JP4895830B2 - 軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の屋根または床のような水平部材などに使用される軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）について、実際の使用段階において最も重要な問題である耐久性が維持されていることを確認するために行われる軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断方法に関する。

軽量気泡コンクリートは、珪石等の珪酸質原料と、セメントや生石灰等の石灰質原料とを主原料とし、これらの微粉末に水とアルミニウム粉末等の添加物を加えてスラリー状とした後、アルミニウム粉末の反応により発泡し、石灰質原料の反応により半硬化させ、所定寸法に成形した後、オートクレーブによる高温高圧水蒸気養生を行って製造されている。かかる軽量気泡コンクリートは、絶乾かさ比重０．５程度であるように軽量で、耐火性、断熱性、施工性に優れているため、建築材料として広く使用されている。

かかる軽量気泡コンクリートを水平部材としても用いることができるが、軽量気泡コンクリートは、普通コンクリートと比べると強度が低いため、載荷荷重の小さい屋根や、スパンの短い床などに用いられている。

軽量気泡コンクリートは、永年継続的に使用することにより、劣化が見られる。建築物の屋根や床は、重量物や人が乗るため、その安全性が確保されなければならない。よって、軽量気泡コンクリートを水平部材に用いる場合には、これらの劣化を判断し、それに応じて対応策を採ることが求められる。しかしながら、これらの水平部材は、仕上げ等によって隠れていることが多く、その劣化を目視によって確認することは困難である。また、建築物から軽量気泡コンクリート水平部材を取り外して強度試験を行うことは、多くのコストと手間を必要とする。よって、かかる軽量気泡コンクリート水平部材の劣化レベルを簡便に診断できる方法が求められている。

軽量気泡コンクリート水平部材が劣化するということは、ひび割れが発生したり、パネル強度が低下することであり、ひび割れの発生やパネル強度の低下の要因は、外的な要因と内的な要因とに大別される。外的な要因とは、地震や、躯体の変形、風圧または荷重による疲労、火災などである。一方、内的な要因とは、炭酸化、乾燥収縮および湿潤膨張の繰返し、凍害、塩害による鉄筋さびなどが挙げられる。従って、これらの要因による劣化を総合的に診断することができる軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断方法が求められている。

このうち、炭酸化とは、軽量気泡コンクリートを構成する主要物質であるトバモライトが、炭酸ガスと水分が存在する環境下において、非晶質珪酸塩（シリカゲル）と炭酸カルシウムに分解する反応をいう。かかる炭酸化は、仕上げ等の施工が適切に施されている場合にも、徐々に進行することが知られている。炭酸化により、軽量気泡コンクリートは収縮し（炭酸化収縮）、さらに炭酸化した軽量気泡コンクリートは、乾燥収縮率が大きくなり、乾燥収縮と湿潤膨潤の繰り返しにより、ひび割れの発生やパネル強度の低下につながることになる。一方、かかる炭酸化は、軽量気泡コンクリートが用いられた製品の仕上げ等により、また、該製品が置かれた環境等により、それぞれの製品によって大きく異なるものである。

本発明者は、かかる炭酸化度に着目し、軽量気泡コンクリートの炭酸化と耐久性の関係を検討し、軽量気泡コンクリートの炭酸化度を指標とする軽量気泡コンクリートの耐久性の診断方法を開示している。

例えば、特開２０００−１８０４３７号公報では、軽量気泡コンクリートの全酸化カルシウム含有量（質量％）および炭酸ガス含有量（質量％）を測定し、（炭酸ガス含有量×５６／４４）／（全酸化カルシウム含有量）×１００の式で得られる炭酸化度（％）が５０％以上である軽量気泡コンクリートは、耐久性が劣化したと診断する耐久性診断方法を開示している。

また、例えば、特開２０００−１９３６５８号公報では、熱分析法で炭酸カルシウム分を定量測定して得られる炭酸カルシウムの酸化カルシウム換算量Ｃ（質量％）と、全カルシウム分を化学分析で定量測定して得られる全カルシウムの酸化カルシウム換算量Ｃｍａｘ（質量％）と、全硫黄分を定量測定して得られる硫酸カルシウムの酸化カルシウム換算量Ｃｓ（質量％）と、前記試料と同一の製造方法で製造した未炭酸化試料について、熱分析法で炭酸カルシウム分を定量測定して得られる炭酸カルシウムの酸化カルシウム換算量Ｃ０（質量％）とを得て、（Ｃ−Ｃ０）／（Ｃｍａｘ−Ｃｓ−Ｃ０）×１００の式の炭酸化度Ｄｃ２（％）により、前記被検試料の劣化度を定量評価する劣化度定量評価方法を開示している。

しかし、これらの評価方法は壁材における劣化へ適用したものであり、要求性能の異なる水平部材に適用することはできない。
特開２０００−１８０４３７号公報 特開２０００−１９３６５８号公報

本発明の目的は、軽量気泡コンクリート水平部材の劣化レベルの診断を、適確かつ簡便に実施できる方法を提供することにある。

本発明の軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断方法は、軽量気泡コンクリート水平部材のコア抜きサンプリングを行うことにより、サンプルを得るステップと、該サンプルの化学分析により、全カルシウム含有量（質量％）および三酸化硫黄含有量（質量％）を測定して、全カルシウム含有量（質量％）−三酸化硫黄含有量（質量％）×５６／８０の式で得られる反応カルシウム含有量（質量％）を算出するステップと、該サンプルの熱分析による６００〜８５０℃における質量減少量である炭酸ガス含有量（質量％）を測定して、（炭酸ガス含有量（質量％）−１）／（反応カルシウム含有量（質量％）×４４／５６−１）×１００の式で得られる炭酸化度（％）を算出するステップとを含む。

さらに、前記炭酸化度（％）が２０％以下の場合には、劣化レベルが「健全」であると診断し、前記炭酸化度（％）が２０％を超え３５％以下の場合には、劣化レベルが「要注意」であると診断し、前記炭酸化度（％）が３５％を超え５０％以下の場合には、劣化レベルが「補修必要」であると診断し、前記炭酸化度（％）が５０％を超える場合には、劣化レベルが「補強必要もしくは交換必要」であると診断する。

本発明の診断方法により、表面から判断しにくい、軽量気泡コンクリート水平部材の劣化レベルの診断を、該水平部材を取り外すことなく、適確かつ簡便に行うことができる。

本発明の軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断方法は、以下の［１］〜［５］により構成される。

［１］軽量気泡コンクリート水平部材のコア抜きサンプリングを行うことにより、サンプルを得る。

［２］サンプルの化学分析により、全カルシウム含有量（質量％）および三酸化硫黄含有量（質量％）を測定して、全カルシウム含有量（質量％）−三酸化硫黄含有量（質量％）×５６／８０の式で得られる反応カルシウム含有量（質量％）を算出する。

化学分析は、カルシウムおよび三酸化硫黄を定量測定できる方法であれば、公知の方法を採用できる。カルシウムや三酸化硫黄を正確に定量測定できるものには、例えば蛍光Ｘ線分析法やＩＣＰ法がある。

反応カルシウム含有量とは、サンプル中の全カルシウム含有量から、トバモライトの生成反応に寄与しない硫酸カルシウムとして存在するカルシウムの含有量を除いたものである。

［３］サンプルの熱分析による６００〜８５０℃における質量減少量である炭酸ガス含有量（質量％）を測定する。

熱分析は、炭酸カルシウムの分解に伴う質量減少量がわかる熱重量分析測定装置を用いるが、特に、炭酸カルシウムの分解を明確にするために、熱重量−示差熱分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ、マックサイエンス株式会社製、ＴＧ−ＤＴＡ２０１０ＳＡ）を用いて測定することが好ましい。

炭酸カルシウムには、結晶構造の異なるものが存在するが、いずれも６００〜８５０℃において酸化カルシウムと炭酸ガスに分解するため、熱分析法により炭酸ガス含有量（質量％）を正確に定量測定することができる。

［４］（炭酸ガス含有量（質量％）−１）／（反応カルシウム含有量（質量％）×４４／５６−１）×１００の式で得られる炭酸化度（％）を算出する。

［５］得られた炭酸化度（％）を劣化レベルの診断に使用する。

［５−１］炭酸化度（％）が２０％以下の場合には、劣化レベルが「健全」であると診断する。劣化レベルが「健全」である軽量気泡コンクリート水平部材とは、特に何も問題が無いことを示す。

［５−２］炭酸化度（％）が２０％を超え３５％以下の場合には、劣化レベルが「要注意」であると診断する。劣化レベルが「要注意」である軽量気泡コンクリート水平部材とは、使用において特に問題はないが、今後の劣化進行をモニタリングして、対処する必要があることを示す。

［５−３］炭酸化度（％）が３５％を超え５０％以下の場合には、劣化レベルが「補修必要」であると診断する。劣化レベルが「補修必要」である軽量気泡コンクリート水平部材とは、実際の使用においても若干の不具合が発生する段階であり、一刻も早く劣化を食い止める方策が必要であることを示す。

［５−４］炭酸化度（％）が５０％を超える場合には、劣化レベルが「補強必要もしくは交換必要」であると診断する。劣化レベルが「補強必要もしくは交換必要」である軽量気泡コンクリート水平部材とは、使用において不具合となることを示す。

この分類は、実際にパネルを損傷しないように取り外し、４等分点２線載荷によって設計荷重×（１±０．０２）の荷重をかけ、この荷重を６ヶ月間継続したときのたわみＡ（弾性たわみ＋クリープたわみ）を測定した場合の次の値に該当する。なお、ＡＬＣ構造設計基準（独立行政法人建築研究所監修「ＡＬＣパネル構造設計指針・同解説」ＡＬＣ協会、平成１６年参照）において、スパンＬにおいて設計荷重をかけた時の限界たわみ値について、床（長期）でＬ／４００、屋根（長期・短期）でＬ／２５０と規定されており、これらの数値が劣化判断の基準となる。

すなわち、炭酸化度２０％以下の場合に対する評価は、限界たわみ値の１／４以下（床の場合、たわみＡ≦Ｌ／１６００、屋根の場合、たわみＡ≦Ｌ／１０００）に対応する。炭酸化度２０％を超え３５％以下の場合に対する評価は、限界たわみ値の１／４を超え、１／２以下（床の場合、Ｌ／１６００＜たわみＡ≦Ｌ／８００、屋根の場合、Ｌ／１０００＜たわみＡ≦Ｌ／５００）に対応する。炭酸化度が３５％を超え５０％以下の場合に対する評価は、限界たわみ値の１／２を超え、１以下（床の場合、Ｌ／８００＜たわみＡ≦Ｌ／４００、屋根の場合、Ｌ／５００＜たわみＡ≦Ｌ／２５０）に対応する。さらに、炭酸化度が５０％を超える場合に対する評価は、限界たわみ値を超える場合（床の場合、Ｌ４００＜たわみＡ、屋根の場合、Ｌ／２５０＜たわみＡ）に対応する。このように、本発明による炭酸化度は、従来から用いられている軽量気泡コンクリート水平部材に対する評価基準と合致するものである。

ただし、実際の運用においては、例えば、炭酸化度が３０％であり、劣化レベルが「要注意」である軽量気泡コンクリート水平部材であっても、３０年経過後であるような場合には、補強や補修が必要とは診断せず、数年以内に炭酸化度が３５％に達し、補修が必要になる可能性があると診断をして、劣化状況のモニタリングや、予防としての補修等の工事を推奨をすることが考えられる。

また、例えば、炭酸化度が３０％であり、前述と同様に劣化レベルが「要注意」である軽量気泡コンクリート水平部材であっても、わずか１０年経過後であるような場合には、すぐに炭酸化度が３５％に達して、補修が必要になる可能性があると診断をして、予防処置を早急に行うように推奨することが考えられる。

さらに、例えば、５０年経過後でありながら、炭酸化度がわずか５％である場合には、そのままの状態で使用し続けても、まったく問題がないという診断をすることができる。

以上のように、使用年数、使用環境、目視観察結果、および使用者の要望等を考慮して、本発明の劣化診断方法を用いた上で、総合的な診断を下すことは、本発明の範疇にある。

本発明の劣化診断方法は、以下に示される実施例に限定されることはない。

実際の建物において使用されている複数の軽量気泡コンクリート水平部材について、各部材の使用年数、使用部位、仕上げを調べるとともに、使用状態における各部材の下面におけるひび割れの有無を目視により確認し、たわみ量などを測定した。また、参照として、新品の部材（床の部材１および屋根の部材１７）についても、劣化診断方法を実施した。

［１］軽量気泡コンクリート水平部材のコア抜きサンプリングを行った後、使用状態で厚さ方向に均等に５層に分割することにより、床の部材１〜１６、屋根の部材１７〜２９について、それぞれ５つのサンプルを得た。

［２］サンプルの化学分析により、全カルシウム含有量（質量％）および三酸化硫黄含有量（質量％）を測定して、全カルシウム含有量（質量％）−三酸化硫黄含有量（質量％）×５６／８０の式で得られる反応カルシウム含有量（質量％）を算出した。化学分析は、蛍光Ｘ線分析法により、装置（スペクトリス株式会社製 蛍光Ｘ線分析装置 Venus200型）を用いて測定した。

例えば、部材１のサンプルの１つでは、全カルシウム含有量（質量％）が２５．６％であり、三酸化硫黄含有量（質量％）が２．３％であった。従って、反応カルシウム含有量（質量％）は、２４．０％となる。

［３］サンプルの熱分析による６００〜８５０℃における質量減少量である炭酸ガス含有量（質量％）を測定した。熱分析は、熱重量−示差熱分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ、マックサイエンス株式会社製、ＴＧ−ＤＴＡ２０１０ＳＡ）を用いて測定した。

［４］（炭酸ガス含有量（質量％）−１）／（反応カルシウム含有量（質量％）×４４／５６−１）×１００の式で得られる炭酸化度（％）を算出し、部材１〜２９のそれぞれについて、得られた５つの炭酸化度の平均値を求めた。

例えば、部材２では、炭酸化度（％）が、サンプル１は８．２％であり、サンプル２は９．０％であり、サンプル３は７．８％であり、サンプル４は８．０％であり、サンプル５は８．５％であったので、平均値は８．３％となる。このようにして求められた各部材の結果を表１に示す。

［５］得られた炭酸化度（％）を劣化レベルの診断に使用する。

［５−１］炭酸化度（％）が２０％以下であれば、劣化レベルが「健全」であると診断した。［５−２］炭酸化度（％）が２０％を超え３５％以下であれば、劣化レベルが「要注意」であると診断した。［５−３］炭酸化度（％）が３５％を超え５０％以下であれば、劣化レベルが「補修必要」であると診断した。［５−４］炭酸化度（％）が５０％を超えれば、劣化レベルが「補強必要もしくは交換必要」であると診断した。結果を表１に示す。

その後、軽量気泡コンクリート水平部材を損傷しないように取り外して、４等分点２線載荷によって、設計荷重×（１±０．０２）の荷重を掛けたまま、６ヶ月間継続したときのたわみＡ（弾性たわみ＋クリープたわみ）を測定した。それぞれの結果を表１に示す。

たわみＡが、床でＬ／１６００以下である場合、屋根でＬ／１０００以下である場合については、新品と同等であると判断した。部材１〜４および部材１７〜１９が該当し、表１に「◎」で示した。

たわみＡが、床でＬ／１６００を超え、Ｌ／８００以下の場合、屋根でＬ／１０００を超え、Ｌ／５００以下の場合、使用において特に問題はないが、今後の劣化進行をモニタリングして、対処する必要があると判断した。部材５〜８および部材２０〜２３が該当し、表１に「○」で示した。

たわみＡが、床でＬ／８００を超え、Ｌ／４００以下の場合、屋根でＬ／５００を超え、Ｌ／２５０以下の場合、実際の使用においても若干の不具合が発生する段階であり、一刻も早く劣化を食い止める方策が必要であると判断した。部材９〜１１および部材２４〜２６が該当し、表１に「△」で示した。

たわみＡが、限界たわみ以上（床の場合、Ｌ／４００を超え、屋根の場合、Ｌ／２５０を超える）の場合、使用継続に不具合が生ずると判断した。部材１２〜１６および２７〜２９が該当し、表１に「×」で示した。

表１に示されるように、６ヶ月の載荷試験で「◎」と評価された部材１〜４および１７〜１９では、すべて炭酸化度が２０％未満であり、「○」と評価された部材５〜８および２０〜２３では、炭酸化度が２０％以上、３５％未満であり、「△」と評価された部材９〜１１および２４〜２６では、炭酸化度が３５％以上５０％未満であり、「×」と評価された部材１２〜１６および２７〜２９では、部材１２を除いて、炭酸化度が５０％以上であることが分かった。なお、部材１２は、設計時に想定されていない過大な荷重が長期間にわたって掛けられたため、クリープたわみが非常に大きかった。

以上のように、６ヶ月の載荷試験を行わなくとも、本発明の方法により、軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断を、非常に簡便で迅速に実施できることが理解できる。

Claims (1)

1. 軽量気泡コンクリート水平部材のコア抜きサンプリングを行うことにより、サンプルを得るステップと、該サンプルの化学分析により、全カルシウム含有量（質量％）および三酸化硫黄含有量（質量％）を測定して、全カルシウム含有量（質量％）−三酸化硫黄含有量（質量％）×５６／８０の式で得られる反応カルシウム含有量（質量％）を算出するステップと、該サンプルの熱分析による６００〜８５０℃における質量減少量である炭酸ガス含有量（質量％）を測定して、（炭酸ガス含有量（質量％）−１）／（反応カルシウム含有量（質量％）×４４／５６−１）×１００の式で得られる炭酸化度（％）を算出するステップとを含み、
   前記炭酸化度（％）が２０％以下の場合には、劣化レベルが「健全」であると診断し、前記炭酸化度（％）が２０％を超え３５％以下の場合には、劣化レベルが「要注意」であると診断し、前記炭酸化度（％）が３５％を超え５０％以下の場合には、劣化レベルが「補修必要」であると診断し、前記炭酸化度（％）が５０％を超える場合には、劣化レベルが「補強必要もしくは交換必要」であると診断することを特徴とする軽量気泡コンクリート水平部材の劣化診断方法。