コンクリート構造物に発生するクラックは、見た目だけで原因を特定できるとは限りません。
材料や配合に起因するものもあれば、養生や打設方法などの施工不良、塩害・凍害・老朽化といった供用後の外的要因によって発生するものもあります。
クラックの原因を誤って捉えると、補修後に再発したり、内部の鉄筋腐食やコンクリートの剥落が進行したりするおそれがあります。
そのため、発生時期やひび割れの形状、周辺環境を確認し、原因に応じた対策を講じることが重要です。
本記事では、コンクリートクラックの原因を「材料・配合」「施工不良」「老朽化や外的要因」の3つに分けて解説します。
目次
コンクリートクラックの主な原因
コンクリートクラックの原因は、大きく「材料・配合」「施工不良」「老朽化や外的要因」の3つに分けられます。
原因によって発生する時期やクラックの形状が異なるため、補修を行う前に発生状況を確認することが重要です。
材料・配合に起因するクラック
使用する材料の品質やコンクリートの配合が適切でない場合、硬化時の収縮や化学反応などによってクラックが発生します。
材料選定や配合設計の段階で、構造物の規模や施工時期、周辺環境を考慮する必要があります。
施工不良に起因するクラック
コンクリートの打込み方法や打設計画、養生などが適切でない場合、施工中から硬化初期にかけてクラックが発生します。
施工時の気温やコンクリートの状態を確認し、各工程を適切に管理することが重要です。
老朽化や外的要因に起因するクラック
供用開始後のコンクリート構造物は、周辺環境や荷重の影響を継続的に受けます。
建設時に問題がなくても、長期間の使用や外部からの作用によって劣化が進み、クラックが発生する場合があります。
材料・配合に起因するクラックの例
コンクリートに使用する材料や配合は、硬化後の収縮量や発熱量、耐久性に影響します。
特に単位水量やセメント量が多い配合、不適切な骨材を使用したコンクリートでは、乾燥収縮や温度変化、化学反応によるクラックが発生することがあります。
乾燥収縮
乾燥収縮とは、硬化したコンクリートの内部から水分が失われ、体積が減少する現象です。
コンクリートが自由に収縮できれば大きな問題にはなりませんが、鉄筋や基礎、既設構造物などによって変形が拘束されると、内部に引張応力が発生します。
この引張応力がコンクリートの引張強度を上回ると、クラックが発生します。
単位水量が多い配合ほど乾燥による収縮量が大きくなるため、必要以上に水を加えないことが重要です。
乾燥収縮によるクラックは、壁や床版などの面積が大きく、部材厚が比較的小さい構造物で発生しやすい傾向があります。
温度ひび割れ
温度ひび割れは、セメントの水和反応による発熱や外気温の変化によって、コンクリート内部に温度差が生じることで発生します。
ダムや橋台、擁壁の底版などの断面が大きい部材では、内部に水和熱が蓄積しやすくなります。
内部温度が上昇した後にコンクリートが冷却されると、部材は収縮しようとしますが、基礎地盤や既設コンクリートなどに拘束されることで引張応力が発生します。
また、内部と表面の温度差が大きくなり、表面だけが急激に冷やされた場合にもクラックが発生します。
セメント量が多い配合や、発熱量の大きいセメントを使用した場合は、コンクリートの温度上昇が大きくなります。
アルカリシリカ反応
アルカリシリカ反応とは、セメントなどに含まれるアルカリ分と、骨材に含まれる反応性のシリカが化学反応を起こす現象です。
この反応によって生成された物質が水分を吸収して膨張すると、コンクリート内部に圧力が生じ、クラックが発生します。
クラックは不規則な網目状に広がることがあり、表面からゲル状の物質が染み出す場合もあります。
反応性を持つ骨材、一定量以上のアルカリ、水分の3つの条件がそろうことで進行するため、骨材の品質や使用環境が大きく影響します。
アルカリシリカ反応が進行すると、クラックだけでなく、コンクリートの膨張や変形、鉄筋の破断などにつながることがあります。
施工不良に起因するクラックの例
コンクリートは、打込みから所定の強度を得るまでの施工管理によって品質が大きく変わります。
材料や配合が適切でも、養生方法や打込み温度、施工手順に問題があると、硬化初期のコンクリートにクラックが発生します。
養生不足
打込み後のコンクリート表面が急激に乾燥すると、内部よりも先に表面が収縮し、クラックが発生します。
特に気温が高い日や湿度が低い日、風が強い日は、表面から水分が失われやすいため注意が必要です。
また、湿潤養生を早く終了すると、セメントの水和反応に必要な水分が不足し、表面付近の強度や耐久性が低下します。
打込み後は、散水や養生マット、シートなどを用いて、コンクリートを一定期間湿潤状態に保つことが重要です。
打込み温度や打設計画の不備
コンクリートの打込み温度が高いと、水和反応が活発になり、部材内部の温度上昇が大きくなります。
その後の温度低下に伴ってコンクリートが収縮し、基礎や既設部分に変形を拘束されると、引張応力によってクラックが発生します。
また、1回の打設区画が大きすぎる場合や、打設順序が適切でない場合も、部材内の温度差や拘束が大きくなる原因です。
施工前に打設区画や打設順序を検討し、暑中には材料の温度上昇を抑えて、できるだけ低い温度で打ち込む必要があります。
型枠の早期脱型
コンクリートが十分な強度を得る前に型枠や支保工を取り外すと、自重や施工荷重によって部材が変形し、クラックが発生することがあります。
特に床版や梁などでは、支保工を早期に撤去すると、曲げによる引張応力がコンクリートの強度を上回るおそれがあります。
型枠を取り外した面は外気にさらされるため、早期脱型によって表面の乾燥が進みやすくなる点にも注意が必要です。
型枠や支保工は、コンクリートが必要な強度に達したことを確認してから取り外し、脱型後も適切な養生を継続します。
老朽化や外的要因に起因するクラックの例
施工時に問題がなくても、劣化の進行や想定を超える外力によってクラックが発生することがあります。
塩害・中性化による鉄筋腐食
塩害は、海水や凍結防止剤などに含まれる塩化物イオンがコンクリート内部へ侵入し、鉄筋を腐食させる現象です。
中性化は、空気中の二酸化炭素がコンクリート内部へ侵入し、鉄筋を保護している強いアルカリ性が失われる現象です。
鉄筋が腐食すると、生成されたさびによって体積が膨張し、鉄筋に沿ったクラックが発生します。
劣化が進行すると、かぶりコンクリートの浮きや剥離、剥落につながります。
凍害
凍害は、コンクリート内部の水分が凍結と融解を繰り返すことで発生する劣化です。
水分が凍結すると体積が膨張し、コンクリート内部に圧力が生じます。
この作用が繰り返されると、表面のスケーリングや微細なクラックが発生し、次第に劣化範囲が広がります。
寒冷地や水分が供給されやすい場所では、凍害が進行しやすいため注意が必要です。
過大な荷重・地震・不同沈下
設計時に想定した以上の荷重が作用すると、部材に生じる曲げやせん断の応力が増加し、クラックが発生します。
繰返し荷重を受ける橋梁や床版では、疲労によってクラックが進展することもあります。
地震時には大きな水平力が作用し、柱や梁、壁などに曲げひび割れやせん断ひび割れが生じます。
また、基礎地盤の沈下量に差が生じる不同沈下では、構造物が変形し、壁や床版などに斜め方向のクラックが発生することがあります。
コンクリートクラックを防ぐ対策
コンクリートクラックは、発生要因を整理したうえで対策を行う必要があります。
要因ごとの対策例を簡単に表に整理しました。
| 要因 | 具体例 | 主な対策 |
|---|---|---|
| 材料・配合 | 乾燥収縮 | 単位水量を抑え、収縮の小さい配合とする |
| 温度ひび割れ | 低発熱型セメントや混和材を使用し、打込み温度を抑える | |
| アルカリシリカ反応 | 反応性の低い骨材を使用し、水分の供給を抑える | |
| 施工不良 | 養生不足 | 散水や養生マットなどで湿潤状態を保つ |
| 打設計画の不備 | 打設区画や打設順序を適切に計画する | |
| 型枠の早期脱型 | 必要な強度を確認してから型枠や支保工を取り外す | |
| 外的要因 | 塩害・中性化 | 所定のかぶりを確保し、緻密なコンクリートとする |
| 凍害 | 適切な空気量を確保したAEコンクリートを使用する | |
| 過大な荷重・地震 | 想定される外力に耐えられる構造とする | |
| 不同沈下 | 地盤条件を確認し、基礎形式や地盤対策を適切に選定する | |
| 供用後 | 老朽化 | 定期点検を行い、劣化やクラックを早期に補修する |
よくある質問
コンクリートクラックの原因で最も多いものは何ですか？
構造物の形状や使用環境によって異なりますが、一般的には乾燥収縮や温度変化によるクラックが多くみられます。
ただし、クラックの形状だけで原因を断定することはできません。
発生時期や位置、幅、進行性、周辺環境を確認して原因を推定します。
クラックはすべて施工不良が原因ですか？
すべてが施工不良によるものではありません。
材料や配合に起因するクラックのほか、塩害、中性化、凍害、過大な荷重、地震、不同沈下などによって発生することもあります。
施工直後に発生した場合でも、設計条件や材料特性が影響している可能性があります。
古いコンクリートにクラックが増えるのはなぜですか？
供用期間が長くなると、乾燥収縮や温度変化が繰り返されるほか、塩害や中性化による鉄筋腐食も進行します。
鉄筋にさびが発生すると体積が膨張し、鉄筋に沿ってクラックが生じます。
さらに、繰返し荷重や凍結融解作用、地盤変状などが重なることで、既存のクラックが拡大する場合もあります。
まとめ
コンクリートクラックの原因は、次の3つに大別できます。
- 材料・配合に起因するもの
- 施工不良に起因するもの
- 老朽化や外的要因に起因するもの
代表的な原因には、乾燥収縮、温度ひび割れ、アルカリシリカ反応、養生不足、塩害、中性化、凍害、過大な荷重、地震、不同沈下などがあります。
クラックは見た目だけで原因を断定できないため、発生時期や位置、幅、方向、進行性、周辺環境を確認することが重要です。
原因に合わない補修を行うと再発するおそれがあるため、クラックの発生要因を整理したうえで、適切な対策や補修方法を検討しましょう。
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