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コンクリートの諸問題

コンクリートは、『砂』『砂利』『水』などを『セメント』で硬化させたいわば人工の石といえます。
人工ですので、すきなかたちで硬化させることが可能で様々な分野・用途で利用されています。
しかしながら、人工であるが故に利用する材料・環境によって多数の問題も存在しています。

ここでは、建設業界で注目されているコンクリートの諸問題についてとりあげ、問題解決の糸口をご紹介いたします。

■コンクリートの乾燥収縮

毛細管張力説イメージコンクリートの乾燥収縮は、硬化したコンクリートが乾燥によって長さまたは体積が小さくなる現象をいいます。 そのメカニズムには諸説ありますが、『毛細管張力説』が有力視されています。

毛細管張力説とは、コンクリート中の微細な空隙内に残留している余剰水が蒸発し、余剰水が空隙中の細い部分に移動するにつれ表面張力が大きくなり収縮するという説です。

乾燥収縮を小さくするには


収縮率の小さい骨材を使用する

乾燥収縮の要因として、コンクリートの基礎材料である『砂』『砂利』といった骨材の岩種が大きく影響すると言われています。
平成21年2月、日本建築学会建築工事標準仕様書(JASS5)において、「計画供用期間が100年以上のコンクリートの 乾燥収縮率は8×10-4以下とする」と改定されたことにより、構造物によっては乾燥収縮率の小さい骨材の指定が見受けられるようになってきています。
当社の骨材を使用したコンクリートの試験データでは、乾燥収縮率の平均値が600μm台であり良好な結果が出ております。

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膨張材を使用する

名の通りコンクリートを膨張させる材料です。
コンクリートの硬化と共に膨張する為、後に発生する乾燥収縮に備える事ができます。
特に鉄筋や型枠等による拘束中ではコンクリートに圧縮応力が導入されます(プレストレス効果)
これにより乾燥収縮等により発生する引張応力を相殺・低減することによりクラックの発生を抑制します。

普通のコンクリートと膨張材添加のコンクリートの違い

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収縮低減剤を使用する

収縮低減剤イメージ 収縮低減剤とは余剰水の表面張力を低減し、毛細管張力を減少させる事でコンクリートの乾燥収縮を減少する事ができます。
コンクリートの練り水に混和したり、型枠を外した直後、コンクリート表面に塗布する事で乾燥収縮の低減効果あります。

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高性能減水剤を使用する

コンクリートの乾燥収縮の最も大きい要因はコンクリート配合中の単位水量です。 単位水量が多いコンクリートは乾燥収縮も大きいといえるのです。 高性能減水剤は単位水量を大幅に減少させる事ができます。
その作用は以下のとおりです。

普通のコンクリートと膨張材添加のコンクリートの違い


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アルカリシリカ骨材反応

アルカリ骨材反応とは アルカリ骨材反応は、コンクリート中のアルカリ性水溶液が骨材の特定成分と反応し、膨張や、それに伴うひび割れなどを引き起こす現象です。 日本では、骨材中のシリカとの化学反応によっておきるアルカリシリカ反応が多く発生しています。

■アルカリ骨材反応の予防策は?

低シリカ骨材を使用する

当社では、定期的に外部品質試験専門機関により、骨材の反応性を試験する方法として規定されている化学法・モルタルバー法によって試験を実施しています。
両試験ともに、良好な結果を得ております。


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塩害

塩化物イオン(Cl-)がコンクリート製造時に混入あるいは、構造物の使用中に浸入し鉄筋コンクリートが劣化する現象をいいます。Cl-が含まれていると未中性化部分でも鉄筋は発生します。
外部からの塩化物の浸入経路は、海水、凍結防止剤の散布などがあります。
外部から浸入した塩化物は、コンクリート中の細孔中にある水と結合して化合物を生成、コンクリート内部に浸透し、徐々に拡散していきます。これに酸素が加わると錆が生じやすくなります。

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中性化

コンクリート内部はセメント水和物の一つである水酸化カルシウムにより高いアルカリ性に保たれています。
この水酸化カルシウムが大気中の炭酸ガス(主として二酸化炭素)の作用により炭酸カルシウムとなりコンクリート中のアルカリ性が低下する現象です。
中性化自体がコンクリート構造物の機能低下につながる訳ではありませんが鉄筋まで到達すると大きな機能低下を引き起こします。
鉄筋まで酸素と水が到達しコンクリート中の鉄筋が発錆します。

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化学侵食

酸、動植物油、無機塩類、腐食性ガス、炭酸ガス、硫酸などの外部環境から供給される化学物質とコンクリートとが化学反応を起こすことによって劣化する現象をいいます。化学的浸食は以下の3種類に大別されます。
  • 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、コンクリート組織が多孔質化や分解する劣化
  • コンクリート中のセメント水和物と化学反応を起こし、新たに膨張性化合物を生成し、生成時の膨張圧による劣化
  • コンクリートが長期間、水と接することにより、コンクリート中のセメント水和物の成分が外部に溶脱して硬化体組織が多孔化する劣化(圧縮強度減少)
上記の化学的浸食によるひび割れ、多孔化等の劣化がコンクリートの中性化を促進し,鋼材の不動態皮膜を破壊させ鋼材の腐食を助長します。

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凍害

コンクリート中に含まれる水や吸水率が大きい骨材の水分が凍結融解作用を繰り返し受けることによって、次第に劣化していく現象をいいます。一般に水が拘束のない状態で凍結した場合、凍結膨張は約9%といわれており、その際に生じる圧力によって表層部のひび割れやはく離が起こり、表層から破壊されます。この破壊はセメントペースト中,骨材中および両者の界面で生じます。また、吸水率の大きい軟石を用いたコンクリートでは,凍結時に骨材自身が膨張し、表面のモルタルをはじき出す現象(ポップアウト)が起こる可能性があります。
対処法はAE剤を使用しコンクリート中に理想的な大きさの独立気泡(エントレインドエアー)が理想的な間隔で存在させることです。一般にコンクリート容積の4%前後の空気泡の混入により微細空気泡がこの膨張圧を吸収し、凍結膨張を抑制することができるといわれています。

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