８.コンクリートの耐久性

コンクリート構造物の耐久性とは、気象、化学的浸食、物理的摩耗などの劣化要因に対して、構造物が長期間にわたり性能や機能を維持する能力を指します。以下では、代表的な劣化現象とその対策について解説します。

塩害

概要

塩害とは、コンクリート中の塩化物イオン（Cl⁻）が鉄筋などの鋼材を腐食させ、構造物の性能を低下させる現象です。
→「塩害事例の画像を見る。」

腐食のメカニズム

通常、コンクリートは高アルカリ性（pH12～13）で、鋼材表面に「不働態被膜」が形成され、腐食を防ぎます。
しかし、塩化物イオンが一定量を超えるとこの被膜が破壊され、鋼材が腐食を始めます。
錆の体積は元の鋼材の2～3倍に膨張し、ひび割れやかぶりコンクリートの剥落を引き起こします。

塩化物イオンの侵入経路

内在塩化物：海砂、混和剤、セメント、練混ぜ水に含まれる。
外来塩化物：海水飛沫、凍結防止剤、飛来塩分など。

対策

腐食因子の除去・遮断
かぶり厚の確保と密実なコンクリートの施工
防食鋼材や防錆剤の使用
電位制御による腐食抑制
高炉スラグ微粉末などの混和材の活用

内在塩化物に対する対策

土木学会コンクリート標準示方書やJASS５では,練混ぜ時に塩化物イオンの総量を0.30㎏/m³と規定している.（JIS A 5308　レディーミクストコンクリートも同様な規定）
コンクリート混和剤のJIS A 6204の規格では,塩化物イオン量によって,Ⅰ種,Ⅱ種,Ⅲ種の３種類に区分されている。

出典：JIS A 6204

中性化

概要

中性化とは、空気中の二酸化炭素（CO₂）により、コンクリート中の水酸化カルシウムが炭酸カルシウムに変化し、アルカリ性が低下する現象です。

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O
→「中性化事例の画像を見る。」

影響

アルカリ性が失われると不働態被膜が破壊され、鉄筋が腐食しやすくなります。

進行速度

中性化深さ \(x\) は時間 \(t\) の平方根に比例： \(x＝b{\sqrt{t}}\)
相対湿度40～60%で最も進行しやすい。

対策

かぶり厚の増加、仕上げ材の施工、再アルカリ化工法の導入
フェノールフタレイン溶液による中性化判定（非中性化部は赤紫色）

アルカリ骨材反応(ASR)

概要

コンクリート中のアルカリと骨材中の反応性鉱物が化学反応を起こし、膨張性ゲルを生成してひび割れを生じさせる現象です。
→「ASR事例の画像を見る。」

発生条件（3要素）

反応性骨材の存在
高アルカリ性の細孔溶液
湿潤環境

影響

ひび割れ、ゲルの滲出、目地のずれ、鉄筋の破断など
耐凍害性・耐化学性の低下

試験方法

JIS A 1145（化学法）：アルカリ減少量とシリカ溶出量で判定
JIS A 1146（モルタルバー法）：6か月後の膨張量で判定

出典；コンクリート技術の要点

対策

アルカリ量の制限
高炉セメントやフライアッシュセメントの使用
反応性のない骨材の選定
水分の遮断

続きを読むでちょっと詳しく

アルカリシリカ反応の特徴

アルカリシリカ反応（ASR）は,以下の①～③の条件が同時に揃って初めて起こる.
①反応性骨材がある量以上存在すること.
②細孔溶液中に十分な水酸化アルカリが存在すること.
③コンクリートが多湿または湿潤状態にあること
反応性鉱物等には,火山ガラス、クリストバライト,トリディマイト,オパール,カルセドニー,穏微晶質石英などがある.
コンクリート中に含まれる反応性骨材の量が多ければASRによる膨張が大きくなるわけではない.ASRによる膨張が最も大きくなる時の反応性骨材の量をペシマム量という.これは,コンクリートのアルカリ量,骨材の種類や粒度などによって変化する.
アルカリの供給源としては,セメントの他に,海砂に付着した塩化物（Naclなど）や硬化後外部から侵入した塩化物や凍結防止剤,混和剤などがある. ASRによる膨張は,水分が必要であり,雨や水分の影響を受けやすい打ち放しの構造物や,内部の水分が乾燥しにくいマッシブな構造物にASRによる損傷を受けやすい。

骨材の反応性試験方法

骨材の反応試験方法は,JIS A 1145（骨材のアルカリシリカ反応性試験（化学法））とJIS A 1146（モルタルバー法）がある.
JIS A 5308（レディーミクストコンクリート）では,化学法またはモルタルバー法によって試験を行い,区分A（無害）‐区分B（無害でないもの）に区分することにしている.
化学法は,粉砕した骨材を80℃のアルカリ溶液で（24時間）反応させ,その溶液のアルカリ減少量Rcと溶解シリカ量Scから骨材の反応性を判定する.
Sc＞10mmol／ℓ　かつ　Rc＜700ｍmol／ℓのときRc≦Scを「無害でない」とする.それ以外は無害とする.
モルタルバー法では,粒度調整を行った試料を用い,水セメント比50％,アルカリ量1.2%（水酸化ナトリウムで調整した）40×40×160㎜のモルタルバーを作成する.これを温度40±2℃,相対密度95％以上の条件下で6カ月保存したときの膨張量が0.1％以上の骨材を「無害でない」とする.それ以外は「無害でない」とする.
２種類以上の骨材を混合して用いる場合,それぞれのアルカリシリカ反応性を化学法で試験し,「無害でない」との結果が一つでも出た場合は、混合された骨材全体を「無害でない」と取り扱う.

ASRの対策

コンクリートの総アルカリ量を規制し抑制する方法
アルカリシリカ反応抑制効果のある混合セメントを用いる方法
高炉セメント（高炉スラグ40％以上）
フライアッシュセメント（フライアッシュ15%以上）
安全と認められる骨材の使用
コンクリート中への水分の浸透を防止する方法

化学的浸食

化学的浸食とは、外部から侵入した化学物質がコンクリートと反応し、組織を劣化させる現象です。主に以下の3つのタイプに分類されます：

セメント成分の溶解：酸や塩類により、セメントの水和物が溶け出し、コンクリートが多孔質化。
膨張性化合物の生成：硫酸塩などと反応して膨張し、ひび割れや破壊を引き起こす。
長期的な溶脱：水に長期間さらされることで、セメント成分が徐々に失われる。

劣化因子の例

代表的な劣化因子には、酸、硫酸塩、海水、糖類、動植物油、酸性雨などがあります。

対策

化学的浸食への対策は、劣化因子の侵入を防ぎ、コンクリートの耐久性を高めることが基本です。主な対策は以下の通りです：

耐薬品性の高い材料の使用
例：耐硫酸塩セメント、高炉セメント、フライアッシュセメントなど。
表面保護
コーティングや被覆材でコンクリート表面を保護し、化学物質の侵入を防止。
水セメント比の低減と密実な施工
水密性を高め、劣化因子の浸透を抑制。
かぶり厚の確保
鉄筋の腐食を防ぐため、十分なかぶり厚を設ける。
定期的な点検と補修計画の実施
劣化の早期発見と対応により、長寿命化を図る。

外部からの化学物質とコンクリートが化学反応を起こすことによって生じる劣化現象は、大きく３種類に分類できる.
①コンクリート中のセメント水和物と化学反応を起こし、水に溶けにくいセメント水和物を可溶性物質に変化させることにより,コンクリートの組織が多孔質化したり分解して劣化する.
（劣化因子の例）酸,動植物油,無機塩類,腐食性ガス,炭酸ガス,硫酸の生成を伴う微生物の作用など.
②コンクリート中のセメント水和物と反応して,新たに膨張性化合物を生成し,生成時の膨張圧によりコンクリートを劣化させるもの.
（劣化因子の例）動植物油,硫酸塩,海水,アルカリ濃厚溶液など.
③コンクリートが長期間にわたって水に接することにより,コンクリートの中のセメント水和物が外部に溶脱して硬化体組織が多孔質化する.
硫酸,塩酸などの強い酸に対する抵抗性は基本的に弱い.
硫酸塩は,水酸化カルシウム及びアルミン酸三カルシウムと反応して,カルシウムサルホアルミネート（エトリンガイド）を生成し,著しい膨張を生じさせてコンクリートを破壊に至らせる.
コンクリートは,海水に含まれる硫酸マグネシウムや塩化マグネシウム（コンクリート中の石灰と化合してコンクリートを水溶とする）などによって劣化する.
下水に含まれる硫酸塩は微生物の作用で〔硫化水素→硫酸〕となり,管路や下水処理場のコンクリートに著しい劣化を生じさせる.
大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物に起因する酸性雨（㏗5.6以下）により,コンクリート構造物に影響が出る場合がある.
糖類の水溶液は,コンクリート中の水酸化カルシウムと反応して,可溶性の糖酸カルシウムを生成し,その溶出により組織を多孔化し劣化させる.
動植物油によるコンクリートの劣化は,コンクリートが膨潤し,ひび割れが生じて剥離する形態をとることが多い。
エフロレッセンスは,セメント硬化体中の可溶性分（カルシウムイオン,アルカリ金属イオン,硫酸イオン）を溶解した水が表面に滲出し水の蒸発に伴って溶存成分が表面に析出したものである.この現象は①硬化がまだ十分でないとき,②水セメント比が大きいとき,③施工不良の目地があるときなどの透水しやすいコンクリートに生じやすい.

化学的浸食事例の画像を見る。

化学的浸食の対策

化学的浸食に対しては,構造物の設計耐用年数を考慮して,設計時に十分な対策をとるか,予防保全計画（維持管理計画）を策定し,定期的な補修を計画するなど,新設時から何らかの対策が重要である.
酸や硫酸塩に対しては,コンクリート表面に適当な被覆を施すことが効果的である.
耐硫酸塩ポルトランドセメント,中庸熱ポルトランドセメント,高炉セメント,フライアッシュセメントは,海水の作用に対して,比較的抵抗性がある.
塩害対策と同様に,海水,その他浸食作用に対しても,かぶり（厚さ）を十分に確保するなどして鋼材を保護し水セメント比が小さい水密性の高いコンクリートを使用し,かつ入念な締固めと養生を行うことが,大切である.

凍害

概要

コンクリート中の水分が凍結・膨張（約9％）し、内部圧力で組織が破壊される現象です。

凍害事例の画像を見る。

特徴

吸水性の高い骨材では「ポップアウト」が発生
凍結融解の繰り返しが劣化を促進
日向の方が劣化が進みやすい（融解→再凍結の繰り返し）

対策

耐凍害性の高い骨材の使用（JIS A 1122）
AE剤による適切な空気量の確保（3～6％）
水セメント比の低減と密実な施工

すり減り・キャビテーション

概要

すり減り：車両や流水中の砂などによる摩耗
キャビテーション：高速水流による空洞形成と圧壊

対策

水セメント比の低い密実なコンクリート
表面の平滑化
すり減り抵抗性の高い骨材の使用

すりへり事例画像を見る

✅ 試験対策のポイント

各劣化現象のメカニズムと対策を整理
中性化やASRの進行式・条件を理解
JIS規格や試験方法の名称と内容を把握
耐久性向上のための材料選定と施工方法を確認

解いてみよう

理解度を確認するために、以下の過去問題に挑戦してみましょう。
四肢択一の過去問題です。正解と思う設問の○をクリックまたはタップしてください。解き終わったら「回答」をクリックまたはタップすると解答が表示されます。

コンクリートの耐久性に関する問題

問題１　コンクリートの耐久性に関する次の一般的な記述のうち、適当なものはどれか｡

（１）アルカリシリカ反応によるコンクリートのひび割れは、湿潤状態にある場合のほうが気乾状態にある場合よりも進行しにくい。

（２）中性化の進行は、コンクリートが著しく乾燥している場合や飽水状態の場合には遅くなる。

（３）空気量が同一の場合、気泡間隔係数が大きいほど凍害を生じにくい。

（４）凍害によるコンクリートの劣化は、凍結融解の繰返しの影響は受けない。
None

問題２　塩害環境下のコンクリート構造物の鉄筋腐食対策に関する次の記述のうち、不適当なものはどれか。

（１）高炉セメント B種から普通ポルトランドセメントに変更した。

（２）コンクリートの水セメント比を小さくした。

（３）エポキシ樹脂塗装鉄筋を用いた。

（４）コンクリートのかぶり（厚さ）を大きくした。
None

問題３　コンクリート構造物の耐久性の向上に関する次の記述のうち、不適当なものはどれか。

（１）塩化物イオンのコンクリートへの侵入を抑制するために、水セメント比を低減した。

（２）飛沫帯においてコンクリート中の鉄筋の腐食を抑制するために、エポキシ樹脂塗装鉄筋を使用した。

（３）中性化の進行を遅らせるために、普通ポルトランドセメントを高炉セメントB 種に変更した。

（４）二酸化炭素のコンクリートへの侵入を抑制するために、タイルを貼り付けた。
None

問題４　アルカリシリカ反応に関する次の一般的な記述のうち、不適当なものはどれか。

（１）アルカリシリカ反応の抑制には、フライアッシュの分量（質量分率%）が15%以上のフライアッシュセメントの使用が有効である。

（２）アルカリシソカ反応における骨材のぺシマム量は、セメント中のアルカリ量、骨材の種類や粒度によって変化する。

（３）アルカリシリカ反応による膨張は、コンクリートが湿潤状態にある場合の方が気乾状態にある場合よりも進行しやすい。

（４）アルカリシリカ反応によるひび割れは、プレストレストコンクリート桁では亀甲状に発生しやすい。
None

問題５　コンクリートの中性化に関する次の一般的な記述のうち、不適当なものはどれか。

（１）中性化の進行は、コンクリートが著しく乾燥している場合や濡れている場合には遅くなる。

（２）中性化の進行は、仕上げの無い場合、屋内側の方が屋外側よりも速い。

（３）中性化の進行は、経過年数に正比例する。

（４）中性化の進行は、炭酸ガスの濃度が高いほど速い。
None

問題６　アルカリシリカ反応に関する次の一般的な記述のうち、不適当なものはどれか。

（１）コンクリートのアルカリ総量を3.0kg/m3以下にすることは、アルカリシリカ反応の抑制に有効である。

（２）フライアッシュセメントC種の使用は、アルカリシリカ反応の抑制に有効である。

（３）アルカリシリカ反応による膨張は、湿潤状態より乾燥状態にあるコンクリートの方が大きくなる。

（４）アルカリシリカ反応における骨材のぺシマム量は、骨材の種類や粒度の影響を受ける。
None

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