ＢＲＩ－Ｈ１９講演会テキスト

外装タイル張り仕上げ材の経年劣化による剥離・剥落発生のメカニズム
建築生産研究グループ 研究員

Ⅰ はじめに

根本 かおり内部に生じるディファレンシャルムーブメントの概略を示す。

タイル張りやモルタル施工した外壁仕上げ材（以下、外装例えば、JASS 19 陶磁器質タイル張り工事に規定されている材と記す）は、竣工からしばらく経つと経年劣化により剥離ように、外装用タイルは吸水率の低いⅠ類またはⅡ類のものが生じることがあり，補修せずに放置するとやがて剥落（脱を用いるため吸水膨張が小さい。一方、モルタルやコンクリ落）する。少し前になるが 2005 年 6 月に都内のオフィスビルートは吸水性があるため膨張量が大きい。モルタルはコンクの斜め外壁が剥落し、通行人 2 名が負傷するという事故があリートに比べて弾性係数が小さいため、コンクリートとタイった。この直後に国土交通省は、経年劣化により剥落の危険ルの伸縮量の差をある程度吸収することができ、急激な脆性性のある斜め外壁をもつ高層建物の全国調査を実施し、各都破壊を防ぐことができる。この点に積層構造のメリットがあ道府県から該当する建物が多数あると報告された。この調査る。ただしモルタルは、JASS 15 左官工事に規定されているでは斜め外壁と限定されているが垂直面の外壁にも同様のこように適切な塗厚でなければ、自重による接着力の低下や薄とが言える。外装材の剥落は、建物の高所から硬い物体が落塗りのためにディファレンシャルムーブメントを吸収しきれ下することで通行人に当ることがあれば人命を脅かし、さらず大きな負荷がかかり早期に剥離が発生することがある。に賠償や建物の美観が損なわれるなどして居住者の財産へもコンクリート躯体

建物診断や補修実施の重要性を理解していただく必要がある。
ここで、一口にタイル張り仕上げといっても施工方法により剥離・剥落のしかたは異なる。本研究では、鉄筋および鉄骨鉄筋コンクリート躯体にモルタルでタイルを張付けた、外壁面内方向ひずみ差あるということを認識し、建築技術者のみならず居住者にも面外方向のタイル後張り工法の経年劣化による剥離・剥落の発生の検ムーブメントの発生

ひずみ差は、建物が経年劣化すれば外装材も剥離し剥落する可能性がタイル外気環境（温湿度）変化影響を及ぼす。剥落事故を防ぎ安全に安心して暮らすために気温・日射・雨・風・雪など張付けモルタル
左官モルタル討をおこなった。展示パネルでは経年劣化の主要因である、

図 1 ﾀｲﾙ張り仕上げ外壁に発生するﾃﾞｨﾌｧﾚﾝｼｬﾙﾑｰﾌﾞﾒﾝﾄ

外気環境（温湿度）変化による外装材の伸縮挙動を中心とし[タイル、モルタル、コンクリートが積層構造を形成]
モルタル層はさらに、モルタル下地（JASS 15左官工事に規定）と張付けモルタル（JASS 19陶磁器質タイル張り工事に規定）の複層となっている

た剥離発生のメカニズムについて解説する。
Ⅱ 外壁のディファレンシャルムーブメント
タイル後張り工法の外壁は、タイル、モルタル、コンクリ

Ⅲ 左官モルタルとコンクリート躯体の剥離応力解析

ート躯体で構成された積層構造をしており、これらの材料が外部の温度変化が壁内部に伝わるとき、外装材のディファ外部から温湿度変化を受けると、材料の温湿度膨張係数の違レンシャルムーブメントは熱の減衰と伝導による時間差からいによって各構成材に異なった伸縮が発生する。この動きをも影響を受ける。そこで左官モルタル仕上げのみのコンクリ

ディファレンシャルムーブメント(相対ひずみ)という。ディート試験体を外壁モデルとして、屋外の温度変化により生じファレンシャルムーブメントは外気環境変化により日々発生る仕上げ材の剥離応力解析を行った。剥離応力解析は、熱伝し、材料間に疲労が蓄積することで剥離が生じる。図 1 に壁導解析により求めた試験体内部の温度分布から熱応力解析し、- 111 -

試験体内部に生じる応力と熱による試験体の変形を有限要素

結果、本解析値はコンクリート表面付近でやや実験値と異な反り対を試験体中央に埋めこみ測定し、この値と比較した。その反り上げ表面から反対側のコンクリート表面まで 1 ㎝間隔で熱電室内側（コンクリート基盤）仕上げ面から熱冷環境の付加実験をおこない、内部温度を仕変形時の形状10 ㎜、コンクリート躯体厚 100 ㎜の壁モデル試験体を用いて、屋外側（モルタル仕上げ）法（FEM）で解析した。また熱伝導解析値は、モルタル塗厚適切な補修をおこなうことが必要である。

るものの概ね良好に対応していることが確認された。図 2 に試験体の代表的な変形状態を示す。同図 a のように外気温上ａ．外気温上昇時昇時はモルタル仕上げ側に伸びが生じ、外気温低下時には同ｂ．外気温低下時

図 1 変形図（1000 倍に拡大表示）

図 b のように仕上げ側は収縮する。これらの変形時の中央接着界面近傍の主応力図を図 3 に示す。同図から、外気温上昇時はモルタルとコンクリートの境界に直行する(面外)方向に圧縮応力が作用するのに対し、外気温低下時は境界の面外方向に引張応力が作用している。この結果から外気温低下時に剥離が発生しやすい状況であることが分かった。
Ⅳ 外部拘束がタイル張り仕上げのひずみ応力に及ぼす影響
タイル張り仕上げのムーブメントが、コンクリート躯体の接着面から受ける接着拘束や、建物形状により柱などから囲まれて受ける拘束(以後、周辺拘束と記す)からどのような影響を受けるのかを調べるため、仕上げ面から湿度変化を与え

図 3 中央部のモルタルとコンクリート境界面近傍の主応力図てひずみ測定実験をおこなった。ひずみ測定値から応力ひず（引張り）150みを求めた結果を図 4 に、試験体形状と外部拘束による応力

95％R.H.
100
拘束条件Cと拘束条件Aのひずみ差（μ）

ひずみが集中する位置を図 5 に示す。図 4 から周辺拘束の影
響は直接拘束される端部に集中しており、特にモルタル下地に応力が大きく発生していることが分かった。また、コンク
リート躯体の接着拘束は端部よりも中央部のモルタルに大きく表れることが分かった。すなわち、端部は接着による拘束

50

25％R.H.

95％R.H.

60%R.H.
4：中央ﾀｲﾙ

3：端部ｺﾝｸﾘｰﾄ

1：端部ﾀｲﾙ0-50

2：端部ﾓﾙﾀﾙ

6：中央ｺﾝｸﾘｰﾄ-100
5：中央ﾓﾙﾀﾙが弱く、かつ周辺拘束を受ける場合応力ひずみが集中するた
-150

開始

め、端部から剥離が発生しやすいということが確認された。
Ⅴ 外装タイル張り仕上げの剥落防止安全性のためにタイル張り仕上げは周辺拘束を受ける場合、直接拘束され7日

14日21日

累計時間（ｈ）（圧縮）

図 4 接着拘束および周辺拘束によるムーブメントへの影響る仕上げ材端部に大きな負荷がかかる。また、コンクリート躯体からの拘束（接着）力は中央部が大きく端部は小さい。
剥離発生防止のため仕上げ材端部にかかる負荷を緩和させる
柱ためには、伸縮調整目地の設置が有効である。ただし、目地に用いるシーリング材の耐用年数は一般に 5～10 年程度、一方タイル張り仕上げの耐用年数は 10～15 年程度とされてい

周
辺
拘束の影
響が
強い

接着
拘束の影
響が強い

周
辺
拘束の
影
響が
強い

柱

るため、外装タイル張り仕上げを長く安全に利用するためには、シーリング材の取替えや仕上げ材の定期的な劣化診断、

図 5 柱から周辺拘束を受けるタイル張り仕上げ試験体- 112 -