Transcript 化学的侵食 - 日本大学

化学的侵食
コンクリート工学研究室
岩城 一郎
化学的侵食とは
劣化要因：酸，硫酸塩等
 劣化現象：酸や硫酸塩などの侵食物質によるコンクリート中の
セメント水和物の分解，侵食物質がセメント組成物質や鋼材と
反応し体積膨張することによるひび割れやかぶりのはく離，さら
には鋼材腐食を引き起こす劣化現象
 劣化指標：劣化因子の浸透深さ，中性化深さ
 劣化機構：水和物の分解，膨張性化合物の生成に大別される．
（他に水和物の溶脱）
・ 水和物の分解：コンクリート中のセメント水和物と化学反応を起
こし，水に溶けにくいセメント水和物を可溶性物質に変化させる
ことにより，コンクリート組織が多孔質化したり分解したりするも
の．代表例：酸による侵食
・ 膨張性化合物の生成：コンクリート中のセメント水和物と反応し
て新たに膨張性化合物を生成し，生成時の膨張圧によりコンク
リートを劣化させるもの．代表例：硫酸塩（例えばNa2SO4）によ
る侵食

化学的侵食を受ける構造物
酸，各種塩類を使用する工業施設
 温泉地帯
 下水道施設
 海洋構造物
 硫酸塩を含む土壌

下水道施設における劣化






細菌による硫酸の生成＋硫酸による化学的侵食
１．硫化水素の生成→２．硫化水素の蒸発→３．硫化
水素の吸収と酸化→４．管壁の侵食
１．下水中あるいは下水汚泥中に含まれる硫酸イオン
が嫌気性環境（酸素の存在しない環境）において，硫
酸塩還元細菌の作用で硫化水素に変化
生成した硫化水素が流れの乱れる箇所で大気中にガ
スとして放散
気相部コンクリート表面の結露水に溶解した硫化水素
が，好気性環境（酸素の存在する環境）において，硫
黄酸化細菌によって硫酸に変化し，コンクリートを侵食
H2SO4＋Ca(OH)2→CaSO4・2H2O（二水石膏）
硫酸による劣化の特徴
劣化指標：侵食深さ，中性化深さ，（強度低下域）
 劣化に影響を及ぼす要因（侵食作用と浸透作用のバ
ランスで説明可能）
 硫酸濃度：硫酸濃度が高いほど，侵食 大→劣化深さ
大
 水セメント比：硫酸濃度が高い場合，低水セメント比の
コンクリートほど侵食 大→劣化深さ 大，硫酸濃度が
低い場合，侵食は顕在化しない．高水セメント比のコン
クリートほど中性化（浸透）深さ 大→劣化深さ 大
注）硫酸による劣化は水セメント比が低いほど（組織が緻
密なほど）劣化しやすくなるという他の劣化現象とは異
なる傾向を示す場合がある．

下水道施設における硫酸劣化
③
硫黄酸化反応
H2S+O2→H2SO4
資料提供：八戸工業大学 阿波稔先生
①
硫酸塩還元反応
SO42-+2C+2H2O→2HCO3-+H2S
④
硫
酸
に
よ
る
腐
食
実構造物の劣化メカニズム
嫌気性
硫化水素の発生
好気性
硫酸へと変化
供用14年の実構造物
圧送管直後のマンホール付近で激しく劣化
検討対象となる実構造物とコアの採取位置
実構造物の内部強度分布
推定圧縮強度（MPa）
40
針貫入試験
による実測値
フェノールフタレイン
呈色域
30
強度分布曲線
実際の劣化深さ
20
強度低下域
通常の劣化深さ
中性化深さ
侵食深さ
10
0
0
25
50
75
100
125
150
初期浸漬面からの距離(mm)
初期浸漬面からの距離(mm)
東北大学建設材料学研究室での
実験結果より
硫酸による劣化対策？
化学的侵食作用が非常に厳しい場合（例えば，
下水道構造物や温泉近くに建設される構造物）
には，一般に，化学的侵食を抑制するためのコ
ンクリート表面被覆や腐食防止処置を施した補
強材の使用などの対策を行うのが良い．
 「下水道コンクリート構造物の腐食抑制技術及
び防食技術指針」および「同マニュアル」平成14
年12月発刊（日本下水道事業団）での考え方：
基本的にコンクリート被覆工法（塗布型ライニン
グ工法とシートライニング工法）により対応する
ことが前提．かぶりコンクリートによる抑制効果
はあまり期待していない．
