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
３．３ 亜硝酸リチウムを用いたASR の補修工法
（１）亜硝酸リチウムを用いたASR 対策の基本的な考え方
構造物の外観変状調査の結果，ひび割れや白色ゲル析出などASR による劣化が疑われた場合，コア採取による詳細調査を実施して劣化要因がASR であるかどうかを判定します．ASRに関する試験方法としては，膨張量試験，岩種判定，アルカリ含有量分析，アルカリシリカゲルの確認などが挙げられます．劣化要因がASR であると判定されると，次にASR 対策工法の選定を行います．ASR 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．
ASR によるコンクリートの膨張性は非常に大きく，その膨張も長期間継続することが知られています．その結果，ASR 補修を施工しても短期間のうちに再劣化を引き起こしている構造物も少なくありません．従って，ASR で劣化した構造物の対策工法を選定するにあたり，将来的なASR 膨張性，進行性を把握し，今後も有害な膨張が進行するか否かを適切に評価することは極めて重要です．ASR の膨張性を評価する方法として，コア採取による残存膨張量試験が挙げられます．残存膨張量試験には，「JCI-DD2 法」，「カナダ法」，「デンマーク法」などがあり，それぞれ促進条件や試験期間，判定基準などが異なります．いずれの試験方法を用いた場合でも，それぞれの判定基準を超える膨張量を示した場合には，今後も有害な膨張が進行することを前提として対策工法を選定することが重要となります．
ここで，いずれの試験方法においても当該構造物の将来的なASR 膨張進行の可能性を定量的に示すことができるのですが，反応性骨材の種類によっては，ある試験方法では膨張性を適切に評価できずに「無害」と誤診する可能性があることも指摘されています．例えば，JCI-DD2法における判定基準値のひとつとして，13 週間の促進環境下における膨張量が0.05％以上を示したものを有害と判定する基準値がありますが，遅延膨張性を示す骨材などでは実際には有害な膨張性を秘めているにもかかわらず，試験結果では0.05％を下回るということもあります．残存膨張量試験の結果はあくまである一定の促進環境下における膨張量を示すものであり，以後のASR 膨張の可能性を示すひとつの目安程度と捉える姿勢も必要となります．過去の定期的な調査結果から，ひび割れ幅や延長の進展がみられる場合には，残存膨張量試験によらずASR の進行性が大きいと判断することもできます．
ASR 対策工法を選定する場合，今後も有害な膨張が進行するか否かによって選択される工法が異なってきます．ASR の膨張性が大きい場合と小さい場合に分けて，先述した� 銑�の着目点を考慮したASR 対策工法選定の考え方について以下に示します．
●ゲルの膨張性が小さいため，今後の有害な膨張の進行を想定しなくてもよい．
●ということは，今発生している変状さえ対処すればよい．
●対策後に多少の水分が供給されても再劣化のリスクは低い．
まず，もともとASR 膨張性がそれほど大きくなかったケースを考えます．反応性骨材の種類や混合比率（ペシマム）などの条件によってはこのようなケースもあります．ゲルの膨張性が小さいとはいえ，ASR で既に劣化している構造物ですので，将来的な膨張進行がゼロというわけではありません．最低限の水分遮断は図るべきです．換言すると，この段階では補修工法の主たる要求性能を「劣化因子の遮断」とすることができるということです．「劣化因子の遮断」を目的とした工法に表面含浸工法，表面被覆工法，ひび割れ注入工法が挙げられますが，ここに亜硝酸リチウムを併用すれば「劣化因子の遮断」に加えて「ゲルの非膨張化」もコンクリート表層部程度には期待できます．ASR 膨張性が小さいコンクリートですので，亜硝酸リチウムの活用方法もこの程度の軽微なもので済みます．また，ASR ひび割れの箇所と鉄筋が交差している場合にはひび割れを通じて劣化因子が侵入し，局部的な鉄筋腐食を引き起こす原因ともなりますので，鉄筋腐食抑制を目的として補修材料に亜硝酸リチウムを使用するという意味もあります．
次に，既に甚大な膨張を生じたあと収束している場合を考えます．ASR 膨張が収束するのは，一般的にASR の劣化過程が「劣化期」となった段階であるため，コンクリート表面には無数のひび割れなどの変状が現れています．これらを一つずつひび割れ注入することもありますが，表面全体をはつり取って断面修復してしまう方が経済的となる場合もあります．もちろん将来的に膨張が進行しないことが適用条件となります．ここでひとつ注意が必要なのは，劣化期にまで進行しているということは，コンクリート強度や弾性係数の低下，鉄筋破断なども生じている可能性が高く，耐久性のみならず耐荷性にも著しい低下が想定されるということです．ASR 膨張性が小さい場合の対策工法選定の考え方は，以後の膨張を考慮しなくてよいために確かにシンプルなのですが，変状の状況によっては補修対策だけでなく，補強工法も併せて検討することも必要になることがあります．
これらを踏まえて，ASR の進行性が小さいと判断される場合に適用可能な対策工法を表3-3に示します．
●今後も進行する有害な膨張に対応可能な工法を選定する必要がある．
●従来のひび割れ注入工法や表面被覆工法のような対処療法的な補修工法では早期に再劣化することを認識しておく必要がある．
ASR 膨張の継続期間は骨材の種類や配合比率（ペシマム）などに大きく影響を受けるため一律に論じることができませんが，少なくとも数十年単位で膨張が進行するといわれており， ASR 膨張は長期間に及ぶことが知られています．ASR 膨張の継続期間を精度よく予測することは困難であり，残存膨張量試験を実施してもその膨張量と実際の膨張期間とを関連付けることは容易ではありませんが，試験等によりASR 膨張性が大きいと判定された場合には将来的に有害な膨張が進行することを想定した工法選定を行うことが重要です．将来的に有害なASR膨張が進行することを想定した維持管理シナリオとは，『再劣化を許容して定期的に再補修を行う』というケース，『再劣化を許容せず根本的な対策を講じる』というケースが考えられます．どちらの維持管理シナリオを選択するかは対象構造物の置かれている環境条件，構造特性，重要度などを総合的に判断する必要があります．
『再劣化を許容して定期的に再補修を行う』場合における補修工法の主たる要求性能は「劣化因子の遮断」となります．「劣化因子の遮断」を目的とした工法に表面含浸工法，表面被覆工法，ひび割れ注入工法が挙げられますが，ここに亜硝酸リチウムを併用すれば「劣化因子の遮断」に加えて「ゲルの非膨張化」もコンクリート表層部程度には期待できます．ただし，ASR膨張性が大きいコンクリートですので，亜硝酸リチウムの供給範囲が表層部のみとなるこれらの工法では根本的なASR 膨張抑制までは期待できません．求める効果はあくまで水分遮断であり，プラスアルファとして部分的にゲルの膨張抑制効果が付加される程度と認識すべきです．そして補修後の劣化進行を経過観察し，再劣化が顕在化した段階で再び補修を繰り返すことになります．
『再劣化を許容せず根本的な対策を講じる』場合における補修工法の主たる要求性能は「ゲルの非膨張化」となります．「ゲルの非膨張化」を目的とした工法に内部圧入工法が挙げられます．内部圧入工法は亜硝酸リチウムをコンクリート部材全体に供給する工法ですので，コンクリート全体のASR 膨張抑制効果が期待できる最も信頼性の高い工法といえます．
これらを踏まえて，ASR 膨張性が大きいと判断される場合に適用可能な対策工法を表3-4 に示します．
表3-4 に示したとおり，亜硝酸リチウムによるASR 抑制効果の期待度は内部圧入工法が最も高いため，ASR 膨張性が大きい場合の対策工法としては内部圧入工が最も適しているといえます．しかし，再劣化を許容する場合やASR 膨張性が比較的穏やかな場合では，ひび割れ注入工法と表面保護工法（表面含浸または表面被覆）に亜硝酸リチウムを併用することにより，部分的にゲルを非膨張化できるため，従来のひび割れ注入や表面被覆による一般的なASR 補修工法よりも延命化を図ることができます．内部圧入工法とひび割れ注入工法・表面保護工法における亜硝酸リチウムの浸透範囲のイメージをそれぞれ図3-23，図3-24 に示します．
図3-23 内部圧入工法の場合
図3-24 ひび割れ注入・表面保護工法の場合
ASR 膨張性が大きい場合に適用される「内部圧入工法」と「ひび割れ注入工法・表面保護工法」について，その適用区分に関する基本的な考え方について以下に示します．
【構造物の環境条件による適用区分】
ASR 劣化の進行は，その構造物が置かれている環境条件，特に水分供給条件の大小によって大きく異なることがあります．例えば，ASR 膨張性が大きく，かつ著しい水分供給がある環境の構造物では，以後のASR 劣化の進行速度が速いため，ひび割れ注入工法や表面保護工などでは十分なASR 補修効果が得られず，再劣化を引き起こす可能性が非常に高いといえます．このような場合では，内部圧入工法によりコンクリート全体のゲルを非膨張化し，根本的なASR 抑制を図ることが効果的といえます．
一方，ASR 膨張性は大きいものの，水分供給が比較的穏やかな環境の構造物では，以後のASR 劣化の進行速度も緩やかな場合があります．このような場合では，ひび割れ注入工法および表面保護工法に亜硝酸リチウムを併用し，水分浸入の遮断効果に加えて部分的にゲルの非膨張化を図ることでも構造物を延命化することができます．これは，仮に将来的に再補修が必要になるとしても，再劣化までの期間を延長することが可能になるということです．
また，同一構造物においても，部位によってはASR 劣化の進行速度が異なる場合があります．例えば上部工がかけ違いの橋脚では，はり部には雨が直接降りかかるとともに上部工の伸縮装置から橋面の水が流れ込むため，ASR 劣化が顕著となることが多いといえます．それに比べて柱部は水分供給環境がはり部ほど厳しくないことが多いため，ASR 劣化の程度が穏やかとなる場合があります．このような場合，ASR 劣化速度が速く，今後も膨張が進展しそうな部位のみに内部圧入工法にて根本的な対策を講じ，それ以外は表面保護工法にて水分供給を遮断して経過観察する，という対策工法の組み合わせも考えられます．
【構造物の立地条件による適用区分】
構造物の立地条件によっては，補修工事のしやすさが大きく異なります．例えば，ASR 膨張性が大きい構造物で，かつ足場設置が困難な狭隘な場所，住宅密集地，鉄道等に近接した場所など，構造物へのアプローチが困難な立地条件にある場合では，定期的な再補修どころか，詳細調査すら十分に行えないと考えられるため，内部圧入工により根本的にASR 抑制を図り，再劣化のリスクを低減しておくことが効率的といえます．
一方，ASR 膨張性は大きいものの，施工個所へのアプローチが容易で定期的な再補修計画を採れる場合には，ひび割れ注入工法および表面保護工法に亜硝酸リチウムを併用し，水分浸入の遮断効果に加えて部分的にゲルの非膨張化を図ることでASR の進行を遅らせつつ，定期的な再補修計画を立案することもできます．
【構造物の予定供用年数による適用区分】
ASR 劣化した構造物の予定供用年数によっても選定される対策工法は異なってきます．例え
ば，ASR 膨張性が大きくても，今後10 年間程度しか供用する予定がない構造物に対して内部
圧入工法を適用するのは費用対効果の観点から推奨できません．このような場合には，ひび割
れ注入工法および表面保護工法に亜硝酸リチウムを併用することで，予定供用年数は十分に延
命化することができると考えられます．
一方，ASR 膨張性が大きく，今後の予定供用年数も十分に長い場合には，内部圧入工法によ
り根本的にASR 抑制を図り，再劣化のリスクを低減しておくほうがLCC（ライフサイクルコ
スト）の観点からも有利になると考えられます．
（２） 亜硝酸リチウムを用いた具体的なASR 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表層部にイオン浸透し，その範囲のゲルが非膨張化されます．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3-25 に亜硝酸リチウムを用いた表面含浸工法の概念図を，図3-26 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/m2とされています．これは一般条件下での標準的な塗布量であり，アルカリ総量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3-25 表面含浸工法の概念図  図3-26 表面含浸工法の施工状況 |
参考工法 『プロコンガードシステム』
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モルタル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表層部にイオン浸透し，その範囲のゲルが非膨張化されます．ポリマーセメントモルタル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モルタル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3-27 に亜硝酸リチウムを用いた表面被覆工法の概念図を，図3-28 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多少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3-27 表面被覆工法の概念図  図3-28 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【RH 仕様】（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，ひび割れ周辺のコンクリートにイオン浸透し，その範囲のゲルが非膨張化されます．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ひび割れ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3-29 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3-30 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，アルカリ総量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3-29 ひび割れ注入工法の概念図  図3-30 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
ASR 対策としての亜硝酸リチウム内部圧入工法には，部材寸法が厚い構造物（概ね500mm以上）に適用される油圧式圧入装置と，部材寸法が薄い構造物（概ね500mm 未満）に適用されるカプセル式圧入装置の2 種類があります．
【油圧式圧入装置による内部圧入工法】
油圧式内部圧入工法は，橋台，橋脚，擁壁，ダム，構造物基礎など，土木構造物一般に適用されます．ASR 劣化したコンクリート躯体に小径の削孔（φ20mm）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部に浸透させます．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500〜1000mm とし，亜硝酸リチウム浸透範囲に斑ができにくいように千鳥配置とします．
 図3-31 油圧式内部圧入工法の概念図  図3-32 内部圧入工法の施工状況 |
参考工法 『ASR リチウム工法』
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）
注入圧力は対象構造物の劣化程度に応じて設定され，一般的に0.5〜1.5MPa の範囲とされます．内部圧入する亜硝酸リチウムの量は対象構造物のアルカリ含有量に応じて構造物毎に設定され，その量はLi/Na モル比0.8 となる量とされます．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20〜30 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．油圧式内部圧入工法の概念図を図3-31 に，施工状況を図3-32 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．
【カプセル式圧入装置による内部圧入工法】
カプセル式圧入工法は，上部工，RC 床版，ボックスカルバート，橋台のパラペットやウィングなどに適用されます．コンクリート躯体に小径の削孔（φ10mm）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部に浸透させます．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，亜硝酸リチウム浸透範囲に斑ができにくいように千鳥配置とします．注入圧力は0.5MPaを標準とします．内部圧入する亜硝酸リチウムの量は対象構造物のアルカリ含有量に応じて構造物毎に設定され，その量はLi/Na モル比0.8 となる量とされます．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10〜15 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3-33 に，施工状況を図3-34 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3-33 カプセル式内部圧入工法の概念図  図3-34 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）
【亜硝酸リチウム設計注入量の算定方法】
ASR 対策として内部圧入工法において，亜硝酸リチウムの設計注入量は次の要領で算定します（油圧式，カプセル式共通）．対象コンクリートのアルカリ総量を測定し，それら測定値の最大の値に対してリチウムイオンとナトリウムイオン（等価アルカリ量）のモル比（Li+/Na+モル比）が0.8 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，コンクリート中のアルカリ含有量が高いほど，ASR膨張抑制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．
アルカリ総量と亜硝酸リチウム設計注入量との関係を図3-35 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3-35 亜硝酸リチウム設計注入量（ASR の場合）
【亜硝酸リチウム設計注入量の算定例（ASR 対策の場合）】
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