次世代社会基盤　　　メンテナンス工学 コンクリート工学研究室 岩城　一郎.

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1 次世代社会基盤　　　メンテナンス工学 コンクリート工学研究室 岩城　一郎

2 コンクリートに求められるもの 新設構造物 高耐久化 既設構造物 延命化 安全性 耐久性 美観 コンクリート 低環境負荷 経済性

3 コンクリート構造物を長持ちさせるには？ コンクリート技術者の使命「いいコンクリート構造物をつくるためには，親切に，丁寧に」
コンクリート技術者の使命「いいコンクリート構造物をつくるためには，親切に，丁寧に」　 by 吉田徳次郎先生 土木技術者の使命「世のため，人のため，良いものを安く造る」　by 岡村甫先生 　コンクリート技術者としての誇り・責任感 心を込めて，手塩にかけて 不親切に，いい加減に

4 既設構造物を延命化させるには？ 適切なメンテナンス技術の確立 　　 点検 　　　↓ 　　 診断 補修・補強 　 　解体 　　　↓　 　 再利用 人間を例に

5 土木工事の変遷

6 コンクリート橋の推移 （独）土木研究所データより

7 建設投資額の推移

8 福島県の道路行政の実態 福島県の道路管理延長5664km，維持管理費78億円 ちなみに首都高速道路300km，維持管理費300億円
うち維持補修費はわずか78億円 福島県の道路管理延長5664km，維持管理費78億円　　　　　ちなみに首都高速道路300km，維持管理費300億円

9 これらの図表から言えること・・・ 高度経済成長時代：作らなければいけないものを夢中で作った時代
現在：落ち着きを取り戻し，将来を見据える時代（必要なものは作らない→必要なものは腰を据えて作る．メンテナンス技術の蓄積） 未来：厳しい財政下で，増え続け，老朽化し続ける社会基盤施設を効率的に維持していく時代（維持管理の必要性↑，予算，人手↓）

10 歴史を振り返る ローマ帝国の滅亡 「すべての道はローマに通ず」（道路，上下水道の整備）→計画・設計・施工までは良かったが・・・ →メンテナンス？？→社会基盤施設を放棄→首都移転 荒廃するアメリカ 1930年代のニューディール政策（社会基盤施設の建設ラッシュ）→1970年代のオイルショック→1980年代道路構造物の劣化により道路機能の著しい低下→経済的・社会的な大損失

11 歴史を繰り返さないために 土木技術者としての英知を結集させる． 誰の仕事？ 幸か不幸か，我々の仕事
　 幸か不幸か，我々の仕事 どうせやるなら，魅力ある仕事として発展させたい．

12 社会基盤メインテナンス工学 2001年土木学会「メインテナンス工学連合小委員会」 が設立（コンクリート委員会，構造工学委員会，鋼構造委員会，地盤工学委員会） 若手研究者・技術者を中心に，材料・構造形式にとらわれず，メインテナンスを工学として体系化し，魅力ある学際分野に発展させるべく活動 研究調査活動に基づき，「社会基盤メインテナンス工学」と題した教科書を出版

13 我が国の特殊性 限られた財源下での集中的なメンテナンス 少子高齢化時代のメンテナンス
複雑な地形・厳しい自然環境（島国，北海道～沖縄，地震・台風）→過酷で多様な条件 我が国独自のメンテナンス技術の体系化 メンテナンス技術を通した国際貢献 耐震技術，長大トンネル・長大橋の設計・施工技術に続く，国際競争力のある看板として発展

14 これからのメンテナンスに求められるもの 少ない予算で合理的な維持管理 ニーズにあった技術開発 メンテナンスに携わるトップエンジニアの育成
総合工学としての体系化：臨床だけでも病理だけでもだめ！

15 「臨床」から「病理」へ 現状：症例主義，経験主義，江戸時代の医学的
基本的な「病理」はどうなっているのか？　ウィルス性，遺伝性，生活習慣病．．．？　それに対して「薬効」は？ メンテナンスでは， 病理＝劣化のメカニズム，物理・化学の原理 薬効＝対応する補修・補強法とその効果の予測技術 見立て＝余寿命予測 「臨床」のみのたたき上げ医者でも，「病理」だけの医者でも，不十分である． しかしながら、これから老朽構造物が団塊となって発生してくる事態が予想される今、必要とされているのは効率的に名医となる方法であると思われます。 我が国には現場重視の美風があり、現場の蓄積が貴重な財産となっております。こうした現場に学び、多数の個別対象の背後にあるメカニズムに立脚した考え方、教育、といったものが必要とされていると考えるわけであります。 いってみれば｢構造力学｣や｢土質力学｣にそうとうするものとして、メインテナンス工学があり、それは病理学的視点を有するものではないかと考えているのです。

16 メンテナンスの最新技術 新材料（各種高性能・高機能コンクリート，FRP，ポリマー等々）
補修・補強技術（電気防食，表面被覆，断面修復，連続繊維シート補強，外ケーブル） 構造物の劣化予測モデル（Computer Simulation） マネジメントシステム（DB，LCC，AM，RM） モニタリング（光ファイバセンサ） 構造物の非破壊検査技術（超音波，電磁波，欠陥再構成） シーズはいくらでもある．シーズを組み合わせ，ニーズにいかに合わせることができるか？

17 維持管理（メンテナンス）の手順 構造物 維持管理区分： A : 予防維持管理（予防保全 を基にした維持管理）
B : 事後維持管理（事後保全　　 を基にした維持管理） C : 観察維持管理（目視観察　　 を主体とした維持管理） D : 無点検維持管理（点検を　　 行わない維持管理） 維持管理区分の設定 初期点検 維持管理区分の決定 劣化予測 予防維持管理：劣化が顕在化する前に対応．重要構造物が主体 事後維持管理：劣化が外に出てから対応 観察維持管理：補修，補強といった直接的な対策を実施しない維持管理 無点検維持管理：直接的な点検を行わないもので，基礎工等に適用．地盤や周辺構造物の変状など間接的な点検による維持管理 点検 評価および判定 記録 対策 コンクリート標準示方書〔維持管理編〕

18 用語の定義 点検（Inspection） 目視，非破壊試験等により，構造物に変状が生じていないか確認する行為．その手法，頻度，精度に応じて，「日常点検」「定期点検」「詳細点検」「初期点検」「臨時点検」に分かれる． モニタリング（Monitoring） 構造物の性能を直接的に反映している項目について，適切な方法により常時観察する行為． 診断（Diagnosis） 構造物の健全度について，構造物の要求性能を満足するか，補修・補強を必要とするか等について判定を行う行為．

19 補修の定義 補修： 構造物の寿命を長くする、または、 耐久性を回復・向上させるための対策 補修 性能 性能低下曲線（補修有り） 要求レベル
補修：　構造物の寿命を長くする、または、 　　　　　耐久性を回復・向上させるための対策 補修 性能 性能低下曲線（補修有り） 要求レベル 性能低下曲線（補修無し） 供用期間 時間

20 補強の定義 補強： 構造物の耐荷力や剛性などの力学的 性能を回復・向上させるための対策 性能 性能低下曲線（補強有り） 補強 要求レベル
補強：　構造物の耐荷力や剛性などの力学的 　　　　　性能を回復・向上させるための対策 性能 性能低下曲線（補強有り） 補強 要求レベル 性能低下曲線（補強無し） 供用期間 時間

21 補修工法の一例（電気防食工法） 電位の高低差 大 →腐食電流 大
電位の高低差　大　　　　→腐食電流　大 コンクリート表面に陽極を設置．コンクリート中の鋼材を陰極とし防食電流を流す．→電位の高低差を減少． 「コンクリート補修講座」　　　　　　　　　　　　日経コンストラクションより

22 電気防食工法の種類 「コンクリート補修講座」日経コンストラクションより

23 適切な維持管理を行うためには？ -LCC（ライフサイクルコスト）の概念の導入-
1 2 3 4 20 40 60 供用期間 (年) 初期コストに対する比 1回目の補修 2回目の補修 +補強. 架け替え 旧橋撤去 新橋の建設 新技術 コスト縮減 -暮坪陸橋の新橋と旧橋の比較- （土木学会誌2001年12月号河野氏）

24 不適切な維持管理の事例 -再劣化- 日本海に面した道路橋のＲＣ桁 塩害により劣化 塩分を残したまま表面被覆 鉄筋の腐食進行 無駄 使い！
不適切な維持管理の事例　-再劣化- 日本海に面した道路橋のＲＣ桁 塩害により劣化 塩分を残したまま表面被覆 鉄筋の腐食進行 無駄　使い！ ひび割れの再発

25 エポキシ樹脂塗装鉄筋の導入 塩害による早期劣化を抜本的に改善する工法として注目．
鉄筋表面にエポキシ樹脂を静電粉体塗装により塗膜厚約200μmで塗装． 要求性能：耐食性，曲げ加工性，付着性等． 厳しい塩分環境下で採用→顕著な鉄筋腐食の事例なし． 2003年度，性能照査型への移行，国際化への対応を目的とした指針の改定を完了 安治川鉄工建設㈱パンフレットより

26 エポキシ樹脂塗装鉄筋の使用例 JH北陸自動車道親不知高架橋 関西国際空港 写真：安治川鉄工建設㈱パンフレットより

27 メンテナンスから設計施工へのフィードバック
「点検」「診断」「補修・補強」 既設構造物を 対象にした行動 供用期間中において構造物の性能を 要求された水準以上に保持するための技術行為 構造物の変状 すべての構造物に発生するわけではなく，相応の原因が存在する 供用期間中の環境作用，建設時の使用材料や施工不良，技術的な知見の不足など 点検・診断で原因が究明されても，新設構造物では同種の変状が繰り返される 変状をなくすための行為（フィードバック）が必要

28 フィードバックの流れ 知見を，設計・施工・検査等のプロセスに取り込む 変状の顕在化 メンテナンス 新設構造物の設計・施工へのフィードバック
環境等の作用 変状の要因の例 不適切な設計 施工不良 検査不足 建設の プロセス 計画 設計 施工 検査 変状の顕在化 メンテナンス 構造形式の選定 コンクリートの打設 非破壊検査 調査 点検 診断 材料の選定 コンクリートの 品質管理 建設の各プロセス における作業の例 打音検査 知見 コンクリートの配合 設計に起因する問題 かぶり 施工確認 （鉄筋組立など） 施工に起因する問題 図面の作成 検査で解決できる問題 新設構造物の設計・施工へのフィードバック 知見を，設計・施工・検査等のプロセスに取り込む

29 フィードバックの事例 -高架橋からのコンクリートはく落- 地覆コンクリートからの剥落 張出しスラブ下面からの剥落 特に，水切り部
フィードバックの事例　 -高架橋からのコンクリートはく落- 地覆コンクリートからの剥落 張出しスラブ下面からの剥落 特に，水切り部 小さな剥落でも新聞沙汰になり，管理者にとっては悩ましい問題

30 高架橋からのはく落箇所

31 はく落の原因究明 目地部の施工不良 鉄筋の腐食膨張圧によるものが主要因 その他は，建設時の施工が主な原因 構造物同士の競り合い

32 はく落とかぶり，中性化残りとの関係 かぶりが20mm以上ある場合， 剥落はほとんど生じない 中性化残りが10mm以上ある場合，
鉄筋 かぶり コンクリート表面 中性化深さ 中性化残り 中性化残りが10mm以上ある場合， 剥落はほとんど生じない

33 はく落と雨水等の影響との関係（1） 雨水等の影響がある場合

34 はく落と雨水等の影響との関係（2） 雨水等の影響がない場合

35 設計へのフィードバック（1） ① かぶりを十分に確保する． 少なくとも20mm以上とするのがよい．
①　かぶりを十分に確保する．　 　　少なくとも20mm以上とするのがよい． ②　中性化の進行が小さいコンクリートとする． 　　供用期間中に中性化残りが10mmを下回らないのがよい． 1965年以降の構造物は，それ以前に造られたものに比べて 中性化の進行の早いものが多い ③　雨水や漏水の影響が極力小さい構造形式とする．

36 設計へのフィードバック（2） 設計耐用年数100年程度 建設後100年程度においての中性化残りが10mm程度
設計耐用年数－かぶり－W/Cの関係 土木学会　コンクリート標準示方書〔施工編〕を参考

37 設計へのフィードバック（3） コンクリート片剥落の恐れのある部位については，－5mmの施工誤差が生じても
中性化に対する耐用年数100年程度を満足するよう配慮 標準かぶり　30mm　⇒　35mm 最大水セメント比　⇒　50% 普通ポルトランドセメントのみの使用

38 施工へのフィードバック(1)

39 施工へのフィードバック(2) コンクリートの単位水量 耐久性を含めたコンクリートの品質に及ぼす影響が大きい
コンクリート標準示方書を参考に，上限値を175kg/m3　に定めた コンクリートは，製造過程，施工過程の品質管理の影響を大きく受ける 現場での受け入れ時に単位水量を直接試験することとした 静電容量法による試験 仕様規定っぽい． 配合条件としてのスランプは参考値としての位置づけに変更

40 検査へのフィードバック ＋ かぶりの許容値の明確化 施工段階におけるかぶり管理の徹底 構造物完成後に非破壊検査機器により かぶりを再度検査
最外縁鉄筋のかぶりのみ 検査精度を踏まえ，極端なかぶり不足を見出すことに重点 請負者に対するかぶり遵守の牽制効果

41 新材料の導入 0.04～0.10 vol%の添加量 試験，検査も抜き取りであるために100％完全とは言い切れない
剥落が第3者に被害を及ぼす部位に 繊維コンクリートを使用 0.04～0.10 vol%の添加量 剥落に十分効果があることを確認 コンクリートの施工性に大きな影響を与えない

42 フィードバックシステムの確立 従来の流れ 設計・施工 ↓ 供用 点検 診断 補修・補強 解体 再利用 将来の流れ

43 未来のメンテナンス像 本部メインフレーム 人工衛星，成層圏プラットフォーム レーザ・画像計測，通信機器 計測 計測結果 解析結果

44 メンテナンス＆マネジメント 我が国のインフラ「造る時代から，使いこなす時代へ」
本来，維持管理はメンテナンス&マネジメントであるべき．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　両者のバランスが重要 これまではメンテナンスに傾倒，今後は適切なマネジメントが　求められる． 個別の構造物（ミクロ）：ハード中心（時間軸上での劣化予測），構造物群（マクロ）：ソフトにも重み（時間軸と空間軸での整理が必要→予算配分） 構造物のメンテナンスに関するシナリオを作成→シナリオをベースにした戦略的マネジメントが必要：これを実現するためのツールとして，アセットマネジメント，LCC等を活用 守りのメンテナンス（保守：事後保全）から攻めのメンテナンスへ（予防保全） 「丈夫で美しく長持ちするコンクリートが丈夫で美しく長持ちする地球・環境を支える．」 引用文献：「コンクリート構造物の戦略的マネジメントに向けて」宮川豊章，コンクリート工学，Vol.42，No.4，2004．

45 アセットマネジメントの有用性 レベル3　　　　　高度なAM レベル2　　　　　詳細なAM レベル1　　　　　　簡易なAM 点検データの収集 点検データの蓄積　　　　　　（モニタリングデータ） 現状（点検データ無） 劣化曲線の修正→確定 劣化曲線の作成 統計学的手法（どんぶり勘定） AMの考え方：構造物の資産価値をコスト評価に組込むこと，資産の保全及び活用のために必要な費用を明確にする＆限られた費用の最適な使用枠組みを得るためのツール LCCにしてもAMにしても発展途上であることは明白，シナリオ選択の目安，技術者の判断の助け，アカウンタビリティー（市民に対する透明性） データの蓄積と共に得をする仕組み（上図参照） 青森県のAM（