コンクリート構造物の補修・補強に関するフォーラム、コンクリート構造物の補修・補強材料情報
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一般社団法人
コンクリートメンテナンス協会
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広島市中区東千田町2-3-26
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2018年6月19日・20日に開催を予定しております。
コンクリート構造物の補修・補強に関するフォーラム2018 大阪フォーラムですが、
予定通り開催いたします。
なお、予定の変更がある場合、当サイトでお知らせいたします。

(3)ASRの補修工法

 ASRにより劣化したコンクリート構造物の補修工法を選定するにあたっては,構造物の劣化状況が潜伏期,進展期,加速期,劣化期のどの劣化過程にあるかを十分に見極め,補修工法に期待する要求性能を明確にする必要があります.ASRによる構造物の外観上のグレード(劣化過程)と劣化の状態との関係を表2-3に示します.
 ASRの劣化過程は主に外観変状によるグレーディングより判断することになりますが,このとき,構造物の残存膨張性を把握し,現時点の劣化状況から将来的にどれだけ膨張が進行する可能性があるのかを十分考慮して補修工法を選定することが重要です.例えば,外観上のグレードが加速期に相当する劣化状況であっても,以後のアルカリシリカゲルの膨張性が高い状態であれば,その高い膨張性を見越して膨張抑制効果の高い補修工法を選択すべきですし,同じ加速期の劣化グレードでも膨張性が低い状態の場合では,単にその時点で生じている変状を補修するだけでよいと判断することができます.

表2-3 ASRによる構造物の外観上のグレードと劣化の状態
構造物の外観上のグレード劣化過程劣化の状態
グレード潜伏期ASRによる膨張およびそれに伴うひび割れがまだ発生せず,外観上の変状が見られない.
グレード進展期水分とアルカリの供給下において膨張が継続的に進行し,ひび割れが発生し,変色,アルカリシリカゲルの滲出が見られる.しかし,鋼材腐食による錆汁は見られない.
グレード加速期ASRによる膨張速度が最大を示す段階で,ひび割れが進展し,ひび割れの幅および密度が増大する.また,鋼材腐食による錆汁が見られる場合もある.
グレード劣化期ひび割れの幅および密度がさらに増大し,段差,ずれや,かぶりの部分的なはく離・はく落が発生する.鋼材腐食が進行し錆汁が見られる.外力の影響によるひび割れや鋼材の損傷が見られる場合もある.変位・変形が大きくなる.

出典:「2013年制定 コンクリート標準示方書[維持管理編]」

 ASRによる劣化はアルカリシリカゲルの吸水膨張によって進行するため,ASRの補修工法に期待する効果(要求性能)は以下のようになります.
【ASR補修工法の要求性能】
  [化因子の遮断 (コンクリート中への水分の侵入を低減する)
  ▲殴襪糧麕陳ゲ宗 淵▲襯リシリカゲルの膨張性を消失させる)
  コンクリートの膨張拘束 (外部拘束によりASR膨張を物理的に抑制)


上記 銑の各要求性能に該当する補修工法として以下のようなものが挙げられます.

 [化因子の遮断 (コンクリート中への水分の侵入を低減する)
  ・表面保護工法 (表面被覆工法,表面含浸工法など)
  ・ひび割れ注入工法 (エポキシ樹脂系,超微粒子セメント系など)

 ▲殴襪糧麕陳ゲ宗 淵▲襯リシリカゲルの膨張性を消失させる)
  ・内部圧入工 (亜硝酸リチウム)
 
 コンクリートの膨張拘束 (外部拘束によりASR膨張を物理的に抑制)
  ・接着工法,巻き立て工法 (鋼板,FRPシートなど)

 次頁より,要求性能 銑に応じた各補修工法の概要を記します.

[化因子の遮断 (コンクリート中への水分の侵入を低減する)

【表面保護工法】
ASRによるコンクリートの膨張は,反応性骨材の周囲に生成したアルカリシリカゲルの吸水膨張によって進行します.従って,表面保護工法によって外部からの水分供給を遮断,低減することができればASRの膨張を抑制することができます.表面保護工法は「表面被覆工法」と「表面含浸工法」の2種類に分類することができます.

図2-38 表面被覆工法
(1)表面被覆工法
 表面被覆工法は,コンクリート表面に有機系もしくは無機系の被覆材をはけ,ローラー,コテなどで塗布して表面を覆うことにより,外部からの劣化因子の侵入を遮断する工法です(図2-38).一般的にはプライマー,中塗材,上塗材と複数の種類の材料を重ね塗りします.有機系被覆材には様々な種類があり,柔軟性や膜厚などを環境条件に応じて比較的自由に計画することができます.無機系被覆材は,主としてポリマーセメントモルタル系被覆材が用いられます.
 ASR補修として表面被覆工法を適用する場合,将来的なASR膨張進行を見込んで,ひび割れ追従性のある柔軟型の被覆材を用いることもあります.しかし,対象構造物の残存膨張量が大きい場合,被覆材の伸び能力が対策後のASR膨張進行に追随できずに再劣化を生じ,定期的に再補修を繰り返すような維持管理が必要となることもあります.表面被覆工法を適用した構造物の再劣化は水分浸入を完全に遮断できなかった場合に生じていることが多いため,十分な補修効果が得られるか否かを十分考慮して適用することが重要となります.
 近年では第三者被害を防ぐためのはく落防止機能を備えた表面被覆材も実用化されています.また,ポリマーセメント系表面被覆材は亜硝酸リチウムを混入して塗布することができるため,表面被覆工による劣化因子の遮断効果に加え,亜硝酸リチウムによるゲルの膨張抑制効果を部分的に付与することも可能となります.亜硝酸リチウムを用いた表面被覆工法については第3章にて詳細に記述します.

図2-39 表面含浸工法
(2)表面含浸工法
 コンクリート内部に存在する水分の量によっては,外部からの水分を抑制してもASR膨張の進行を完全に停止できないことがあります.また,表面被覆工法の高い遮水性によってコンクリート内部に水部を閉じ込めてしまい,逆にASR進行を助長したケースも見受けられます.そこで,外部からの水分を抑制すると同時に,コンクリート内部の水分を逸散させることを目的とした表面含浸工法が適用されることも多くなっています.表面含浸工法は,シラン系やけい酸塩系などに代表される含浸材をコンクリート表面にはけやローラーにて塗布,含浸させることにより,外部からの劣化因子の侵入を遮断する工法です(図2-39).シラン系含浸材はコンクリート表層に含浸して撥水層を形成する効果があり,ケイ酸ナトリウムやケイ酸リチウムなどのケイ酸塩系含浸材はコンクリート表層部の組成を緻密化し,改質する効果があります.このように表面含浸材の種類によって劣化因子の侵入抑制メカニズムは異なります.
 劣化因子の遮断効果および耐用年数は一般的に表面被覆工に比べて劣ると言われていますが,この工法は表面被覆材のようにコンクリート表面に被膜層を設けないため,構造物の外観を変えることがなく,以後のモニタリングが容易であるという利点もあり,適用される事例が増えています.また,表面被覆工法と同様に亜硝酸リチウムと併用することもできます.亜硝酸リチウムを用いた表面含浸工法については第3章にて詳細に記述します.

図2-40 ひび割れ注入工
図2-40 ひび割れ注入工
(3)ひび割れ注入工法
 ひび割れ注入工法は,ASRによりコンクリート表面に発生したひび割れに対し,樹脂系または無機系の材料を注入し,ひび割れを通じた水分浸入の低減を目的とした工法です.また,ひび割れの存在により鉄筋腐食が生じることもありますので,ひび割れ注入工法は鉄筋腐食を抑制する効果も期待しています.
 ひび割れ注入工法はスプリング圧やゴム圧による低圧注入器を用いて,セメント系,ポリマーセメント系,エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの有機系材料をひび割れ内部に低圧,低速で注入し,閉塞させる工法です(図2-40).ひび割れ注入工法はコンクリート表面のひび割れ幅が0.2mm〜30.0mm程度のものに適用可能です.ASR補修としてひび割れ注入工法を適用する場合,将来的なASR膨張進行を見込んでひび割れ追従性のある注入材を用いることもあります.
 エポキシ樹脂などの有機系注入材を使用する場合には,ひび割れ内部が乾燥した状態で施工する必要があります.ひび割れ内部が湿潤状態の場合には注入材の硬化が阻害され,十分な付着性が得られないことがありますので,湿潤面硬化型の注入材を使用するなどの対処が必要となります.逆に,セメント系注入材はひび割れ内部が乾燥した状態では注入材の流動性,充填性が低下します.従って,セメント系注入材を使用する場合には,ひび割れ内部に十分な水通し(プレウエッティング)を行った上で施工する必要があります.セメント系注入材の中でも,流動性に優れ,ひび割れ先端部の微細な隙間にまで注入可能な超微粒子セメント系注入材の使用が増えています.
 セメント系注入材は亜硝酸リチウムと併用して注入することができるため,ひび割れ注入工による劣化因子の遮断効果に加え,亜硝酸リチウムによるゲルの膨張抑制効果を部分的に付与することも可能となります.亜硝酸リチウムを用いたひび割れ注入工法については第3章にて詳細に記述します.

▲殴襪糧麕陳ゲ宗 淵▲襯リシリカゲルの膨張性を消失させる)

【内部圧入工法(亜硝酸リチウム)】
 ASRにより反応性骨材の周囲に生成したアルカリシリカゲルの吸水膨張は,リチウムイオンの供給により抑制することができます.リチウムイオンはアルカリシリカゲル中のナトリウムやカリウムと置換して,吸水膨張性を示さないリチウムシリケートを生成することにより,ゲルを非膨張化するとされています.ASRで劣化したコンクリートへの亜硝酸リチウムの供給方法としては,内部圧入工法,表面被覆工法,ひび割れ注入工法などが実用化されていますが,コンクリート中へのリチウムイオンの供給速度や供給量などの点で内部圧入工法が最も信頼性が高いと考えられます.リチウムイオンを含むASR抑制材料として一般的なのは亜硝酸リチウムです.内部圧入工は,まずASR劣化したコンクリート躯体に小径の削孔を行い,そこから亜硝酸リチウムを加圧注入してコンクリート内部に浸透させることにより,コンクリート内部の広範囲にリチウムイオンを供給し,ASR膨張を抑制する補修工法です.削孔径はφ10mmまたはφ20mmとし,その削孔間隔は500〜1,000mmと設定されます.注入圧力は対象構造物の劣化程度に応じて設定され,一般的に0.5〜1.5MPaの範囲とされます.内部圧入する亜硝酸リチウムの量は対象構造物のアルカリ含有量に応じて構造物毎に設定され,その量はLi/Naモル比0.8となる量とされています.内部圧入工の工法概要図を図2-41に,施工状況を図2-42に示します.
 内部圧入工法はゲルの膨張性を根本から抑制する工法であるため,構造物の劣化過程が進展期,加速期にあり,特に残存膨張性が高い構造物に対して多く適用されています.亜硝酸リチウムによって,いったんゲルが非膨張化されると,以後,構造物に水分が浸入しても膨張反応は生じないため,再劣化を生じる可能性が極めて低い工法であるといえます.内部圧入工法については第3章にて詳細に記述します.

図2-41 内部圧入工法
図2-41 内部圧入工法
図2-42 内部圧入工の施工状況
図2-42 内部圧入工の施工状況

コンクリートの膨張拘束 (外部拘束によりASR膨張を物理的に抑制)

【接着工法・巻立て工法】
 この工法は,ASRによるコンクリート膨張に対し,コンクリート表面に部材を追加してASR膨張を物理的に拘束することを目的としたものです.膨張拘束のために追加する部材として,FRPシート,鋼板,PCパネルなどがあります.目的が膨張の抑制であるため,構造物の劣化過程が進展期,加速期にあり,特に残存膨張性が高い構造物に対して適用されることがあります.
図2-43 鋼板巻立てによる膨張拘束
図2-43 鋼板巻立てによる膨張拘束
 ただし,部材形状が複雑な場合や設置可能範囲が限られている場合などでは膨張拘束効果を得ることができないため,適用にあたっては拘束効果が発揮されるか否かを十分に検討する必要があります.また,橋脚柱部材などでは耐震補強としての各種巻立て工法と兼用される場合もありますが,膨張拘束のために必要となる補強量の算定方法などが明確にされていないこともあり,適用にあたっては事前に詳細な検討を行う必要があります.


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