社会基盤維持管理工学特論 概説 コンクリート構造物を長持ちさせるには？ ～劣化と耐久性，メンテナンスの考え方～ 社会基盤維持管理工学特論 概説 コンクリート構造物を長持ちさせるには？ ～劣化と耐久性，メンテナンスの考え方～ 2014年4月15日 岩城　一郎

講義の内容 コンクリートとは？鉄筋コンクリートとは？ コンクリート構造物に求められるもの 劣化とは？耐久性とは？ コンクリート構造物の劣化要因 我が国のインフラがおかれている現状 歴史を振り返り，歴史を繰り返さないために 我が国の特殊性，これからのメンテナンスに求められるもの インフラの医療，コンクリート・ドクターの養成 まとめ

コンクリートとは？ 水，セメント，砂，砂利を練り混ぜ，型に流し込み，締め固めたもの．水とセメントの水和反応により固まる． 我が国のインフラ※を構成する材料のうち最も多く用いられているもの． 圧縮（押す力）に強く，引張に弱い． ※ 「インフラストラクチャー（Infrastructure）」の略で，「社会基盤」や「社会資本」を指す．ここでは，道路（橋，トンネル），港湾，空港，鉄道，通信，電力，水道など，私たちの快適で，安全・安心な生活を支えるための公共性の高い施設を意味する． セメント 水 水和直後 数時間後 数日後～数年後

鉄筋コンクリートとは？ 引張に弱いコンクリートの弱点を鉄筋で補強し，一体化したもの（⇔無筋コンクリート）． コンクリート構造物のほとんどは鉄筋コンクリート 鉄筋はさびやすい（酸化しやすい）が，コンクリートのアルカリ性によって保護されている． →何らかの原因により鉄筋がさびる 　と鉄筋コンクリートは劣化する． 鉄筋のさび

コンクリート構造物に求められるもの 新設構造物 長寿命化 既設構造物 延命化 コンクリート構造物 安全性（丈夫） 耐久性 （長持ち） （これから造るもの） 長寿命化 既設構造物 （いまあるもの） 延命化 安全性（丈夫） 耐久性　　　　　　　　　　　　　　　（長持ち） 美観　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（美しさ） コンクリート構造物 環境低負荷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（環境への影響） 経済性（安さ）

劣化とは？耐久性とは？ 劣化：時間の経過と共に性能が低下すること 耐久性：劣化に対する抵抗性．要求されている性能を下回るまでの期間により評価される性質． 性能 時間 要求性能 設計耐用年数 耐用年数 高 低

コンクリートはなぜ劣化するか？ 物理的作用，化学的作用，生物学的作用： 中性化，塩害，凍害，アルカリシリカ反応， 化学的侵食，疲労 　 中性化，塩害，凍害，アルカリシリカ反応，　　　化学的侵食，疲労 設計ミス，施工ミス 　（管理ミス） 手抜き・偽装！！ ① ② ⑥ ⑤ ③ ④ 写真：①東京大学出版会　社会基盤メインテナンス工学，②安治川鉄工パンフレット，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　③土木学会　耐久性データベースフォーマット，④，⑥日経BP　コンクリート名人養成講座より

コンクリート構造物を長持ちさせるには？ コンクリート工学の先人たちの教えから 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 　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

コンクリート構造物の寿命は？ コンクリート構造物の寿命は半永久的 （メンテナンスフリー）と考えられていた． コンクリート構造物の寿命は半永久的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（メンテナンスフリー）と考えられていた． 高度成長期（1970年前後）の建設ラッシュ 1980年代：コンクリート構造物の早期劣化問題 コンクリート構造物は一体，何年もつのか？？？　　　　　平均すると50年くらいしかもたないのでは？？？ どうしたら長持ちさせることができるのか？

①中性化（ちゅうせいか） 二酸化炭素（CO2）の作用により，コンクリートのアルカリ性が失われて鉄筋がさびる（酸化する）現象，Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O 鉄筋のさびによる体積増加（膨張圧）がコンクリートに作用し，コンクリートが剥落（はくらく） 資料提供　横浜国立大学　細田　暁　先生

②塩害（えんがい） 塩（NaCl）の侵入により，コンクリート中の鉄筋がさびる（酸化する）現象．鉄筋のさびによる体積増加（膨張圧）がコンクリートに作用し，コンクリートが剥落（はくらく），鉄筋が破断（はだん）． 海洋構造物や融雪剤として塩をまく構造物で多く見られる． 安治川鉄工建設㈱パンフレットより

③凍害（とうがい） コンクリート中の水分が凍ると体積膨張し，融けると元に戻る．この作用（凍結融解作用）が繰り返し起こることにより，コンクリートがぼろぼろになる現象． 　　　　ひび割れ　　　　　　　　スケーリング　　　　　　　ポップアウト 資料提供　八戸工業大学　阿波　稔　先生

④アルカリシリカ反応 コンクリート中のアルカリ（Na+，K+）と，ある種の砂や砂利（骨材）が反応することにより，吸水膨張性の物質が生成し，コンクリートに大きなひび割れを発生させたり，鉄筋を破断させる現象． アルカリシリカ反応によるひび割れ 鉄筋の破断

⑤化学的侵食 下水道施設では，生物学的作用（バクテリア）により硫酸（H2SO4）が発生し，これがコンクリートを侵食したり，鉄筋をさびさせる現象 化学的侵食により 劣化したコンクリート 化学的侵食により さびた鉄筋

コンクリート構造物を長持ちさせるには？ コンクリート構造物の変状とその程度，原因を分析し，適切な時期に，適切な方法により補修・補強を施すことが重要（メンテナンス）． 構造物の計画→設計→施工→検査→維持管理におけるミスを減らす（技術力の向上）． 手抜き・偽装の撲滅（技術者倫理）．

我が国のコンクリート橋数の予測（50年未満，以上） 我が国のコンクリート橋の推移 （独）土木研究所データより 各年代ごとのコンクリート橋が 造られた割合（日米の比較） 我が国のコンクリート橋数の予測（50年未満，以上）

我が国の建設投資額の推移 ピーク時約40兆円 現在は 約20兆円 国土交通省データより

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 ポン・デュ・ガール ゴールデンゲートブリッジ

最近の道路橋の事例から カナダの事例 我が国の事例 米国の事例 ケンプラッツHPより

歴史を繰り返さないために インフラのメンテナンス が我が国の土木の新たな仕事 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 どうせやるなら，魅力ある仕事として発展させたい．

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

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メンテナンス メンテナンスするための技術開発（モニタリング，非破壊試験，診断，補修・補強） メンテナンスに携わるトップエンジニアの育成（インフラの医療とこれに携わるドクターの養成） サーモグラフィによる劣化箇所の検出 コンクリート補強用新材料（炭素繊維シート） 光ファイバによるモニタリング

人の寿命とコンクリートの寿命 日本人の平均寿命：男子79.19歳，女子85.99歳 （平成19年度調）→世界有数の長寿国 日本人の平均寿命：男子79.19歳，女子85.99歳　　　　　　（平成19年度調）→世界有数の長寿国 理由：食生活？保険制度，医療の高度化（病理の解明，医療　機器の発達，新薬の開発，ドクターの知識・経験・技能の向上等） コンクリート構造物を長持ちさせるためには？ 劣化（病気・怪我）の原因と程度を探り（診断），　　適切な処置を施す（治療） ，「医療行為」が必要　　　　　→コンクリート・ドクターの仕事

コンクリート・ドクター 東京大学出版会：社会基盤 メインテナンス工学

橋の疲労メカニズムの解明と対策 首都高速道路の断面交通量 １日約１０万台 １年約３０００万台 ３０年で約１０億台 調査点検 車両の大型化・交通量の増加 実物大の模型の作製 １日１０万台，年間３０００万台，３０年間で１０億台 調査点検 補強方法の開発と適用 実際の橋の疲労状態を再現可能な輪荷重走行試験 損傷状況の診断

コンクリートの検査技術の開発 サーモグラフィによるコンクリートの劣化箇所の検出 EPMAによるコンクリート内部の塩分濃度分布 鉄筋コンクリートのX線画像 サーモグラフィによるコンクリートの劣化箇所の検出 BB-蒸気養生 OPC-蒸気養生 EPMAによるコンクリート内部の塩分濃度分布

塩害橋の病理解剖

将来のメンテナンス像 人工衛星，成層圏プラットフォーム 計測 大型ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ（ﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽ） トップ 計測結果 エンジニア 解析結果 レーザ・画像計測，通信機器 計測 計測結果 解析結果 トップ エンジニア 東京大学出版会：社会基盤メインテナンス工学より

まとめ コンクリートの劣化要因：①中性化，②塩害，③凍害，④アルカリシリカ反応，⑤化学的侵食 インフラ（コンクリート構造物）のメンテナンスを土木の新たな仕事として発展させることが重要 メンテナンスのための新たな技術開発，トップエンジニアの養成が不可欠→インフラの医療とこれに携わるコンクリート・ドクターの養成 維持管理はメンテナンス＆マネジメント→メンテナンスだけではなく，マネジメントも重要 我が国独自の看板技術→新たなビジネスチャンス→国際貢献