コンクリート品質管理とは、ひび割れや劣化を防ぎ、設計された性能を長期にわたって維持するための重要なプロセスです。
コンクリートの品質に影響を与える要因として、凍害・塩害・中性化・アルカリ骨材反応などがあり、それぞれに応じた対策が必要になります。
また、エフロレッセンスを抑えることで、高耐久な構造物の実現にもつながります。
このページでは、コンクリートの品質管理手順や各種劣化対策について解説しています。
コンクリート品質管理の手順
品質管理の手順、品質特性の選定について検討を行います。品質の現状を総合的に示すもので、工事目的全体の安全性、耐久性に大きく影響します。品質特性値を決めます。
コンクリート品質管理図、エーア・スランプの品質管理図、寒中養生の温度管理、現場密度試験・コンクリート管理・アスファルトの温度管理など、コンクリートの品質管理のソフトです。確認しやすい特性で、結果を容易に判別でき、品質確保のための対策を講じやすい特性であることです。
実施したデータをとり、品質は通常、設計図書、仕様書に記載されています。コンクリートの品質管理図、試験盛土の沈下量の測定、土の締固め試験、コンクリートの圧縮強度試験などのフリーソフトやテンプレート・フォーマット・ひな形（雛形）が、無料でダウンロードできます。品質特性の選定を考慮します。管理図を作成し、工程の安定性を確認します。
作成した書類・データはクラウドに保存しておくと、タブレットからでも閲覧・編集ができて便利です。
コンクリートの設計品質を達成するためには
設計品質を達成するためには、管理する対象を決めますが、これを品質特性、管理特性といいます。代用特性とは、目標とする真の特性に関連し、真の特性の代りに使用する特性です。
シュミットハンマー管理表、セメントミルク配合表、コンクリートの強度推定、パーマネントサポートの存置期間計算、寒中コンクリートの温度管理などのコンクリートの品質管理のフリーソフトです。品質管理とは、設計、仕様書に記載された規格を満足するような構造物を、経済的に築造するために、統計的手法を使って管理することをいいます。工程に異常がある際には、処置を講じ、品質標準を決めます。
品質管理のフリーソフトは、スランプ・空気量試験、現場密度試験、粒度測定、アスファルト温度管理、X-Rs-R m管理図・度数分布・工程能力図などのソフトやテンプレート・フォーマット・ひな形（雛形）があります。代用特性を品質特性とみなす際には、真の特性との関わりを明白にして、作業標準を決めます。
コンクリートの品質管理とひび割れの対策
コンクリートとひび割れ
「コンクリートにひび割れが付きものである」と建設業界の方々がよく口にしますが、これはひび割れをある程度容認する立場の見解です。確かに、コンクリートはひびが入りやすく、ひび割れのない完璧な状態は稀です。しかし、ひび割れが直ちにコンクリート構造に重大な問題を引き起こすことは少ないからといって、対応を怠って良いわけではありません。
一般の人々からすれば、こういった説明では納得しづらいのも無理はありません。多くの場合、ひび割れが発生する背景には、対応すべき部分が改善されていないことがあるからです。そのため、ひび割れが問題化する現場では、施工者の対応の問題も見受けられることが多いです。
建設業界に携わる者として「ひび割れは仕方がない」と安易に考えるのではなく、ひび割れが発生した際には異常事態と捉え、次にどのようにしてひび割れを防ぐかを真剣に考える必要があります。ひび割れを最小限に抑えるための対策を講じることが、品質管理の重要な一環といえます。
乾燥収縮ひび割れの原因
コンクリートのひび割れの多くは、乾燥収縮によるものです。石のように硬いコンクリートが乾燥するだけでひび割れるのは不思議に感じるかもしれません。しかし、コンクリートは木材や鋼材と異なり、ほとんど伸縮しないため、少しの収縮でもひびが入りやすいのです。特に、練り水が多いコンクリートや、硬化の初期段階で乾燥状態に置かれたコンクリートは水分の蒸発量が多く、ひび割れやすい傾向があります。
骨材の種類と練り水の量の影響
最近の研究では、ひび割れに影響を与えるのは練り水の量よりも、むしろ骨材の種類であると言われています。骨材の性質によって乾燥収縮量が変わるため、骨材の選定に注意することが重要です。しかし、水分の蒸発量が増えると内部に空隙が多くなり、外気の影響を受けやすくなるため、耐久性が低下します。
そのため、耐久性を向上させるためには「練り水を少なくし、硬化した組織を緻密にする」ことが重要です。これにより、構造物の内部が外部環境からの影響を受けにくくなり、ひび割れの発生を抑制することができます。
コンクリートのひび割れは避けられない現象であると認識しつつも、それを最小限に抑えるための対策と努力が必須です。高品質なコンクリートを実現するために、練り水の量や骨材の選定、乾燥収縮の管理が重要です。
エフロレッセンスを減少させて高耐久性を実現する
エフロレッセンスの原因と影響
ひび割れから白い物質が出てくることがありますが、それはおそらくエフロレッセンス（略してエフロ）です。コンクリート中に水の流れがあると、カルシウム水酸化物が水に溶け出し、表面に移動します。エフロは、カルシウム水酸化物が二酸化炭素と反応して生成した炭酸カルシウムが主成分です。
エフロは冬場の硬化初期に水蒸気の蒸発面に見られることが多く、硬化後のコンクリートのひび割れ部にもよく見られます。硬化後のコンクリートにエフロが見られる場合、水分が供給されているひび割れの存在が疑われます。一般的にエフロはコンクリートの品質を著しく低下させるものではありませんが、多量のエフロは空隙を増やし、強度や耐久性に悪影響を及ぼす恐れがあります。
エフロの対策方法
エフロの発生を抑えるためには、ひび割れ部分への水分の供給を止めることが基本です。局所的な防水処理やひび割れ部分の修復を行うことで、エフロの発生を抑制することができます。
エフロレッセンスなどの問題にも早期に対応し、ソフトウェアの活用を通じて品質管理の徹底を目指すことが求められます。これにより、耐久性の高いコンクリート構造物の実現に貢献できるでしょう。
ソフトウェアを活用した品質管理
近年では、コンクリートの品質管理にソフトウェアを活用する方法も増えています。ひび割れの発生リスクを予測し、施工管理や材料選定に役立てることができます。また、施工後のコンクリート構造物のモニタリングをソフトウェアで行うことで、早期に異常を検知し、適切な対策を講じることが可能です。
凍害の問題と対策
凍害とは何か
コンクリートが凍害を受けると、その表面が次第に劣化し、崩れていきます。この現象は、コンクリート内部の微細な空隙に存在する水が凍結・融解を繰り返すことによって引き起こされます。水が凍ると体積が増え、膨張圧が発生します。この圧力が繰り返し発生することで、コンクリートにひび割れや剥離が生じるのです。
凍害の予防策
凍害を防ぐためにはいくつかの方法があります。特に硬化初期のコンクリートでは凍結を防ぐことが重要です。一方で、硬化後にはAE剤（空気連行剤）を使用することで凍害を予防することができます。AE剤はコンクリート内部に微細な気泡を生成し、これらの気泡が膨張圧力の逃げ道となるため、コンクリートの損傷を防ぎます。
コンクリートの密度と凍害
密度の高いコンクリートは微細な空隙が少ないため、凍害を受けにくい特性があります。水和反応がしっかりと進行した緻密な構造のコンクリートは、そもそも内部に凍結する水が存在しないため、これが凍害への耐性を高める要因となります。
・硬化初期には凍結を防ぐことで凍害を予防。
・硬化後にはAE剤の使用が有効。
・密度の高いコンクリートは凍害に対する耐久性が高い。
塩害の問題と対策
塩害とは何か
鉄筋コンクリートに塩化物イオンが侵入すると、鉄筋が錆びやすくなります。これが塩害です。過去には海砂に含まれる塩分が主な原因でしたが、近年では海砂の使用が減少し、現在の塩害は大半が外部からの塩化物イオンの侵入によるものです。
主な発生源
海沿いの地域では潮風によって塩分が運ばれ、内陸部では凍結防止剤に含まれる塩化物イオンが鉄筋へと影響を及ぼします。どちらの場合も、塩化物イオンが鉄筋に達することで腐食が進行します。
塩害の予防策
塩害を防ぐためには、塩化物イオンの侵入を防ぐことが最も効果的です。高密度で緻密なコンクリートは、塩化物イオンが内部に侵入しにくいため、塩害を起こしにくいとされています。また、コンクリートの表面を特殊なコーティングで被覆することで、外部からの侵入をさらに防ぐことができます。
・過去は海砂の塩分が主な原因。
・現在は外部からの塩化物イオンが原因。
・密度の高いコンクリートは塩害に対する耐性が高い。
・表面被覆による対策も有効。
中性化の問題と対策
中性化とは何か
コンクリートは通常、pH12以上の強アルカリ性を保持しています。しかし、大気中の二酸化炭素との反応でアルカリ性が次第に失われ、中性化が進行します。中性化が進むと、鉄筋が錆びやすくなります。このため、中性化はコンクリート構造物の耐久性に重大な影響を与える問題です。
中性化の進行と確認方法
中性化の進行を確認するためには、フェノールフタレインという指示薬が用いられます。フェノールフタレインはpH10以上のアルカリ性で赤紫色に変色するため、中性化が進んでいる部分は色が変わりません。
中性化の予防策
中性化を防ぐためには、コンクリートの緻密さが重要です。高密度のコンクリートは外部からの二酸化炭素の侵入を防ぐことで、中性化の進行を遅らせることができます。また、コンクリート表面を被覆することで、さらなる防御を行うことができます。
・コンクリートは強アルカリ性。
・大気中の二酸化炭素と反応し中性化する。
・緻密なコンクリートは中性化しにくい。
・表面被覆で進行を遅延可能。
アルカリ骨材反応の問題と対策
アルカリ骨材反応とは何か
アルカリ骨材反応は、コンクリート内のアルカリ成分と骨材中の反応性鉱物との反応で起こります。この反応により生成されるアルカリシリカゲルは吸水膨張性を持ち、水を吸収すると膨張してコンクリート内部に圧力をかけ、ひび割れを引き起こします。
発症の兆候
アルカリ骨材反応が発生したコンクリートには、亀甲状のひび割れや白色のゲル状物質の滲み出しが見られます。
アルカリ骨材反応の予防策
この反応を防ぐためには、反応性のない骨材を選定することが基本です。また、高密度のコンクリートを用いることで、水の侵入を防ぎ、アルカリシリカゲルが膨張するのを抑制することが可能です。さらに、表面被覆によって水の侵入を阻止することも有効です。
・アルカリ成分と骨材中の反応性鉱物が反応。
・吸水膨張性の物質が生成される。
・材料の選定と高密度なコンクリートが対策となる。
・表面被覆も有効。
コンクリートの品質管理に関する総合ガイド
コンクリートの品質管理は、一つの試験だけで完結するものではなく、複数の試験結果を総合的に評価することで達成されます。圧縮強度試験や中性化試験、見掛け密度試験、吸水率試験などを相互に補完し合うことで、より正確かつ信頼性の高い評価が可能となります。また、非破壊検査を併用することで、効率的かつ広範囲な品質確認が実現します。これにより、安全かつ長寿命なコンクリート構造物を提供することが可能となります。
品質試験の重要性
コンクリートの品質管理は、構造物の耐久性と安全性を確保するために欠かせない重要な工程です。品質試験を行うことで、コンクリートの適正な性能や耐久性を評価し、不測の問題を未然に防ぐことができます。本章では、コンクリートの品質管理における主要な試験方法とその評価方法について詳述します。
フェノールフタレイン試験による中性化評価
中性化が進行すると、コンクリート内部の鉄筋が錆びやすくなり、構造物の耐久性が低下します。そのため、フェノールフタレインのエタノール溶液を用いて、中性化の進行度を評価することが有効です。この試験では、コンクリートコアにフェノールフタレイン溶液を噴霧し、色の変化を観察します。アルカリ性が保持されている部分は赤紫色に変わり、中性化が進んでいる部分は変色しません。
複数の試験を組み合わせた総合的な評価
コンクリートの強度だけでなく、その耐久性を評価するためには、以下のようなさまざまな試験を行う必要があります：
圧縮強度試験
採取したコアを直径：高さ＝1:2 の比率に整形し、圧縮強度を測定します。結果は設計強度と比較し、安全性を確認します。
見掛け密度試験
コンクリートの空隙量を推察するために用いられます。見掛け密度が低い場合、空隙が多く含まれていると考えられ、耐久性が低いことが示唆されます。
吸水率試験
吸水率が大きい場合も空隙が多いことを示しています。この結果からも耐久性の低さが判定できます。
中性化試験
コンクリートの中性化の深さを測定し、内部鉄筋の腐食リスクを評価します。
これら試験結果を総合的に評価することで、コンクリートの強度、耐久性、中性化進行度を包括的に判断できます。
品質異常への対応策
品質試験の結果、異常が発見された場合の対応策についても考慮する必要があります。以下にいくつかの対応策を示します：
強度不足の場合
新築工事において強度不足が判明したときには、直ちに取り壊すことが一つの方法です。しかし、可能な限り養生を行い、数か月待って強度の改善を期待する方法もあります。3か月たっても強度が不足している場合は、補強またはやり直しが必要です。
耐久性の低下が疑われる場合
見掛け密度が低い、吸水率が高いなどの結果から空隙が多いことが示唆される場合は、水ガラスを表面に塗布して耐久性の向上を図ることが推奨されます。私の推奨する標準施工法では、養生後に水ガラスを塗布する手法を用います。
非破壊検査による簡易品質確認
非破壊検査は、コンクリートを損傷せずに品質を確認するための方法です。これにより、広範囲のコンクリート品質を効率的に評価できます。以下にいくつかの非破壊検査の手法を紹介します：
シュミットハンマー試験
コンクリートの表面を叩いた際の反発値を測定し、強度を推定します。この方法は簡便ですが、得られた結果の換算には注意が必要です。
視覚、聴覚、触覚を用いた評価
見た目での表面の滑らかさや色合い、金槌で叩いたときの音の高さ、釘で引っ掻いたときの硬さなども重要な評価項目です。
非破壊検査は、コア抜き検査と併せて実施することで、総合的な品質評価が可能になります。