深さ方向の Ca(OH) 2 と CaCO 3の生成量を示す。これによると中性化域の表層から 1〜5層では Ca(OH) 2 が確認されなかった。これは，Ca(OH) 2が炭酸化により全て消費されたものと考えられ，Ca(OH) 2に起因する炭酸化が完全に終了したものと考えられる。次に，CaCO 3 の生成量に着目すると表層のほうが多く生成されていた。炭酸化する前のコンクリートは深さ方向で初期の Ca(OH) 2 の生成量がほぼ一定であると仮定すると，Ca(OH) 2 に起因する炭酸化により生成される CaCO 3 は深さ方向で同程度となる。しかし，表層で CaCO 3 の生成量が多くなったことから，Ca(OH) 2 に起因する炭酸化だけではなく，C‑S‑H の分解による炭酸化も進行しているものと推測する。
これらのことより，本研究において，水分浸透性の実験に用いたコア供試体も，上記の結果と同様，中性化する
図8

ことで空隙構造が変化して空隙率が大きくなったと推察

水分浸透深さの経時変化

する。
2.3

水分浸透性と空隙率

図 8 に水分浸透速度係数試験の水分浸透深さの経時変化が遅くなったと考える。つまり，中性化の進行程度によを示す。グループⅢでは，中性化深さが大きく空隙率の大って，短期的に水分が浸透する範囲が変化する可能性がきいことで水分浸透深さが大きくなったと考えられる。まある。

た，グループⅠ，Ⅱでは不明瞭であるが，グループⅢでは吸水時間 5 時間から 24 時間の水分浸透速度係数（傾き）3．短期的な水分浸透予測に関する考察参考文献 13)では，式(が，吸水時間 24 時間から 48 時間での水分浸透速度係数)による水分浸透速度係数の予測（傾き）よりも大きくなった。これは吸水時間 24 時間から値の設定方法が示されている。なお，この式(

48 時間の間に中性化域から空隙率の小さな未中性化域にント比が 40〜80% のコンクリートを用いて検討した実験

かけて水分が浸透していくことで，水分が浸透する速度結果からなるものであり，水セメント比と水分浸透係数の86)は水セメ

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養生および外部環境の影響を表す係数 13)

表2関係が示されている。
q=5⋅(W B) ⋅β ()

ここで， ：水分浸透速度係数の予測値（mm/ hour ），/ ：水結合材比，β：養生と外部環境の影響を表す係数
ここで，コンクリートの養生および外部環境の影響を表す係数 13)の目安を表 2 に示す。この係数 β は，1.0〜3.0 とされており，その設定する値により水分浸透速度係数の予測値が大きく異なるように設定されている。2017 年制定
コンクリート標準示方書【設計編】14) では，標準的な養生表3とした場合，β=2.0（封緘養生）と 3.0（気中養生）の中中性化深さより求めた水セメント比間である考えられ，β=2.5 と設定されている。
次 に，本 研 究 の 実 験 よ り 得 ら れ た 中 性 化 深 さ か ら 式()，() 14)を用いて水セメント比を推定した。表 3 に中性化深さより求めた水セメント比を示す。

/は 68.6〜85.7% で，近傍の位置より採取したグループⅡとⅢの平均値は，80.6% と 82.5% で同程度となった。また，スラブ試
験体の圧縮強度は 13.0 N/mm 2 で，水セメント比と圧縮強度の関係式 Abrams 式() 15) を用いて，水セメント比を推定すると 85% 程度となる。このことから，中性化深さより求めた水セメント比は妥当な範囲であると考える。
=γ⋅α⋅β⋅γ⋅ t()α=−3.57+9.0⋅W C()

ここで， ：中性化深さの実験値（mm），γ ：ばらつき
表4を考慮した安全係数 1.15，β ：環境作用係数 1.6，γ ：材

水分浸透速度係数および係数 β の算出結果

料係数（スラブ下面，グループⅠ，Ⅱで γ=1.0，スラブ上面，グループⅢで γ=1.3）， ：経過年数 57 年，/：()

中性化深さから求めた水セメント比F=AB 9.812

ここで， ：コンクリートの圧縮強度（N/mm ）， ：実験定数=1460， ：実験定数=16.7， ：/水セメント比
これらの中性化深さから求めた水セメント比と水分浸透速度係数試験の結果から式()を用いて養生と外部環境の影響を表す係数 β を算出して比較した。なお，水分浸透速度係数は，水分浸透深さの経時変化より以下のケース①〜③の場合を想定して設定した。
①②

吸水時間 5，24，48 時間での水分浸透深さの近似直線（中性化域と未中性化域の違い考慮なし 16)）2017 年制定コンクリート標準示方書【設計編】14)で設定し吸水時間 5，24 時間での水分浸透深さの近似直線（中ている β=2.5 よりも安全側となり，概ね，水中養生 β=性化域での水分浸透を想定，切片 0）

1.0 と封緘養生 β=2.0 の間であった。これは，コンクリー

吸水時間 24，48 時間での水分浸透深さの近似直線

トの空隙内を毛管現象作用で吸水させる方法で試験してお（未中性化域での水分浸透を想定）り，同空隙量であっても，空隙径が大きなもののほうが吸表 4 に各ケースでの水分浸透速度係数および算出した係水し難くなることが要因の一つであると考える。

③数 β を示す。係数 β は中性化域での水分浸透を想定したケ

本検討の結果のみで，水分浸透速度係数の予測値におけース②のほうが未中性化域でのケース③よりも大きくなっる養生および外部環境の影響を表す係数 β を決定することた。ここでも，未中性化域にかけて水分が浸透していく際は困難であるが，今後，様々な知見を蓄積することで，よに，水分が浸透し難くなっていることがわかる。なお，圧り適切な係数設定および正確なコンクリート中への短期的

2

縮強度が 13.0 N/mm で一般的なコンクリートよりも低品な水分浸透の予測につながり，中性化による鉄筋腐食に対質なコンクリートであることを考慮すると，水分浸透速度し，水分浸透の影響を考慮して，実状に応じた劣化予測お係数が大きく，係数 β も大きくなることが想定される。しよび現状の劣化程度の把握をすることが可能になると考かし，すべてのケースにおける係数 β は 0.9〜2.0 となり，える。

87東急建設技術研究所報 No. 46

4．まとめ

()

実構造物から採取したコア供試体を用いて検討した結性化域よりも中性化域のほうが大きくなり，中性化果，本研究の範囲内で得られた知見を以下に示す。
()

グループⅠ〜Ⅲの空隙率は，いずれにおいても未中することでコンクリートの空隙構造が変化すること

スラブ下面を対象としたグループⅠとⅡのコア供試が確認された。

体では，吸水時間 48 時間で 50 mm 程度，スラブ上()

中性化域から未中性化域にかけて水分が浸透してい面を対象としたグループⅢでは 80 mm 程度までコ

く際，空隙率の小さい未中性化域では水分が浸透す

ンクリート内部に水分が浸透し，空隙率の違いが影る速度が遅くなり，中性化の進行程度によって，短期響し，スラブ上面と下面で異なる傾向を示した。

的に水分が浸透する範囲が変化する可能性がある。

参考文献
1) 土木学会：2018 年制定コンクリート標準示方書【維持管理編】，2018．
2) 前原聡，伊代田岳史：雨掛かりの有無が中性化によるかぶりの剥離・剥落に及ぼす影響に関する研究，土木学会論文集 E2（材料・コンクリート構造），Vol. 74, No. 2, pp. 80‑87, 2018.
3) 前原聡，伊代田岳史：中性化により腐食した鉄筋の詳細分析，土木学会第 71 回年次学術講演会，V‑412, pp. 823‑824, 2016.
4) 轟俊太郎，石田哲也，他 2 名：水と中性化によるコンクリート中の鉄筋腐食速度への影響要因分析，コンクリート工学年次論
文集 Vol. 41, No. 1, pp. 509‑514, 2019.
5) 前原聡，鈴木将充，早川健司：長期間供用された構造物より採取したコンクリートの短期的な水分浸透性に関する研究，コンクリート工学年次論文集，Vol. 42, No. 1, pp. 507‑508, 2020.
6) 平本真也，大塚勇介，他 2 名：高炉スラブ微粉末を用いたコンクリートの水分浸透性に関する評価，コンクリート工学年次論文集，Vol. 41, No. 1, pp. 77‑82, 2019.
7) 三坂岳広，伊代田岳史：計測される電気抵抗が強度及び耐久性と相関がる原因の解明，コンクリート工学年次論文集，Vol. 41,
No. 1, pp. 1307‑1312, 2019.
8) 水野博貴，伊代田岳史：炭酸化した高炉セメント硬化体の空隙構造変化が水分浸透性に与える影響，コンクリート工学年次論文集，Vol. 41, No. 1, pp. 665‑670, 2019.
9) 小林一輔：コンクリートの炭酸化に関する研究，土木学会論文集 No. 433/V‑15, pp1‑14, 1991.8.
10) コンクリート工学協会：炭酸化研究委員会報告書コンクリートの炭酸化に関する研究の現状，1993.3.
11) 前原聡，鈴木将充，他 2 名：施工年の異なる構造物より採取したコンクリートの力学的特性および細孔構造に関する一考察，
コンクリート工学年次論文集，Vol. 37, No. 2, pp. 1303‑1308, 2015.
12) 社団法人セメント協会セメント化学専門委員会：セメント硬化体の炭酸化，セメント・コンクリート，No. 574, pp. 26‑32, 1994.
13) 土木学会：コンクリートライブラリー 149
14) 土木学会：2017 年制定

2017 年制定コンクリート標準示方書改訂資料設計編・施工編，2018．

コンクリート標準示方書【設計編】，2018．

15) 日本建築学会：コンクリートの調合設計・調合管理・品質検査指針案・同解説，pp. 148, 1976.
16) 前原聡，鈴木将充，他 2 名：長期間供用したコンクリート構造物の短期的水分浸透に関する検討，土木学会第 74 回年次学術講演会，V‑466, 2019.

EFFECT OF CARBONATION DEPTH ON SHORT‑TERM WATER PENETRATION IN CONCRETE
S. Maehara, M. Suzuki, and K. Hayakawa
The presence of water and oxygen is indispensable for corrosion of rebar on the RC structures. For that reason, theinfluence of water penetration in concrete greatly acts in the progress of corrosion of reinforced bars. Therefore, this study
aimed to elucidation the influence of the carbonation depth for water penetration in concrete based on the waterpenetration experiment（JSCE‑G 582‑2018）in the core specimen of the actual structure used a long period.
It was found that, when concretes become carbonation, the porosity is larger on the area of carbonation in sur‑face than
the area of Non‑carbonation due to the void becomes coarse at the concrete. Consequently, the water penetration rate islarger at the area of carbonation in surface than the area of Non‑carbonation in further inside the concrete.

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