JP7444809B2 - コンクリートの劣化試験方法 - Google Patents
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Description
浸漬した前記供試体を前記コンクリート構造物が曝される環境と同環境に曝す、コンクリートの劣化試験方法を提供するものである。
供試体の作製条件、並びに作製する供試体の形状及び寸法は、例えばJIS A7502-2:2015「下水道構造物のコンクリート腐食対策技術 第2部:防食設計標準」本文及び附属書Cの記載、並びにJIS A1132の記載に準じることができる。
作製する供試体の個数は、1個でもよく、複数個であってもよい。作製する供試体の個数は、劣化評価の精度を高める観点から、好ましくは複数個であり、より好ましくは3個以上である。供試体を複数個作製する場合、劣化評価の精度を更に高める観点から、供試体はいずれも同一の形状及び寸法を有することも好ましい。
上述のような寸法範囲とすることによって、供試体の運搬性や、所定環境への設置の容易性等といった供試体の取り扱い性が良好になるとともに、硫酸水溶液の浸漬を行った後でも劣化評価を適切に行うことができる程度の寸法を維持することができる。
また、供試体の表面の一部を樹脂によって被覆する場合、供試体の脱型から樹脂被覆を実施するまでの養生は、温度20℃±2℃の水道水中で27日間養生する条件を採用することも好ましい。このような条件を採用することによって、評価対象とする構造物の劣化条件と同等の条件で評価しやすくなり、劣化評価の精度が向上する。
本明細書における「腐食が発生する」とは、コンクリートに含まれる水酸化カルシウムと硫酸との反応によって、供試体の表面に石膏(硫酸カルシウム)が析出した状態をいう。具体的には、供試体の表面に腐食が発生したか否かの判断は、供試体におけるコンクリートの露出面と硫酸水溶液との接触面(以下、これを曝露面ともいう。)の全面が白く変化して石膏の析出が目視にて確認されるか、または、供試体の中性化深さ(又は侵食深さ)が1.0mm以上となった状態とすることができる。このような腐食は、例えば後述する浸漬条件で供試体を浸漬することによって容易に発生させることができる。
上述の各腐食環境は硫酸生成のもととなる硫化水素が環境中に所定量以上存在し、コンクリートの硫酸による腐食が生じやすい環境である。したがって、このような環境下に供試体を曝露することによって、実環境において硫酸によるコンクリート劣化の評価を早期に且つ精度よく行うことができる。
特に、下水処理施設や温泉施設においては、下水や温泉水が恒常的に存在しているので、湿度が高く、コンクリートの表面に水の膜が形成されやすくなっている。このことに起因して、コンクリート表面に形成された水膜には、コンクリートに由来する比較的高いpH条件であっても増殖可能な硫黄酸化細菌が定着する。その結果、硫黄酸化細菌によって硫酸が生成して、コンクリート表面の中性化を進行させる。次いで、コンクリート表面のpHが中性付近に低下すると、至適増殖pHが中性付近の硫黄酸化細菌が増殖していき、硫酸を生成していく。更に、硫酸の生成によってコンクリート表面のpHが更に低下すれば、至適増殖pHが酸性領域の硫黄酸化細菌が増殖して、硫酸を更に生成する。このようなサイクルによって、強アルカリ性であるコンクリートの表面が硫酸によって次第に中和あるいは酸性化され、コンクリートの劣化が顕著に進行すると考えられている。
図1に示すように、実環境に普通コンクリートを単に曝した場合であっても、1年程度は劣化が発生及び進行していないことが判る。このことは、硫酸水溶液の浸漬等の特段の処置を行わない場合には、コンクリートの種類によらず、微生物が増殖し、硫酸を生成することに起因するコンクリート表面の劣化が始まるまでに年単位の期間が必要であることを意味する。また、コンクリートの劣化が発生しない期間は、実環境の硫化水素濃度や湿度などの周囲環境によって変動が生じるため、劣化が発生しない要因が、材料自体の性能に起因するものか、あるいは、微生物の生成環境が整わないことに起因するものか、などの劣化の要因の判断が困難となる。
また、耐硫酸コンクリートを用いた場合には、硫酸による劣化が発生しない期間が普通コンクリートの場合と比較して更に延長し、劣化評価に更に長い時間を要することになる。その結果、コンクリートの組成や構造設計の適切な調整や、防食処理の要否、あるいは修繕計画の設定などの各種の判断に寄与する劣化評価が早期に得られにくくなる。
そして、劣化が発生しない要因が、材料自体の性能に起因するものか、あるいは、微生物の成育環境が整わないことに起因するものか、などの主な要因を早期に判定できる。このことは、硫酸浸漬後に曝露して劣化が進行しない場合には、材料の性能が優れると判断して、長期間の曝露試験を無用に継続する必要がなくなる点でも有利となる。
例えば、上述の実施形態においては、コンクリート構造物を例にとり説明したが、本発明はモルタル構造物あるいはモルタル製品にも同様に適用することもできる。
またコンクリート構造物又はモルタル構造物に使用される予定のコンクリート組成物又はモルタル組成物の好適な組成を評価することを目的として、コンクリート構造物とは独立して、コンクリート組成がそれぞれ異なる供試体を複数形成して、これらの該供試体を硫酸水溶液に浸漬し、その後、硫酸水溶液に浸漬した各供試体を、打設予定のコンクリート構造物が曝される環境と同環境に曝すことによって、劣化試験を行ってもよい。
以下の表1に示す組成にて、圧縮強度27~60N/mm2の普通コンクリートを製造した。これらのコンクリートはいずれもJIS A5308の規定を満たすものである。
その後、これらのコンクリートを用いて、温度範囲18~22℃にて、5質量%または10質量%の硫酸水溶液に最大182日間まで浸漬した。この方法により、好適な浸漬期間を評価した。
同図に示されるように、上述した好適な浸漬期間で硫酸の浸漬を行うことによって、コンクリートの強度によらず、曝露面全体に腐食を一層早期に且つ以後の劣化評価を十分に行える程度に生じさせることができることが判る。このことは、環境曝露後のコンクリートの劣化評価を精度高く行うことができる点で有利であることを意味する。
以下の表2に示す組成にて、圧縮強度24N/mm2の普通コンクリートを製造した。このコンクリートはJIS A5308の規定を満たすものである。その後、このコンクリートを用いて、温度範囲18~22℃にて、0.5質量%から10質量%までの5種類の各濃度の硫酸水溶液に最大364日間まで浸漬した。
これとは別に、以下の表3に示す組成にて、耐硫酸コンクリート(圧縮強度24N/mm2)を製造し、このコンクリートを用いて、温度範囲18~22℃にて、0.5質量%から10質量%までの5種類の各濃度の硫酸水溶液にそれぞれ364日間浸漬した。
図4及び図5に示される普通コンクリートの結果から、硫酸濃度が高いほど侵食速度が大きくなり、特に好適な範囲である5~10質量%の硫酸濃度であれば、普通コンクリートの侵食速度は50~100mm/年と算出される。
また図6に示される耐硫酸コンクリートの結果についても同様に、硫酸濃度が高いほど侵食速度が大きくなり、特に好適な範囲である5~10質量%の硫酸濃度であれば、耐硫酸コンクリートの侵食速度は4~16mm/年と算出される。
表4に示されるように、評価対象として普通コンクリート及び耐硫酸コンクリートのいずれを用いた場合であっても、硫酸水溶液に浸漬する処理を予め行うことによって、単に曝露を行う場合に必要な年単位という時間が、4日~131日の範囲に顕著に短縮されていることが判る。そして、硫酸濃度を特に好適な範囲とすることによって、浸漬処理の時間を更に短縮し、以後の環境曝露や、その後のコンクリートの劣化判定を更に短期間で評価可能となることも判る。
これらの結果から、上述した好適な濃度で硫酸の浸漬を行うことによって、コンクリートの種類によらず、曝露面全体に腐食を一層早期に且つ以後の劣化評価を十分に行える程度に生じさせることができることが判る。これに加えて、環境曝露後のコンクリートの劣化評価を、コンクリートの種類によらず精度高く行うことができる。
Claims (6)
- 目的とするコンクリート構造物と同一のコンクリート組成を有する供試体を、該供試体の表面に腐食が発生するまで硫酸水溶液に浸漬し、然る後に、
浸漬した前記供試体を前記コンクリート構造物が曝される環境と同環境に曝す、コンクリートの劣化試験方法。 - 硫酸濃度が0.5質量%以上の前記硫酸水溶液を用いる、請求項1に記載の劣化試験方法。
- 前記供試体を前記硫酸水溶液に17℃以上23℃以下で且つ3日以上150日以下浸漬する、請求項1又は2に記載の劣化試験方法。
- 前記環境は、硫酸によるコンクリートの腐食が生じる環境である、請求項1~3のいずれか一項に記載の劣化試験方法。
- 耐硫酸コンクリートを前記供試体に用いる、請求項1~4のいずれか一項に記載の劣化試験方法。
- 前記コンクリート構造物は下水処理施設または温泉施設である、請求項1~5のいずれか一項に記載の劣化試験方法。
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