[技術士] 専門知識のネタ③ 塩害について

試験日（8/4）まであと２週間となりました。
昨年度、技術士受験に向けて、事前にヤマを張って用意した小論文をこれまで４つ紹介してきました。
[技術士] 建設一般のネタ① 安全・安心の社会づくり
[技術士] 建設一般のネタ② 地球環境について
[技術士] 専門知識のネタ① アルカリシリカについて
[技術士] 専門知識のネタ② エココンクリートについて

今回は、第５弾として「アノード・カソード・塩化物イオン・塩害」についてご紹介したいとおもいます。今年から出題方式が変わることが予想されます。責任は取りませんが、参考までに（笑）

------------------

1.はじめに
　コンクリートはメンテナンスフリーの材料として考えられてきたが、1980年頃から沿岸部において、鉄筋コンクリート構造物から錆汁の滲出を伴うひび割れ被害が散見されるようになった。後にこれは塩害によるものであることが研究により特定された。錆汁の滲出が見られるときは既に構造体内部の鉄筋は発錆しており、劣化はかなりの確率で進行しているといえる。

2．劣化の機構
　コンクリート内の鉄筋は、厚さ3nmの不動態皮膜により覆われており、これにより発錆が抑えられている。不動態皮膜が破壊される原因は、
　①コンクリート中の塩分が増加
　②コンクリート中の細孔溶液のpHが低下
の二つあり、塩害は①に該当する。塩分が供給され原因には、初期塩分と外来塩分に分けられる。初期塩分は、除塩が完全でない海砂の使用に起因する。また外来塩分は、沿岸部での潮風や塩化カルシウムを成分とする凍結防止剤などによりコンクリート表面から浸透していく。浸透速度は、飛沫帯や乾湿が繰り返される所ほど早い。このようにして蓄積された塩化物イオンCl^-が鉄筋周辺で1.2～2.5kg/m³になると発錆する。
　腐食反応は、鋼材表面から鉄イオンFe²⁺が細孔溶液中に溶け出すアノード反応と、鉄イオンが鋼材中に残した電子2e^-と細孔溶液中の酸素、水と反応するカソード反応による。
　・アノード反応： Fe → Fe²⁺ + 2e^-
　・カソード反応： 1/2 O2 + H2O + 2e^- → 2OH^-
この反応により生じたFe²⁺と2OH^-が反応することにより、水酸化第一鉄Fe(OH)2が生じる。これが発錆となる。発錆により、鉄筋は体積が２～４倍になる。この膨張により、コンクリートに引張力が作用し、ひび割れ生じる。ひび割れが表面まで到達すると、水や酸素の供給が容易となり加速度的に劣化が進行していく。なお、塩害は中性化と異なりコンクリートそのものの強度は低下しない。



3．調査と対策
　コンクリート中の塩分濃度を知る方法としては塩化銀沈殿法などがある。また塩害による鋼材腐食の可能性を調べる方法には自然電位法がある。これは鉄筋腐食時にはカソード部からアノード部に腐食電流が流れるが、この電流を検知することで腐食の可能性を探るものである。
　塩害に対する対策を次に示す。
①塩化物イオン含有量の確認
　コンクリート打設時のフレッシュコンクリートに含まれる塩化物イオン量を、適用する仕様書の基準を満たすことを確認する。
②かぶり厚さの確保とコーティング
　外来塩分の量が多い環境の時には、設計段階からかぶりを大きくしたり、防錆鉄筋を用いる。
③脱塩
　外部電極を取り付け、コンクリート中の塩化物イオンの泳動させて塩分を取り除く
④電気防食
　外部電極を取り付け、腐食電流の原因となるアノード部とカソード部の電位差を小さくするために直流電流を流す
⑤コンクリートの打ち換え
　塩分の多い部分を全て斫りだし、コンクリートを打ちかえる

４．おわりに
　厳しい塩害環境においては、将来的に維持管理コストが増大することが考えられるので、建設当初から電気防食システムを初期投資コストがかかったとしても取り入れ、ライフサイクルコストを下げる試みがでてきた。塩害を防ぐためには、このようなシステムだけではなく、施工時の品質確保と定期的な維持管理が重要であると考える。

以上

[サイト内検索 例： コンクリート診断]

[技術士] 専門知識のネタ② エココンクリートについて

[技術士] 建設一般のネタ① 安全・安心の社会づくり
[技術士] 建設一般のネタ② 地球環境について
[技術士] 専門知識のネタ① アルカリシリカについて

に引き続き第４弾として「エココンクリート」について用意した小論文を掲載します。

昨年１８年度の専門知識グループＣ（この中から一問回答）の問題は、
①環境負荷を低減するセメント，骨材，及び環境負荷の低減機能を有するコンクリートを１つずつ挙げ，その３つについて選定した根拠と利用の現状を示し，今後の展望について述べよ。
②コンクリート構造物の初期欠陥のうちコンクリートの材料・配合に起因するものを２つ挙げ，それぞれについて発生原因を含めて説明し，初期欠陥を防止するための方策について設計および施工の両面から述べよ。
③フレッシュコンクリートの受け入れ時の検査項目について，コンクリート構造物の耐久性確保の観点から説明し，現状の問題点と今後の展望についてあなたの意見を述べよ。
④圧縮強度が80N/mm2以上の超高強度コンクリートの利用の現状を示した上で，それを構造部材に適用した事例を１つ挙げて，適用にあたっての課題と今後の展望についてあなたの意見を述べよ。
でした。ヤマがあたって①を解答することができました。ヤマを読むことは大事ですね・・・。

-----

１．はじめに
　限りある資源を有効に活用すること、環境負荷を減らすことを目的に、平成13年にグリーン購入法が施行された。コンクリートに関連する主なグリーン調達項目を次に示す。
・コンクリート用スラグ（高炉スラグ、電気炉酸化スラグなど）
・混合セメント（高炉セメント、フライアッシュセメントなど）
・セメント（エコセメント）
・路盤材（再生骨材）
・吹付コンクリート（フライアッシュ入りセメント）
　火力発電所や製鉄所から廃棄物として出させる高炉スラグやフライアッシュは、長期強度やワーカビリティ、水密性の向上やアルカリ骨材反応対策として古くから研究され活用されてきた。ここでは、近年ＪＩＳ化された製品について述べる。

２．製品について
①エコセメント（平成１４年にＪＩＳ規格化）
　これまで都市ごみ焼却灰はすべて最終処分場で埋め立てられてきた。普通セメントは、粘土、石灰石、鉄などから作られるが、都市ごみ焼却灰の成分が粘土と同じであることから粘土の代わりとして都市ゴミや下水汚泥の焼却灰が使用されエコセメントが誕生した。焼却灰は塩分濃度が高いので、塩害が懸念されたが、技術の進歩により残留塩分を少なくできるようになった。塩分が多いもの速硬エコセメントとして活用されている、エコセメントのメリットを次に挙げる。
・環境負荷の低減と無害化の両立
　エコセメントの材料としての焼却灰を得るために1300℃以上の高温で燃焼させる。これによりダイオキシンなどの有害物を完全に除去できるのと同時に、最終処分場での埋立量を削減できる。
②電気炉酸化スラグ骨材（平成１５年にＪＩＳ規格化）
　鉄くずなどのスクラップは電気炉で溶かされて再生品化される。その際、酸化スラグと還元スラグが発生するが、還元スラグはコンクリートを異常膨張させるために使用されてこなかった。しかし、酸化スラグのみを抽出できるようになったために高炉スラグのように混和材として用いるのではなく、粉砕方法により粗骨材、細骨材として用いる。電気炉酸化スラグの特徴を次に示す。
・単位体積重量を大きくできる（放射線遮蔽コンクリート、重量コンクリートに使用可）
・工業製品の副産物なので不純物が少ない
・磨り減り抵抗性がある
③再生骨材（平成１７年にＪＩＳ規格化）
　コンクリート構造物を解体したときに発生するコンクリート塊を粉砕し分級したものが再生骨材である。これまで次のような問題点があった。
・セメントペーストなどを落としきれないので骨材として品質が良くないものであった。
・暴露状態で使用すると六価クロムが溶出する危険性があった。
　このため、重要部材ではない路盤材や裏込材として使用されてきた。しかし、技術の進歩により通常の骨材と同じレベルにすることができるようになり処理区分によっては構造部材にも適用可能となった。
３．おわりに
　戦後50年で日本におけるコンクリート構造物の社会ストックは、約９０億立米と想定される。今後、高度経済成長期に作られたコンクリート構造物は一気に更新を迎える。リサイクル製品はコスト的には高価となってしまい、ＬＣＣの考え方には反することがある。しかし、ＬＣＡ（一つの製品が生涯に及ぼす環境負荷）を最小化させるためには積極的にリサイクル製品を使用し、循環型社会に貢献しなければならないと私は考える。

以上

[技術士] 専門知識のネタ① アルカリシリカについて

[技術士] 建設一般のネタ① 安全・安心の社会づくり
[技術士] 建設一般のネタ② 地球環境について
に引き続き第三弾としてアルカリシリカ反応について用意した小論文を掲載します。参考にしてください。

１．はじめに
　コンクリートはメンテナンスフリーの材料として広く使用されてきたが、昭和50年代に北陸、中国、近畿エリアにおいてアルカリシリカ反応による損傷が発見された。アルカリ骨材反応には、アルカリシリカ反応、アルカリシリケート反応、アルカリ炭酸塩反応があるが、日本では主にアルカリシリカ反応が多く報告されている。

２．劣化の機構
　セメントに含まれるアルカリ分（Na2SO4やK2SO4）はセメントの水和反応中にコンクリートの空隙内にある細孔溶液に溶け出して、ｐH13程度の強アルカリを呈する水酸化アルカリ（NaOH、KOH）となる。アルカリ反応性がある骨材がこれらの水酸化アルカリと反応することで、骨材の周辺にアルカリシリカゲルが生成される。アルカリシリカ反応性がある骨材は安山岩系、火山岩系、変成岩系などがあげられる。反応の程度は骨材の粒系や産地、混合率（ペシマム量）などにより異なってくる。
　アルカリシリカゲルが生成されるとアルカリシリカゲルは吸水膨張を起こす。この膨張により骨材周辺に微小なひび割れが生じる。このひび割れが進行すると擁壁などの拘束力の小さい無筋コンクリートでは表面にマップ状（亀甲状）のひび割れが発生する。拘束力のあるPCやRC構造物では軸方向にひび割れが発生する。更に進展すると鉄筋が膨張力により破断したり、アルカリシリカゲルがひび割れ部から滲出したりする。

３．調査と対策
　アルカリシリカ反応は、ゲルの生成～吸水膨張まで数年かかる。そのために定期的なモニタリングを行い反応を早期に発見することが重要である。アルカリシリカ反応の調査には次の方法がある。
①挙動調査：アルカリシリカ反応は温度依存性がある。年間を通してモニタリングすることで判断する。
②目視調査：ゲルの滲出状況を調査する。



③残存膨張量調査：コアを抜き取り、促進養生試験を行い膨張可能性を調査する。
　アルカリシリカ反応への対策は、事前対策と事後対策に分けられる。建設時における事前対策は、
・アルカリ反応性に対し、無害と判定される骨材を使用する
・アルカリ分の少ない低アルカリセメント、高炉セメントB種C種、フライアッシュセメントB種C種を使用する。
・コンクリート中のアルカリ総量をNa2O換算で3.0kg/m3以下に抑える。
が挙げられる。また調査によりアルカリシリカ反応が認められた場合の事後対策には、
・水分が供給されることにより更に進行するのでエポキシ樹脂などをひび割れに注入し、水みちを断つ
・膨張力に抵抗するために鋼鈑やプレストレスなどで拘束する
・アルカリシリカ反応を抑制する亜硝酸リチウムを注入する
・アルカリシリカ反応により劣化下部分を全て斫りとってコンクリートで断面修復する

４．まとめ
　アルカリシリカ反応により発生するひび割れから塩害や中性化、凍害などを併発し劣化が加速度的に進行することが懸念される。事前対策を行うことはもちろんのこと継続的なモニタリングを行い症状が出た段階で適切に事後対策を行うことが重要であると考える。

以上

[サイト内検索 例： 専門知識のネタ ]

[技術士] H19年度 技術士建設部門一般記述問題大胆予測！⑤

久々に技術士関連のブログを書いてみようと思います。
今月は「環境月間」です。環境省のHPには以下の記述があります。

『６月５日は環境の日です。これは、１９７２年６月５日からストックホルムで開催された「国連人間環境会議」を記念して定められたものです。国連では、日本の提案を受けて６月５日を「世界環境デー」と定めており、日本では「環境基本法」（平成５年）が「環境の日」を定めています。
　「環境基本法」は、事業者及び国民の間に広く環境の保全についての関心と理解を深めるとともに、積極的に環境の保全に関する活動を行う意欲を高めるという「環境の日」の趣旨を明らかにし、国、地方公共団体等において、この趣旨にふさわしい各種の行事等を実施することとしています。
　我が国では、環境庁の主唱により、平成３年度から６月の一ヶ月間を「環境月間」（昭和４８年度～平成２年度までは、６月５日を初日とする「環境週間」）とし、全国で様々な行事が行われています。世界各国でも、この日に環境保全の重要性を認識し、行動の契機とするため様々な行事が行われています。』

環境月間を受けていろんな企業で環境アピールをしてますね。
一昔前は、環境と介護は金にならない慈善事業と言われていました。確かにその通りで利ざやは少ないものではありますが、これに最近はCSR：企業の社会的責任が加わったものだから目の色かえて、金にならない環境に各企業が力をいれています。今、環境を軽視する会社は感度が低いと思われるだけでなく、社会的責任を果たしていないと烙印を押されてしまいます。



昨日、日テレecoウィークの特番で「菊川怜・アイスランドから白神へ！　～エコと出会いと冒険の旅～」がやってました。アイスランドの水素立国宣言について。アイスランドの電気で水素をつくり、それを水素エネルギとして活用する取り組みを日本でできるか？といえば限りなく
　・人口の問題（アイスランド30万、日本1億2700万）
　・人口に対する地熱、水力の絶対的なポテンシャル量
の条件で相当厳しいですが参考にはなるでしょうね。沖縄や小笠原などの島嶼部でやるのであれば実現可能かもしれませんが・・・。

6日～8日のドイツ・ハイリゲンダムサミットでもポスト京都について話し合われました。安倍首相の美しい星50構想がおおむね好意的の捕らえられたようです。

何がいいたいのか良く分からなくなってしまいましたが、来年の北海道洞爺湖サミットを安倍首相は「日本の最先端の省エネや環境技術のショーケースにしたい」と意気込んでいることからしても、国交省は十分すぎるほど炊きつけられているのは目に見えます。建設一般の出題としてはいまさらながら「環境」がタイムリーすぎるほどのネタです。是非とも建設一般小論文対策をしたほうが得策です。




[サイト内検索 例： コンクリート診断]

[技術士] H19年度 技術士建設部門一般記述問題大胆予測！④

先週金曜の新聞で「美しい星５０」構想が掲載されてました。

この「美しい星５０」はポスト京都議定書に対して日本が提唱するプランです。安倍首相らしいネーミングだとおもいます。 ドイツ・ハイリゲンダムサミット(G8：日米英独伊仏露カナダ)でお披露目して来年の北海道洞爺湖サミットでの目玉商品・日本が主導権をとるためのネタにするようです。

このプランは2050年までに全世界の二酸化炭素（ＣＯ２）など温室効果ガスの排出量を現状から半減させることを世界共通の目標として掲げ、ポスト京都議定書となる１３年以降には米国、中国、インドなどすべての主要排出国が参加できる枠組みづくりを提唱するものです。

2050年までに温室効果ガスの排出量を現状から半減させるために
・革新的技術の開発
・低炭素社会づくり
・アメリカ、インド、中国の参加
・先進国や途上国、新興国それぞれの事情に配慮した多様な枠組み
・省エネ技術を生かし、環境保全と経済発展を両立させる
・資金メカニズム
を具体策としてますがこれで上手くいくかどうか・・・目標が大きく40年も先のことなのでなんとも言えないですね。EUのように2020年くらいを想定したほうが現実味を帯びてるとおもうのですが。。。

なお、EUは2020年までにポスト京都対策として、排出量を1990年比で20％以上削減することを目標としています。非常に現実味を帯びた計画ですよね。EUはまだまだ旧東欧諸国への拡大しているからです（EUは現在27カ国）。環境対策が遅れてる東欧諸国を取り込めばそこでの削減効果をEU全体の成果にすることができるからです。
まだ新しい記事なのでなんともいえませんが、地球環境に関することは必ず建設一般で出題されるとおもうので要注意です！

[サイト内検索 例： 問題 予測]