JP2020083729A - 鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で外来性の塩化物イオンから鉄筋コンクリートを保護することができる遮塩性向上方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法であり、脱型後の鉄筋コンクリートを、その表面の含水率が５％以下になるまで乾燥させる乾燥工程を有する。含水率が５％以下になる程度まで乾燥させることで、鉄筋コンクリートに存在する微細な空隙から水が強制的に排除され、塩化物イオンが浸透できる領域を小さくすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法に関する。

鉄筋コンクリートは、内在性の塩化物イオンのみならず、外来性の塩化物イオンがコンクリート内部に浸透することによって鉄筋が腐食することが知られている。具体的には、沿岸部において海から飛来する飛沫や、道路の凍結防止剤に含まれる塩化物イオンに起因して鉄筋コンクリート内に塩化物イオンが浸透し、鉄筋を腐食する。腐食した鉄筋は膨張し、コンクリートを剥落させる。こうした塩害を防止する方法として、従来、鉄筋コンクリートの表面を補修又は保護する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特公平４−６８２７４号公報

特許文献１の方法にみられるとおり、塩害が生じた又は生じる虞のある鉄筋コンクリートを処置するために特殊な材料を使用することが一般的であるが、施工の手間がかかるうえ、その処置に起因する別の問題が生じる虞もある。本発明は、簡易な方法で外来性の塩化物イオンから鉄筋コンクリートを保護することができる遮塩性向上方法を提供することを目的とする。

塩化物イオンはコンクリートの多孔質構造のうち水で満たされた部分に浸透して移動すると考えられる。そこで本発明者らは、コンクリート中の水が多いほど塩化物イオンが浸透しやすいと考えられることから、反対にコンクリートをある程度以上に乾燥させることで遮塩性を向上させることができることを着想し、以下の発明を完成させた。

本発明は、脱型後の鉄筋コンクリートを、その表面の含水率が５％以下になるまで乾燥させる乾燥工程を有する、鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法を提供する。

鉄筋コンクリートの表面の含水率が５％以下になる程度まで乾燥させることで、鉄筋コンクリートに存在する微細な空隙から水が強制的に排除され、塩化物イオンが浸透できる領域を小さくすることができる。これにより、外来性の塩化物イオンから鉄筋コンクリートを保護することができる。

鉄筋コンクリートの表面を乾燥させる方法としては、表面を加温することを含んでもよく、水溶性の有機溶剤を前記鉄筋コンクリートの表面に適用することを含んでもよい。これらの方法によれば、乾燥を早めることができる。

乾燥工程では含水率が４．１％以下になるまで乾燥させてもよい。これにより、塩化物イオンが浸透できる領域が一層小さくなり、遮塩性が一層向上する。

上記乾燥工程は、脱型後、又は、前記鉄筋コンクリートの養生終了後、当該鉄筋コンクリートに対して２年以内に行ってもよい。

本発明によれば、簡易な方法で外来性の塩化物イオンから鉄筋コンクリートを保護することができる遮塩性向上方法を提供することができる。

塩化物イオンの浸透深さと塩化物イオン量との関係を示すグラフである。 含水率と塩化物イオンの見かけの拡散係数Ｄｄとの関係を示すグラフである。 含水率と鉄筋腐食発生までの期間との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の遮塩性向上方法は、外来性の塩化物イオンから鉄筋コンクリートを保護する方法である。コンクリートは一般に、多孔質であるので目立ったヒビや割れが存在しなくても塩化物イオンが浸透し得る。浸透した塩化物イオンはコンクリート内部において濃度差によって拡散する。コンクリートが鉄筋コンクリートである場合、鉄筋に到達した塩化物イオンによって鉄筋が腐食する。腐食した鉄筋は膨張し、コンクリートを剥落させる。本実施形態の遮塩性向上方法は、こうした塩害を防止するものである。

鉄筋コンクリートは、型枠内に打設したコンクリートを脱型材齢まで養生し、その後脱型することで自立した構造物となる。本実施形態の遮塩性向上方法は、脱型後の鉄筋コンクリートを対象とする。脱型時の材齢は、鉄筋コンクリートが自立できる程度に硬化していればよく、例えば３〜１２日であることが好ましい。

脱型した鉄筋コンクリートの表面を乾燥させる（乾燥工程）。脱型した直後の鉄筋コンクリートの表面の含水率は１０％〜１５％が通常であるところ、本実施形態では当該含水率を５％以下になるまで乾燥させる。含水率は４．１％以下にすることがより好ましく、４．０％以下にすることが更に好ましく、３．８％以下にすることが特に好ましい。これにより、鉄筋コンクリートに存在する微細な空隙から水が強制的に排除され、塩化物イオンが浸透できる領域が小さくなる。

ここで、「表面の含水率」とは、鉄筋コンクリートの表面から深さ４ｃｍの部分の含水率をいい、含水率は絶乾状態のコンクリートの重量に対する液状水の重量の比で表される。コンクリートの含水率が大きくなると見かけ上の高周波容量が大きくなることを利用して、測定したいコンクリート高周波容量を測定し、これを含水率に変換することができる。含水率の測定は、例えば「コンクリート・モルタル水分計 ＨＩ−５２０−２」（株式会社ケツト科学研究所製）を用いて行うことができる。

乾燥させる手段としては、安定した環境下で自然乾燥させることができるほか、乾燥を早めるために、送風する、加温する、水溶性の有機溶剤を適用する等の手段を採用してもよい。

安定した環境下で風乾させる手段としては、対象とする鉄筋コンクリート全体を覆い、温度や湿度を調整管理することが挙げられる。温度としては１５〜３０℃程度が好ましく、湿度としては相対湿度４０〜７０％程度が好ましい。対象とする鉄筋コンクリートが比較的小さい場合は、恒温恒湿槽内に静置することでもよい。

送風する手段としては、送風機を使用することができる。送風期間は１日間以内であってもよく、５日間以内であってもよく、１０日間以内であってもよい。

加温する手段としては、種々のヒーターを使用することができる。このとき、加温温度は鉄筋コンクリートの品質に影響を与えないように配慮する観点から、５０℃以下であることが好ましく、４０℃以下であることがより好ましい。対象とする鉄筋コンクリートが比較的小さい場合は、加温を真空乾燥器内で行ってもよい。加温期間は１日間以内であってもよく、５日間以内であってもよく、１０日間以内であってもよい。

水溶性の有機溶剤を適用する手段としては、当該有機溶剤を鉄筋コンクリートの表面に吹き付けたり、刷毛で塗布したりすることが挙げられる。対象とする鉄筋コンクリートが比較的小さい場合は、容器に溜めた有機溶剤の中に浸漬させてもよい。水溶性の有機溶剤を適用することによって、多孔質の細孔中に存在する水と混合して当該水が孔から追い出され、当該水は有機溶剤とともに蒸発することができる。

有機溶剤を鉄筋コンクリートの表面に吹き付けたり刷毛で塗布したりする場合は、有機溶剤を表面に適用し、乾燥が確認されたら再度適用することを繰り返す。繰り返し回数は、一回（つまり適用回数は二回）であってもよく、それ以上であってもよい。鉄筋コンクリートを有機溶剤の中に浸漬させる場合は、浸漬期間は１日間以内であってもよく、５日間以内であってもよく、１０日間以内であってもよい。その後、鉄筋コンクリートを容器から取り出して、その表面を濡らしている有機溶剤を蒸発させる。

水溶性の有機溶剤としては、水と相溶し、且つ、常温において水よりも揮発性が高いものが好ましく、例えばアセトン、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルホルムアミド、トリエチルアミン、酢酸エチル、フッ素系不活性液体が挙げられる。沸点や蒸気圧の観点からアセトンが特に好ましい。

以上の乾燥手段は、一つのみを実施してもよく、二つ以上を組み合わせて実施してもよい。例えば、安定した環境下で自然乾燥させたうえで、更に水溶性の有機溶剤を適用する手段を追加してもよい。更にその後、有機溶剤の蒸発を早めるために送風してもよい。

上記の乾燥工程は、脱型後、又は、鉄筋コンクリートの養生終了後、２年以内に行うことが好ましい。ここで、使用するセメントの種類や養生時の環境温度を勘案し、セメントの水和反応が十分進行して、給水や水分逸散抑制の措置をやめても問題ないと判断されるであることを養生の終了時点とみなす。乾燥工程の実施開始時期は、脱型後、又は、鉄筋コンクリートの養生終了後、１年以内であってもよく、６カ月以内であってもよく、２週間以内であってもよく、３日以内であってもよい。

以上に示した遮塩性向上方法によれば、鉄筋コンクリートに存在する直径が１０^−６ｍ以下の空隙から水を強制的に排除することができる。これによって、実環境における自然蒸発が難しい水を排除することができるので、上記方法を実施しない鉄筋コンクリートよりも塩化物イオンが浸透できる領域を小さくすることができる。すなわち、鉄筋コンクリートの遮塩性が向上する。

以下、拡散係数について説明する。本実施形態の遮塩性向上方法は、塩化物イオンの鉄筋コンクリート内への浸透を拡散現象として捉えることを前提としている。その拡散の程度は、拡散係数によって評価される。コンクリート中への塩化物イオンの拡散は、下記式（１）の拡散方程式で記述される。

式（１）中の拡散係数Ｄは、コンクリート中の塩化物イオンの浸透のしやすさを定量的に表している指標である。拡散係数Ｄの大きさにより、コンクリート中の水分の多寡が遮塩性に与える影響を評価することができる。そして、式（１）の微分方程式は、下記式（２）のとおり厳密解を得ることができ、塩化物イオン濃度を時間と位置の２変数関数として取り扱うことができる。

コンクリート中への塩化物イオンの浸透は、実際には拡散のみによるものではないが、本実施形態では拡散のみによるとみなしていることから、式（２）では真の拡散係数Ｄではなく“見かけの拡散係数”Ｄ_ｄと表現している。これによれば、ある時間ｔを決め、位置ｘとＣ（ｘ，ｔ）のプロットを描くと、図１のような形状の曲線が得られる。ここからコンクリート表面における塩化物イオン量Ｃ_０、時間ｔ、塩化物イオン浸透深さｘ_ｅｓｐとから、見かけの拡散係数Ｄ_ｄを求めることができる（実施例参照）。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

（試験体の用意、第一の乾燥工程）
型枠内に表１に示した配合を有するコンクリートを流し込み、材齢５日で脱型し、１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍの直方体形状をしたコンクリート試験体を複数体得た。

その後、各コンクリート試験体を温度２０℃、相対湿度６０％の恒温恒湿槽内に７４３日間（約２年間）静置して乾燥させた。その後、各試験体をその長手方向の中央部で割裂し、半分の大きさにした（一つの試験体から１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの立方体の試験体が二つ生じた）。割裂面とその対面を除く四つの面を外部からの影響を受けないようにアルミテープで被覆した。以下の試験では、アルミテープで被覆しなかった二つの面を対象とした。

（第二の乾燥工程）
上記の乾燥を経た試験体に対して、更なる乾燥として各試験体を以下の４種類の乾燥方法にて乾燥させた（実施例１〜４）。一部の試験体は更なる乾燥をしなかった（実施例５）。
・実施例１（炉乾燥）…試験体を４０℃の真空乾燥炉に入れ、５日間乾燥させた。乾燥時の圧力は１５０Ｐａ以下とした。
・実施例２（アセトン乾燥１）…刷毛を用いて試験体の表面にアセトンを塗布した。三時間後、再度塗布した。
・実施例３（アセトン乾燥２）…容器にアセトンを満たし、これに試験体の全体が漬かるようにして５日間浸漬させた。その後、表面を濡らしていたアセトンを温度２０℃、相対湿度６０％の空気中で蒸発させた。
・実施例４（送風乾燥）…扇風機を用いて３日間送風した。
・実施例５（更なる乾燥をしない）

（塩分の供給）
実施例１〜５の試験体に対して、１０％濃度の食塩水を霧吹きを用いて吹きかけた。吹きかける量は一回の噴霧当たり５プッシュとし、１週間当たり３回の頻度で２カ月間継続した。

（塩化物イオン浸透深さの測定）
実施例１〜５の試験体を、上記割裂面とその対面とを結ぶ方向に割裂した。新たに生じた割裂面に硝酸銀溶液を噴霧し、白色に変化した部分を観察した。この変化部分について、上記塩分を供給した表面（初めの割裂面及びその対面）からの距離（すなわち、塩化物イオン浸透深さ）をノギスで測定した。測定は、１０ｍｍ間隔で複数箇所行い、その平均値を求めた。

（見かけの拡散係数Ｄ_ｄの算出）
実施例１〜５について、上記式（１）及び式（２）に従い、見かけの拡散係数を算出した。すなわち：
ｘ＝ｘ_ｅｘｐ（塩化物イオン浸透深さ）、
ｔ＝２カ月（塩水噴霧期間）、
Ｃ（ｘ，ｔ）＝０
を満たすＤ_ｄを求めた。

（電気泳動試験：比較例１、比較例２）
実施例１〜５とは別に、上記第一の乾燥工程で得られた試験体について、電気泳動試験を実施した。二つの試験体（それぞれ比較例１及び２とする）に対して以下に示す飽水処理をし、恒温恒湿槽内で静置乾燥させた効果を打ち消した。
・比較例１の飽水処理…真空ポンプで真空度を１５０Ｐａ以下にしたデシケータ内で３時間静置し、その後当該真空度を保ったまま蒸留水に浸漬し、その１時間後に空気を戻して常圧にし、１日間静置した。
・比較例２の飽水処理…真空ポンプで真空度を１５０Ｐａ以下にしたデシケータ内で３日間静置し、その後当該真空度を保ったまま蒸留水に浸漬し、その１日後に空気を戻して常圧にし、１日間静置した。
これらの試験体に対し、ＪＳＣＥ−Ｇ５７１「電気泳動によるコンクリート中の塩化物イオンの実効拡散係数試験方法」に準拠した電気泳動試験を行い、実効拡散係数を得た。

なお、実効拡散係数とは、細孔溶液中のイオンの移動のしやすさを表すものであり、『土木学会コンクリート標準示方書［設計編］』では実効拡散係数から見かけの拡散係数Ｄ_ｄに修正する下記式（３）が示されている。式（３）を用いて比較例１及び２を実施例１〜５と対比できるようにした。

（含水率の測定）
実施例１〜５及び比較例１〜２について、「コンクリート・モルタル水分計 ＨＩ−５２０−２」（株式会社ケツト科学研究所製）を用いて含水率を測定した。含水率と、上記で求めた見かけの拡散係数Ｄ_ｄとを表２に示す。また、これらの数値をプロットした（図２）。なお、表２において、比較例１及び２の乾燥方法は、恒温恒湿槽内で静置乾燥させた効果を打ち消したため、「なし」と表記している。

表２及び図２によれば、コンクリートの含水率が小さくなるほど、塩化物イオンの見かけの拡散係数が小さくなることが分かった。

また、得られた見かけの拡散係数から算出した、鉄筋腐食発生までの期間を表２及び図３に示した。この算出では、飛沫帯環境にある純かぶり５０ｍｍの構造物を想定した。表２及び図３によれば、炉乾燥を追加した実施例１では、追加乾燥をしなかった実施例５と比べて構造物の寿命が約２倍になることが分かる。また、送風乾燥を追加した実施例４では、追加乾燥をしなかった実施例５と比べて構造物の寿命が約１０年延びることが分かる。

本発明は、鉄筋コンクリートの遮塩性の向上に利用することができる。

Claims (5)

1. 脱型後の鉄筋コンクリートを、その表面の含水率が５％以下になるまで乾燥させる乾燥工程を有する、鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法。
2. 前記乾燥工程は、前記鉄筋コンクリートの表面を加温することを含む、請求項１記載の鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法。
3. 前記乾燥工程は、水溶性の有機溶剤を前記鉄筋コンクリートの表面に適用することを含む、請求項１又は２記載の鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法。
4. 前記乾燥工程では前記含水率が４．１％以下になるまで乾燥させる、請求項１〜３のいずれか一項記載の鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法。
5. 脱型後、又は、前記鉄筋コンクリートの養生終了後、当該鉄筋コンクリートに対して２年以内に前記乾燥工程を行う、請求項１〜４のいずれか一項記載の鉄筋コンクリートの遮塩性向上方法。
   
   

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