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～

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 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）

6 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

7 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

8 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

9 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？

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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）．

16 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）

17 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

18 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

19 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

20 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．

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 塩害橋の病理解剖

28 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

29 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