コンクリート構造物補修の化学療法による定量システム
コンクリート構造物の補修技術
３．亜硝酸リチウムを用いた補修工法の概要
３．２ 亜硝酸リチウムを用いた塩害・中性化の補修工法
（１）亜硝酸リチウムを用いた塩害・中性化対策の基本的な考え方
構造物の外観変状調査の結果，鉄筋に沿ったひび割れや錆汁の滲出など塩害や中性化などの鉄筋腐食に起因する劣化が疑われた場合，詳細調査を実施して劣化要因の特定を行います．塩害に関する試験方法としては塩化物イオン含有量試験，中性化に関する試験方法としてはフェノールフタレイン法による中性化深さ試験などが挙げられます．また，塩害，中性化とも，鉄筋の腐食度を評価することが重要となりますので，はつり調査による鉄筋腐食度目視確認に加え，自然電位法や分極抵抗法などの非破壊検査手法を併用することも効果的です．劣化要因が塩害または中性化であると判定されると，次に対策工法の選定を行います．塩害や中性化の対策工法を適切に選定するためには，以下のような着目点について考慮しておくことが重要です．
塩害の劣化因子として塩化物イオンを重視するのは，主にコンクリート中の鉄筋位置の塩化物イオン濃度が腐食発生限界を超えるまでの期間です．鉄筋位置に腐食発生限界濃度（例えば2.0kg/m3 や2.5kg/m3 など）以上の塩化物イオンが侵入し，鉄筋腐食環境が形成（不動態被膜が破壊）されてしまった後は，実際に鉄筋を腐食させる水分と酸素が主たる劣化因子となります．すなわち，まだ鉄筋位置の塩化物イオン濃度が腐食発生限界濃度に達する前の段階であれば，対策工に要求される性能は「劣化因子（塩化物イオン）の遮断」となります．また，既に鉄筋位置の塩化物イオン濃度が腐食発生限界濃度に達した後でも鉄筋腐食がまだ進行していない段階であれば，対策工に要求される性能は「劣化因子（水分，酸素）の遮断」とすることができます．しかし，コンクリートにひび割れや錆汁の滲出，はく離・はく落などが生じている場合には，既に鉄筋腐食が進行していることを示していますので，この段階で選定すべき対策工は「鉄筋腐食の抑制」を主たる要求性能とすべきです．また，劣化の程度や環境条件に応じて「劣化因子（水分，酸素，塩化物イオン）の遮断」や「劣化因子（塩化物イオン）の除去」などの要求性能を組み合わせることが重要です．
中性化に関しても同様の考え方ができます．中性化の劣化因子として二酸化炭素を重視するのは，主にコンクリート中の鉄筋位置まで中性化領域が進行するまでの期間です．中性化領域が鉄筋位置（例えば中性化残り10mm）まで進行し，鉄筋腐食環境が形成（不動態被膜が破壊）されてしまった後は，実際に鉄筋を腐食させる水分と酸素が主たる劣化因子となります．すなわち，まだ鉄筋位置まで中性化が進行する前の段階であれば，対策工に要求される性能は「劣化因子（二酸化炭素）の遮断」となります．また，既に鉄筋位置まで中性化した後でも鉄筋腐食がまだ進行していない段階であれば，対策工に要求される性能は「劣化因子（水分，酸素）の遮断」とすることができます．しかし，コンクリートにひび割れや錆汁の滲出，はく離・はく落などが生じている場合には，既に鉄筋腐食が進行していることを示していますので，この段階で選定すべき対策工は「鉄筋腐食の抑制」を主たる要求性能とすべきです．また，劣化の程度や環境条件に応じて「劣化因子（水分，酸素，二酸化炭素）の遮断」や「劣化因子（二酸化炭素）の除去」などの要求性能を組み合わせることが重要です．
これらを考慮して，要求性能に応じた塩害・中性化の対策工法選定の考え方について以下に示します．
鉄筋が腐食を開始しているということは，換言すれば鉄筋周囲の不動態被膜が破壊されているということです．一度破壊された不動態被膜は，自然に回復することはありません．しかし，そこに亜硝酸リチウム（の亜硝酸イオン）を供給すると，不動態被膜が再生され，以後の鉄筋腐食反応を抑制する効果が期待できます．亜硝酸リチウムを用いた塩害・中性化対策工法としてよく適用されている「断面修復工法」に加えて，近年では「内部圧入工法」も実用化され，実績が増えています．また，塩害や中性化で発生しているひび割れの奥には腐食した鉄筋が存在するはずですので，「ひび割れ注入工法」によって亜硝酸リチウムを直接供給することもできます．ここでの亜硝酸リチウムの役割は，既に腐食が進行している状態の鉄筋に対して直ちに亜硝酸イオンを供給し，以後の鉄筋腐食反応を抑制することとなります．
これらを踏まえて，塩害や中性化により鉄筋が腐食し，コンクリートにひび割れやはく離などの変状が生じている場合の，「鉄筋腐食の抑制」を主たる要求性能とした対策工法を表3-2に示します．
なお，この劣化段階で表面被覆工法や表面含浸工法を適用することもありますが，その場合は亜硝酸イオンが鉄筋位置まで浸透するまでに長時間かかることと，供給可能な亜硝酸イオン量に制限があることなどから，再劣化を想定した維持管理シナリオをあらかじめ想定しておく必要があります．
（２）亜硝酸リチウムを用いた具体的な塩害・中性化補修工法
表面含浸工法では，まずコンクリート表面をサンダーケレンまたは高圧洗浄にて下地処理します．施工面全体に亜硝酸リチウムをはけ，ローラーで入念に塗布した後，ケイ酸リチウム系表面含浸材を噴霧またははけ，ローラーで塗布し，散水養生を行います．コンクリート表面に塗布された亜硝酸リチウムは将来的にはかぶり範囲にイオン浸透し，鉄筋の腐食を抑制する効果が期待できます．表面含浸材は亜硝酸リチウムとの相性のよい材料を選定する必要があり，ケイ酸リチウム系含浸材が推奨されます．図3-12 に亜硝酸リチウムを用いた表面含浸工法の概念図を，図3-13 に施工状況を示します．
表面含浸工法では，亜硝酸リチウムの標準塗布量が0.3kg/�屬箸気譴討い泙后イ海譴楼貳名魴鏖爾任良現狹�な塗布量であり，塩化物イオン濃度等に応じて定量的に塗布量を設定できる場合もあります．亜硝酸リチウムの浸透の目安は5 カ月間で30mm という実験結果が得られていますが，コンクリートの強度や状態によって変わってくると考えられます．
 図3-12 表面含浸工法の概念図  図3-13 表面含浸工法の施工状況 |
使用材料：プロコンガードプライマー（亜硝酸リチウム系表面含浸材）
プロコンガード（ケイ酸リチウム系表面含浸材）
表面被覆工法では，まずコンクリート表面をサンダーケレンまたは高圧洗浄にて下地処理します．施工面全体に亜硝酸リチウムをはけまたはローラーで入念に塗布した後，亜硝酸リチウムを含有するポリマーセメント系表面被覆材でコンクリート表面をコーティングします．被覆工はコテ，はけ，ローラーなどで行います．コンクリート表面に塗布された亜硝酸リチウムは将来的にはかぶり範囲にイオン浸透し，鉄筋の腐食を抑制する効果が期待できます．ポリマーセメント系表面被覆材の上には，被覆層を保護するための上塗りを行う必要があります．上塗り材は亜硝酸リチウムを含有したポリマーセメント系表面被覆材との相性のよい材料を選定することが重要となります．図3-14 に亜硝酸リチウムを用いた表面被覆工法の概念図を，図3-15 に施工状況を示します．
表面被覆工法では亜硝酸リチウムの標準塗布量が0.3kg/m2，亜硝酸リチウム含有ポリマーセメントペーストの標準厚さが2mm とされていますが，必要に応じて亜硝酸リチウム系表面含浸材の塗布量や，ペースト・モルタルの塗布厚さを変えて亜硝酸リチウム供給量を調整することもできます．亜硝酸リチウムの浸透の目安は5 カ月間で30mm という実験結果が得られていますが，コンクリートの強度や状態によって変わってくると考えられます．
 図3-14 表面被覆工法の概念図  図3-15 表面被覆工法の施工状況 |
参考工法 『リハビリ被覆工法』
使用材料：プロコンガードプライマー（亜硝酸リチウム系表面含浸材）
リハビリペースト（亜硝酸リチウム含有ポリマーセメントペースト）
リハビリモルタル（亜硝酸リチウム含有ポリマーセメントモルタル）
アイゾールEX（高分子系浸透性防水材）など
ひび割れ注入工法では，まずコンクリート表面のひび割れ内部に亜硝酸リチウムを先行注入します．これによりひび割れ内部をプレウェッティングすると同時に，ひび割れ深部の腐食した鉄筋に亜硝酸イオンを供給して鉄筋腐食抑制効果を付与します．亜硝酸リチウムを先行注入した後，ひび割れ内部が乾燥しないうちに超微粒子セメント系注入材を本注入します．超微粒子セメント系ひび割れ注入材は流動性に優れるため，ひび割れ先端まで確実に充填することができます．注入作業は先行注入，本注入ともに自動低圧注入器を用います．図3-16 に亜硝酸リチウムを用いたひび割れ注入工法の概念図を，図3-17 に施工状況を示します．
ひび割れ注入工法には，注入・圧入専用の浸透拡散型亜硝酸リチウムを使用することができます．ただし，亜硝酸リチウムの注入可能量はひび割れ幅と深さによって決まるため，塩化物イオン濃度等に応じて定量的に注入量を設定するわけではありません．
 図3-16 ひび割れ注入工法の概念図  図3-17 ひび割れ注入工法の施工状況 |
参考工法 『リハビリシリンダー工法』 NETIS 登録番号；CG-110017-A
使用材料：プロコン40（浸透拡散型亜硝酸リチウム40％水溶液）
アーマ＃600（超微粒子セメント系ひび割れ注入材）
【カプセル式圧入装置による内部圧入工法】
塩害，中性化対策としてのカプセル式内部圧入工法は，劣化したコンクリート躯体に小径の削孔（φ10mm，L=100mm 程度）を行い，そこから亜硝酸リチウムを加圧注入してコンクリート内の鉄筋周辺部に浸透させる工法です．加圧注入に先立ち，コンクリート表面に生じているひび割れをひび割れ注入工法および表面被覆工法により閉塞します．これは亜硝酸リチウム水溶液を加圧注入する際に表面への漏出を防止するための処置です．コンクリート表面の漏出防止工が完了した後，圧入孔を削孔します．削孔間隔は500mm を標準とします．全ての圧入孔にカプセル式圧入装置を設置し，設計で求めた亜硝酸リチウム設計注入量を加圧注入圧入します．注入圧力は0.5MPa を標準とします．圧入期間は注入量やコンクリートの状態によって異なりますが，一般的には7〜10 日程度となります．内部圧入工が完了したら，圧入孔を充填して施工完了となります．カプセル式内部圧入工法の概念図を図3-18 に，施工状況を図3-19に示します．
内部圧入工法には，注入・圧入専用の浸透拡散型亜硝酸リチウムを使用することができます．
 図3-18 内部圧入工法の概念図  図3-19 内部圧入工法の施工状況 |
参考工法 『リハビリカプセル工法』 NETIS 登録番号；CG-120005-A
使用材料：プロコン40（浸透拡散型亜硝酸リチウム40％水溶液）
内部圧入する亜硝酸リチウムの設計注入量は，塩害対策の場合，対象構造物の塩化物イオン含
有量に応じて構造物毎に設定され，その量はNO2/Cl モル比1.0 となる量とされます．
【亜硝酸リチウム設計注入量の算定方法】
内部圧入工法における亜硝酸リチウムの設計注入量は下記の要領で算定します．
�￣�害の場合
コンクリート表面から鉄筋位置までの塩化物イオン濃度分布を測定し，それら測定値の最大の値に対して亜硝酸イオンと塩化物イオンのモル比（NO2−/Cl−モル比）が1.0 となる量の亜硝酸リチウムを設計注入量とします．すなわち，コンクリート中の塩化物イオン濃度が高いほど，鉄筋防錆のために必要となる亜硝酸リチウムの量が多くなります．
塩化物イオン濃度と亜硝酸リチウム設計注入量との関係を図3-20 に示します．ここで，図中の亜硝酸リチウム設計注入量とは亜硝酸リチウム40％水溶液としての量を示しています．
図3-20 亜硝酸リチウム設計注入量（塩害の場合）
中性化対策として亜硝酸リチウム内部圧入工法を適用する場合は，過去の実績から塩害対策における塩化物イオン濃度2.0kg/m3 に対する亜硝酸リチウム設計注入量を用いています．すなわち，中性化対策の場合，7.47kg/m3 の亜硝酸リチウムを設計注入量とします．現時点では中性化深さやpH のように中性化特有の試験値と亜硝酸リチウム設計注入量とが関連付けられていないため，塩害によって破壊された不動態被膜を修復しうる最小の亜硝酸リチウム量を適用しているということです．
【亜硝酸リチウム設計注入量の算定例（塩害対策の場合）】
断面修復工法には，コンクリート浮き・はく離箇所のみをはつり取って修復する一般的な「部分断面修復」と，かぶりコンクリートを全てはつり取って劣化因子を除去する「全断面修復」とがあり，要求される性能に応じて選定する必要があります．
断面修復工法では，まず，はつり範囲にカッターによる縁切りを行い，コンクリート不良部をはつり落とし，腐食した鉄筋を完全に露出させます．次に鉄筋周囲をワイヤーブラシやディスクサンダーにて鉄筋をケレンし，錆を入念に除去します．その後，防錆材として亜硝酸リチウム水溶液および亜硝酸リチウム含有ペーストを鉄筋周囲およびはつり面全体に塗布します．ペーストが完全に硬化しないうちに，ポリマーセメントモルタルまたは亜硝酸リチウム含有ポリマーセメントモルタルを左官工法もしくは吹付け工法にて断面修復します．このとき，1 層の埋め戻し厚さは20〜30mm を目安とし，下地のモルタルが十分硬化したのを確認して次のモルタル層を重ねます．断面修復工法の概念図を図3-21 に，施工状況を図3-22 に示します．
断面修復材はポリマーセメントモルタルを単体で使用することもありますが，亜硝酸リチウムを混入することでより防錆効果が高まり，マクロセル腐食を抑制する効果も期待できます．このとき，亜硝酸リチウムの混入量の例として55kg/m3 という数値が提案されています．
 図3-21 断面修復工法の概念図  図3-22 断面修復工法の施工状況 |
参考工法 『リハビリ断面修復工法』
使用材料：プロコンガードプライマー（亜硝酸リチウム系表面含浸材）
リハビリペースト（亜硝酸リチウム含有ポリマーセメントペースト）
リハビリモルタル（亜硝酸リチウム含有ポリマーセメントモルタル）
PSL-40（断面修復工法用亜硝酸リチウム40％水溶液
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