凍害 コンクリート工学研究室 岩城　一郎.

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1 凍害 コンクリート工学研究室 岩城　一郎

2 凍害とは 劣化要因：凍結融解作用 劣化現象：コンクリート中の水分が凍結と融解を繰り返すことによって，コンクリート表面からスケーリング，微細ひび割れおよびポップアウトなどの形で劣化する現象． 劣化指標：相対動弾性係数（コンクリート標準示方書〔施工編〕），凍害深さ（同〔維持管理編〕）

3 凍害による劣化機構 三浦尚著，土木材料学，コロナ社より抜粋
三浦尚著，土木材料学，コロナ社より抜粋　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 コンクリート中のペーストおよび骨材に含まれている水分が凍結すると，体積が増大し，それによって発生した圧力は，近くに空げきがあって緩和されない限り，まわりのペーストを破壊し，コンクリートにすき間（細かいひび割れ）をつくる．その後，水が供給されてそのすき間が水で満たされた後，再び凍結すると，膨張によってそのすき間がさらに広がる．そして，このようなことが繰り返されることによって劣化は進行する．　　　　　　　　　 コンクリートの間げき中の水はアルカリ溶液であるため，コンクリートの温度が下がると，大きな間げきの水の一部が氷になる．すると，同じ間げき中の未凍結部分ではアルカリ濃度が高くなり，浸透圧の関係で周辺の凍結していない水を引きよせる（その結果，一部の間げきの脱水により，コンクリートは凍結初期には収縮する）．そのため，氷の体積はますます増大し，その膨張圧によってコンクリートが破壊される．ただし，多くの気泡がある場合には，水の移動が妨げられ，このようなことは起こらない．　　 コンクリート中にある過冷却の液体と氷との蒸気圧の違いによって，大きな間げき，あるいはコンクリート表面などのような凍結可能な所への水分の移動が起こる．その結果，ペースト中に部分的な脱水が起こり（この結果，コンクリートは凍結の初期には収縮する），また，裂け目やひび割れ中への氷の蓄積が起こる．

4 凍害による劣化機構の概念図 図：日本コンクリート工学協会，「融雪剤によるコンクリート構造物の劣化研究委員会報告書」より抜粋

5 凍害による劣化形態 (1) ひび割れ D-cracking Map-cracking
(1)　ひび割れ D-cracking Map-cracking 写真：土木学会，コンクリートライブラリー109，　　　「コンクリートの耐久性に関する研究の現状とデータベース構築のためのフォーマットの提案」より抜粋

6 (2) スケーリング（scaling） (3) ポップアウト（pop out） 縁石のスケーリング（融雪剤の影響） スケーリング 鋼材の露出
腐食の促進 (3)　ポップアウト（pop out）　 低品質粗骨材の使用 写真：土木学会，コンクリートライブラリー109，　　　「コンクリートの耐久性に関する研究の現状とデータベース構築のためのフォーマットの提案」より抜粋

7 凍害に影響を及ぼす要因 内的要因 水セメント比：細孔組織が緻密で凍結可能な自由水が少ない．
空気量：AEコンクリート（微小な気泡を人工的に連行させたコンクリート）とすることにより耐凍害性が飛躍的に改善 飽水度（コンクリート中の空隙にどれ位水分が満たされているか？）：ある値以下であれば，優れた耐凍害性を示す．一般にNon-AEで80%程度，AEで90%程度（理論上は飽水度91.7%以下であれば氷の形成に伴う膨張圧は作用しない．） 気泡間隔係数 ASTM C 457： μm以下とすることにより優れた耐凍害性を示す． 外的要因 気象条件（最低気温，日射量，凍結融解回数），水の供給条件 最低気温：冷却最低温度が低いほどより小さな細孔径まで凍結可能． 日射量：凍害は凍結作用だけでなく融解作用が不可欠． 水の供給条件：乾燥していれば凍害は発生しない．

8 凍害に影響に影響を及ぼす要因 Referring to Properties of Concrete, 4th Edition by A. M. Neville

9 凍害に対する劣化対策 水セメント比を下げ，組織を緻密化する AEコンクリートとすることによりコンクリート中に所定の空気量を連行する．
良質な骨材を使用する． 水分の供給を遮断することにより，コンクリート内部の飽水度の上昇を防ぐ．

10 凍害による劣化の考え方 耐久性（機能性） 美観 構造物本体の耐荷性能に影響を及ぼすことは稀． コンクリート塊の落下等第三者被害は重要な問題．
塩分環境下においては鋼材腐食を促進させる恐れあり． 美観 スケーリング，ひび割れ等 が卓越すれば，市民に 不安感，不快感を与える． →資産価値の低下 転載不可

11 庄谷，月永：コンクリート工学，Vol.42，No.12，pp.3-8，2004．
凍害に関する研究 ・北海道内陸ほどではないが，凍害 危険度 高 ・JCI東北支部「東北地方におけるコンクリート構造物の凍害に関する調査研究委員会（2001年）」（委員長：庄谷先生）：凍害の実態調査 長谷川・藤原著：コンクリート構造物の耐久性シリーズ　凍害　より抜粋 凍結繰返し回数：氷点下，日照の影響考慮，湿潤の影響 融雪剤の影響を加味するともっと深刻． 庄谷，月永：コンクリート工学，Vol.42，No.12，pp.3-8，2004．

12 三浦尚：コンクリート工学，Vol.38，No.6，pp.3-8，2000．
融雪剤の散布による劣化の促進 1991年スパイクタイヤの規制：融雪剤（主にNaCl）の散布量急増（規制前の約10倍） JCI「融雪剤によるコンクリート構造物の劣化研究委員会（1999年）」　（三浦尚委員長） 劣化の特徴 -　コンクリート表面の激しいスケーリングとして現れる凍害　 -　アルカリ骨材反応の促進 コンクリート中の鋼材の急速な腐食（塩害） およびこれらの複合劣化 三浦尚：コンクリート工学，Vol.38，No.6，pp.3-8，2000．

13 凍害に関する今後の検討課題 ・凍害による劣化を他の劣化要因 （例えば中性化や塩害）との複合劣化 問題として捉える．
凍害の発生 中性化及び塩分浸透の促進 CO2及びCl－のコンクリート内部への浸透 鉄筋腐食の促進 耐久性の低下 スケーリング及び　　微細ひび割れの進展 設計時のかぶり 設計時のかぶり ・凍害による劣化を他の劣化要因　　　　（例えば中性化や塩害）との複合劣化　問題として捉える． ・凍害を受けたコンクリート内部の　　　　物質移動性の把握→モデル化 スケーリング スケーリング 深さ 深さ 健全部 健全部 劣化深さ 劣化深さ 元の 元の 鉄筋 鉄筋 微細ひび割れ 微細ひび割れ コンクリート コンクリート 表面 表面 凍害による劣化形態の概念図