コンクリート劣化の診断システム
【課題】コンクリート構造物におけるコンクリート劣化が表面化していない早期の段階で、該構造物の劣化の危険性を予測することが可能なコンクリート劣化の診断システムを提供する。
【解決手段】コンクリート構造物及びその周辺の環境調査を行い対象とするコンクリート構造物の構造や立地条件を把握してコンクリートにおける劣化因子の抽出と劣化発生箇所の予測をし、該箇所のコンクリート表面について簡易な劣化の予兆検査を行い、予兆のあった箇所から採取したサンプルについて機器分析により精密な劣化診断をし、診断結果から劣化の予測を行う。
【解決手段】コンクリート構造物及びその周辺の環境調査を行い対象とするコンクリート構造物の構造や立地条件を把握してコンクリートにおける劣化因子の抽出と劣化発生箇所の予測をし、該箇所のコンクリート表面について簡易な劣化の予兆検査を行い、予兆のあった箇所から採取したサンプルについて機器分析により精密な劣化診断をし、診断結果から劣化の予測を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、塩化物イオンの浸透やアルカリ骨材反応によるコンクリート構造物におけるコンクリート劣化を早期に予測できるコンクリート劣化の診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物のコンクリートは様々な環境下で時間の経過とともに劣化が進み、場合によってはコンクリート構造物の強度や耐久性に重大な影響を与える。劣化の原因は凍害、塩害、中性化など環境下との関係で種々あるが、従来から重要視されているものとして塩害とアルカリ骨材反応がある。塩害は、コンクリート構造物が供用された後、海水の飛沫や寒冷地での融雪剤・融氷剤の散布等によりコンクリート内部に塩化物イオンが侵入しコンクリートが劣化するとともに、鉄筋が腐食しコンクリート構造物の性能が低下するものである。アルカリ骨材反応は、コンクリート中の細孔溶液成分と特定の骨材中のシリカ成分が反応して生成するゲルが吸水し膨張することで、コンクリート構造物が供用された後にコンクリートにひび割れを発生させ、コンクリート構造物の性能を低下させるものである。また、鉄道、道路、港湾構造物などの土木構造物では、列車、自動車、波力などにより繰返し荷重作用を受けるため、疲労による損傷が生じる場合がある。このように塩害、アルカリ骨材反応、疲労による損傷はコンクリート構造物の供用後に発生するため、定期的な点検を行い維持管理に努めている。
【０００３】
点検方法は、簡便でコストのかからない目視点検が一般的である。目視点検は、コンクリート表面のひび割れ、錆汁の発生等による変色、剥離や欠損や浮きなどの観測である。この他、打音による検知なども行われている。
【０００４】
また、多少複雑にはなるが、より精度の高い点検行うべく、種々の診断手法や検査手法が検討されている。その中で、点検データに加えて気象環境等の環境条件を考慮した診断システムがある。
例えば、特開２００１−３４９８８７には、点検データとともに環境条件を一定の項目に分類し、ファジー理論により劣化原因の推定を行うコンクリート構造物の劣化診断支援システムが開示されている。また、特開２００２−１３１２１６や特開２００３−１６１６９３には、気象環境データやコンクリート配合の地域特性データや地形データや主要道路データ等を考慮して評価するコンクリート構造物の劣化評価システムが開示されている。また、特開２００６−２００９１０には、立地条件や構造区分等の環境条件を考慮して点検結果を階層分析するコンクリート構造物の劣化原因および劣化度の推定システムが開示されている。
【０００５】
一方、検査手法として、コンクリート構造物から採取したコアや削孔粉を用いた手法が開示されている。
例えば、特開２００１−９９８３３には、採取したコアの促進膨張試験における膨張率と水酸化アルカリ濃度の測定を併用したアルカリシリカ反応による劣化進行の予測方法が開示されている。また、特開２００５−３７１４６には削孔粉を試料とした吸光光度法による全塩分量の測定方法が開示されている。これらの他、特開平１０−２９３０９１には、複数採取した直径が１５ｍｍ〜３０ｍｍの小径柱状体の圧縮強度による方法が、特開２０００−１１１４６１には、採取したコアの相対的な硬さを測定して行う方法がそれぞれ開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４９８８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３１２１６号公報
【特許文献３】特開２００３−１６１６９３号公報
【特許文献４】特開２００６−２００９１０号公報
【特許文献５】特開２００１−９９８３３号公報
【特許文献６】特開２００５−３７１４６号公報
【特許文献７】特開平１０−２９３０９１号公報
【特許文献８】特開２０００−１１１４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記目視点検の場合、ひび割れや錆汁などの変状が確認できる状態、つまり劣化がある程度顕在化した後でなければ、劣化や異常が確認できないという問題点があった。また、異常が確認されたとしても、この時点で補修・補強対策をとる場合には多くの費用が必要となったり、構造物の長寿命化の観点から必ずしも十分な効果が得られなかった。
【０００７】
また、上記診断システムは、概して、コンピュータやデータベースを駆使した大掛かりなものであり、診断をスタートさせるまでに手間を要する。これらは、一定の地域にある各コンクリート構造物の劣化状況分布を広い視点で診断するのには適しているが、個々のコンクリート構造物の劣化を早期に精度良く診断し劣化予測を行うのに適しているとは言えない。特に、機器分析技術を駆使していないので、アルカリ骨材反応に劣化のような微妙なものに対して精度の良い診断・予測はできない。
【０００８】
更に、試験・分析を行うにしても、例えば、塩害の場合は塩分分析（化学分析）が、アルカリ骨材反応の場合には岩種判定試験やアルカリ量試験や残存膨張量試験等が行われるが、これらの試験を行うには直径１００ｍｍ、高さ２００〜４００ｍｍ程度の試料用コアを採取することが必要であり、これより小さい小径コアを用いた場合は精度が確保できなかったり、場合によっては、試験が実施できなかったりする。そのため、前記のようなコアを採取しなければならないが、そうするとコンクリート構造物に過大な負荷がかかり構造上問題が生じたり、コアの採取数に制約を受けて精度の良い試験・分析ができなかったりする場合が起こる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、まだ劣化が表面化していない早期の段階で診断して目視では分からない劣化を予測することにより予防策を講じ、維持管理費用の縮減、構造物寿命の長寿命化を図るものである。また、できるだけコンクリート構造物に負荷をかけないで信頼性の高い試料を採取し、精度良くかつ効率的に試料の解析を行うものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、コンクリート構造物におけるコンクリートの劣化が表面化していない早期段階で劣化の診断・予測を精度良くかつ効率的に行うとともに、コンクリート構造物に負荷をかけないで信頼性の高い試料を採取するには、ｉ）環境調査を行い対象とするコンクリート構造物の立地条件を把握するとともに、ｉｉ）コンクリート表面について劣化の予兆検査を行い、ｉｉｉ）予兆のあった箇所から採取したサンプルについて機器分析試験を行えばよいことを見出し本発明を完成した。すなわち、本発明は、上記ｉ）〜ｉｉｉ）を組み合わせてなるコンクリート劣化の診断システムである。なお、本発明で言うコンクリート劣化とは、単にコンクリート自体の強度や耐久性の低下だけを意味するだけでなく、鉄筋等のコンクリート以外の劣化の原因となる因子（例えば、塩化物イオン、炭酸イオン、Ｎａイオン、硫酸根）が起因になりうるほどコンクリート中に多く存在するようになってきた場合も言う。
【００１１】
請求項１に係る発明は、
『コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断システムであって、
ｉ）前記コンクリート構造物及びその周辺の環境調査と、
ｉｉ）前記コンクリート構造物におけるコンクリート表面の簡易検査と、
ｉｉｉ）前記コンクリート構造物から採取した直径５０ｍｍ以下のコンクリートコアの機器分析による劣化因子分析と、
から前記コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断を行うことを特徴とするコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００１２】
本発明で対象とするコンクリート構造物は特に限定されないが、コンクリートの劣化が進行し易い環境にあるコンクリート構造物ほど好ましい。例えば、海岸付近に建設されたもの、温泉や火山地域に建設されたもの、化学工場付近に建設されたもの、安山岩、凝灰岩などの反応性シリカを含む可能性のある骨材を産出する地域に建設されたものなどである。
【００１３】
本発明で言う環境調査とは、コンクリート構造物が立っている付近での年間を通じての気象・気候状況の調査、コンクリート構造物がどこの都市にあるか・どこの都市の地下にあるかといった地理的状況の調査、コンクリート構造物の付近に海、河川、温泉、火山、化学工場などがあるか付近の交通量はどうかといった立地条件の調査、コンクリート構造物の施工に用いられた生コンの配合・使用骨材・品質管理記録に関する調査、建築構造といったコンクリート構造物自体の調査等をいう。環境調査をすることによって、診断対象とするコンクリート構造物に特有の劣化因子を抽出したり、該コンクリート構造物において劣化発生箇所を予測したり出来るので効率的・効果的な診断ができる。
【００１４】
本発明で言う簡易検査とは、目視点検、塩分測定、含水測定、温度および湿度測定などである。
目視点検項目としては、ひび割れ、剥離、鉄筋露出、浮き、漏水、エフロ、変色、欠損、異常音、異常なたわみ等の変形、振動等である。これらの点検は従来法を使って行えば良い。
【００１５】
塩分測定は次のようにして行う。海砂や塩化物系混和剤の使用に起因する内在塩分は、生コンの使用材料と配合割合及び品質管理記録等から推察して求める。例えば、フレッシュコンクリート中の水に含まれる塩化物イオン量の測定試験結果を確認することで、コンクリート中の内在塩分量が把握できる。
【００１６】
海水飛沫の飛来や融雪剤の散布に起因する外来塩分は、例えば、フルオレセインナトリウム硝酸銀発色法などにより確認できる。フルオレセインナトリウム硝酸銀発色法は、０．１％フルオレセインナトリウム溶液および０．１Ｎ硝酸銀溶液をコンクリート表面に噴霧した際に、塩化物イオンが存在すれば発色することを利用した方法である。これらの指示薬は、直接コンクリート表面に噴霧してもよいし、コンクリート表面の一定面積を拭き取った湿ったガーゼに噴霧してもよい。
【００１７】
含水測定は、コンクリート水分計をコンクリート表面に押し当てて行う。コンクリート水分計は特に限定されない。高周波容量式等の市販のものを用いれば良い。
これらの他、必要に応じて、外気温測定、コンクリート表面温度測定や構造物表面近傍の湿度測定などの検査項目についても適宜行うことは好ましい。これらの検査方法は従来法で良く、例えば、外気温測定であれば水銀式温度計、測温抵抗体、デジタル温湿度計などが、コンクリート表面温度測定であればレーザー式温度計などが、湿度測定の場合はデジタル温湿度計などが使用できる。
【００１８】
簡易検査は、環境調査の結果を踏まえて行うことが好ましいが、限定されるものではない。簡易検査を複数回に分けて行うとともに、簡易検査を行うべき箇所が容易に特定できる箇所については、その簡易検査と環境調査を並行して進めても良い。
【００１９】
上記環境調査及び簡易検査の結果、より精密な診断が必要と判断される箇所については、直径５０ｍｍ以下のコンクリートコアを採取し、このコアについて劣化因子分析を行う。コンクリートコアを直径５０ｍｍ以下の小径コアに限定したのは、採取時の鉄筋損傷、多数のコアを採取することによる構造物への影響、管理者の抵抗感といったリスクを避けるとともにコア採取を容易にするためである。しかし、コア径が小さすぎても十分な情報が得られない。これらの点から、好ましい範囲は直径１０〜３０ｍｍである。コンクリートコアの採取数は、予測した一つの劣化発生箇所について採取すべきコンクリートコアの採取数は特に限定されないが、１〜３本が好ましい。コンクリートコアの長さは、コンクリートのかぶり位置までの深さを基本とする。
【００２０】
採取したコンクリートコアを用いたコンクリートの劣化因子分析は、機器分析により行うことを基本とする。例えば、塩分が劣化因子の場合、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を使用する。この装置は、電子線を試料に照射して発生したエックス線を検出することによって、数１０μｍオーダーの分解能で、１０×１０ｃｍ程度までの領域における元素の二次元的な濃度分布を測定できる。特に、浸透深さがわずかな状態において威力を発揮するので表層部における塩化物イオン濃度を測定するのには好適である。また、アルカリ骨材反応が劣化因子の場合、エックス線分析装置付き走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を使用する。この装置は、電子線を試料に照射して反射した表面情報（二次電子または反射電子）を検出することによって、高倍率で物質の形態観察ができる。さらに、エックス線分析装置を用い、微小領域の組成分析が可能であるのでアルカリ骨材反応によって起こる骨材とセメントペースト部との界面の形態変化を観測するのには好適である。
【００２１】
コンクリートコアによる劣化因子分析は、試料の作り方によって、深さ方向の切断面、横方向の切断面、破断面等、様々な角度からの分析が可能である。また、機器分析を用いるので、比較的短時間で分析できる。この分析により、コンクリートコアを採取した時点での採取位置の劣化状況がわかるが、複数点のデータをグラフ化、マップ化することにより劣化予測をすることもできる。
【００２２】
請求項２に係る発明は、
『前記環境調査が、前記コンクリート構造物の立地条件から劣化因子を抽出し、前記コンクリート構造物の構造と前記劣化因子との関係から前記コンクリート構造物における劣化発生箇所を予測するものであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００２３】
前記環境調査の結果得られたデータを解析して各コンクリート構造物に特有の劣化因子を抽出し、コンクリート構造物の構造とこの劣化因子との関係から劣化発生箇所を予測することは、環境調査の次に簡易検査を行う場合、簡易検査を効率的に行う上で好ましい。例えば、海岸近くに建てられた建造物においては、海岸から５００ｍ以内に建設されていれば、地形や風向きにもよるが、飛沫塩分の影響をかなり受け易いので、塩化物イオンが劣化因子として容易に抽出される。また、概して、雨水のかからない箇所は表面に付着した塩分が洗い流されずに残留するため塩分濃度が高くなり、劣化発生箇所になり易いことから、コンクリート構造物の構造や風向き等を調べれば、劣化発生箇所が特定できる。
【００２４】
一方、寒冷地帯や降雪地帯での道路においては、維持管理記録を調べ、塩化カルシウムを主成分とする融雪剤・融氷剤が散布された路面であることがわかれば、塩化物イオンが劣化因子になりうることが推察できる。また、劣化発生箇所も、路面の構造や日射条件や風向き等を調べれば水分の移動形態が分かるので、劣化発生箇所が特定できる。
【００２５】
また、アルカリ骨材反応は、コンクリート中の細孔溶液成分と反応性骨材が反応したゲルが吸水膨張することで起こる。また、化学反応であるため、温度が高いほど起こり易い。したがって、温暖な地方のコンクリート構造物で反応性骨材が使用されており降雨量も多ければ、アルカリ骨材反応が劣化因子として抽出される。また、太陽があたる南面等で進行が早いことから、該コンクリート構造物の構造や日射量等を調べれば、劣化発生箇所が特定できる。
また、繰返し荷重による疲労は、列車、自動車、波力などの繰返し荷重作用が主因であるため、荷重の作用位置、構造物の形状、部材の種類などを調べれば、劣化発生箇所が特定できる。
【００２６】
請求項３に係る発明は、
『前記簡易検査は予測した前記劣化発生箇所について実施し、前記コンクリートコアの採取位置は前記簡易検査の結果に基づき決定することを特徴とする請求項２に記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００２７】
これは、簡易調査を環境調査の結果を踏まえて行うとともに、劣化因子分析に用いるコンクリートコアの採取位置を該簡易検査の結果に基づき決定することに限定したものである。このように、環境調査→簡易検査→コンクリートコアの採取位置決定→コンクリートコアの採取→劣化因子分析の順でコンクリート劣化の診断を行うことは、効率的な診断を行う上で好ましい。コンクリートコアの採取位置は次のようにして決定される。
【００２８】
例えば、簡易検査における前記のフルオレセインナトリウム硝酸銀発色による塩分測定において、コンクリート表面に発色が確認される場合は塩害が起こる可能性が高いので、その場所のコンクリートコアを採取してＥＰＭＡ分析を行い詳しく診断する必要があると判断される。また、表面水分計によるコンクリート表面の水分率は、乾燥の程度により変化し、比較的乾燥した状態では、２〜３％程度、湿潤状態では６〜８％程度を示すが、常に４．０％以上であればアルカリ骨材反応が進行する可能性が高い水分状態なので、その場所のコンクリートコアを採取してＳＥＭ−ＥＤＳ分析を行い詳しく診断する必要があると判断される。また、温湿度計による温度および湿度測定においては、コンクリート表面やコンクリート周囲の温湿度の計測結果から、コンクリート温度が比較的高い場所、あるいはコンクリート周囲の湿度の比較的高い場所であれば、塩害やアルカリ骨材反応が起こる可能性が高いので、上記同様、その場所からコンクリートコアを採取して詳しく診断する必要があると判断される。また、温度での寒暖差や湿度での乾湿差の激しい場所ではコンクリートの収縮劣化や中性化などが予測されるので、その場所からコンクリートコアを採取して熱分析装置やポロシメータなどにより詳しく診断する必要があると判断される。
なお、上記のような基準となる数値は絶対的根拠があるものでは無いので、それぞれの経験や知識に基づき決めれば良い。
【００２９】
請求項４に係る発明は、
『前記簡易検査の検査項目が塩分測定、含水測定、温度および湿度測定のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００３０】
コンクリートが劣化する原因は、塩害、凍害、中性化、温度ひび割れ、乾燥収縮ひび割れ、酸性成分による侵食、アルカリ骨材反応、機械的外力の繰返しによる劣化等様々である。したがって、簡易検査の検査項目も環境調査結果に応じて種々選択する必要がある。中でも、塩害やアルカリ骨材反応は一般的な劣化原因であるとともにコンクリート構造物への影響も大きい。また、精密な診断をすることにより、劣化が表面化していない早期の段階でも兆候を検知し劣化予測がし易いので本発明のシステムによる効果が好適に発揮できる。したがって、本発明の好ましい実施態様として、これらに大きく関係する塩分測定、含水測定、温度および湿度測定のいずれか１つ以上を含むものに限定したものである。
【００３１】
請求項５に係る発明は、
『前記コンクリートコアの劣化因子分析が、ＳＥＭ−ＥＤＳによる組織観察・骨材とセメントペースト部との界面分析、ＥＰＭＡによる塩化物イオンの浸透状況分析、ポロシメータでの水銀圧入法による空隙構造分析、ＴＧ−ＤＴＡによる熱分析、粉末エックス線回折による組成分析、光学顕微鏡による組織分析のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００３２】
劣化因子分析は、前記の通り、機器分析により行うことを基本とするが、分析内容に応じて、エックス線回折装置、蛍光エックス線装置、ＴＧ−ＤＴＡ等の熱分析装置、ＳＥＭ、ＳＥＭ−ＥＤＳ、ＥＰＭＡ、ポロシメータ、窒素吸着装置、クロマトグラフィー、光学顕微鏡等の様々装置が使い分けられる。前記のように、中でも、アルカリ骨材反応や塩害は一般的な劣化原因であるとともにコンクリート構造物への影響も大きい。したがって、本発明の好ましい実施態様として、これら劣化因子の分析として、ＳＥＭ−ＥＤＳによる組織観察・骨材とセメントペースト部との界面分析、ＥＰＭＡによる塩化物イオンの浸透状況分析、ポロシメータでの水銀圧入法による空隙構造分析、ＴＧ−ＤＴＡによる熱分析、粉末エックス線回折による組成分析、光学顕微鏡による組織分析のいずれか１つ以上を含むものに限定したものである。これらの劣化因子分析は、前記の通り、前記環境調査と前記簡易検査の結果を踏まえて、実施する必要があると判断された場合になされる。
【００３３】
前述の通り、アルカリ骨材反応が起こってくると、コンクリート中の細孔溶液成分と反応性骨材が反応して骨材とセメントペースト部との界面にゲルが生成してくる。このゲルは含水率が高いため、ＳＥＭ観察をするために試料を乾燥させると、特徴的なひび割れが発生する。したがって、骨材とセメントペースト部との界面におけるこのひび割れをＳＥＭ−ＥＤＳで観察することにより、アルカリ骨材反応発生の有無、発生の程度等がわかる。
【００３４】
また、ＥＰＭＡは、前述の通り、数１０μｍオーダーの分解能で１０×１０ｃｍ程度までの領域における元素の２次元的な濃度分布を測定できるので、深さ方向や表面と平行な方向で塩化物イオン濃度の測定を行い、濃度と位置との関係をグラフ化あるいはマップ化することにより塩化物イオンの浸透状況分析が行える。
【００３５】
ポロシメータでの水銀圧入法は、水銀に圧力を加え、試料中の空隙に水銀を圧入し、半径１５〜１００００００オングストローム程度までの空隙の分布を測定する方法で、空隙構造分析を行うことで、コンクリートにおける強度、乾燥収縮などの力学的性状、透水性、イオンの拡散性状などの分析が行える。特に、繰返し荷重による疲労でのコンクリート空隙構造の変化、収縮劣化や膨張劣化におけるコンクリート空隙構造の変化、中性化におけるコンクリート空隙構造の変化を分析する場合有効である。
【００３６】
粉末エックス線回折は、結晶性の物質にエックス線を当てると、特定の入射角で反射強度が強くなる性質を利用して、試料中に含まれる結晶質の物質や非晶質の程度を同定する方法で、骨材に含まれる鉱物の種類、セメントペースト中のセメント水和物の種類、塩分等の劣化因子含有の有無、非晶質化の程度などの分析により、中性化や塩分等の化学成分によるコンクリート劣化の発生状況の分析が行える。
【００３７】
光学顕微鏡は、数百倍の倍率で、試料の組織・形態や反応生成物の観察を行うことができる。また偏光顕微鏡では、骨材に含まれる鉱物の種類が分析できる。したがって、これらを用いて骨材や骨材周囲の観察を行えばアルカリ骨材反応発生の有無、発生の程度、発生の可能性等がわかる。
【００３８】
本発明では、上記劣化因子分析の結果に基づき、必要に応じてコンクリートの劣化予測をも行う。例えば、塩害による劣化を予測する場合は、次のようにする。まず、塩化物イオンの濃度分布の結果及びコンクリートの材齢より、見掛けの拡散係数を求める。そして、表面塩化物イオン濃度（Ｃｏ）および見掛けの拡散係数を用い、フィックの拡散方程式により、鋼材表面（かぶりｃ）における所定の塩化物イオン濃度に達する時間（ｔ）を算出し、腐食限界と比較して腐食発生限界濃度（Ｃｌｉｍ）を超える時期を予測する。腐食発生限界濃度は、一般的には１．２ｋｇ／ｍ３である。
【００３９】
また、アルカリ骨材反応による劣化を予測する場合は、まず前述のように、骨材とセメントペースト部との界面をＳＥＭにより観察し、反応ゲルの有無を確認する。反応ゲルが観察された場合は、次に反応ゲルの微小領域をエックス線により分析しＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの濃度分布を調べる。これらの濃度が高い反応ゲルが見つかれば、そこでアルカリ骨材反応が進行していくことが推察できるので、コンクリートの材令と反応ゲル層の厚さとの関係、過去の劣化事例でのひび割れが発生した時点での反応ゲルの厚さなどからひび割れ発生時期を予測する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のコンクリート劣化の診断システムでは、コンクリート構造物におけるコンクリートを、まだ劣化が表面化していない早期の段階から機器分析技術を駆使して精密な診断をし、必要に応じて劣化予測も行う。したがって、早めに予防策を講じることができるので、維持管理費用の縮減、構造物寿命の長寿命化が図れる。また、アルカリ骨材反応による劣化といった微妙な原因での劣化をも早期の段階で診断できる。更には、化学分析は機器分析によるのでコンクリート構造物から採取するコンクリートコアは直径５０ｍｍ以下の小径コアですみ、コンクリート構造物への負荷も低減できる。このコンクリートコアの採取位置を、環境調査や簡易検査の結果に基づき決定することにより、代表として信頼性の高い分析試料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
実施の形態１
次に、本発明のコンクリート劣化の診断システムにより、海岸近くの供用後５年の鉄筋コンクリート製の倉庫の診断をする場合を例に、本発明をより具体的に説明する。この鉄筋コンクリート製の倉庫の地理的条件、立地条件、構造等を図１に示す。
【００４２】
（１）環境調査
環境調査の項目、方法および得られるデータは、以下の通りである。
ｉ）海岸からの距離
倉庫から海岸からの距離を計測したところ、最短距離で約３０ｍであった。
ｉｉ）倉庫の形状と立地
倉庫は、鉄筋コンクリート造で、コンクリートの打放し仕上げであった。出入口がある壁が南向きであり、海側を向いていた。出入口には庇があり、庇下部は雨が直接当たらない状況であった。また、設計図より、壁厚は１００ｍｍで、Ｄ１６の鉄筋が使用されており、かぶりは２０ｍｍであった。
ｉｉｉ）降雨量・風向き
気象庁のデータより、この地域の降水量を確認したところ、１９７１年から２０００年までの平均年間降水量は１９００ｍｍ程度であった。風向きは、海岸に近いことから海からの風が多い。
【００４３】
ｉｖ）生コンの配合・使用骨材
施工記録より、生コンの配合・使用骨材を確認した。配合条件は、呼び強度２１、スランプ８ｃｍ、粗骨材最大寸法２０ｍｍで、単位水量１６８ｋｇ／ｍ３、単位セメント量２９６ｋｇ／ｍ３、単位細骨材量７５６ｋｇ／ｍ３、単位粗骨材量１０８３ｋｇ／ｍ３であった。細骨材には陸砂を、粗骨材には砕石を使用しており、アルカリ骨材反応性試験（化学法）の結果は「無害」であった。また、フレッシュコンクリートの塩化物イオン量試験結果は、０．０６ｋｇ／ｍ３であり、制限値０．３０ｋｇ／ｍ３を大きく下回っており、内在する塩化物イオン量は微量と判断された。
Ｖ）外観
目視によりコンクリートの変状を点検した結果、出入り口の隅角部のコンクリート表面に若干のひび割れおよび屋根部からの水途に沿った黒ずんだ汚れの付着が見られる程度で、鉄筋の腐食を示唆する錆び汁の染み出しなどの変状は認められなかった。
【００４４】
以上の環境調査より、主たる劣化因子は、海水飛沫による塩化物イオンであろうと判断された。現時点では変状は特に認められないが、今後、塩化物イオンが浸透し、塩害が発生する恐れがあると考えられた。劣化は、海風が直接当たる南面で発生しやすいと推定されたが、庇の直下の雨水が直接当たらない部分が、塩化物イオンの濃度が高くなるので、最も危険な部位（劣化発生箇所）であると判断された。
【００４５】
（２）簡易検査
海水飛沫の飛来に起因する外来塩分の簡易検査として、フルオレセインナトリウム硝酸銀発色法を使用した。環境調査により危険部位と判断された庇下部のコンクリート表面に、０．１％フルオレセインナトリウム溶液および０．１Ｎ硝酸銀溶液を噴霧した。噴霧した部分はほとんど発色したので、この部分には海水飛沫による塩化物イオンの付着があると判断され、この蛍光色を発した部分からコンクリートコアを採取することとした。
【００４６】
（３）コンクリートコアの採取
コンクリートコア採取には、直径２５ｍｍの小径コアを用いた。庇下部のコア採取候補位置について、コア採取前に鉄筋探査機（ＲＣレーダ）を用いて鉄筋位置を確認し、鉄筋のない部分をコア採取位置に決定した。決定した位置にコアマシンを設置し、直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍのコアを１本採取した。
【００４７】
（４）劣化因子分析
採取したコアについて、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ、日本電子社製電子線マイクロアナライザーＪＸＡ−８６２１Ｍ）を使用し、塩化物イオン（Ｃｌ）の分布を測定した。ＥＰＭＡは、電子線を試料に照射して発生したエックス線を検出することによって、数１０ｍμｍオーダーの分解能で、１０×１０ｃｍ程度までの領域における元素の２次元的な濃度分布を測定できる装置である。
図２にＥＰＭＡの測定結果を示す。
【００４８】
（５）劣化の予測
図２のデータを用いて、Ｆｉｃｋの拡散方程式の係数を最小２乗法を用いて求めた。その結果、見掛けの拡散係数Ｄｃは、０．３３ ｃｍ２／年、表面塩分濃度Ｃ０は、コンクリートの単位体積質量を２３００ｋｇ／ｍ３と仮定して、３．２２ｋｇ／ｍ３と求められた。初期塩分濃度Ｃｉは、フレッシュコンクリートの塩化物イオン量試験結果により０．０６ｋｇ／ｍ３とした。これらの数値を用いて塩化物イオンの浸透予測を行った結果を、図３に示す。なお、塩化物イオン量をｋｇ／ｍ３で表示するため、コンクリートの単位体積質量を２３００ｋｇ／ｍ３と仮定した。かぶり位置（深さ２０ｍｍ）の塩化物イオン量は、現時点では、約１．０ｋｇ／ｍ３であり、鉄筋腐食限界値１．２ｋｇ／ｍ３にはまだ到達していないが、２年後には１．２ｋｇ／ｍ３に達することが予測され、鉄筋の腐食の可能性が高まると考えられる。このように、今後の劣化予測を行うことで、鉄筋の腐食状況のなどの詳細調査、表面被覆工法などによる補修の検討などを、劣化が顕在化する前に行うことが可能になる。
【００４９】
実施の形態２
次に、本発明のコンクリート劣化の診断システムにより、降雨量の多い温暖な地域に建設された供用後７年のコンクリート製の橋梁（図は省略）の診断をする場合を例に、本発明の別の実施形態を具体的に説明する。
【００５０】
（１）環境調査
対象橋梁は、海岸からの距離が約１０ｋｍの内陸部の河川を跨いでおり、鉄筋コンクリート造のＴ型桁の単純桁で構成されていた。橋梁はほぼ北東を向いており、交通量はかなり少ない状況であった。気象庁のデータより、この地域の降水量を確認したところ、１９７９年から２０００年までの平均年間降水量は２４４０ｍｍ程度であった。冬季においても氷点下になることはなく、融雪剤の散布は行われていなかった。生コンの配合・使用骨材を調査したところ、詳細な記録は確認できなかった。
（２）簡易検査
目視によりコンクリートの変状を点検した結果、北東側の橋台コンクリートの表面に若干の亀甲状のひび割れが認められた。路面の雨水は、この橋台伝いに流れた形跡が残っており、コンクリートは全体的に湿った状況であった。
若干の亀甲状のひび割れが確認されたこと、および水分の供給が十分であることより、アルカリ骨材反応による劣化の可能性があると判断された。現時点では大きな変状は認められないが、今後、反応が進み、ひび割れが増加・拡大する恐れがあると考えられた。劣化は、路面からの雨水の流入および日射の影響を受けやすい北東側の橋台で発生しやすいと推定された。
【００５１】
アルカリ骨材反応は一定の含水量以上で進行しやすいので、次の簡易検査として、水分計（ケット化学研究所、ＨＩ−５００）を用いて水分量を測定した。前記調査により危険部位と判断された橋台のコンクリート表面を、水分計を用いて４点測定した結果、水分量は５．２％、５．１％、４．８％および４．６％であったので、水分量の最も高かった場所からコンクリートコアを採取することとした。また、参考として、デジタル温湿度計で、風の影響を受けにくい橋台上の桁端部付近の湿度を測定した結果、８１％となり比較的高い湿度であった。
【００５２】
（３）コンクリートコアの採取
コンクリートコア採取には、直径２５ｍｍの小径コアを用いた。コア採取候補位置について、コア採取前に鉄筋探査機（ＲＣレーダ）を用いて鉄筋位置を確認し、鉄筋のない部分をコア採取位置に決定した。決定した位置にコアマシンを設置し、直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍのコアを２本採取した。
【００５３】
（４）劣化因子分析
採取したコアについて、劣化因子分析を行った。ＳＥＭ−ＥＤＳにより、骨材・セメントペースト部との界面の形態変化を観察した。この装置は、電子線を試料に照射して反射した表面情報（二次電子または反射電子）を検出することによって、高倍率で物質の形態観察ができる。その結果、アルカリ骨材反応に特徴的な反応ゲルが確認された。コアより、骨材を取り出して、エックス線回折、偏光顕微鏡で骨材に含まれる鉱物を分析した結果、反応性の高いクリストバライトが検出された。さらにＴＧ−ＤＴＡによる水酸化カルシウムの熱分析、ポロシメータによる空隙構造分析を行ったが、これらには特に異常は認められなかった。
【００５４】
（５）劣化の予測
劣化因子分析の結果、骨材にはアルカリ骨材反応性の高いクリストバライトが含まれており、骨材界面には反応ゲルが認められたため、この橋台はアルカリ骨材反応が進行していることがわかった。まだ、ひび割れが顕在化していない段階であるが、気温が高い地域であること、北東側の橋台については直射日光の影響を受けるため、コンクリート温度も比較的高くなりやすいこと、降水量が多いことなどから、今後急速にひび割れが増加・拡大する恐れがある。よって、点検頻度を増加する、詳細調査を実施する、水分供給の遮断を目的とした表面被覆工法などによる補修を行うなどの検討を、劣化が顕在化する前に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】鉄筋コンクリート製の倉庫の地理的条件、立地条件、構造等
【図２】ＥＰＭＡによる塩化物イオン野の測定結果
【図３】塩化物イオンの浸透予測結果
【符号の説明】
【００５６】
１ ・・・ 鉄筋コンクリート製の倉庫（診断対象物）
２ ・・・ 出入口
３ ・・・ 庇下部
Ａ ・・・ コンクリートコアの採取箇所
４ ・・・ 護岸
５ ・・・ 海岸
６ ・・・ 汀線
７ ・・・ 海
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、塩化物イオンの浸透やアルカリ骨材反応によるコンクリート構造物におけるコンクリート劣化を早期に予測できるコンクリート劣化の診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物のコンクリートは様々な環境下で時間の経過とともに劣化が進み、場合によってはコンクリート構造物の強度や耐久性に重大な影響を与える。劣化の原因は凍害、塩害、中性化など環境下との関係で種々あるが、従来から重要視されているものとして塩害とアルカリ骨材反応がある。塩害は、コンクリート構造物が供用された後、海水の飛沫や寒冷地での融雪剤・融氷剤の散布等によりコンクリート内部に塩化物イオンが侵入しコンクリートが劣化するとともに、鉄筋が腐食しコンクリート構造物の性能が低下するものである。アルカリ骨材反応は、コンクリート中の細孔溶液成分と特定の骨材中のシリカ成分が反応して生成するゲルが吸水し膨張することで、コンクリート構造物が供用された後にコンクリートにひび割れを発生させ、コンクリート構造物の性能を低下させるものである。また、鉄道、道路、港湾構造物などの土木構造物では、列車、自動車、波力などにより繰返し荷重作用を受けるため、疲労による損傷が生じる場合がある。このように塩害、アルカリ骨材反応、疲労による損傷はコンクリート構造物の供用後に発生するため、定期的な点検を行い維持管理に努めている。
【０００３】
点検方法は、簡便でコストのかからない目視点検が一般的である。目視点検は、コンクリート表面のひび割れ、錆汁の発生等による変色、剥離や欠損や浮きなどの観測である。この他、打音による検知なども行われている。
【０００４】
また、多少複雑にはなるが、より精度の高い点検行うべく、種々の診断手法や検査手法が検討されている。その中で、点検データに加えて気象環境等の環境条件を考慮した診断システムがある。
例えば、特開２００１−３４９８８７には、点検データとともに環境条件を一定の項目に分類し、ファジー理論により劣化原因の推定を行うコンクリート構造物の劣化診断支援システムが開示されている。また、特開２００２−１３１２１６や特開２００３−１６１６９３には、気象環境データやコンクリート配合の地域特性データや地形データや主要道路データ等を考慮して評価するコンクリート構造物の劣化評価システムが開示されている。また、特開２００６−２００９１０には、立地条件や構造区分等の環境条件を考慮して点検結果を階層分析するコンクリート構造物の劣化原因および劣化度の推定システムが開示されている。
【０００５】
一方、検査手法として、コンクリート構造物から採取したコアや削孔粉を用いた手法が開示されている。
例えば、特開２００１−９９８３３には、採取したコアの促進膨張試験における膨張率と水酸化アルカリ濃度の測定を併用したアルカリシリカ反応による劣化進行の予測方法が開示されている。また、特開２００５−３７１４６には削孔粉を試料とした吸光光度法による全塩分量の測定方法が開示されている。これらの他、特開平１０−２９３０９１には、複数採取した直径が１５ｍｍ〜３０ｍｍの小径柱状体の圧縮強度による方法が、特開２０００−１１１４６１には、採取したコアの相対的な硬さを測定して行う方法がそれぞれ開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４９８８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３１２１６号公報
【特許文献３】特開２００３−１６１６９３号公報
【特許文献４】特開２００６−２００９１０号公報
【特許文献５】特開２００１−９９８３３号公報
【特許文献６】特開２００５−３７１４６号公報
【特許文献７】特開平１０−２９３０９１号公報
【特許文献８】特開２０００−１１１４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記目視点検の場合、ひび割れや錆汁などの変状が確認できる状態、つまり劣化がある程度顕在化した後でなければ、劣化や異常が確認できないという問題点があった。また、異常が確認されたとしても、この時点で補修・補強対策をとる場合には多くの費用が必要となったり、構造物の長寿命化の観点から必ずしも十分な効果が得られなかった。
【０００７】
また、上記診断システムは、概して、コンピュータやデータベースを駆使した大掛かりなものであり、診断をスタートさせるまでに手間を要する。これらは、一定の地域にある各コンクリート構造物の劣化状況分布を広い視点で診断するのには適しているが、個々のコンクリート構造物の劣化を早期に精度良く診断し劣化予測を行うのに適しているとは言えない。特に、機器分析技術を駆使していないので、アルカリ骨材反応に劣化のような微妙なものに対して精度の良い診断・予測はできない。
【０００８】
更に、試験・分析を行うにしても、例えば、塩害の場合は塩分分析（化学分析）が、アルカリ骨材反応の場合には岩種判定試験やアルカリ量試験や残存膨張量試験等が行われるが、これらの試験を行うには直径１００ｍｍ、高さ２００〜４００ｍｍ程度の試料用コアを採取することが必要であり、これより小さい小径コアを用いた場合は精度が確保できなかったり、場合によっては、試験が実施できなかったりする。そのため、前記のようなコアを採取しなければならないが、そうするとコンクリート構造物に過大な負荷がかかり構造上問題が生じたり、コアの採取数に制約を受けて精度の良い試験・分析ができなかったりする場合が起こる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、まだ劣化が表面化していない早期の段階で診断して目視では分からない劣化を予測することにより予防策を講じ、維持管理費用の縮減、構造物寿命の長寿命化を図るものである。また、できるだけコンクリート構造物に負荷をかけないで信頼性の高い試料を採取し、精度良くかつ効率的に試料の解析を行うものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、コンクリート構造物におけるコンクリートの劣化が表面化していない早期段階で劣化の診断・予測を精度良くかつ効率的に行うとともに、コンクリート構造物に負荷をかけないで信頼性の高い試料を採取するには、ｉ）環境調査を行い対象とするコンクリート構造物の立地条件を把握するとともに、ｉｉ）コンクリート表面について劣化の予兆検査を行い、ｉｉｉ）予兆のあった箇所から採取したサンプルについて機器分析試験を行えばよいことを見出し本発明を完成した。すなわち、本発明は、上記ｉ）〜ｉｉｉ）を組み合わせてなるコンクリート劣化の診断システムである。なお、本発明で言うコンクリート劣化とは、単にコンクリート自体の強度や耐久性の低下だけを意味するだけでなく、鉄筋等のコンクリート以外の劣化の原因となる因子（例えば、塩化物イオン、炭酸イオン、Ｎａイオン、硫酸根）が起因になりうるほどコンクリート中に多く存在するようになってきた場合も言う。
【００１１】
請求項１に係る発明は、
『コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断システムであって、
ｉ）前記コンクリート構造物及びその周辺の環境調査と、
ｉｉ）前記コンクリート構造物におけるコンクリート表面の簡易検査と、
ｉｉｉ）前記コンクリート構造物から採取した直径５０ｍｍ以下のコンクリートコアの機器分析による劣化因子分析と、
から前記コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断を行うことを特徴とするコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００１２】
本発明で対象とするコンクリート構造物は特に限定されないが、コンクリートの劣化が進行し易い環境にあるコンクリート構造物ほど好ましい。例えば、海岸付近に建設されたもの、温泉や火山地域に建設されたもの、化学工場付近に建設されたもの、安山岩、凝灰岩などの反応性シリカを含む可能性のある骨材を産出する地域に建設されたものなどである。
【００１３】
本発明で言う環境調査とは、コンクリート構造物が立っている付近での年間を通じての気象・気候状況の調査、コンクリート構造物がどこの都市にあるか・どこの都市の地下にあるかといった地理的状況の調査、コンクリート構造物の付近に海、河川、温泉、火山、化学工場などがあるか付近の交通量はどうかといった立地条件の調査、コンクリート構造物の施工に用いられた生コンの配合・使用骨材・品質管理記録に関する調査、建築構造といったコンクリート構造物自体の調査等をいう。環境調査をすることによって、診断対象とするコンクリート構造物に特有の劣化因子を抽出したり、該コンクリート構造物において劣化発生箇所を予測したり出来るので効率的・効果的な診断ができる。
【００１４】
本発明で言う簡易検査とは、目視点検、塩分測定、含水測定、温度および湿度測定などである。
目視点検項目としては、ひび割れ、剥離、鉄筋露出、浮き、漏水、エフロ、変色、欠損、異常音、異常なたわみ等の変形、振動等である。これらの点検は従来法を使って行えば良い。
【００１５】
塩分測定は次のようにして行う。海砂や塩化物系混和剤の使用に起因する内在塩分は、生コンの使用材料と配合割合及び品質管理記録等から推察して求める。例えば、フレッシュコンクリート中の水に含まれる塩化物イオン量の測定試験結果を確認することで、コンクリート中の内在塩分量が把握できる。
【００１６】
海水飛沫の飛来や融雪剤の散布に起因する外来塩分は、例えば、フルオレセインナトリウム硝酸銀発色法などにより確認できる。フルオレセインナトリウム硝酸銀発色法は、０．１％フルオレセインナトリウム溶液および０．１Ｎ硝酸銀溶液をコンクリート表面に噴霧した際に、塩化物イオンが存在すれば発色することを利用した方法である。これらの指示薬は、直接コンクリート表面に噴霧してもよいし、コンクリート表面の一定面積を拭き取った湿ったガーゼに噴霧してもよい。
【００１７】
含水測定は、コンクリート水分計をコンクリート表面に押し当てて行う。コンクリート水分計は特に限定されない。高周波容量式等の市販のものを用いれば良い。
これらの他、必要に応じて、外気温測定、コンクリート表面温度測定や構造物表面近傍の湿度測定などの検査項目についても適宜行うことは好ましい。これらの検査方法は従来法で良く、例えば、外気温測定であれば水銀式温度計、測温抵抗体、デジタル温湿度計などが、コンクリート表面温度測定であればレーザー式温度計などが、湿度測定の場合はデジタル温湿度計などが使用できる。
【００１８】
簡易検査は、環境調査の結果を踏まえて行うことが好ましいが、限定されるものではない。簡易検査を複数回に分けて行うとともに、簡易検査を行うべき箇所が容易に特定できる箇所については、その簡易検査と環境調査を並行して進めても良い。
【００１９】
上記環境調査及び簡易検査の結果、より精密な診断が必要と判断される箇所については、直径５０ｍｍ以下のコンクリートコアを採取し、このコアについて劣化因子分析を行う。コンクリートコアを直径５０ｍｍ以下の小径コアに限定したのは、採取時の鉄筋損傷、多数のコアを採取することによる構造物への影響、管理者の抵抗感といったリスクを避けるとともにコア採取を容易にするためである。しかし、コア径が小さすぎても十分な情報が得られない。これらの点から、好ましい範囲は直径１０〜３０ｍｍである。コンクリートコアの採取数は、予測した一つの劣化発生箇所について採取すべきコンクリートコアの採取数は特に限定されないが、１〜３本が好ましい。コンクリートコアの長さは、コンクリートのかぶり位置までの深さを基本とする。
【００２０】
採取したコンクリートコアを用いたコンクリートの劣化因子分析は、機器分析により行うことを基本とする。例えば、塩分が劣化因子の場合、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を使用する。この装置は、電子線を試料に照射して発生したエックス線を検出することによって、数１０μｍオーダーの分解能で、１０×１０ｃｍ程度までの領域における元素の二次元的な濃度分布を測定できる。特に、浸透深さがわずかな状態において威力を発揮するので表層部における塩化物イオン濃度を測定するのには好適である。また、アルカリ骨材反応が劣化因子の場合、エックス線分析装置付き走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を使用する。この装置は、電子線を試料に照射して反射した表面情報（二次電子または反射電子）を検出することによって、高倍率で物質の形態観察ができる。さらに、エックス線分析装置を用い、微小領域の組成分析が可能であるのでアルカリ骨材反応によって起こる骨材とセメントペースト部との界面の形態変化を観測するのには好適である。
【００２１】
コンクリートコアによる劣化因子分析は、試料の作り方によって、深さ方向の切断面、横方向の切断面、破断面等、様々な角度からの分析が可能である。また、機器分析を用いるので、比較的短時間で分析できる。この分析により、コンクリートコアを採取した時点での採取位置の劣化状況がわかるが、複数点のデータをグラフ化、マップ化することにより劣化予測をすることもできる。
【００２２】
請求項２に係る発明は、
『前記環境調査が、前記コンクリート構造物の立地条件から劣化因子を抽出し、前記コンクリート構造物の構造と前記劣化因子との関係から前記コンクリート構造物における劣化発生箇所を予測するものであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００２３】
前記環境調査の結果得られたデータを解析して各コンクリート構造物に特有の劣化因子を抽出し、コンクリート構造物の構造とこの劣化因子との関係から劣化発生箇所を予測することは、環境調査の次に簡易検査を行う場合、簡易検査を効率的に行う上で好ましい。例えば、海岸近くに建てられた建造物においては、海岸から５００ｍ以内に建設されていれば、地形や風向きにもよるが、飛沫塩分の影響をかなり受け易いので、塩化物イオンが劣化因子として容易に抽出される。また、概して、雨水のかからない箇所は表面に付着した塩分が洗い流されずに残留するため塩分濃度が高くなり、劣化発生箇所になり易いことから、コンクリート構造物の構造や風向き等を調べれば、劣化発生箇所が特定できる。
【００２４】
一方、寒冷地帯や降雪地帯での道路においては、維持管理記録を調べ、塩化カルシウムを主成分とする融雪剤・融氷剤が散布された路面であることがわかれば、塩化物イオンが劣化因子になりうることが推察できる。また、劣化発生箇所も、路面の構造や日射条件や風向き等を調べれば水分の移動形態が分かるので、劣化発生箇所が特定できる。
【００２５】
また、アルカリ骨材反応は、コンクリート中の細孔溶液成分と反応性骨材が反応したゲルが吸水膨張することで起こる。また、化学反応であるため、温度が高いほど起こり易い。したがって、温暖な地方のコンクリート構造物で反応性骨材が使用されており降雨量も多ければ、アルカリ骨材反応が劣化因子として抽出される。また、太陽があたる南面等で進行が早いことから、該コンクリート構造物の構造や日射量等を調べれば、劣化発生箇所が特定できる。
また、繰返し荷重による疲労は、列車、自動車、波力などの繰返し荷重作用が主因であるため、荷重の作用位置、構造物の形状、部材の種類などを調べれば、劣化発生箇所が特定できる。
【００２６】
請求項３に係る発明は、
『前記簡易検査は予測した前記劣化発生箇所について実施し、前記コンクリートコアの採取位置は前記簡易検査の結果に基づき決定することを特徴とする請求項２に記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００２７】
これは、簡易調査を環境調査の結果を踏まえて行うとともに、劣化因子分析に用いるコンクリートコアの採取位置を該簡易検査の結果に基づき決定することに限定したものである。このように、環境調査→簡易検査→コンクリートコアの採取位置決定→コンクリートコアの採取→劣化因子分析の順でコンクリート劣化の診断を行うことは、効率的な診断を行う上で好ましい。コンクリートコアの採取位置は次のようにして決定される。
【００２８】
例えば、簡易検査における前記のフルオレセインナトリウム硝酸銀発色による塩分測定において、コンクリート表面に発色が確認される場合は塩害が起こる可能性が高いので、その場所のコンクリートコアを採取してＥＰＭＡ分析を行い詳しく診断する必要があると判断される。また、表面水分計によるコンクリート表面の水分率は、乾燥の程度により変化し、比較的乾燥した状態では、２〜３％程度、湿潤状態では６〜８％程度を示すが、常に４．０％以上であればアルカリ骨材反応が進行する可能性が高い水分状態なので、その場所のコンクリートコアを採取してＳＥＭ−ＥＤＳ分析を行い詳しく診断する必要があると判断される。また、温湿度計による温度および湿度測定においては、コンクリート表面やコンクリート周囲の温湿度の計測結果から、コンクリート温度が比較的高い場所、あるいはコンクリート周囲の湿度の比較的高い場所であれば、塩害やアルカリ骨材反応が起こる可能性が高いので、上記同様、その場所からコンクリートコアを採取して詳しく診断する必要があると判断される。また、温度での寒暖差や湿度での乾湿差の激しい場所ではコンクリートの収縮劣化や中性化などが予測されるので、その場所からコンクリートコアを採取して熱分析装置やポロシメータなどにより詳しく診断する必要があると判断される。
なお、上記のような基準となる数値は絶対的根拠があるものでは無いので、それぞれの経験や知識に基づき決めれば良い。
【００２９】
請求項４に係る発明は、
『前記簡易検査の検査項目が塩分測定、含水測定、温度および湿度測定のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００３０】
コンクリートが劣化する原因は、塩害、凍害、中性化、温度ひび割れ、乾燥収縮ひび割れ、酸性成分による侵食、アルカリ骨材反応、機械的外力の繰返しによる劣化等様々である。したがって、簡易検査の検査項目も環境調査結果に応じて種々選択する必要がある。中でも、塩害やアルカリ骨材反応は一般的な劣化原因であるとともにコンクリート構造物への影響も大きい。また、精密な診断をすることにより、劣化が表面化していない早期の段階でも兆候を検知し劣化予測がし易いので本発明のシステムによる効果が好適に発揮できる。したがって、本発明の好ましい実施態様として、これらに大きく関係する塩分測定、含水測定、温度および湿度測定のいずれか１つ以上を含むものに限定したものである。
【００３１】
請求項５に係る発明は、
『前記コンクリートコアの劣化因子分析が、ＳＥＭ−ＥＤＳによる組織観察・骨材とセメントペースト部との界面分析、ＥＰＭＡによる塩化物イオンの浸透状況分析、ポロシメータでの水銀圧入法による空隙構造分析、ＴＧ−ＤＴＡによる熱分析、粉末エックス線回折による組成分析、光学顕微鏡による組織分析のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム』
である。
【００３２】
劣化因子分析は、前記の通り、機器分析により行うことを基本とするが、分析内容に応じて、エックス線回折装置、蛍光エックス線装置、ＴＧ−ＤＴＡ等の熱分析装置、ＳＥＭ、ＳＥＭ−ＥＤＳ、ＥＰＭＡ、ポロシメータ、窒素吸着装置、クロマトグラフィー、光学顕微鏡等の様々装置が使い分けられる。前記のように、中でも、アルカリ骨材反応や塩害は一般的な劣化原因であるとともにコンクリート構造物への影響も大きい。したがって、本発明の好ましい実施態様として、これら劣化因子の分析として、ＳＥＭ−ＥＤＳによる組織観察・骨材とセメントペースト部との界面分析、ＥＰＭＡによる塩化物イオンの浸透状況分析、ポロシメータでの水銀圧入法による空隙構造分析、ＴＧ−ＤＴＡによる熱分析、粉末エックス線回折による組成分析、光学顕微鏡による組織分析のいずれか１つ以上を含むものに限定したものである。これらの劣化因子分析は、前記の通り、前記環境調査と前記簡易検査の結果を踏まえて、実施する必要があると判断された場合になされる。
【００３３】
前述の通り、アルカリ骨材反応が起こってくると、コンクリート中の細孔溶液成分と反応性骨材が反応して骨材とセメントペースト部との界面にゲルが生成してくる。このゲルは含水率が高いため、ＳＥＭ観察をするために試料を乾燥させると、特徴的なひび割れが発生する。したがって、骨材とセメントペースト部との界面におけるこのひび割れをＳＥＭ−ＥＤＳで観察することにより、アルカリ骨材反応発生の有無、発生の程度等がわかる。
【００３４】
また、ＥＰＭＡは、前述の通り、数１０μｍオーダーの分解能で１０×１０ｃｍ程度までの領域における元素の２次元的な濃度分布を測定できるので、深さ方向や表面と平行な方向で塩化物イオン濃度の測定を行い、濃度と位置との関係をグラフ化あるいはマップ化することにより塩化物イオンの浸透状況分析が行える。
【００３５】
ポロシメータでの水銀圧入法は、水銀に圧力を加え、試料中の空隙に水銀を圧入し、半径１５〜１００００００オングストローム程度までの空隙の分布を測定する方法で、空隙構造分析を行うことで、コンクリートにおける強度、乾燥収縮などの力学的性状、透水性、イオンの拡散性状などの分析が行える。特に、繰返し荷重による疲労でのコンクリート空隙構造の変化、収縮劣化や膨張劣化におけるコンクリート空隙構造の変化、中性化におけるコンクリート空隙構造の変化を分析する場合有効である。
【００３６】
粉末エックス線回折は、結晶性の物質にエックス線を当てると、特定の入射角で反射強度が強くなる性質を利用して、試料中に含まれる結晶質の物質や非晶質の程度を同定する方法で、骨材に含まれる鉱物の種類、セメントペースト中のセメント水和物の種類、塩分等の劣化因子含有の有無、非晶質化の程度などの分析により、中性化や塩分等の化学成分によるコンクリート劣化の発生状況の分析が行える。
【００３７】
光学顕微鏡は、数百倍の倍率で、試料の組織・形態や反応生成物の観察を行うことができる。また偏光顕微鏡では、骨材に含まれる鉱物の種類が分析できる。したがって、これらを用いて骨材や骨材周囲の観察を行えばアルカリ骨材反応発生の有無、発生の程度、発生の可能性等がわかる。
【００３８】
本発明では、上記劣化因子分析の結果に基づき、必要に応じてコンクリートの劣化予測をも行う。例えば、塩害による劣化を予測する場合は、次のようにする。まず、塩化物イオンの濃度分布の結果及びコンクリートの材齢より、見掛けの拡散係数を求める。そして、表面塩化物イオン濃度（Ｃｏ）および見掛けの拡散係数を用い、フィックの拡散方程式により、鋼材表面（かぶりｃ）における所定の塩化物イオン濃度に達する時間（ｔ）を算出し、腐食限界と比較して腐食発生限界濃度（Ｃｌｉｍ）を超える時期を予測する。腐食発生限界濃度は、一般的には１．２ｋｇ／ｍ３である。
【００３９】
また、アルカリ骨材反応による劣化を予測する場合は、まず前述のように、骨材とセメントペースト部との界面をＳＥＭにより観察し、反応ゲルの有無を確認する。反応ゲルが観察された場合は、次に反応ゲルの微小領域をエックス線により分析しＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの濃度分布を調べる。これらの濃度が高い反応ゲルが見つかれば、そこでアルカリ骨材反応が進行していくことが推察できるので、コンクリートの材令と反応ゲル層の厚さとの関係、過去の劣化事例でのひび割れが発生した時点での反応ゲルの厚さなどからひび割れ発生時期を予測する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のコンクリート劣化の診断システムでは、コンクリート構造物におけるコンクリートを、まだ劣化が表面化していない早期の段階から機器分析技術を駆使して精密な診断をし、必要に応じて劣化予測も行う。したがって、早めに予防策を講じることができるので、維持管理費用の縮減、構造物寿命の長寿命化が図れる。また、アルカリ骨材反応による劣化といった微妙な原因での劣化をも早期の段階で診断できる。更には、化学分析は機器分析によるのでコンクリート構造物から採取するコンクリートコアは直径５０ｍｍ以下の小径コアですみ、コンクリート構造物への負荷も低減できる。このコンクリートコアの採取位置を、環境調査や簡易検査の結果に基づき決定することにより、代表として信頼性の高い分析試料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
実施の形態１
次に、本発明のコンクリート劣化の診断システムにより、海岸近くの供用後５年の鉄筋コンクリート製の倉庫の診断をする場合を例に、本発明をより具体的に説明する。この鉄筋コンクリート製の倉庫の地理的条件、立地条件、構造等を図１に示す。
【００４２】
（１）環境調査
環境調査の項目、方法および得られるデータは、以下の通りである。
ｉ）海岸からの距離
倉庫から海岸からの距離を計測したところ、最短距離で約３０ｍであった。
ｉｉ）倉庫の形状と立地
倉庫は、鉄筋コンクリート造で、コンクリートの打放し仕上げであった。出入口がある壁が南向きであり、海側を向いていた。出入口には庇があり、庇下部は雨が直接当たらない状況であった。また、設計図より、壁厚は１００ｍｍで、Ｄ１６の鉄筋が使用されており、かぶりは２０ｍｍであった。
ｉｉｉ）降雨量・風向き
気象庁のデータより、この地域の降水量を確認したところ、１９７１年から２０００年までの平均年間降水量は１９００ｍｍ程度であった。風向きは、海岸に近いことから海からの風が多い。
【００４３】
ｉｖ）生コンの配合・使用骨材
施工記録より、生コンの配合・使用骨材を確認した。配合条件は、呼び強度２１、スランプ８ｃｍ、粗骨材最大寸法２０ｍｍで、単位水量１６８ｋｇ／ｍ３、単位セメント量２９６ｋｇ／ｍ３、単位細骨材量７５６ｋｇ／ｍ３、単位粗骨材量１０８３ｋｇ／ｍ３であった。細骨材には陸砂を、粗骨材には砕石を使用しており、アルカリ骨材反応性試験（化学法）の結果は「無害」であった。また、フレッシュコンクリートの塩化物イオン量試験結果は、０．０６ｋｇ／ｍ３であり、制限値０．３０ｋｇ／ｍ３を大きく下回っており、内在する塩化物イオン量は微量と判断された。
Ｖ）外観
目視によりコンクリートの変状を点検した結果、出入り口の隅角部のコンクリート表面に若干のひび割れおよび屋根部からの水途に沿った黒ずんだ汚れの付着が見られる程度で、鉄筋の腐食を示唆する錆び汁の染み出しなどの変状は認められなかった。
【００４４】
以上の環境調査より、主たる劣化因子は、海水飛沫による塩化物イオンであろうと判断された。現時点では変状は特に認められないが、今後、塩化物イオンが浸透し、塩害が発生する恐れがあると考えられた。劣化は、海風が直接当たる南面で発生しやすいと推定されたが、庇の直下の雨水が直接当たらない部分が、塩化物イオンの濃度が高くなるので、最も危険な部位（劣化発生箇所）であると判断された。
【００４５】
（２）簡易検査
海水飛沫の飛来に起因する外来塩分の簡易検査として、フルオレセインナトリウム硝酸銀発色法を使用した。環境調査により危険部位と判断された庇下部のコンクリート表面に、０．１％フルオレセインナトリウム溶液および０．１Ｎ硝酸銀溶液を噴霧した。噴霧した部分はほとんど発色したので、この部分には海水飛沫による塩化物イオンの付着があると判断され、この蛍光色を発した部分からコンクリートコアを採取することとした。
【００４６】
（３）コンクリートコアの採取
コンクリートコア採取には、直径２５ｍｍの小径コアを用いた。庇下部のコア採取候補位置について、コア採取前に鉄筋探査機（ＲＣレーダ）を用いて鉄筋位置を確認し、鉄筋のない部分をコア採取位置に決定した。決定した位置にコアマシンを設置し、直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍのコアを１本採取した。
【００４７】
（４）劣化因子分析
採取したコアについて、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ、日本電子社製電子線マイクロアナライザーＪＸＡ−８６２１Ｍ）を使用し、塩化物イオン（Ｃｌ）の分布を測定した。ＥＰＭＡは、電子線を試料に照射して発生したエックス線を検出することによって、数１０ｍμｍオーダーの分解能で、１０×１０ｃｍ程度までの領域における元素の２次元的な濃度分布を測定できる装置である。
図２にＥＰＭＡの測定結果を示す。
【００４８】
（５）劣化の予測
図２のデータを用いて、Ｆｉｃｋの拡散方程式の係数を最小２乗法を用いて求めた。その結果、見掛けの拡散係数Ｄｃは、０．３３ ｃｍ２／年、表面塩分濃度Ｃ０は、コンクリートの単位体積質量を２３００ｋｇ／ｍ３と仮定して、３．２２ｋｇ／ｍ３と求められた。初期塩分濃度Ｃｉは、フレッシュコンクリートの塩化物イオン量試験結果により０．０６ｋｇ／ｍ３とした。これらの数値を用いて塩化物イオンの浸透予測を行った結果を、図３に示す。なお、塩化物イオン量をｋｇ／ｍ３で表示するため、コンクリートの単位体積質量を２３００ｋｇ／ｍ３と仮定した。かぶり位置（深さ２０ｍｍ）の塩化物イオン量は、現時点では、約１．０ｋｇ／ｍ３であり、鉄筋腐食限界値１．２ｋｇ／ｍ３にはまだ到達していないが、２年後には１．２ｋｇ／ｍ３に達することが予測され、鉄筋の腐食の可能性が高まると考えられる。このように、今後の劣化予測を行うことで、鉄筋の腐食状況のなどの詳細調査、表面被覆工法などによる補修の検討などを、劣化が顕在化する前に行うことが可能になる。
【００４９】
実施の形態２
次に、本発明のコンクリート劣化の診断システムにより、降雨量の多い温暖な地域に建設された供用後７年のコンクリート製の橋梁（図は省略）の診断をする場合を例に、本発明の別の実施形態を具体的に説明する。
【００５０】
（１）環境調査
対象橋梁は、海岸からの距離が約１０ｋｍの内陸部の河川を跨いでおり、鉄筋コンクリート造のＴ型桁の単純桁で構成されていた。橋梁はほぼ北東を向いており、交通量はかなり少ない状況であった。気象庁のデータより、この地域の降水量を確認したところ、１９７９年から２０００年までの平均年間降水量は２４４０ｍｍ程度であった。冬季においても氷点下になることはなく、融雪剤の散布は行われていなかった。生コンの配合・使用骨材を調査したところ、詳細な記録は確認できなかった。
（２）簡易検査
目視によりコンクリートの変状を点検した結果、北東側の橋台コンクリートの表面に若干の亀甲状のひび割れが認められた。路面の雨水は、この橋台伝いに流れた形跡が残っており、コンクリートは全体的に湿った状況であった。
若干の亀甲状のひび割れが確認されたこと、および水分の供給が十分であることより、アルカリ骨材反応による劣化の可能性があると判断された。現時点では大きな変状は認められないが、今後、反応が進み、ひび割れが増加・拡大する恐れがあると考えられた。劣化は、路面からの雨水の流入および日射の影響を受けやすい北東側の橋台で発生しやすいと推定された。
【００５１】
アルカリ骨材反応は一定の含水量以上で進行しやすいので、次の簡易検査として、水分計（ケット化学研究所、ＨＩ−５００）を用いて水分量を測定した。前記調査により危険部位と判断された橋台のコンクリート表面を、水分計を用いて４点測定した結果、水分量は５．２％、５．１％、４．８％および４．６％であったので、水分量の最も高かった場所からコンクリートコアを採取することとした。また、参考として、デジタル温湿度計で、風の影響を受けにくい橋台上の桁端部付近の湿度を測定した結果、８１％となり比較的高い湿度であった。
【００５２】
（３）コンクリートコアの採取
コンクリートコア採取には、直径２５ｍｍの小径コアを用いた。コア採取候補位置について、コア採取前に鉄筋探査機（ＲＣレーダ）を用いて鉄筋位置を確認し、鉄筋のない部分をコア採取位置に決定した。決定した位置にコアマシンを設置し、直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍのコアを２本採取した。
【００５３】
（４）劣化因子分析
採取したコアについて、劣化因子分析を行った。ＳＥＭ−ＥＤＳにより、骨材・セメントペースト部との界面の形態変化を観察した。この装置は、電子線を試料に照射して反射した表面情報（二次電子または反射電子）を検出することによって、高倍率で物質の形態観察ができる。その結果、アルカリ骨材反応に特徴的な反応ゲルが確認された。コアより、骨材を取り出して、エックス線回折、偏光顕微鏡で骨材に含まれる鉱物を分析した結果、反応性の高いクリストバライトが検出された。さらにＴＧ−ＤＴＡによる水酸化カルシウムの熱分析、ポロシメータによる空隙構造分析を行ったが、これらには特に異常は認められなかった。
【００５４】
（５）劣化の予測
劣化因子分析の結果、骨材にはアルカリ骨材反応性の高いクリストバライトが含まれており、骨材界面には反応ゲルが認められたため、この橋台はアルカリ骨材反応が進行していることがわかった。まだ、ひび割れが顕在化していない段階であるが、気温が高い地域であること、北東側の橋台については直射日光の影響を受けるため、コンクリート温度も比較的高くなりやすいこと、降水量が多いことなどから、今後急速にひび割れが増加・拡大する恐れがある。よって、点検頻度を増加する、詳細調査を実施する、水分供給の遮断を目的とした表面被覆工法などによる補修を行うなどの検討を、劣化が顕在化する前に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】鉄筋コンクリート製の倉庫の地理的条件、立地条件、構造等
【図２】ＥＰＭＡによる塩化物イオン野の測定結果
【図３】塩化物イオンの浸透予測結果
【符号の説明】
【００５６】
１ ・・・ 鉄筋コンクリート製の倉庫（診断対象物）
２ ・・・ 出入口
３ ・・・ 庇下部
Ａ ・・・ コンクリートコアの採取箇所
４ ・・・ 護岸
５ ・・・ 海岸
６ ・・・ 汀線
７ ・・・ 海
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断システムであって、
ｉ）前記コンクリート構造物及びその周辺の環境調査と、
ｉｉ）前記コンクリート構造物におけるコンクリート表面の簡易検査と、
ｉｉｉ）前記コンクリート構造物から採取した直径５０ｍｍ以下のコンクリートコアの機器分析による劣化因子分析と、
から前記コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断を行うことを特徴とするコンクリート劣化の診断システム
【請求項２】
前記環境調査が、前記コンクリート構造物の立地条件から劣化因子を抽出し、前記コンクリート構造物の構造と前記劣化因子との関係から前記コンクリート構造物における劣化発生箇所を予測するものであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項３】
前記簡易検査は予測した前記劣化発生箇所について実施し、前記コンクリートコアの採取位置は前記簡易検査の結果に基づき決定することを特徴とする請求項２に記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項４】
前記簡易検査の検査項目が塩分測定、含水測定、温度および湿度測定のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項５】
前記コンクリートコアの劣化因子分析が、ＳＥＭ−ＥＤＳによる組織観察・骨材とセメントペースト部との界面分析、ＥＰＭＡによる塩化物イオンの浸透状況分析、ポロシメータでの水銀圧入法による空隙構造分析、ＴＧ−ＤＴＡによる熱分析、粉末エックス線回折による組成分析、光学顕微鏡による組織分析のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項１】
コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断システムであって、
ｉ）前記コンクリート構造物及びその周辺の環境調査と、
ｉｉ）前記コンクリート構造物におけるコンクリート表面の簡易検査と、
ｉｉｉ）前記コンクリート構造物から採取した直径５０ｍｍ以下のコンクリートコアの機器分析による劣化因子分析と、
から前記コンクリート構造物におけるコンクリート劣化の診断を行うことを特徴とするコンクリート劣化の診断システム
【請求項２】
前記環境調査が、前記コンクリート構造物の立地条件から劣化因子を抽出し、前記コンクリート構造物の構造と前記劣化因子との関係から前記コンクリート構造物における劣化発生箇所を予測するものであることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項３】
前記簡易検査は予測した前記劣化発生箇所について実施し、前記コンクリートコアの採取位置は前記簡易検査の結果に基づき決定することを特徴とする請求項２に記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項４】
前記簡易検査の検査項目が塩分測定、含水測定、温度および湿度測定のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム
【請求項５】
前記コンクリートコアの劣化因子分析が、ＳＥＭ−ＥＤＳによる組織観察・骨材とセメントペースト部との界面分析、ＥＰＭＡによる塩化物イオンの浸透状況分析、ポロシメータでの水銀圧入法による空隙構造分析、ＴＧ−ＤＴＡによる熱分析、粉末エックス線回折による組成分析、光学顕微鏡による組織分析のいずれか１つ以上を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート劣化の診断システム
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２２４６４９（Ｐ２００８−２２４６４９Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０４２９９（Ｐ２００７−１０４２９９）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（３９８０４３２８５）株式会社太平洋コンサルタント (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（３９８０４３２８５）株式会社太平洋コンサルタント (20)
【Ｆターム（参考）】
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