コンクリートは劣化しない？
原因は凍害、塩害と疲労

　コンクリートは、自然岩のようにほとんど劣化しないと考えていませんか？ コンクリートも、環境次第では人の寿命よりも速く目に見えて劣化が起こります。そのひとつは、凍害と呼ばれる寒冷地独特のもので、温度が氷点下と氷点以上を繰り返し行き来し、コンクリートが湿った環境にあるときに、その表面からぼろぼろになっていく現象です（図1）。氷点下の温度が保たれる極地では起こりませんが、日中晴れると雪が融ける札幌の冬は凍害の好条件が揃っています。もっと一般的な劣化が塩害と呼ばれるものです。海水などから塩化物イオンがコンクリートに侵入し、内部の鉄筋が錆びることによって膨張し、周囲のコンクリートにひび割れが発生します。力が繰り返し作用すると材料は疲労します。こうした疲労がもっとも苛酷に生じるのが、道路橋のコンクリート床版で、最悪の場合、穴があきます。特に、床版表面が水で濡れた状態になると劣化が速く起こります。

図1　コンクリート製橋脚の凍害
　　　（提供：（独）土木研究所寒地土木研究所）

劣化の予防から予測まで
構造物の“人生設計”を描く

　劣化の予防は、原因となる物質（凍害は水、塩害は塩化物イオン）の侵入を防ぐことです。セメントを多く使いコンクリートを緻密にする、コンクリート表面を緻密な材料で保護する、などの方法があります。意外にも、コンクリート内に意図的に微小な空隙を生じさせ、水が凍結して膨張したときの周囲のコンクリートを押し広げる圧力を和らげる方法も一般的に行われています。疲労に対しては、構造物の耐荷力をより大きくして、疲労による劣化が生じても壊れないようにします。
　この劣化に対して現在行われている研究は、劣化の予測（図2）と経済的な補修法の開発です。コンクリート構造物は既に大量に存在していますので、劣化が起こるとその補修費用が膨大になります。劣化がいつ起こるのかを予測することにより、将来必要な補修費用を適切に準備することが重要です。また、経済的な補修法は補修費の抑制に不可欠です。新たな材料を開発したり、たとえ高価でも劣化しにくい材料を使い、結果としてライフサイクルコストを小さくする方法もあります。

図2　疲労荷重下の劣化（ひび割れの進展）と応力分布の予測
（松本浩嗣氏の博士論文研究から）

ライフサイクルコスト

構造物の費用を製造・使用・廃棄のサイクルを通してトータルに考えたもの。

• 将来型原子力発電プラントのリスク評価
  エネルギー環境システム専攻　
  原子力安全工学研究室
  教授　杉山 憲一郎
• コンクリート構造物の劣化と疲労
  環境創生工学専攻
  維持管理システム工学研究室
  教授　上田 多門
• 基盤技術と超高サイクル疲労
  機械宇宙工学専攻
  材料機能工学研究室
  教授　中村 孝

• 10万年後の地球環境のために
  エネルギー環境システム専攻
  原子力環境材料学研究室
  准教授　小崎 完
• 免震構造による防災対策と地震リスクの低減
  建築都市空間デザイン専攻
  空間構造環境学研究室
  准教授　菊地 優