一般財団法人新潟県建設技術センター
令和 2 年度研究助成報告書

新潟県における実構造物の塩害劣化予測とその検証に関する事業

令和 3 年 3 月
研究代表者
長岡技術科学大学 中村文則

新潟県における実構造物の塩害劣化予測とその検証に関する事業
中村

文則 1・下村匠2

1 長岡技術科学大学助教

工学研究科環境社会基盤工学専攻

2 長岡技術科学大学教授

工学研究科環境社会基盤工学専攻

新潟県では，冬季の激しい気象・波浪条件により，沿岸部に設置されたコンクリート構造物において塩害が生じるため問題となっている。このような塩害を効率的に対策していくためには，新潟県における気象・波浪条件を考慮して実構造物に作用する飛来塩分とそれに応じたコンクリート構造物内部の鉄筋の腐食過程を予測できる技術を確立することが必要である。本事業では，新潟県における気象・波浪条件を考慮した構造物の塩害劣化の予測モデルを確立するために，構造物表面に作用する飛来塩分と降雨の予測モ
デルの構築を行った。さらに，飛来塩分と降雨を再現した模型実験を行い，構築したモデルの検証を行った。その結果，構築した予測モデルにより，構造物の外部環境作用を考慮して，コンクリート構造物表面に到達する飛来塩分と降雨粒子を予測できることが示された。さらに，模型実験の結果から，構造物の各部位表面における塩分量は，降雨作用前後で分布に大きく差がないことが明らかになった。

キーワード:

塩害，飛来塩分，コンクリート構造物，模型実験，数値シミュレーション

1. はじめに条件を考慮した飛来塩分の発生・輸送モデルを開発し，新潟県の橋梁を対象とした予測を行っている。その結果

新潟県では，冬季の激しい気象・波浪条件により，沿から，新潟県の気象・波浪条件を考慮して橋梁周辺に作岸部に設置されたコンクリート構造物において塩害が生用する飛来塩分の輸送量を予測できることを報告していじるため問題となっている。このような塩害を効率的にる。

対策していくためには，新潟県における気象・波浪条件

しかしながら，これらの研究により，構造物に周辺にを考慮して実構造物に作用する飛来塩分とそれに応じた作用する飛来塩分量の予測モデルは確立できているが，コンクリート構造物内部の鉄筋の腐食過程を予測できる

その結果に大きく影響を及ぼす降雨の影響についてはモ技術を確立することが必要である。

デル化が進んでいないのが現状である。例えば，降雨作

コンクリート内部の鉄筋の腐食過程については，既往用による表面の雨かがり範囲の予測や降雨による塩化物

研究が盛んに実施され，コンクリート表面・表層部の塩

イオン量の洗い流し作用，コンクリート中に浸透する塩

分量(塩化物イオン量)を与えることで予測できるように化物イオン量への影響などである。このような降雨と飛なっている。構造物内部の鉄筋腐食解析の境界条件とな

来塩分の両方の作用を複合して予測できる方法を確立す

る表面・表層部の塩分量については，コンクリート標準

ることで，コンクリート構造物の表面・表層の塩分量(塩化物イオン量)を的確に予測できるようになる。

1)

示方書 に記載されている海岸からの距離に応じて，構造物の表面塩化物イオン量 C0 の定める方法が広く利用

本事業では，新潟県における気象・波浪条件を考慮しされている。一方で，飛来塩分は，気象・波浪条件，周た構造物の塩害劣化の予測モデルを最終的に確立するた辺の地形，構造物の形状などによって到達する量が異なめに，構造物表面に作用する飛来塩分と降雨の予測モデるため，構造物が設置されている条件によっては，距離ルの構築を行った。さらに，飛来塩分と降雨を再現した

だけでは正確に予測できない場合がある。

模型実験を行い，構築したモデルの検証を行った。この

近年では，そのような問題を解決するために，気象・事業は，将来的に実務分野に直接適用できる予測モデル

波浪条件を考慮した飛来塩分の予測モデル 2)，3)，4)が報告を確立することを目的としたものであり，大規模な実験されている。例えば，研究代表者ら 2) ，3)は，気象・波浪

施設を用いて，詳細な検証を実施する点に有用性がある。
1

2. 新潟県沿岸部での塩害環境作用

3. 構造物に作用する飛来塩分および降雨粒子の予測モデルの構築

新潟県沿岸部における塩害環境作用を把握するために，(1) 数値モデルの概要

新潟県を中心とした北陸から東北地方で，飛来塩分の現地観測を行った。

コンクリート構造物の劣化の要因となる飛来塩分粒子
は，大気中を風によって輸送され，構造物に到達する。

(1) 観測方法と観測点の配置
現地観測は，2019 年 11 月 30 日～2020 年 3 月 19 日の期

その後，構造物表面に到達した塩分粒子(塩化物イオン)
は，降雨の洗い流し作用によって，コンクリート表面を間(2019 年度研究助成期間)に実施した。観測場所は，北

移動・再配分する。そのため，コンクリート構造物の表

陸地方を中心に石川県，富山県，新潟県，山形県，秋田県の沿岸部の 212 箇所である。観測方法は，モルタル供面・表層部の塩化物イオン量を詳細に予測するには，降試体を暴露し，そこに含まれる塩化物イオン量を測定する方法した。供試体の寸法は，縦 30mm，横 40mm，厚数値モデルの構築が必要である。

さ 5mm である。供試体は，海岸に設置されている直立過程の数値シミュレーションを開発しており，実構造物

堤防の天端部の海側面に設置した。

を対象とした予測計算が可能なことを報告している。一(2) 塩害環境の観測結果

方で，コンクリート構造物に作用する降雨の到達および

図-1 は，飛来塩分の現地観測結果を各位置で整理した結果である。図の棒グラフの高さが塩化イオン量のては，十分に検討されていないのが現状である。そのた値である。図に示すように，設置位置に応じて塩化物

め，コンクリート構造物の各部表面に作用する飛来塩分

イオン量が変化していることがわかる。観測結果の塩と降雨粒子の数値シミュレーションモデルの構築を行っ化物イオン量は，秋田県から新潟県北部で大きくなった。

雨と飛来塩分の到達とその後の表面の移動を予測できる研究代表者らは，既往研究 3)で飛来塩分の輸送・到達

降雨の表面の流動範囲(雨ががり)を予測する方法についており，新潟県南部から石川県能登半島東側の範囲では，局所的に小さくなっている。この結果から，佐渡(2) 基礎方程式

島を含めた新潟県沿岸部では，飛来塩分量が大きい箇

1) 風況モデル
構造物周辺の風況の計算は，大気中の空気を非圧縮所が多く，沿岸部に設置された構造物が厳しい塩害環性流体と考え，式(1)および(2)に示す 3 次元の連続式とナ

境作用を受けていることがわかる。

ビエ・ストークス方程式により計算を実施した。

このような環境では，海域の波浪から発生した飛来
塩分の粒子が，コンクリート構造物表面に作用すると∂u ∂v ∂w++=0
∂x ∂y ∂z

ともに，降雨粒子による水分の供給や塩分の洗い流し作用が生じていると考えられる。新潟県のような厳し

∂u
∂u
∂u
∂u
+u
+v +w =
∂t
∂x
∂y
∂z

い環境に対応できるようにするために，構造物各部位に作用する飛来塩分と降雨粒子を予測できる数値モデ
ルの構築を行った。

−

16.6

佐渡島
塩化物イオン量
14.0

山形県

−

18.8

10.9
新潟県

1.4
1.0
石川県

富山県

∂p ∂  ∂v  ∂  ∂v  ∂  ∂v + υ t  +  υ t  +  υ t ∂y ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z 

(2)

∂w
∂w
∂w
∂w
+u
+v
+w
=
∂t
∂x
∂y
∂z

6.7
3.7

∂p ∂  ∂u  ∂  ∂u  ∂  ∂u +  υ t  + υ t  + υ t ∂x ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z 

∂v
∂v
∂v
∂v
+u +v +w =
∂t
∂x
∂y
∂z

秋田県
22.3

(1)

−

∂p
∂  ∂w  ∂  ∂w  ∂  ∂w 
 + υ t− g + υ t
 + υ t∂z∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z 

単位(kg/m3)

ここで，t は時間(sec)，x，y，z は 3 次元座標(m)，u，v，
wは x，y，z方向の風速(m/s)，pは圧力(Pa)，gは重力加速

図-1 飛来塩分の現地観測結果
2

度(m/s2)，νt は風の乱流拡散係数(m2/s)である。
ここで，up，vp，wp は粒子の移動速度(m/s)，CD は抵抗係数，ap は粒子の風を受ける投影面積(m2)，mp は粒子の質

風況の乱流モデルは，流体計算で幅広く使用されているk－ε乱流モデルを用いた。乱れエネルギーの輸送方程

量(kg)，ρa，ρp は空気と飛来塩分粒子の密度(kg/m3)である。
この式の左辺第 1 項は風によって飛来塩分粒子が受ける式と粘性散逸率の輸送方程式は式(3)と(4)である。
∂k
∂k
=
+ ui
∂t
∂xi

抗力，左辺第 2 項は自重によって作用する力，右辺第 1(3)

項は飛来塩分粒子が持つ慣性力である。飛来塩分粒子に作用する周辺の風速は，粒子の中心からその周辺の風速 ∂u ∂u  ∂u∂  υt ∂k 
 + υt  i + j  i − ε

 ∂x

∂xi  σ k ∂xi 
 j ∂xi  ∂x jの計算格子点までの距離で重み付を行い，それを平均化した値を与えた。

∂ε
∂ε
+ ui
=
∂t
∂xi

(4)

飛来塩分粒子の移動距離は式(9)で計算を行った。
x p ( t + ∆t ) = x p ( t ) + u p ⋅ ∆t + R x∂  υ t ∂k ε  ∂u ∂u  ∂uε2 + C1υ t  i + j  i − C 2∂xi  σ ε ∂xi k  ∂x j ∂xi  ∂x jky p ( t + ∆t ) = y p ( t ) + v p ⋅ ∆t + R y(9)z p ( t + ∆t ) = z p ( t ) + ( w p − ws ) ⋅ ∆t + R z

ここで，kは乱れエネルギー量，εは粘性散逸率，σk (=1.0)，σε (=1.3)，C1 (=1.44)，C2 (=1.92)はそれぞれ格子乱流やチャ
ここで，xp，yp，zpは飛来塩分粒子の位置を示した座標(m)である。wsは飛来塩分粒子の沈降速度(m/s)であり，
ンネル乱流の基礎実験データをもとに求められた係数，
添え字 i，j，k は x，y，z に対応した座標である。これらの計算から求められた値を用いて，乱流粘性係数 νt は式

流体中を自由落下する自重を持つ粒子の運動をモデル化(5)により算出した。

式(10)で計算した。

vt =C µ ρk 2

し，その計算結果を与えた。Rx，Ry，Rzは拡散項であり，(5)εR x = R y = R z = 24 ⋅ K ⋅ ∆t ⋅ {0.5 − R (0)}ここで，Cμ(=0.09)は係数，ρは大気の密度(kg/m3)である。

(10)

ここで，Kは拡散係数(m2/s)，R(0)は0～1の乱数である。

計算境界部は自由流出境界として式(6)とした。

飛来塩分粒子が空気による抵抗を受けながら落下する
場合，時間とともに加速する自由落下運動となるため， ∂u ∂u  ∂u∂ui∂u
+ ua i = υt  i + j  i
 ∂x

∂t
∂xi
 j ∂xi  ∂x j

粒子の沈降速度は式(11)で計算を行った。

(6)

ここで，ua は断面での主流方向速度の平均値(m/s)である。

4 3 ∂ws
1
4  ρa  (11)2= − ρ aCD ws πr 2 + πr 3 1 +
πr ρ
g
ρ 
dt
3
2
3 

2) 飛来塩分粒子および降雨の輸送・到達過程モデル
ここで，rは飛来塩分粒子の半径(m)である。抵抗係数CD

大気中の飛来塩分粒子の輸送と到達過程は，大気中の飛来塩分粒子を球体と仮定し，そこに作用する風の抗力

はレイノルズ数(0.1～240程度)に応じて変化する値であおよび重力，浮力，慣性力のつり合いから計算を実施する。この方程式の左辺第1項は慣性力，右辺第2項は空気るモデルを構築した。塩分粒子の運動の支配方程式は，抵抗，右辺第2項は浮力を考慮した重力項である。

浮力を考慮した式(8)を用いた。

4. 環境作用を再現した模型実験∂u1
CD ρ a (u − u p ) 2 a p = m p p
2
∂t
∂v
1
C D ρ a (v − v p ) 2 a p = m p p2∂t

構造物の各部位表面に作用する降雨と飛来塩分の到達過程とその洗い流し作用後の表面塩分の損失・再配分の(8)

過程を明らかにするために，降雨と飛来塩分の構造物への到達過程に関する模型実験を実施した。さらに，模型

 ρ 
∂w
1
C D ρ a ( w − w p ) 2 a p − m p 1 − a  g = m p p∂t2 ρp 

表面における降雨作用後の表面塩分量の分布を測定し，その結果についても考察を行った。
3

降雨発生機

飛沫発生機(噴霧ノズル)

高さ
3.7m

風
塩分

側壁

噴霧した飛沫粒子
模型

送風機

図－4 飛沫粒子の噴霧状況
図－2 環境作用再現施設
模型 降雨発生機
0.25
0.55
0.50

1.60

飛沫発生機
風
飛沫

1.60

実験模型B

0.50

高欄部

0.68

2.10

0.55
0.25
1.80

実験模型A

単位(m)

送風機
1.60

0.36

1.80

(a) 平面図
降雨発生機

側壁

飛沫発生機 単位(m)

降雨

模型
2.20

3.10

0.30
1.80

1.60

1.60
(b) 断面図

単位 0.25
(m)

送風機

0.60

飛沫

0.65
0.50
0.50
0.50
0.50
0.40
1.30

1.60

1.60

0.90
1.15 1.55

0.90

0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.4

0.25

1.55

2.20
1.15
1.30

0.50

1.30
模型A

図－3 実験施設の平面図と断面図

1.00

模型B

1.00

図－5 実験模型
な飛沫粒子を噴霧できる噴霧ノズル(いけうち製)を利用(1) 実験場所および実験模型

して図－4 のように再現した。このノズルは，空気と塩実験は，新潟県長岡市の長岡技術科学大学の構内に図水(または水)に圧力を作用させる構造のものである。実験では，鉛直方向に 8 個の噴霧ノズルを設置した。

－2 ような施設を構築して実施した。この施設は，風お
よび降雨，飛来塩分の自然環境作用を再現できるもので実験で使用した模型は，図－5 のような橋桁側面の一あり，施設内部に鉄筋コンクリート製の模型が設置され部を模擬した鉄筋コンクリート製の 2 種類である。寸法
は，高さ 2.20m(地表面から 2.50m)，幅 1.60m，奥行 1.80mている。施設全体の概要図を図－3 示す。施設内には，
風況を再現するための送風機，降雨発生機，塩分噴霧器が設置されており，両側面に高さ 3.7m の側壁が設置さ

である。

れている。

(2) 実験方法および実験条件

施設の風上側には，送風機 12 基が 2 列に配置されており，風速 0.0～6.0m/s 程度の風を送風できる仕組みにな

実験は，送風機で風を送風し，降雨粒子または飛来塩
分粒子を一様に発生させる方法で実施した。風速は模型
から風上に 3m の位置で，風速 0.0m/s と 3.8m/s 程度の条っている。降雨は，散水型ノズル(いけうち製)6 個を利用して，高さ 3.2m の位置から水粒子を上向きに散水す

件となるように調整した。降雨水量は，無風時の模型近傍で 1 時間当たり 30mm 程度の条件とした。飛来塩分粒る方法で再現した。飛来塩分は，直径100μm程度の微小4

No.S-1

S-2 S-3 S-4

S-5

S-6

単位(m)
模型

1.82

0.23 0.25 0.5 1.0

風速計 送風機
2.85
2.50
2.10
1.80
1.65
1.40
1.00
0.60
0.30 0.15

0.05

0.05

0.6

0.2 0.2上縁
1.15

0.2 0.2

0.15
0.6

0.3

0.8

単位(m)

18

地表面

(a) 模型 A
0.05

No.1 2 3 4 5 6 7 (断面)

断面図

0.2
0.1
0.1
0.2

下部
0.35

模型B

1.05

断面No.1 2 3 単位(m)

No.1

飛沫量
測定位置

1.15

下向面

断面No.1 2 3

0.8

模型
B

模型
A

供試体

0.15
0.3

0.6

13
14
15
16
17

模型A

1.05

上部

0.2
0.1
0.1
0.2
1.05

0.6

3
4
5
断面図
6
7
12 11 10 9 8

0.2
0.1
0.1
0.2

図－6 風速の測定点の配置

No.1

飛沫量
測定位置

1.15

2.0

1.0

No.1 2 3 4 5 6 7 (断面)0.15

図－7 降雨水量の測定点の配置

0.3

0.8

0.8

単位(m)

地表面

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13

(b) 模型 B

子は，中村ら 7)を参考に，実際の海岸近傍で輸送されている直径 100μm程度の飛来塩分粒子を再現し，模型表面

図－8 飛沫の到達量の測定点に作用させた。
表－1 実験ケース

測定項目は，模型周辺の風速，模型表面に到達した降雨水量，飛沫粒子の到達量である。風速は，小型プロペ
ラ風速計(Testo 製)を利用して，1 秒間隔で 5 分間の測定

模型形状
Case1

A

Case2

B

Case3

A

Case4

B

水スポンジを設置したものであり，そのスポンジに到達

Case5

A

した降雨水量を測定した。実験では，模型表面に供試体を設置し，降雨を 4 分間作用させた。その後，供試体の

Case6

B

を行い，その結果を平均した。模型表面への降雨の到達量は，スポンジ供試体を利用して測定を行った。この供試体は，直径 5.5cm の円形のプラスチック製の容器に給

風速

降雨

飛沫

－

〇

－

〇

〇

－

〇

－

〇

に換算した。

風速の測定点の配置を図－6 に示す。風速は，図のよ
うな No.S-1～6 の 6 地点に，鉛直方向に 10 点の測定点を

飛沫粒子の到達量は，中村ら 3)を参考に，感水試験紙を利用して測定を行った。この試験紙は，直径 50μm 程配置した。測定位置は，模型中央部(横断方向の模型端部から 0.8m) の位置である。

度までの飛沫粒子の痕跡を可視化できるものであり，寸法が 76mm×52mm である。これをアクリル板に張り付

降雨水の測定点は，図－7のように断面No.1～3の3列に配置した。模型 A の測定点は 1 列当り 18 点であり，重量を測定し，その結果を単位面積・時間当りの水分量

け，模型のコンクリート表面に設置した。その後，飛沫を 20 秒間作用させ，感水試験紙に到達した飛沫の痕跡

合計 54 点を配置した。模型の張出部の下向面には，1 列
当り 4 点を配置した。模型 B は 1 列当り 14 点の合計 42をデジタルカメラで撮影した。撮影した画像から，到達点である。

した飛沫の痕跡の大きさを測定し，大気中の粒子粒径に換算し，飛沫到達量を算定した。

飛沫粒子の測定点は，図－8 のように模型表面全体に鉛直方向に No.1～7 の 7 列を配置した。模型 A の断面(3) 測定点の配置および実験ケース

断面 No.2～6 で 18 点の合計 124 点の測定点を配置した。

No.1 と断面 No.7 で測定点を 1 列当り 17 点，それ以外の

5

3.0

模型
B

地表面からの高さ (m)

模型A

2.5
2.0
1.5

No.S-10.02m(模型から)

No.S-20.25m

No.S-30.50m

No.S-41.00m

No.S-52.00m

No.S-6
3.00m

2
4
60
風速(m/s)2
4
60
風速(m/s)2
4
60
風速(m/s)2
4
60
風速(m/s)2
4
6
風速(m/s)

模型A
模型B

1.0
0.5
0.0
0

2
4
60
風速(m/s)

図－9 風速の測定結果
模型Bでは，測定点が断面No.1とNo.7で1列当り12点，それ以外の断面 No.2～6 で 13 点の合計 89 点である。

Case1
(風なし)

実験ケースは，表－1 のような模型形状と風速，降雨，
飛沫の作用の有無を変化させた 6 ケースである。さらに，
模型周辺の風速の分布を確認するために風のみを作用させたケースを実施した。

降雨作用(3) 実験結果および考察
1) 模型周辺の風速の測定結果
模型周辺の風速の鉛直分布を図－9 に示す。図に示す
ように，模型 A と模型 B 周辺における風速の鉛直分布(a) Case1 (模型 A / 風速なし)

は，模型表面から 3.0m の位置でほぼ同様の傾向を示しており，鉛直方向の風速の平均値が 3.8m/s 程度であった。

Case3
(風あり)

模型近傍の模型から 0.02m および 0.25m の位置では，模型 Aと模型 Bで風速の鉛直分布に差が見られる。図の黒色印の模型 A(張出有)の結果では，模型形状の影響を受け，地表面から高さ 0.5～1.0m の位置で風速が大きくなっている傾向が見られる。高さ 1.4m 以上の模型上部では，模型近傍で風速が 1.0m/s 程度と小さくなっている。
これは，風速計で測定している風速が水平方向であるのに対して，模型近傍の風が上下方向に卓越しているため

降雨作用であると考えられる。
図の赤色印の模型 B では，模型から 0.25m の位置で，(b) Case3 (模型 A / 風速あり)

風速が鉛直方向にほぼ一定となっている。模型近傍では，
高さ 1.4m 以上の範囲で風速が 1m/s 程度であり，地表面に近い位置で大きくなる傾向であった。

図－10 降雨作用後の表面塩分量の分布図ることが示された。

2) 模型表面の降雨到達量の測定結果

模型表面の降雨到達量の実験結果を図－11(a)と(b)に示す。図の値は，鉛直方向に 3 列に配置した測定点の結果

模型表面の降雨作用の状況を図-10 に示す。図(a)の風速がない Case1 では，高欄の天端部に溜まった降雨水がの平均値である。図(a)は，風が無風の条件であり，降雨到達量が模型上部で 650ml/m2/min 程度と大きくなってい

壁面部に流れるような状況であった。模型下部の部分には，降雨水が到達していない状況である。図(b)の降雨と同時に風を作用させた Case3 では，模型側面に降雨がる。一方で，模型の上端(上向面)以外の壁面では，降雨直接作用するような状況であり，図のように模型下部に水がほとんど到達していない結果である。この結果から，Case1と Case2のような無風条件では，降雨粒子が鉛直方も降雨の作用が見られた。この結果から，模型表面への向の壁面にほとんど到達していないことがわかる。

降雨作用範囲は，周辺の風の作用に影響を受けて変化す

図(b)は風と降雨を同時に作用させた条件での降雨到
6地表面からの高さ(m)

2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

測定点

上部
1.15m 飛沫到達量(ml/m2)

(上部)

模型A

0

模型B

下部

模型

(下部)

1.05m
模型B

模型A

地表面

200 400 600 800
降雨到達量(ml/m2/min)(a) 模型 A(Case5)

地表面からの高さ(m)(a) 風速 0.0m/s (Case1～2)
2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

張出下面

2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

測定点

上部
(上部)

飛沫到達量
(ml/m2)
2.20m
下部
模型

(下部)

模型A

0

模型B

模型B

模型A

200 400 600 800
降雨到達量(ml/m2/min)

地表面(b) 風速 3.8m/s(Case3～4)(b) 模型 B(Case6)

図－11 降雨水の到達量の測定結果

図－12 飛沫粒子到達量の分布図

2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

達量を示したものである。図に示すように，降雨到達量
は 400～450ml/m2/minである。また，降雨は模型上部にも型 Aの到達量である。図に示すように，到達量は，模型到達しており，降雨の到達している範囲が，無風の条件の各壁面で差が見られる。模型下部では，到達量が地表と比較して広がっていることがわかる。地表面からの高さ 1.4m 以下の部分では，模型 A と B の結果が大きく異面に近い位置で大きく，張出部付近で小さくなる傾向がなっている。模型 A の高さ 0.8～1.4m の範囲では，降雨到達量がほぼ 0.0ml/m2/min となっている。これは，模型

沈降することにより，地表面に近い位置に大きい粒径の表面全体に一様に到達するのではなく，模型上部と下部見られる。これは，大気中に噴霧した飛沫粒子が自重で飛沫粒子が集中しているためであると考えられる。
また，図より，模型 A における張出の下面(下向壁面)の張出部によって降雨が遮蔽されているためであり，模型の張出部の長さと風速の条件に応じて，その範囲が変では，飛沫粒子がほとんど確認できなかった。今回の感水試験紙を利用した測定方法では，粒径 50μm 以下の飛化すると考えられる。
の条件および模型形状に影響を受けて変化していること

これらの結果から，模型表面の降雨水の到達量は，風沫粒子を採取できていないため，微小な飛沫が到達している可能性がある。図(b)は，模型 Bの到達量の測定結果が示された。さらに，張出がある模型では降雨が遮蔽さである。図に示すように，飛沫粒子の到達量は，壁面全れる範囲があることがわかった。

体で若干の差が見られる。模型上部と下部では，下部の3) 模型表面の飛沫粒子の到達量の測定結果

ほうで到達量が大きくなる傾向があるが，模型Aと比較

図－12 は，模型表面の飛沫粒子の到達量を示した実験結果である。図の結果は，感水試験紙で粒径 50μm 以

して，その差が小さいことがわかる。

上の飛沫粒子の到達量を測定した結果である。図(a)は模下部で到達量の分布の差が大きくなる傾向があり，模型以上の結果より，模型表面の飛沫到達量は，模型 Aの7

模型 A の測定点が 124 点，模型 B が 89 点である。測定した表面塩分量は，すべての測定点の最大値を 1.0 となるように無次元量に換算した。

上部

図－13 は，飛来塩分の供給後に降雨を作用させた場

表面塩分(各点/最大値)

合の表面塩分量の測定結果である。図(a)に示すように，

1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0

飛沫到達量が少ない範囲(Case5)
下部

模型Aの表面塩分量は，模型下部で大きく，上部では少ない傾向が見られる。模型Aの上部と下部の一部では，降雨の作用により，模型表面の塩分が洗い流されるため，降雨が作用する前の飛沫到達量の分布と異なるものと考えられる。しかしながら，降雨作用前の Case5 の結果と比較して，塩分量の分布に大きく差が見られなかった。
これは，今回の実験のような短期的な降雨作用では，降雨の洗い流しによる表面塩分の損失量や再配分量が小さ(a) 模型 A

いためであると考えられる。Nguyen ら 5)の既往研究の結果でも，短期的な降雨作用の条件では減少量が小さいこ

上部とが示されており，その傾向と同様である。

表面塩分(各点/最大値)

一方で，模型Aの張出部の下向面やその周辺の一部で

1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0

下部

は，表面塩分量の割合が高い傾向となっている。この範囲は，感水試験紙で測定した Case5 では，飛沫粒子がほとんど到達していない部分である。これは，感水試験紙
では測定ができていない粒径 50μm 以下の微小な飛来塩
分粒子が壁面に到達している影響であると考えられる。
今回測定に使用した感水試験紙は，直径 50μm 以下の粒子には反応しないため，微小な飛沫粒子の到達量が測定できていない。実際は，粒径 50μm 以下の飛来塩分粒子(b) 模型 B

も，模型表面に到達し，それに伴い塩分が供給されていると考えられる。

図－13 降雨作用後の表面塩分量の分布図

図(b)に示す模型 Bでは，表面塩分量の割合が模型下部の形状に応じて変化していることが示された。

で若干大きい傾向があるが，表面全体で大きな差がない
ことがわかる。模型 Bでは，表面に一様に降雨が作用し

4) 降雨作用後の表面塩分量の測定結果
降雨作用後の模型の表面塩分量の分布を把握するためており，表面塩分が一様に洗い流されたと考えられる。

に，飛沫粒子の到達過程の実験と同様の施設を利用して， この結果も，模型Aの場合と同様に表面塩分量の分布が降雨作用後の表面塩分量の分布について測定を行った。
降雨作用前(Case6)と同様の傾向であった。
実験は，これまでの実験方法と同様に風と飛沫粒子を同以上の結果から，短期的な降雨作用では，降雨の作用

時に作用させ，模型表面に塩分を供給し，その後，降雨を作用させる方法とした。風速は，模型から 3m の位置前後で表面塩分の分布に大きな差は生じていないことが明らかになった。

で平均風速 3.8m/s の条件である。飛来塩分は，飛沫発生機により，濃度 3%の塩水を 80 分間噴霧することで再現

5. 構築した数値シミュレーションモデルの検証した。模型表面への飛来塩分粒子の作用後に，模型表面を乾燥させるために，風のみを 30 分間作用させた。そ(1) 計算条件および境界条件の後，風と同時に降雨を 30 分間作用させた。作用させた降雨量は，降雨到達量の実験条件と同様の 30mm/hour

ために，実験を再現した予測計算を実施した。計算領域

構築した数値シミュレーションの妥当性の検証を行うである。

を図-14 に示す。計算は，屋外の実験場を再現した長さ12.0m，幅 3.1m，高さ 8.0m の空間で実施した。風速は，降雨作用後の表面塩分量の測定は，蛍光X線法測定機

模型から 5.0m の計算境界部から流入した。計算で設定器(オリンパス製)を用いて，表面・表層部の塩化物イオ
ン濃度の測定を行った。測定は降雨作用後から 4～8 時
間後に行い，その期間の天候は晴れであった。測定点のする降雨粒子は，模型実験結果と一致するように，降雨粒子の直径 0.2～1.3mm(中央粒径 0.55mm)を設定した。飛

配置は，飛沫粒子の到達量の測定と同様の位置であり，

来塩分粒子の粒径は直径 50～70μm(中央粒径 60μm)であ
8

透過境界

側壁

風速
飛来塩分 降雨粒子
流入境界 流入境界

模型
上部

4.3m

3.6m

実験模型

不透過
境界

3.7m

模型
下部

3.1m

3.1m
2.1m

到達
範囲

6m

構造物

降雨粒子

5m

図-16 降雨粒子の到達状況

図-14 計算領域および境界条件
2.5
3.5

模型から
0.25m

3.0

地表面からの高さ(m)

観測結果

(上面)

模型から
1.00m

実験結果

模型から
3.00m

地表面からの高さ(m)

計算結果

2.5
2.0
1.5
1.0

2.0

計算結果

1.5
1.0

模型

0.5

0.5
0.0

0.0
0

2
4
風速(m/s)6 0

2
4
風速(m/s)6 0

2
4
風速(m/s)

6

(下面)

地表面

0 200 400 600 800
到達降雨量(ml/m2/min)

図-15 風速の計算結果と観測結果

図-17 降雨粒子の到達量の検証結果る。計算条件は，張出部がある模型形状 Aを対象に，風速と降雨を再現した Case3(風と降雨作用)，Case5(風と飛形状と風の作用に応じて，到達する範囲が変化することがわかった。

来塩分)とした。

図-17 は，模型表面に到達した降雨水量の計算結果と実験結果を比較した結果である。図に示すように，降雨(2) 計算結果および考察

水の到達量の計算結果は，模型下部で一致していない部

1) 風速の計算結果分も見られるが，降雨が到達する範囲の傾向は再現でき

風速の計算結果と観測を比較したものを図-15 に示す。 ている。ただし，今回は，設定する降雨粒子の粒径など
図に示すように，風速の計算結果は，若干差が見られるの設定条件によって，到達する降雨粒子の範囲が変化すが，実験結果をおおむね再現できていることがわかる。
風速は，地表面から高さ 1.0～2.0m 程度の位置で大きくるため，今後，計算に設定する粒径などの条件について

地表面から高い位置と低い位置で小さくなる傾向が見ら

3) 模型に作用する飛来塩分粒子の到達量の計算結果

も検証を行う予定である。

れる。この計算結果を利用して，降雨粒子の到達と飛来

図-18 は，構造物表面に到達した飛来塩分粒子の到達

塩分粒子の到達過程の計算を実施した。

分布を示した結果である。図に示すように，模型上部に

2) 模型に作用する降雨水粒子の到達量の計算結果

は飛来塩分が一様に到達しており，模型下部では，降雨

図-16 は，模型に作用した降雨粒子の到達過程の計算粒子と比較して広い範囲で粒子が到達していることがわ結果である。図より，降雨粒子は，模型上部全体と模型かる。模型下部の上側(張出部周辺)では，飛来塩分粒子

下部の一部に到達していることがわかる。降雨粒子は，の到達数が少ない傾向である。これは，風の影響による

模型表面全体に作用するのでなく，張出部のような模型ものであると考えられる。図-19 は，模型周辺の風の状
9

2.5

(上面)
模型
上部

地表面からの高さ(m)

実験模型

模型
下部

2.0

実験結果
計算結果

1.5
1.0

模型

0.5

飛沫(飛来塩分)粒子
0.0

図-18 飛沫(飛来塩分粒子)の到達状況

風上側

風下側

(下面)
0

地表面

1
2
3
4
到達飛沫量(ml/m2)

図-20 飛来塩分粒子の到達量の検証結果の到達過程の予測モデルの構築を行った。さらに，大規模な模型実験を実施した。その結果，構築した予測モデ
ルにより，構造物の外部環境作用を考慮して，コンクリ
ート構造物表面に到達する飛来塩分と降雨粒子を予測で実験模型きることが示された。さらに，模型実験の結果から，構造物の各部位表面における塩分量は，降雨作用前後で分布に大きく差がないことが明らかになった。
今後は，コンクリートの表層部への降雨の浸透量を考慮した降雨水の流動過程，降雨の流動による表面塩分量の再配分の過程について，詳細な実験を行うとともに，

図-19 模型周辺の風速の分布

その物理過程を予測できる数値シミュレーションの開発を行う予定である。

況を示したものである。図では，模型下部(張出下部)の部分に風の渦が形成されており，その渦の影響で飛来塩分粒子が局所的に到達しない箇所ができたと考えられる。
図-20 は，飛沫(飛来塩分粒子)の到達量の計算結果と

参考文献
1)

土木学会：2013 年制定コンクリート標準示方書[維持管理編]，pp.172-173，2013.

模型実験結果を比較したものである。図に示すように，

2)

飛沫の到達量は，模型下部で実験結果をおおむね再現できているが，模型上部では差が見られる。この差は，模型上部周辺を流れる風の影響であると考えられる。計算

3)

結果の風速は，模型上部の壁面前面において，実験結果より大きい傾向があり，その風況の差によって計算結果の到達飛沫量が大きくなったといえる。この点について
は，今後，追加実験により詳細な実験データを取得し，4)構築した予測モデルの一部または計算設定条件を確認する予定である。

6. まとめ

5)

本申請事業では，新潟県における気象・波浪条件を考慮した構造物の塩害劣化の予測モデルを確立するために，
これまで十分に研究が進んでいなかった飛来塩分と降雨10

中村文則，下村 匠，大原涼平，細山田得三：飛来塩分の予測シミュレーション技術の開発と構造物の長期的な塩害環境作用の評価への適用，土木学会論文
集 E2, Vol. 75, No. 2, pp. 60-79, 2019.
中村文則，井野裕輝，大原涼平，下村 匠：橋桁表面に到達する海水飛沫粒子の到達量および粒径分布の現地観測とその数値解析，日本材料学会コンクリー
ト構造物の補修，補強，アップグレード論文報告集，第 18 巻，pp. 317-322, 2018.
Wattanapornprom, R. and Ishida, T.: Comprehensive numerical system for predicting airborne chloride generationand its ingress in concrete under actual environmental conditions, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol.
16, pp. 18-35, 2018.
Nguyen Ho Quang，中村文則，井向日向，山口貴幸，
下村 匠：降雨作用を受けるコンクリート構造物の表面・表層部の表面塩分量に関する実験，コンクリ
ート構造物の補修・補強・アップグレード論文報告集，第 20 巻，pp.215-220，日本材料学会，2020.