PowerPoint プレゼンテーション

中性化
コンクリート工学研究室
岩城一郎
1
コンクリート内部の鋼材腐食の
メカニズム
 大前提：コンクリートがアルカリ性（pH13程度）に
保たれており，鋼材表面の不動態被膜が健全
であればコンクリート内部の鋼材は腐食しない．
鋼材腐食の発生原因
 中性化：炭酸化等によるpHの低下→不動態被
膜の喪失→酸素と水分の供給により腐食が進
行
 塩害：塩化物イオンの侵入→不動態被膜の破
壊→酸素と水分の供給により腐食が進行
※無筋コンクリートであれば考慮する必要なし
2
鋼材腐食の概念図
3
CONCRETE：Microstructure, Properties, and Materials, Second Edition, P. Kumar Mehta,
Paulo J. M. Monteiro, McGraw-Hill
鋼材腐食のメカニズム





アノード反応（不動態被膜の破壊）：Fe→Fe2＋＋2e－（電
子2個を母材に残して鉄がイオンとなって溶出する反応）
カソード反応：1/2O2＋H2O＋2e－→2OH－（アノード反応に
よって生じた電子を消費する反応）
総括反応：Fe＋1/2O2＋H2O→Fe(OH)2
アノード部：酸化反応により腐食生成物（さび）が析出（例え
ばFeOOH，Fe2O3あかさび，Fe3O4くろさび）．さびの体積は
鉄の約2.5倍→体積膨張によるコンクリートのひび割れ，は
く離→腐食反応の促進→劣化
（鉄筋腐食は中性化，塩化物イオンの侵入の他に，酸素と
水を必要とする．酸素と水のどちらかが少ない環境下では
腐食しにくい．たとえば水中，非常に乾燥した環境では腐
食しにくい．換言すれば，CaCO3，Cl－は腐食反応そのもの
には関係しない．）
4
中性化とは？







コンクリートがアルカリ性を失って中性に近づく現象
炭酸化（Carbonation）：セメント水和物，主としてCa(OH)2が炭酸
ガスCO2と反応し，炭酸カルシウムCaCO3に変化すること
Ca(OH)2＋CO2→CaCO3＋H2O
3CaO・2SiO2・3H2O（C-S-H）＋3CO2→3CaCO3＋2SiO2＋3H2O
劣化要因：二酸化炭素
劣化現象：炭酸化反応により細孔溶液中のpHを低下させること
で，鋼材の腐食が促進され，コンクリートのひび割れやはく離，
鋼材の断面減少→耐荷力の低下（炭酸化自体はコンクリートの
物性を大きく低下させないため，劣化とはみなさない．）
劣化指標：中性化深さ（中性化残り），フェノールフタレインの1%
エタノール溶液の噴霧による呈色反応により判定（高アルカリ
pH10程度以上に対し赤紫色に呈色し，中性化が大きく進んだ領
域では色の変化が見られない．必ずしも赤紫色に呈色していれ
ば健全とは限らない？）
5
中性化（炭酸化）の事例
資料提供東北大学久田真助教授
6
各要因と中性化との関係
セメント（混和材）の種類
 混合セメント（高炉セメント，フライアッシュセメント）を用いた場
合，中性化速度大：ポゾラン反応により水酸化カルシウムを消
費
水セメント比
 水セメント比小⇒中性化速度小：組織の緻密化により，CO2
の拡散を抑制
環境条件
 屋内では屋外より一般に中性化速度が高い．CO2濃度が高く，
湿度が低い．
 温度：温度が高くなるほど中性化速度が速くなるが，20-50℃の
範囲ではあまり変わらない．
 湿度：50-70%RHで中性化速度最大，湿度高⇒CO2の拡散を抑
制．湿度低⇒炭酸化反応が生じにくい．（炭酸化は二酸化炭
素が気体として直接反応するのではなく，硬化体中の水分に溶
7
2－
－
解することにより酸CO3 ，HCO3 として作用する）．
部材の性能低下
中性化による劣化
中性化による劣化進行過程
腐食ひび割れの発生
腐食の開始
（CO2が鋼材近傍まで到達）
使用期間
（供用年数）
潜伏期
進展期
中性化進行速度
（中性化深さ）
鋼材の腐食速度
（ひび割れなし）
加速期
劣化期
鋼材の腐食速度
（ひび割れあり）
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中性化の進行予測（√t則）
y=b√t
ここに，y：中性化深さ(mm)，t：中性化期間(年)，b：中性化速度係
数(mm／√年)→多くの提案式がある．
例えば，
y=R(-3.57＋9.0W/B)√t（示方書提案式）
ここに，R：環境の影響を表す係数，乾燥しやすい環境R=1.6，乾燥
しにくい環境R=1.0，W/B：有効水結合材比＝W/(Cp＋k・Ad)，W：単
位水量，B：単位結合材量，Cp：単位セメント量，Ad：単位混和材量
（フライアッシュ，高炉スラグ微粉末），k：混和材の影響を表す係数
フライアッシュk＝0，高炉スラグ微粉末k＝0.7，使用材料（結合材
の種類），水結合材比，環境条件（乾燥のしやすさ）を考慮
例題
Case-1：OPC，W/C=0.5，Case-2：OPC，W/C=0.4，Case-3：OPC，
W/C=0.6，Case-4：OPCの20%FA置換，W/B=0.5，Case-5：OPCの
70%BS置換，W/B=0.5，Case-6：OPCの70%BS置換，W/B=0.4
9
コンクリート標準示方書による各種コンクリー
トの中性化に対する耐久性能照査
40
W/C=0.5
中性化深さ（mm）
35
かぶり30mm
30
中性化残り
10mm
25
20
15
W/C=0.4
W/C=0.6
W/B=0.5,
FA=0.2*B
10
W/B=0.5,
BS=0.7*B
5
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
中性化期間（年）
W/B=0.4,
BS=0.7*B
10
中性化によるコンクリートの剥落
資料提供横浜国立大学細田暁助教授
11
200
鉄筋かぶり量と
剥落との関係
箇所数
コンクリート
表面
中性化
深さ
剥落箇所
無剥落箇所
中性化
残り鉄
筋
100
0
かぶり
0～
10～
20～
30～
40～
50～
鉄筋かぶり量（mm）
箇所数
中性化残りと
剥落との関係
200
剥落箇所
無剥落箇所
100
0
～-10
～0
～10
～20
中性化残り（mm）
～30
30～
12
50
中性化深さ（m m ）
雨水等の影響
を受けた場合
40
30
20
10
0
0
10
20
30
剥落箇所
無剥落箇所
70
80
90
100
中性化残り10m m
50
中性化深さ（m m ）
雨水等の影響
を受けない場合
40
50
60
かぶり（m m ）
40
30
20
10
0
0
10
20
剥落箇所
30
40
50
60
かぶり（m m ）
無剥落箇所
70
80
90
中性化残り0m m 100
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中性化によるコンクリートの剥落対
策（JR東日本）
・かぶりを十分に確保する．少なくとも20mm以上
・中性化の進行が小さいコンクリートを使用する．できれ
ば供用期間中に中性化残りが10mmを下回らないこと．
→ 標準示方書の照査方法に従い，建設後100年程度に
おいても中性化残りが10mm程度以上となるように設計
・雨水や漏水の影響が極力小さい
構造形式とする．
→ 水切り形状の見直し
・コンクリートの単位水量の上限値
の設定と受入れ検査の徹底
・かぶりの非破壊検査
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社会基盤メインテナンス工学（東京大学出版会）
中性化対策
中性化の進行を抑制するための対策
 かぶりの確保
 水セメント比の低下
 （混合セメントは要注意）
中性化による鉄筋腐食を抑制するための対策
 水分の供給の遮断
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