コンクリート工学年次論文集，Vol.27，No.1，2005

論文 補修工法による鉄筋コンクリート構造物の劣化特性及び補修性能評価に関する暴露実験
金武漢＊1 ∙ 金容魯＊2 ∙ 金載桓＊３ ∙ 曺俸碩＊３
要旨：本研究では，補修材料∙工法の性能評価方法及び品質管理基準の確立に必要な基礎資料を得ることを目的とし，韓国で数多く用られている補修材料∙工法を適用した暴露試験体を作製し，海岸及び一般大氣環境下で暴露実験を行った。材齢 18 ヶ月まで，暴露試験体に対して外観観察及び自然電位の測定を実施した結果，一部の補修材料∙工法の表面被覆材及び断面修復材において，微細ひび割れ，膨れ剥離，補修境界部位のひび割れ及び補修部位と非補修部位の電位差の発生が認められた。今後，持続的な研究を通じて定量的な補修材料∙工法の性能評価方法及び品質管理基準の確立に必要な基礎資料を得ることが可能であると考えられる。
キーワード：暴露実験，補修材料∙工法，性能評価，外観観察，自然電位，表面被覆材
1. はじめに表-1 実験要因及び水準

近年，韓国では，塩害及び中性化などによる鉄W/C筋コンクリート構造物の劣化に関する報道がさか

要因

水準

暴露環境

海岸及び一般大気環境

補修工法の種類

5 種類

り，新工法，新技術などが用られつつある 1),2),3)。

內在塩化物イオン量

0， 2.4kg/m3

しかしながら，韓国の補修材料及び補修施工業

防せい剤処理， 無処理んになって，社会問題化されている。この問題を解決するため，補修材料及び工法が開発されてお0.60

界の現状を調べてみると，補修材料及び工法の選定に必要な規格，規準などが，十分に整備されて劣化部位除去いるとはいえない状況である。また，多種多様な錆び除去

補修材料∙工法において，それらの性能評価方法及び品質管理基準などを明確に設定する必要がある。

防せい剤処理このような背景から，本研究は，韓国の補修材料·工法の性能評価方法及び品質管理基準の確立

プライマー塗布に必要な基礎資料を得ることを目的とし，新技術などによってその有効性が確認されつつある補修

断面修復

材料·工法を適用した試験体を海岸及び一般大気

表面被覆環境下で暴露し，外観観察及び自然電位などを検討·分析したものである。

図-1 補修工法システムの概要

2. 実験計画及び方法

6，12，18，24，36，48 及び 60 ヶ月に実施することに2.1した。本稿では，暴露材齢 18 ヶ月までの実験結暴露実験計画本研究の実験要因及び水準を表-１に，補修工法システムの概要を図-1 に示す。本暴露実験に適用果について報告する。
2.2 コンクリートの調合及び使用材料

した補修工法は，最近，韓国で代表的なものとし基材コンクリートの作製に用いた材料を表-2 に，て用いられている 5 社のシステム化されたものをコンクリートの調合を表-3 に示す。セメントは 1 種選定した。暴露実験における暴露材齢は，60 ヶ月

普通ポルトランドセメント，細骨材は最大寸法まで設定されており，非破壊調査は暴露してから5mm の海砂，粗骨材は最大寸法 20mm の砕石，鉄筋*1 大韓民国 忠南大学校 建築工学科 建設材料·施工学研究室 工博·敎授
*2 大韓民国 大林産業(株) 技術研究所 建築研究志願ﾁｰﾑ 主任研究員*3 大韓民国 忠南大学校 建築工学科 建設材料·施工学研究室-1549-

表-2 使用材料の物理的性質

表-4 補修材料∙工法システムの補修工程

使用材料

物 理的 性 質

セメント

普通ポルトランド(密度: 3.15)

細骨材

海砂，(粒径:5mm， 密度:2.57， F.M.:2.85)

粗骨材

砕石，(粒径:20mm，密度:2.65， F.M.:6.50)

1

錆び除去及び下地処理

鉄筋D13 異形鉄筋

2含浸材塗布

NaCl

1級試薬， 純度99%

3

鉄筋防せい処理4

補修工程

表-3 コンクリートの調合目標
単位重量(kg/m3)
s/a 単位水量
スランプ(%) (kg/m3)
セメント 細骨材 粗骨材
(cm)

W/C
0.60

18±1

48

186

310830931

補修材料·工法の種類
AB

CD

E

○○○○○○○○○○○○○

断面修復○○○○○5

下地調整○6

表面被覆処理○○○○○鉄筋Ⅱ鉄筋Ⅰ鉄筋Ⅲ(a) 海岸環境

単位:mm(b) 一般大気環境

写真-2 暴露実験場所

図-2 暴露試験体の形状及び寸法

2.3 暴露試験体の作製方法
基材コンクリート試験体の形状及び寸法を図-2に示す。発泡スチロールを埋入して，補修部位となる断面欠損部位を設けた。また，コンクリート
內の埋入鉄筋の場合，健全部位としてコンクリー(a) 試験体の準備(b) 錆び除去及び下地処理

ト內に完全に埋められている状況を想定した鉄筋Ⅰ，鉄筋全体が露出されている場合を想定した鉄筋Ⅱ，鉄筋の一部分が露出されている場合を想定した鉄筋Ⅲの計 3 本の鉄筋を設けた 4)，5) 。
2.4 補修材料·工法の概要及び施工方法
写真-1 に補修施工の状況を示す。本暴露実験で用いた補修材料∙工法は，表ー4 のように各製造∙(c) 含浸処理

生産業体別示方書に準じて実施した。つまり，下地(d) 鉄筋防せい処理処理及び鉄筋の錆び除去，含浸材塗布，鉄筋防せい処理，断面修復，下地調整及び表面被覆処理工程の順で行った。
2.5 海岸及び一般大気環境暴露状況
海岸環境暴露実験場は写真-2(a)に示すように海岸から 100m 程度離れており，飛来塩分の影響を(e) 断面修復(f) 表面被覆多く受けると予想される場所として設定した。ま写真-1 補修材料及び工法システムの補修施工

た ， 一般 大気 環境 暴露 実験 場 の場 合は ，写 真2(b)に示すように内陸にある構造物の屋上であり，は D13mm の異形鉄筋を使用した。また，コンクリ飛来塩分の影響を受けない場所に設定した。海岸ートの内在塩化物量を調節するため，純度 99%の及び一般大気環境での暴露状況を写真-3 に示す。

NaCl 1 級試薬を使用した。

-1550-

表-6 測定項目と評価等級
評 価 等 級測定項目
1表面被覆(a) 海岸環境

鉄筋34少し認め著しく認められる られる 認められる白華無し

剝離直径3mm以下

ひび
割れ

無し

剝落直径3mm以下

直径3~10mm

直径10~ 直径50mm
50mm
以上

0.2mm
以下

0.2~
0.5mm

0.5~1.0mm

1mm
以上

剝離5cm2以下

5~25cm2

25~100cm2

100cm2
以上

錆び
流出

無し

コンクリー ひび
割れ
ト
断面修復材

2

直径3~10mm

直径10~ 直径50mm
50mm
以上

全体面積 全体面積 全体面積の5%の5~20% の20%以上

少し認め
著しく認められる られる 認められる(b) 一般大気環境

表-7 圧縮強度，曲げ強度及び附着強度の測定結果

写真-3 暴露状況

圧縮強度
(MPa)

曲げ強度
(MPa)

附着強度
(MPa)

材 齢(日)

材 齢(日)

材 齢(日)

7

77

1428

表-5 試験体の測定時期及び測定項目
測定時期
暴露前

暴露中

補修材料
及び工法

測定部位

測 定表面被覆

写真，附着強度

断面修復材

附着強度，圧縮強度，曲げ強度

表面被覆

写真，白化，剝落，膨れ，ひび割れ

断面修復材

ひび割れ，膨れ，剝離コンクリート

ひび割れ，膨れ，剝離

鉄筋

錆び汁流出， 電位差

表面被覆
断面修復材
暴露後
コンクリート鉄筋

項 目

写真，白化，剝落，SEM，膨れ，ひび割れ， 附着強度
中性化，写真，膨れ，剥離，塩化物量
中性化，写真，膨れ，剥離，塩化物量中性化，腐蝕面積率，重量減少率，電位差

1428

1428

A

18.1 39.8 43.2 9.3

9.9 12.0 3.1

2.9

3.5

B

25.6 60.5 58.9 8.2

7.1

9.5

1.0

0.9

0.9

C

41.1 43.8 49.7 6.9

9.0

9.9

2.3

2.4

2.4

D52.3 56.8 58.3 12.1 13.6 14.1 3.43.53.7E34.7 41.2 43.8 7.3

1.92.07.99.3

1.6に見られるように表面被覆材，断面修復材，コンクリート及び鉄筋の外観観察などの非破壊調査によって 4 等級に区分した 6),7)。

暴露試験体は雨水及び日照などの環境的要因による影響を大きく受ける条件である。また，試験

3. 実験結果の検討及び分析体の台として木材を使用し，試験体の下面を暴露

3.1 暴露前の初期評価結果
補修材料における材齢別の圧縮強度，曲げ強度試験場の底面から 20cm 離して設置した。

及び付着強度を KS F 4042「コンクリート補修用2.6 測定項目及び方法
暴露試験体の測定時期及び測定項目を表-5 に，ポリマーセメントモルタル」の試験方法に準じて測定項目と評価等級を表-6 に示す。試験体の評価測定し，その結果を表-7 に示す。

は暴露前，暴露中，暴露後に行った。また，暴露

3.2 暴露試験体の測定結果

中の試験体の測定は，表面被覆材，断面修復材，(1) 外観観察による性能評価結果

コンクリート及び鉄筋の 4 部分で，暴露開始後 6，暴露材齢 18 ヶ月までの試験体の外観観察の結果，12 及び 18 ヶ月 に実地し，今後，24，36，48 及製造社別の補修材料•工法に関係なく，いずれのび 60 ヶ月に実施の予定である。

試験体においても，鉄筋の錆び汁，補修部の浮き暴露中の定期評価において，各性能評価項目に及び剥落などの急激な性能低下現象は見られなか対する評価等級は，従来の研究を参考として表-6った。しかしながら，一部補修材料∙工法の場合-1551-

50.5年
4評 価等級[(a) 表面被覆材のひび割れ (b) 断面修復材のひび割れ

31.0年

1.5年

防せい処理 - 無塩化物 イオン - 無 ]* c.e : 海 岸 環 境a.e : 一 般 大 気 環 境

210c.e a.e c.e a.e c.e a.e c.e a.e c.e a.e c.e a.e
ABCDEPlain

補修材料及び工法

図-3 暴露材齡による表面被覆のひび割れ(c) 表面被覆材の膨れ(d) 補修境界部位のひび割れ
5

写真-4 暴露試験体の劣化の例

0.5年

1.0年

1.5年

級

4

暴露材齢別の表面被覆材において微細ひび割れによる評価等級の変化を図-3 に示す。C，D，E 補価

膨れ剥離現象が多少発生した。

21修工法の場合は，暴露材齢 18 ヶ月まで表面被覆[ 防せい処理 - 無塩化物 イオン - 無 ]* c.e : 海 岸 環 境
a.e : 一 般 大 気 環 境

3評等

においては，写真-4 に示すように微細ひび割れ，

0c.e a.e

材の微細ひび割れは見られなかったが，A 及び Bc.e a.e c.e

A

工法の場合は，暴露材齢 6 ヶ月から海岸及び一般

B

a.e c.e
Ca.e c.e a.e
DE

補修材料及び工法

大気環境で表面被覆材の微細ひび割れが見受けられた。

図-４ 暴露材齢による断面修復材の剥離

また，C 工法の場合，暴露材齢 18 ヶ月から海岸環境で表面被覆材の微細ひび割れが発生した。

また，暴露材齢による断面修復材の剥離評価等

特に，海岸環境で暴露させた A 工法の試験体では，級の変化を図-４に，一般大気環境下での試験体

材齢 6 ヶ月から試験体の全面積の 20%以上におい外観を 表-8 に示す。B，C，D 及び E 補修工法のて表面被覆材の微細ひび割れが観察され，4 等級

場合，断面修復材の剥離現象が見られなかったが，と評価された。
表-8 暴
暴露環境試

験

体の一 般 大 気 環 境

防せい剤
塩化物量露無0.0kg/m3處外観(上面)( 暴露材齡:18 ヶ月 )理

處
2.4kg/m

3AB

C
補修工法
DE

Plain-1552-0.0kg/m

3

理2.4kg/m3

(2) 自然電位による性能評価結果

照合電極

暴露試験体の自然電位測定方法の概要を図-5 に，高抵抗電圧計

海岸環境下での材齢 18 ヶ月における自然電位を図-６に示す。補修材料∙工法の種類に関係なく，
ASTM に規定されている鉄筋腐食発生の自然電位値鉄筋である-350mV を上回っているので，材齢 18 ヶ月

Ⅲ

測定位置までは，鉄筋腐食が生じなかったと推定された。

Ⅰ

一方，外観観察結果で性能低下現象が観察されⅡ

123456789 10

た A 及び B 工法の場合は，補修部位の自然電位値が，非補修部位に比べて多少低く現れたが，C，E工法の場合は，補修部位の自然電位値が相対的に図-5 暴露試験体の自然電位測定方法の概要高く現れた。また，D 工法及び Plain 試験体の場A 工法の場合，材齢 12 ヶ月から剥離現象が発生し合は，補修部位と非補修部位の自然電位においてており，一般大気環境下での断面修復材の剥離が有似な値を示した。
海岸環境暴露試験体における非補修部位の自然試験体全面積の 100cm2 以上に表れ，4 等級と評価電位の平均値の変化を図-７に，海岸及び一般大された。
B 工法の場合，暴露材齢 12 ヶ月まで性能低下現

気環境下での材齢 18 ヶ月における自然電位平均象が見られなかったが，18 ヶ月からは海岸環境で値の変化を図-８に，防せい処理有無及び塩化物断面修復材の剥離現象が発生し，2 等級と評価さイオン量による自然電位平均値を図-９に示す。

れ，時間の経過による性能低下が確認された。

自然電位の値は，すべての補修材料∙工法種類に

このような現象は暴露環境の直射日光をうけるおいて，暴露材齢 18 ヶ月まで-350mV 以上の値をきびしい条件であり，一部補修材料∙工法では使示しており，時間の経過と共に自然電位値は，小用材料の調合及び工法などが，不適切であるため,さくなる傾向が見られた。

暴露材齢 12 ヶ月から補修材料の性能低下現象が補修材料•工法の種類による自然電位値の傾向は発生したと考えられる。また，性能低下した鉄筋見られなかったが，外観観察で補修材料の性能低コンクリート構造物に補修材料∙工法を適用する下現象がみられた A 工法の場合は，ほかの工法に時には，基材コンクリートの熱膨脹係数及び弾性比べて相対的に小さい自然電位の値を示した。
また，海岸環境下で暴露させた試験体の自然電係数などを考慮した補修施工が必要であると思わ

位値は，一般大気環境の場合より多少小さい値をれる。
400
補 修

自 然 電 位(-mV)

350

A 工法

B 工法

C 工法

D 工法

E 工法

Plain

300
250200150100500
400

自 然 電 位(-mV)

350
3002502001501005000123測4567定位

置89 1001234567測 定 位 置

89 100123

図-6 補修材料及び工法種類による自然電位測定結果-1553-4567

測 定 位 置89 102)暴露試験体の自然電位の測定結果，時間の経過

400
0.5年

自 然 電 位 (-mV)

350

1.0年

と共に自然電位値が低くなる傾向が現れたが，1.5年

300

暴露18ヶ月まで全試験体が-350mV以上の値が現250

れ，腐食は生じていないと判断された。

2001503)外観観察結果において性能低下現象が見られた

100

一部補修工法の場合，相対的に自然電位の値が50低く現れた。一方，海岸環境暴露試験体の場合

0A

BCDE

は，一般大気環境に比べて，低い自然電位の値Plainを示した。

補修材料及び工法の種類

4)これまでの暴露実験の結果，一部補修工法の性能低下が見られた。今後，持続的な研究を通じ

図-7 非補修部位の自然電位の平均値の変化(海岸)て,定量的な補修材料•工法の性能評価方法及び400

品質管理基準の確立に必要な基礎資料が得られ

海 岸 環 境一般大気環境* 暴 露 材 齢 :1.5年るものと考えられる。

300
250

謝辞

然 電

200150

本研究は，2004 年度電力産業研究開発事業の100「複合劣化によって性能低下された原電構造物の自位(-mV)

350

50

補修材料•工法システム開発(R-2004-B-118)」に0関する一連の研究であり，ここに厚く謝意を表す。
ABC

DEPlain

補修材料及び工法の種類

參考文献1)建設交通部，塩害及び中性化被害を受けたコン

図-8 材齢 18 ヶ月における自然電位平均値の変化

クリート構造物の耐久性回復のための補修工法システム開発及び実用化方案，建設技術研究開

400* 暴 露 材 齢 :1.5年

海 岸 環 境一般大気環境発事業年次報告書，2003. 43002)金武漢ほか，表面被覆種類による複化合劣環境

250

下の鉄筋コンクリート腐食特性に關する実験的研究，韓国コンクリート学会秋季学術發表大會論100文集，pp.87～90，2003.11

50

電150

然200

自位 (-mV)

3503)金武漢ほか，中性化されたコンクリートのアルカ

0リ性回復に関する実験的研究，コンクリート工学年次
有無防せい処理0.02.4

論文集，Vol. 24，No. 2，pp.1449～1454，2002. 6

塩 化 物 イ オ ン （ kg/m 3)4)Kim Moo-Han et al.，Corrosion properties ofReinforced Concrete with Types of Surface Coating Under the

図-9 防せい処理有無及び塩化物イオン量による自然電位

Combined Deterioration Environment，Proceedings
示した。一方，暴露材齢 18 ヶ月までは，防せい処理有無及び塩化物イオン量の変化による自然電ofJCI，Vol. 26，No.1，pp.1035~1040，2004. 75)日本コンクリート工学協会，コンクリート構造位値の差異は見られなっかた。

物の補修工法研究委員会報告書(Ⅲ)-補修工法の性能評価のための暴露実験，pp.1～44，1996. 10

4. まとめ以上，本研究の範囲で次のような結論が得られた。

6)日本建築学会，鉄筋コンクリート造建築物の耐久性調査•診断及び補修指針(案)•同解説-付 2.補

1)暴露試験体の外観観察の結果，材齢 18 ヶ月までは深刻な性能低下現象は発生しなかったが，一部補修工法の場合，表面被覆材の微細ひび割修工法の補修効果評価試験(案)，pp.203～216，1997
7)C. Andrade et al，Corrosion rate evolution on concrete structures

れ，膨れ剥離及び補修境界部位のひび割れが多少発生した。

-1554-

exposed to the atmosphere，Cement & Concrete Composites
pp.635~647，2002