【コンクリート診断士】中性化とは？概要とメカニズムについて

劣化機構のひとつである中性化。

今回は、中性化の概要についてまとめてみようと思います。

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中性化とは？

中性化とは、大気中の二酸化炭素がコンクリート内部に浸入し、水酸化カルシウムCa(OH)2と反応し、炭酸カルシウムCaCo3が生成されることによりコンクリートのpHを低下させる現象のことです。

中性化により、鋼材表面の不動態皮膜が破壊されて鋼材腐食を引き起こすことはありますが、コンクリート自体の強度低下などの劣化は及ぼさないとされています

中性化のメカニズムは、以下のように説明されています。

①コンクリートはセメントの水和反応に使われていない細孔溶液の存在によって、pHが12以上の高アルカリです。鋼材は、高アルカリ環境で表面に厚さ3nm(1nm=10億分の1m)程度の不動態皮膜が形成されるため、腐食しにくい状態に置かれています。

②大気中の二酸化炭素がコンクリート表面部分でコンクリート中の水酸化カルシウム(Ca(OH)2)と反応し、炭酸カルシウム(CaCo3)を生成する。（これを炭酸化反応といいます）

③炭酸カルシウムとなった部分のpHは8.5～10程度に低下し、これがコンクリート表面から内部に進行し、鋼材付近まで達すると、鋼材表面の不動態皮膜が破壊されて腐食が始まります。

④腐食が進むと鋼材は2～4倍の体積膨張を伴うため、その膨張圧力でコンクリートにひび割れ、剥離・剥落の損傷が生じ、これによって鉄筋腐食が促進されます。

中性化によってコンクリートの物理的な劣化が進行するのではなく、鋼材の腐食によってコンクリートの劣化が深刻化する

中性化の速さに影響を与える要因については、以下のものが挙げられます。

温度が上昇するほど中性化速度は速くなります。

湿度は中程度の湿度(50％程度)で最も速くなります。

湿度が中程度で最も速くなるのは、二酸化炭素の浸入はコンクリートが乾燥した条件では少なく、二酸化炭素の浸入と炭酸反応の両者が同時に起こりやすい湿度で中性化が最大となるためです。

炭酸ガス濃度が大きくなるほど中性化は速くなります。屋内は屋外に比べて炭酸ガス濃度が高く湿度が低いため、屋内の中性化速度は屋外より速くなります。

また、雨がかかる箇所よりも雨がかからない箇所のほうが速く、日射によって乾きやすい南面や西面の方が速くなります。

早強ポルトランドセメント＜普通ポルトランドセメント＜中庸熱ポルトランドセメントの順に、水和反応が遅いセメントほど中性化速度が速い傾向にあります。

透気性が大きい骨材ほど中性化速度が速くなります。(人工軽量骨材など)

水セメント比（W/C）が小さいほどセメントペースト部の空隙が少なくなり、中性化速度は遅くなります。

中性化深さ(C)は時間(t)の平方根に比例します。

このことから、中性化の進行予測は以下の式が用いられます。

C=A√t（t:中性化期間　A:中性化速度係数）

それでは、最後に○×問題を解いてみましょう。

「高炉セメントB種を用いたコンクリートは、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートより中性化速度が大きい」

答えは下にスクロールしてください。

正解は○です。

今回は以上になります。

ありがとうございました。