コンクリート構造維持管理工学特論コンクリート構造物を長持ちさせるには？コンクリート工学研究室岩城一郎コンクリートに求められるもの丈夫長持ち美しいコンクリート環境に優しい安いコンクリートに求められるもの新設構造物（これから造るもの）安全性長寿命化耐久性美観既設構造物コンクリート（いまあるもの）環境低負荷経済性延命化コンクリート構造物を長持ちさせるには？ • 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 • コンクリート技術者としての誇り・責任感小樽北防波堤 • 広井勇博士の指揮の下， 1897年より施工開始 • 火山灰使用，W/C40%相当， W=120-140kg/m3 • 締固めと水量を厳しく管理 • 完成から100年以上にわたる強度試験の実施土木学会ホームページより • 現在もほとんど劣化することなく供用コンクリート構造物の寿命は？ • 1980年頃まで，コンクリート構造物の寿命は半永久的（100 年以上）であると考えられていた．（メインテナンスフリー） • 高度経済成長期（1970年前後）の建設ラッシュ（新幹線，高速道路等） • 1983-84年NHK報道特集「コンクリートクライシス」 • 1999年岩波新書「コンクリートが危ない」（小林一輔著） • 同年山陽新幹線トンネルコンクリート崩落事故 • 2002年アルカリ骨材反応による鉄筋の判断等々 • コンクリート構造物は一体，何年もつのか？？？コンクリート構造物の耐久性とは？  劣化とは？性能時間の経過と共に性能が低下すること  要求性能耐久性とは？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耐用年数設計耐用年数時間補修・補強とは？   補修耐久性を回復もしくは向上させること，第三者影響度を改善することを目的とした維持管理対策補強部材，構造物の耐荷性や剛性などの力学的な性能を回復，もしくは，向上させることを目的とした対策 RC示方書〔維持管理編〕より抜粋コンクリート構造物の劣化要因 • • • • • • 中性化塩害凍害アルカリ骨材反応化学的侵食（疲労）および，これらの複合作用による劣化：複合劣化中性化疲労塩害化学的侵食アル骨凍害コンクリート構造物はなぜ劣化するか？ • 中性化，塩害，凍害，アルカリ骨材反応，化学的侵食に起因（物理的，化学的，生物学的作用） →コンクリートがぼろぼろになる，鋼材がさびる． →安全上，使用上，美観上の問題から構造物が使えなくなる． • 構造物の計画→設計→施工→検査→維持管理の過程におけるミス • 手抜き（犯罪！！）中性化 • 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鋼材がさびる（酸化する）現象， Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O，鋼材の腐食による膨張圧がコンクリートに作用し，コンクリートが剥落資料提供横浜国立大学細田暁先生塩害 • 塩（NaCl）の侵入により，コンクリート中の鋼材がさびる（酸化する）現象海洋構造物や融雪剤として塩を撒く構造物で顕在化安治川鉄工建設㈱パンフレットより凍害 • コンクリート中の水分が凍ると体積膨張し，この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アルカリ骨材反応 • コンクリート中のアルカリ（Na+，K+）とある種の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．小林一輔他共編「コンクリート辞典」オーム社より NHKクローズアップ現代放送記録より化学的腐食 • 下水道施設では，生物学的作用により硫酸が発生し，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その他の不具合材料分離（ジャンカ）の例コールドジョイントの例写真：「コンクリート名人養成講座」日経コンストラクションより温度ひび割れの例長持ちするコンクリート構造物をつくるためには？（新設構造物） • 劣化メカニズムの解明→劣化を抑制する対策の提案 • 設計→施工→検査→維持管理（→解体・撤去）の各段階における適切な計画 • 合理的なコンクリート構造物を構築するための新技術の開発 • 手抜きは厳禁！！今ある構造物を長持ちさせるには？（既設構造物） • 適切なメンテナンス技術の確立点検→診断→補修・補強→解体→再利用土木構造物のこれまでとこれから土木工事の変遷年代 1889（明治22） 1908（明治41） 1929（昭和4） 1931（昭和6） 1936（昭和11） 1937（昭和12） 1938（昭和13） 1945（昭和20） 1963（昭和38） 1964（昭和39） 1965（昭和40） 1970年代 1988（昭和63） 1990年前後 1997（平成9） 1998（平成10）我が国の土木工事外国の動向および一般主要事項エッフェル塔完成小樽港防波堤完成世界恐慌始まるエンパイア・ステートビル完成フーバーダム完成ゴールデンゲートブリッジ完成青葉大橋完成終戦黒四ダム完成東海道新幹線開通名神高速道路開通東京オリンピック高度経済成長時代（大阪万博）青函トンネル開通瀬戸大橋開通バブル経済東京湾横断道路開通明石海峡大橋開通コンクリート橋の推移供用年数50年未満供用年数50年以上 250000 40 35 架設橋数割合（%） 200000 150000 100000 30 25 20 15 10 5 50000 （年） 80-89 70-79 60-69 50-59 30-49 01-29 2051 2046 2041 2036 2031 2026 2021 2016 2011 2006 2001 1996 0 -1900 0 1991 （橋数）日本米国架橋年次（年）（独）土木研究所データより建設投資額の推移 600,000 土木建築建設投資額（億円） 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 0 1960 1970 1980 1990 2000 年福島県のインフラ（道路の現状） • 県で管理する国道・県道の延長：約5,600km（全国3位），橋梁数：約4,500橋 • 道路改良率74.2%（全国36位）、舗装率96.2%（全国32位）（2004年版道路統計年報による） • 量は多いが質は低い． • 幹線道路網が未整備（冬期閉鎖区間も多い）． • 救急車による搬送時間 • 質・量ともに不足 • 新設道路整備が必要 →維持管理に回らない． 23 福島県HPより福島県の道路事業費億円橋 1,400 4,600 1,300 1,200 1,100 道路事業費計(詳細区分不能年度) 1,309 1,263 （右軸） 4,550 1,214 新規整備費等 1,150 1,115 1,086 維持・補修費 4,500 1,041 1,039 1,000 900 919 管理橋梁数（平成19年3月現在） 4,450 820 800 700 600 915 500 694 1,195 973 1,024 842 746 743 750 669 4,400 641 547 959 821 997 400 300 1,144 1,018 1,090 4,350 733 785 617 591 565 469 615 565 560 578 558 556 585 200 4,300 4,250 100 124 123 119 132 113 114 91 0 S55 S56 S57 S58 S59 S60 S61 S62 S63 H1 H2 H3 H4 H5 H6 年度 H7 H8 82 98 87 77 78 76 78 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 4,200 これらの図表から言えること・・・ • 高度経済成長時代：作らなければいけないものを夢中で作った時代 • 現在：落ち着きを取り戻し，将来を見据える時代（不要なものは作らない→必要なものを腰を据えて作る．メインテナンス技術の蓄積） • 未来：厳しい財政下で，増え続け，老朽化し続ける社会基盤施設を効率的に維持していく時代歴史を振り返る •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・・・→ メインテナンス？？→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・社会的な大損失最近の事例から・構造計算に乗らない事例・水や塩の影響が大きい 27 KEN-Platz HPより歴史を繰り返さないために • 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インテナンス • 少子高齢化時代のメインテナンス • 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 • 我が国独自のメインテナンス技術の体系化 • メイ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インテナンスに求められるもの • 少ない予算で合理的な維持管理 →アセットマネジメント，ライフサイクルコストの導入 • ニーズにあった技術開発 • メインテナンスに携わるトップエンジニアの育成 • 総合工学としての体系化：臨床だけでも病理だけでもだめ！メインテナンスの最新技術 • 新材料（繊維補強材料）・新工法（電気化学的防食） • 構造物の劣化予測モデル（Computer Simulation） • マネジメントシステム（データベース） • 構造物の非破壊検査技術（欠陥再構成）将来のメインテナンス像人工衛星，成層圏プラットフォーム解析結果計測本部メインフレーム計測結果計測結果解析結果計測結果計測解析結果レーザ・画像計測，通信機器