【コンクリート診断士】基礎【劣化の機構:中性化】

基礎編
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中性化とは

中性化のメカニズムは、大気中の二酸化炭素(CO2)がコンクリートに浸入し、炭酸化反応を起こすことによって、細孔溶液内のpHが低下する現象。

何が問題になるかというと、コンクリートが中性化することによって鉄筋コンクリート内部にある鋼材の不動態皮膜が消失し、鋼材の腐食が生じてしまう。

腐食が進行するにつれて、コンクリートにひび割れが生じ、ひび割れが生じると腐食がさらに加速する。そして、ひび割れも加速し、コンクリートが剥落したり、鋼材の断面欠損による耐荷性の低下等が生じることになる。

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まず、中性化についてpHの変化を避けることは出来ない。コンクリートのpHは12以上と高アルカリ性を示すが、その高いpHを保持してくれているのは水酸化カルシウムであることが知られている。
※水酸化カルシウムが多いほど中性化の進行は抑制される。
次に、炭酸化は、大気中の二酸化炭素がコンクリートの細孔溶液中に溶解し、炭酸イオンや炭酸水素イオンになり、セメント水和物と反応することを炭酸化反応というが、細孔内に浸入するためには、
①湿潤状態でコンクリートが水分で閉塞された空隙が多いときは侵入しづらい。そして、
②コンクリートが乾燥状態だと細孔溶液量が少ない為、炭酸化反応が起きない。
つまり、①と②の条件が満たされる中間程度の湿度で起きやすいことがわかる。
※実際には湿度50%程度が最も炭酸化反応が起きやすい。
※CO2濃度が多い方が当然中性化が早い。いわゆる人間の生活している屋内の方が早い
水酸化カルシウムなどのセメント水和物炭酸イオンや炭酸水素イオンによる反応が炭酸化反応
炭酸化によりpH低下及び細孔構造の変化が起きる。水酸化カルシウムが炭酸カルシウムに変化するので、当然構造は変わる。正直よくわからん。
ここまでの反応は表面的には分からない。
→中性化の進み具合については深さの測定を図る方法があるし、中性化の速さを推定する計算式はある。
中性化速度式 C(中性深さ:mm)=A(中性加速度係数)√t(経過年数)
中性深さの測定は、フェノールフタレイン法(1%濃度の溶液を噴霧)、ドリル法等々。
ちなみにフェノールフタレインだと赤紫色はpH10以上で染まることを小学校や中学校で習ったと思うが、鋼材の腐食はpHが11以下で開始する。つまり、未着色の部分よりも若干内部まで腐食の可能性域があることがわかる。
そして、鋼材の腐食により錆びて膨張し、膨張によってひび割れが生じ・・・となる。
腐食反応については、①水②酸素③不動態皮膜の破壊が起こって進行する。
これによりコンクリートが乾燥しすぎていると水が少ないので、腐食が遅くなることがわかる。
→コンクリートの水分の把握が必要になる。
メカニズム的にはこんなところかな。
腐食と中性化については、中性化残り(鋼材のかぶり厚さと中性化深さの差)も重要。
中性化残りが、
・塩化物を含むコンクリートで約20mm
・塩化物を含まないコンクリートで約8mm
で腐食を開始するとされている。※教科書や研究資料によって若干差異がある。
かなり書き殴りだけどこのへんで。
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