講座

道路橋床版更新における基礎知識

第2回

既設構造物の変状（その1）
講師：立神久雄*

輪荷重走行方向→

1．は じ め に
定期点検などにより既設構造物に変状が確認された場合には，原因を適切に推定して速やかに対策を講じなければなりません。本講座（第 2 回と第 3 回）では，① 輪荷重による疲労，② 塩害，③ 凍害，④ アルカリシリカ反応（ASR），

31 万往復終了時⑤ 想定外の収縮・クリープ挙動に起因する劣化，⑥ 複合劣化，⑦ 付属物の変状に起因する劣化，⑧ 更新用プレキ
ャスト PC 床版特有の変状例について説明します。
今回は床版における，① 輪荷重による疲労および ② 塩害に関して説明します。

41 万往復終了時

2．輪荷重による疲労2.1発生機構

RC 床版は，コンクリートの乾燥収縮や輪荷重の繰返し走行により，橋軸直角方向にひび割れが発生します。次に移動する輪荷重により橋軸直角方向のひび割れが増えて，

49 万往復終了時

さらに橋軸方向のひび割れが発生します。これにより亀甲状のひび割れが形成されると，ひび割れには輪荷重の移動により，曲げ・せん断・ねじりが作用して角落ちが始まり，疲労強度に達すると抜け落ちして破壊に至ります。これに水が作用すると，この現象は加速度的に進み，床版の寿命は乾燥状態の比べ 1/10 以下に低下するといわれています。
2.2

PC 床版供試体

発生原因（劣化要因）

疲労劣化・損傷の要因は，過積載車両の通行，大型車の図- 1

53 万往復終了時
RC 床版供試体

RC 床版と PC 床版のひび割れ比較 1）

通行量の増加などの荷重要因，古い設計基準により設計・施工されたことによる床版厚と鉄筋量の不足，過大な床版

PC 床版ではプレストレスされた橋軸方向ひび割れが極端支間などの構造要因，雨水の床版内への浸入などの複合要に少なく，橋軸直角方向のひび割れが先行し，亀甲状にな因があります。また，地方道などでは建設時 TL - 14 で設るのが RC 床版に比べてかなり遅くなります。載荷試験に計された橋梁を大型車が通行する例もあり，対策の検討における破壊形態と設計の条件から考察すると PC 床版供試

あたっては，建設時の設計条件と現状の交通状況にも配慮

体は，RC 床版供試体と比較して高い疲労耐久性を示すとする必要があります。

考えられます。

2.32.4

特徴と留意点

劣化進行過程輪荷重による床版の劣化進行過程は，通常，潜伏期，進PC 床版の押抜きせん断破壊による広がりはプレストレスの効果により，RC 床版のそれと比較して大きくなりま展期，加速期，劣化期に分けられます。表 - 1 に RC 床版

す。PC 床版のひび割れは，プレストレスされていない方を参考として，各劣化進行過程における床版下面のひび割向に直交するひび割れが卓越する傾向にあります。また，れ進行状況を示します。

図 - 1 に示すように，ひび割れの進行状況は，RC 床版で⑴は早い段階から亀甲状のひび割れが進展するのに対して，乾燥収縮もしくは載荷による橋軸直角方向の一方向ひび* Hisao TATEGAMI：ドーピー建設工業 ㈱ 技術開発部

Vol.62, No.3, May 2020

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潜伏期

講座
表 - 1 RC 床版疲労による劣化進行とひび割れ形態の分類 2）
劣化過程
潜伏期

進展
期

ひび割れ形態

模式図

ひび割れ状況写真

表- 2

床版の疲労に対する性能低下の定量評価のために考慮すべき事項 3）

性能考慮すべき事項
ひび割れのスリット化・角落ち
ひび割れの貫通，雨水の浸透腐食による鋼材の断面減少および付着力の低下
水平ひび割れ，砂利化
路面のひび割れ，陥没

安全性

橋軸直角方向
ひび割れ

使用性
第三者
影響度
美観

直交 2 方向
ひび割れ

コンクリート剥離・剥落の発生
ひび割れ，エフロレッセンス，ポットホール

きます。各劣化過程において評価の対象となる性能は，表- 1 に示すように，床版下面のひび割れの発生状況を基に判断することがある程度可能です。たとえば，潜伏期ある
いは進展期では，安全性や使用性にはとくに問題は生じませんが構造物の立地条件によっては，ひび割れからの鋼材

前 亀甲状
期 ひび割れ腐食因子の侵入などが生じ，耐久性が評価の対象となる可能性があります。また，進展期では，美観なども影響を受加速期け始めます。加速期では美観のほか，ひび割れのスリット化や角落ちなどが現れ，剥離・剥落などの第三者影響度が問題となる可能性があり，また，コンクリート断面の力学角落ち，後ひび割れのス期
リット化的特性が低下するため，安全性や使用性についても評価する必要が生じます。劣化期では亀甲状のひび割れが貫通し，状況によっては床版の抜け落ちが生じるなど，安全性，使用性が大きく損なわれ，第三者影響が生じることになるた

劣化期

め，これらの評価はきわめて重要です。
一方，床版の疲労に関して，凍結防止剤散布下において抜け落ちは，塩害，凍害，アルカリシリカ反応と，疲労との複合劣化として性能が低下するため，前述の床版下面からのひび割れを中心とした項目に対する評価および判定を行う必要があります。具体的には床版上面も鋼材腐食，スケーリン割れが数本程度確認できる段階です。
⑵

進展期

グ，水平ひび割れ，砂利化の有無とこれらの程度について評価および判定を行う必要があります。

主桁作用による橋軸直角方向の曲げひび割れが進展するとともに橋軸方向の方向のひび割れも進展し始め，格子状床版の性能が，維持管理を開始した時点から点検時までのひび割れ網が形成されます。また，外観上ひび割れ密度の間にどの程度低下し，いつの時点で許容される限界の状の増加は著しいが床版の連続性（二方向性）は失われてい態に至るかを定量的に評価することは，現状では困難です。
たとえば，安全性に関しては，点検時には載荷試験とそない段階です。
⑶

加速期の逆解析などによって耐力を確認しその概要を評価するこ

ひび割れの細網化が進み，ひび割れの開閉やひび割れ面とは可能ですが，将来の予測は難しく，性能によっては点のこすり合せが始まる段階です。ひび割れのスリット化や検時の評価も定量的に行うことが難しい場合もあります。

角落ちが生じるとコンクリート断面の抵抗は期待できない

凍結防止剤散布下においては，床版上面から劣化が進行すので，床版の押抜きせん断耐力は急速に低下し始めます。

るため舗装面からのひび割れやポットホールといった外観⑷劣化

期上の状態（グレード）を評価し，これにより性能評価を行うことが可能となります。

床版断面内にひび割れが貫通して床版の連続性が失われ，貫通ひび割れで区切られたはり状部材として輪荷重に実施した性能評価の結果，点検時あるいは設計供用期間抵抗することになる段階で，コンクリートの抜け落ちが発終了時に床版の性能が維持管理限界を満足していない場合生します。貫通ひび割れの間隔やコンクリート強度，配筋には対策を検討する必要があります。疲労による損傷が顕量などが部材としての終局耐力に影響します。雨水の浸透在化したあとに劣化の進行を止めるには，対策に要する費や鉄筋腐食などに配慮する必要があります。

用が大きくなることが知られています。このため，疲労を2.5性能の評価受ける床版の維持管理限界は，疲労による劣化の進行過程

疲労により性能低下した床版は，どの劣化過程にあるかと性能低下の定量評価のために表 - 2 に示す事項を考慮によって影響を受ける性能とその低下の度合いが異なってし，かつ，対象とする床版の状態に応じた対策の方法と，

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プレストレストコンクリート

講座
表- 3
劣化過程
潜伏期

進展期
加速期
劣化期

各劣化過程の定義（塩害）4）

定義
塩化物イオンが侵入し，鋼材かぶり位置における塩化物イオン濃度が腐食発生限界に到達するまで蓄積する期間。
（鋼材の腐食が開始するまでの期間）
鋼材の腐食が開始・進行してひび割れが発生するまでの期間。
ひび割れの発生により急速に腐食速度が増大する期間で，コンクリートのはく離などが生じる。
腐食量の増加により鋼材断面が減少し，部材の耐荷力低下が顕著な状態。

期間を決定する要因
塩化物イオンの拡散
初期含有塩化物イオン濃度
鋼材の腐食速度
ひび割れを有する場合の鋼材の腐食速度

利用面などを踏まえた対策実施の容易性などを勘案して適で注意する必要があります。また，1）〜 5）の塩化物イオ切に設定する必要があります。

ンの侵入経路が，複合している場合もありますので侵入経3．塩3.1

路の推定は慎重に行わなければなりません。

害

3.3

発生機構

特徴と留意点

PC 床版には設計基準強度 50 N/mm2 以上のコンクリー

塩害とは，塩化物イオンがコンクリート内部へ侵入してトを使用する場合が多く比較的緻密なコンクリートが用い鋼材の不動態被膜を破壊して，水と酸素の存在によって鋼られ，設計荷重においてひび割れが入らないように設計さ材腐食が促進され，腐食生成物の体積膨張がコンクリートれているので，一般には RC 床版より塩害が生じにくいとにひび割れや剥離を引き起こしたり，あるいは鋼材断面の言えます。塩化物イオンのコンクリート中への拡散は，コ減少を引き起こしたりすることによって，床版の性能を低ンクリートの品質に大きく影響を受けます。塩害はコンク下させる現象です。コンクリートにひび割れや剥離が生じリート内部で劣化が進行するため，PC 床版の場合，劣化ることでコンクリート内部の鋼材が外気に触れると，鋼材が顕在化した段階では鋼材腐食が相当進行していることが腐食はより一層促進されます。とくに，PC 床版に使われ予想されます。ている PC 鋼材は，常時引張応力が生じている状態であり，PC 鋼材はつねに高い引張応力を受けているので，何らPC 床版の耐荷力保持においては重要な部材です。それがかの原因で腐食が発生すると，鋼材断面積の減少に伴う局腐食すると構造体としての健全性に深刻な影響を与えるお部的な応力集中による応力腐食を引き起こし，最終的にはそれがあります。

破断に至るおそれがあります。

3.2

発生原因（劣化要因）

3.4

劣化予測

塩化物イオンの侵入経路は，点検における詳細調査の結コンクリート構造物における塩害についての既往の研究

果および環境条件より推定することができます。塩化物イ

において劣化予測の定量的な判断手法を明確化したもの

オンがコンクリート内部へ侵入する要因は，下記に示すよは，そのほとんどが RC 構造を対象としたものであり，PCうなコンクリート製造時に混入してしまう場合と外部環境構造物を対象としたものは現状ほとんどありません。PCから供給される場合がありますが，わが国では海水（外部床版の塩害予測は，外観目視点検結果を定性的に判断する環境）からの塩化物イオンの侵入がきわめて多いことが一手法に頼らざるを得ないのが現状です。塩害自体のメカニ般に知られています。

ズムは，PC 床版であっても RC 床版であっても同じであ・コンクリート製造時に混入する場合（コンクリート硬化るため，PC 床版においては，腐食が PC 鋼材に至るか否前）かが重要な判断材料となります。また，塩害における劣化

1）海砂の使用過程は，表 - 3 に示すように定義されます。これによると，2）塩化物イオンを含む混和剤の使用

コンクリートの腐食ひび割れの発生を契機として劣化速度

3）コンクリート打設時における海水の影響は増大しており，この腐食ひび割れの発生が塩害において・外部環境から供給される場合（コンクリート硬化後）きわめて重要な臨界点であることがわかかります。
海から飛来してくる塩水および積雪地や寒冷地において

4）コンクリート硬化後の海水の影響
5）凍結防止剤の使用

冬期における路面の凍結防止用に散布される凍結防止剤に3）は海水または潮の干満の影響を受けながら施工する

含まれる塩水による塩害は，表 - 4 に示すように塩水をような状況下において，コンクリート打設中に塩化物イオ含む漏水が床版上面のひび割れから下面方向に侵入し，床ンが混入する場合や打設前の鋼材に塩化物イオンが付着す

版上側鉄筋の腐食や鉄筋かぶりコンクリートの劣化に起因る場合が考えられます。また，4）は海水が風の力によりする床版上面の損傷が先行して発生するものと考えられ空気中に巻き上げられ，塩化物イオンを含んだ水滴や水分ます。

蒸発した塩の粒子が風に乗って運ばれて，沿岸部にあるコ

この上面損傷は床版厚にかかわらず発生しますが，凍結ンクリート構造物の表面に付着する場合が考えられます。

防止剤を多量に散布する積雪寒冷地において多発する傾向

塩化物イオンがコンクリート硬化あとに侵入している場があります。また，とくに版厚の厚い床版に上面損傷が生合は，継続的に塩化物イオンが侵入している場合が多いのじた場合には，床版下面に損傷が進行するまで比較的長いVol.62, No.3, May 2020

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講座
表- 4
劣化過程

床版の塩害による劣化進行過程 2）

床版断面の損傷イメージ図（ひび割れ，漏水，鉄筋付着に着目）

床版の劣化・損傷内容潜伏期

乾燥収縮によるひび割れ

進展期

塩分を含んだ水のひび割れ内への浸透

加速期

・床版上側鉄筋の腐食膨張
前期：腐食ひび割れ発生
後期：腐食ひび割れが多数発生

変色部
は腐食

・床版下側鉄筋の腐食膨張・床版下側コンクリートのはく落
・腐食量の増大による耐荷力が低下

劣化期

時間がかかるため，下面からの観察ではひび割れ，エフロ

4．お わ り にレッセンスなどが確認されにくいことも特徴です。
このような劣化・損傷現象から道路橋床版の上面損傷の既設構造物の適切な維持管理を実施するためには，各部メカニズムを推定した場合，以下のような劣化過程が考え位・部材に発生している劣化現象に対して，劣化機構を推られます。

定し，劣化機構に基づいた劣化予測および性能評価を適切

まず，建設当初にコンクリート床版の上面に発生した乾に行わなければなりません。そのためには，発生機構，発燥収縮ひび割れに車両の通行に伴って雨水が高圧で注入・生要因を十分に理解していることが重要となります。本稿吸引されるポンピング作用により，徐々にひび割れが拡大が，劣化現象を理解するための一助となれば幸いです。

していきます。次に，ひび割れが上側鉄筋に達すると鉄筋講座第 3 回では，③ 凍害，④ アルカリシリカ反応（ASR），は発錆しやすくなり，発錆時の膨張圧によってかぶりコン⑤ 想定外の収縮・クリープ挙動に起因する劣化，⑥ 複合クリートが浮いた状態となります。さらに，浮いた状態の劣化，⑦ 付属物の変状に起因する劣化，⑧ 更新用プレキコンクリートが床版上面に有れば，交通荷重の影響により

ャスト PC 床版特有の変状例に関して説明します。

床版にたたき作用や摺磨き作用などが生じコンクリートが参考文献

土砂化し，損傷は舗装の浮き（ポットホール）として出現します。

1 ）長谷，上東，安松：長支間 PC 床版の移動輪荷重走行疲労試験
による耐久性評価，コンクリート工学年次論文報告集，pp259-

これらの凍結防止剤による道路橋床版の塩害劣化につい

264，Vol.21，No.3，1999ては，劣化予測に関する研究，塩分浸透予測に関する研究，

2 ）土木学会：道路橋床版の維持管理マニュアル，2012

上面増厚後の再損傷に関する研究，鉄筋腐食を伴う劣化機

3 ）土木学会：2013 年制定コンクリート標準示方書［維持管理編：

構の解明に関する研究などが現地における個々の詳細調査

劣化現象・機能別］，2013

を主体として進められています。

4 ）土木学会：2007 年制定コンクリート標準示方書［維持管理編］，

以上のように，床版上面側の劣化・損傷現象は従来の交

2007

通荷重の作用による疲労損傷形態とは異なり，劣化の発生【2020 年 3 月 3 日受付】が床版上面に限られることもあります。このため，床版下面にひび割れやエフロレッセンスが析出しない場合であっても上面からの劣化は進行している可能性があり，従来の対応では維持管理上の問題が生じる可能性が大きいとも言えるでしょう。

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プレストレストコンクリート