技報 第 16 号（2018 年）

塩害環境に長期暴露した CFCC を用いた PC 桁の静的載荷試験
－新宮橋－

技術本部

技術部 メンテナンス技術グループ

青山敏幸

名古屋支店

金沢営業所

小林和弘

概要：飛来塩分による塩害対策として，世界で初めて炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Composite Cable （CFCC））を緊張材として使用したプレテンション方式単純床版橋の新宮橋（1988 年竣工）にて，実橋と同寸法の PC 桁を約 30 年間暴露してきた．本研究では，暴露した PC 桁の静的曲げ載荷試験，伝達長試験および含有塩分量試験を実施した．その結果，耐荷力としては設計値を上回っており，構造的に問題ないこと，伝達長も 65φよりも小さいことを確認した．

Key Words：CFCC，PC 桁，塩害，耐荷力，耐久性

１．はじめに能登半島の日本海に面した外海側の沿岸部では，冬期における北西からの季節風に乗った飛来塩分の影響による塩害が問題になっていたことから，石川県の新宮橋において塩害劣化した鉄筋コンクリート床版橋を，世界で初めて炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Composite Cable，以下，CFCC）を緊張材として用いたプレテンション方式単純床版橋に 1988 年に架け替えた．この新宮橋では，CFCC を緊張材として用いた PC 桁の終局時の破壊挙動や破壊荷重を調べるために，同橋の施工時（1988 年）に実物と同じ主桁を作製して破壊試験 1）や，使用時の主桁のたわみや CFCC のひずみ挙動を把握するために，大型ダンプ 2 台を用いた載荷試験 2）が行われ，使用性が検討された．さらに，対象橋梁では，長期的な品質を確認することを目的として作製された，実寸法の試験桁 2 本（山側，海側）を橋梁本体と横締めして一体構造として暴露しており，施工後 6 年経過した時（1994 年）に，そのうちの海側の試験桁に対して破壊試験を行い，施工時との破壊荷重の比較や CFCC 本体の耐久性を確認してきた 3）．
本研究では，新宮橋において，約 30 年間，実際の塩害環境下で長期暴露してきた山側の PC 桁を取り出した後に実施した静的曲げ載荷試験，曲げ載荷試験後の伝達長試験およびコンクリート中の含有塩分量試験の結果について報告する．

２．新宮橋の概要
新宮橋の一般図および断面図を図-1 に，主桁の断面図を図-2 にそれぞれ示す．
本橋は，石川県羽咋郡志賀町鹿頭に架設された橋長 6.1m，有効幅員は 7.0m のプレテンション方式単純床版橋である．当初は鉄筋コンクリート床版橋であったが，架設場所の厳しい塩害環境により，鋼材が著しく腐食し，コンクリートの剥落が見られたことから，1988 年 10 月に世界で初めて CFCC を緊張材として用い

青山敏幸

小林和弘
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海側

A2試験桁
（海側）
325

A160 250

20150

9520150600

山側

3 500

3 500130 250

橋 長 6100桁 長 6060
支間長 5760

8 200
7 000600

5％試験桁（山側）

190 160

23＠340 = 7 820

160 190(a) 一般図(b) 断面図
図-1 新宮橋の概要図
200

体の表面を粗面状としてコンクリートとの付着効果を高め

３．実験概要④60

3.1 静的曲げ載荷試験
静的曲げ載荷試験は，施工時，施工から 6 年経過時と同様⑤⑥⑦405050③60ている．

19020 6080
D627.5導入している．CFCC の表面はラッピング処理され，線条325

φ12.5mm 7 本より線の CFCC を 8 本用いてプレストレスを②①135

対策として，D6 のエポキシ塗装鉄筋を，緊張材として45た橋梁に架け替えられた．主桁のスターラップ鉄筋には塩害⑧4＠50 = 20032060

図-2 主桁断面図

な方法で実施した．載荷方法を図-3 に，測点配置を図-4 にそれぞれ示す．試験は，支間 5.76m に対して，等曲げ区間 1.0m の 2 点載荷とした．測定項目は，支点変位，主桁変位，埋込みひずみ，コンクリート表面ひずみとした．
載荷方法は，最初に 35.4kN（設計荷重 35.3kN）まで載荷し，一旦 0kN に戻した後，ひび割れ荷重まで載荷し，再度 0kN に戻した後に，最終段階として破壊まで載荷した．
P150

2380

100057602380

図-3 曲げ載載荷試験の載荷方法

図-4 変位計およびひずみゲージ貼付位置図
2/5150

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3.2 伝達長試験
長期間の供用のなかで，CFCC とコンクリートとの付着力が低下し，緊張力の伝達長に変化が生じていないかを調べるために，伝達長試験を行った．本試験は，曲げ載荷試験後に主桁を支間中央で切断し，その片側半分を使用した．試験は，図-5 に示すように中立軸を中心として，桁端部から 50mm 間隔の位置にひずみゲージ（WFLM-60-11）を千鳥配置にて貼付した．次に，緊張材が配置されていない主桁ウェブのみを残して，同図の青線で示したウェブと下フランジ境界およびウェブと上フランジ境界をウォールソーで切断し，325
138 187

切断前後のウェブコンクリートのひずみ変化を測定することで伝達長を把握した．

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

40 @ 50 = 2 000
図-5 伝達長試験におけるひずみゲージ貼付位置図
3.3 含有塩分量試験
曲げ載荷試験後に桁のウェブ側面および下面位置にてコア削孔を行い，含有塩分量を測定した．コアは桁側面 3 箇所，桁下面 1 箇所の計 4 か所とした．
ウェブ側面については，桁端部から 1080mm，1150mm，1280mm の位置で約 φ40mm，L=80mm の貫通コアを 3 本採取し，10mm ごとの厚さにスライスした後，各スライスの含有塩分量を測定した．桁下面については，桁端部から 920mm の位置でコンクリート表面からスターラップ位置までの L=約 30mm のコアを採取した．採取したコアは 10mm 幅でスライスし，各々のスライス片に含まれる全塩化物イオン濃度をJIS A 1154 に準じて測定した．そして，塩化物イオン濃度の測定結果から各深さの全塩化物イオン濃度を Fickの拡散方程式の近似解を用いて，塩化物イオンの見かけの拡散係数（Dc）と表面塩化物イオン濃度（C0）を推定した．

４．実験結果と考察
4.1 静的曲げ載荷試験
静的曲げ載荷試験の荷重－変位の関係を図-6 に，180載荷試験時のひび割れ図を図-7 にそれぞれ示す．ま160

た，今回の結果に加えて，ひび割れ発生荷重および140

破壊荷重の過去の実験値および設計値 4）の結果を120

表-1 に，コンクリート圧壊後の PC 桁上縁部の状況
本載荷試験による破壊形態は，曲げひび割れ進展

100

荷重（kN）を写真-1 に示す．

破壊荷重

80後，上縁コンクリートの圧壊であった．CFCC には60降伏現象がないことから，CFCC が破断する前に上40縁コンクリートが圧壊する破壊形態となるように20設計されたものであり，設計通りの破壊であった．

0

ひび割れ発生荷重

施工6年後（1994）
施工29年後，本試験（2017）0

これは，施工時および施工後 6 年時の試験でも同じであった．

204060変位（mm）

図-6 荷重－変位の関係

図-6 に示す荷重－変位の関係から，設計荷重およびひび割れ荷重まで載荷して荷重を除荷してもほ3/580100

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とんど残留変位は確認できなかった．また，本載荷試験と施工後 6 年時の結果は，ほぼ重なった結果であったが，施工後 6 年時に得られた結果に比べて破壊荷重は約 6%低い値を示した．しかし，表-1 に示すように施工時や設計値を上回っており，耐荷力としては問題ないと判断した．
また，写真-1 に示す載荷試験後の CFCC の状況から，コンクリートの圧壊によって上縁側の CFCC がねじれて破断していることがわかった．下縁側の CFCC においては，引張による CFCC の破断は確認できなかった．

図-7 ひび割れ図（下面と側面の展開図，破線は 100mm 間隔）
表-1 ひび割れ発生荷重と破壊荷重の比較
ひび割れ荷重
（kN）

破壊荷重
（kN）

施工時(1988)

70.6

132.3

6年後(1994)

98.3

167.1

29年後(2017)

82.8

157.0

設計値

68.3

131.2

写真-1 圧壊時の PC 桁上縁部の状況

500

下フランジ側を切断完了した時，上，下フランジを切断完了した時および上，下フランジを切断完了後 16 時間経過した時のそれぞれのひずみの変化を図-8 に示す．道路橋示方書による伝達長は 65φで定義されており，本橋の場合，812.5mm になる．それに対して，本試験の結コンクリートひずみ*μ（-）

4.2 伝達長試験

450

下フランジ切断完了時

400

上，下フランジ切断完了時

350

切断16時間後

300
250
200
15010050

果ではコンクリートひずみの値がほぼ一定となった 400～500mm が伝達長と考えられ，65φよりも小さな値となっていた．施工後 6 年時

812.5mm00

100 200 300 400 500 600 700 800 900 100011001200130014001500
端部からの距離（mm）

図-8 ウェブコンクリートにおける伝達長の変化に行った試験でも同じ結果を得ており，CFCCとコンクリートとの伝達長が変化していないことが明らかとなった．
4.3 含有塩分量試験
主桁側面の塩化物イオンの測定結果を図-9 に，主桁底面の塩化物イオンの測定結果を図-10 にそれぞれ示す．また，比較として 2012 年に本試験桁の隣に位置する本体の山側桁の A1 側と A2 側の下面において，ドリル法にて調査した結果を比較として付記した．
下フランジ下面と桁のウェブ側面を比較すると，下面の方がウェブ側面に比べての塩化物イオン濃度が大きい．これは，ウェブ側面は雨水の影響でコンクリート表面の塩分が洗い流されたことによるものと考えられる．ウェブ側面の結果をみると，山側からの塩分の浸透が顕著であり，間詰側からの塩分の浸透はほとんど無いことがわかった．また，表面塩化物イオン濃度の平均値は 3.58kg/m3，塩化物イオンの見かけの拡散
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9.0

9.0
山側

海側

7.0
6.0
5.0
4.0

桁端部1080mm
桁端部1280mm
桁端部1150mm

3.0
2.0

下面

8.0

（間詰側）

塩化物イオン濃度（kg/m 3）

塩化物イオン濃度（kg/m3）

8.0

1.0

D6CFCCエポ筋

上面

7.0
2012年調査（A1側）

6.0

2012年調査（A2側）

5.0
4.0
3.0
2.0
1.0

0.0
0.0

1.0

2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
コンクリート表面からの深さ（cm）

7.00.08.00.0

図-9 主桁側面の塩化物イオン濃度

1.02.03.04.05.06.0
コンクリート表面からの深さ（cm）

7.08.0

図-10 主桁下面の塩化物イオン濃度係数の平均値は 0.04cm2/年であった．
一方，下フランジ下面の結果をみると，表面塩化物イオン濃度は 8.42kg/m3，塩化物イオンの見かけの拡散係数は 0.83cm2/年であった．また，2012 年に測定した塩化物イオン濃度（ドリル法）と比較すると，コンクリート表面の 0～2.0cm 程度の塩化物イオン濃度の増加は見られないが，表面から 3.0cm の位置における塩化物イオン濃度が増加していることが確認され，スターラップ鉄筋位置（かぶり 27.5mm）では 6.0 ㎏/m3程度の塩化物イオン濃度と推定される．これは，鋼材の腐食発生限界 1.2kg/m3 を大きく超えており，一般的な鋼材を用いていれば腐食していた可能性が高いものと考えられる．

５．まとめ
本研究では，約 30 年間，実際の塩害環境下で長期暴露してきた CFCC を緊張材として用いた PC 桁を対象として，静的曲げ載荷試験，伝達長試験，含有塩分量試験を実施した．以下に結論を示す．
(1) 載荷試験の荷重－変位の関係から，本試験と施工後 6 年時の結果はほぼ同等の結果であったが，施工後 6年時の破壊荷重に比べて約 6％低い値を示した．しかし，施工時や設計値を上回っており，耐荷力としては問題ないと判断した．
(2) 伝達長試験の結果，PC 桁の伝達長は 500mm となっており，65φ(812.5mm)よりも小さい値となっていた．また施工後 6 年時に実施した試験でも同様な結果となっており，CFCC とコンクリートの伝達長に変化は認められなかった．
(3) 主桁下フランジ下面から採取したコアの含有塩分量を測定した結果，スターラップ鉄筋位置（かぶり27.5mm）では約 6kg/m3 の塩化物イオン濃度と推定された．
謝辞
本研究は，戦略的イノベーション創造プログラム（研究開発課題：コンクリート橋の早期劣化機構の解明と材料・構造性能評価に基づくトータルマネジメントシステムの開発，研究責任者 鳥居和之）の研究開発の一環として実施したものである．関係各位に深く感謝します．
参考文献
1)

山下武秋，木内武夫，犬飼晴雄，岩崎達彦：新素材による PC 橋－新宮橋の建設－，プレストレストコンクリート，
Vol.31，No.2，pp.71-78，1989.

2)

二口俊郎，駒田秀一，木内武夫，松本一昭：新素材 PC 橋の実橋載荷試験，プレストレストコンクリート技術協会 第2 回シンポジウム論文集，pp.307-310，1991.

3)

神田博行，木内武夫，松本一昭：新素材 PC 橋の実橋試験桁の載荷試験報告，プレストレストコンクリート技術協会
第 5 回シンポジウム論文集，pp.529-532，1995.

4)日本道路協会：道路橋示方書・同解説 Ⅲコンクリート橋 編，2002.
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