当該工事は、農業用水として利用するフィルダムを建設するものであった。その工事において、洪水吐等のコンクリート構造物表面に色むらが発生した。

洪水吐に発生した色むらは写真-1に示すとおりであり、概ね次のような特徴を有していた。

① コンクリートを水平に打ち重ねた部分では、その打重ねの層間に色違いが認められる。
② 打込み層では、グレー色調が濃く黒っぽい層と淡く白っぽい層がある。
③ 打込み層の中では、最下層が最も黒っぽく見える。
④ 同一打込み層内で濃淡が少ない層は、その上部が黒っぽく見える。
⑤ グレー色調が濃く黒っぽい部分は、白っぽい部分より光沢がある。

当該工事における標準的な施工方法は表-1に示すとおりであり、特殊な条件下での施工ではなく、通常の施工方法である。

コンクリート構造物の表面(せき板面)に色むらあるいは変色が生ずる原因としては、一般に表-2が考えられる。

コンクリートの施工に携わった工事関係者にヒアリングした結果は下記のとおりであった。

• 工事開始当初に豆板(じゃんか)が発生したことがあったため、鉄筋間隔の狭い箇所等には十分に内部振動機をかけるように打設指導した。そのため、コンクリート打設中はブリーディング水やレイタンス(セメントの微粒子や骨材の微粒分が浮上して堆積したもの)の発生が多いように見受けられた。
• 壁の仕上がりが黒い部分と白い部分とでは、テストハンマーの反発硬度に大きな違いは見られなかった。ただし、表面をカーボランダムストーンで磨くと、白い部分は細骨材が多く露出し、黒い部分は粗骨材が多く露出した。

写真-2は白っぽい部分表面の顕微鏡写真、写真-3は黒っぽい部分表面の顕微鏡写真である。白っぽい部分は多孔質で粗面で、炭酸カルシウムが多く水酸化カルシウムが少ないためW/Cが大きいセメントペーストであることが分かった。一方、黒い部分では、緻密で平滑で、水酸化カルシウムが多く炭酸カルシウムが少ないためW/Cが小さいセメントペーストであることが分かった。

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  写真-2 白っぽい部分表面の顕微鏡写真

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  写真-3 黒っぽい部分表面の顕微鏡写真

以上、工事関係者のヒアリングおよび顕微鏡写真の観察結果より、当該工事における色むらの発生原因としては、表-2の「⑥ペーストの濃度差、緻密性の違い」が考えられた。色むら発生のメカニズムのイメージは図-1に示すとおりである。すなわち、コンクリートの1層目は、打込み・締固めに伴ってブリーディング水やレイタンスが浮上するためW/Cが小さいコンクリートとなる。また、2層目の締固め時には、1層目の上部は再振動を受けるため更に緻密化する。このため、1層目は水酸化カルシウムの多い(セメント量が多い)緻密な仕上がりかつ平滑となり、黒っぽく見えるようになる。一方、2層目は、1層目の打込み時に発生したブリーディング水やレイタンスがコンクリート打込みによってせき板に沿って上昇する。このため仕上がり面は水酸化カルシウムが少なく(セメント量が少ない)粗面になり、白っぽく見えるようになる。

図-1 せき板面のペーストの濃度差の違いによる色むらの発生機構のイメージ

なお、コンクリートの使用材料・配合および施工上の観点から、ブリーディング水やレイタンスが多かった原因としては次のようなことが考えられた。今回使用したコンクリートは「普通21-8-40-BB」であり、スランプ8cmで単位水量は157kg/m³と一般的な配合であった。しかし、コンクリートの骨材に含まれる微粒分量(0.074mmふるいを通る粒子の量)を測定した結果、細骨材、粗骨材ともJIS規格を満足しているものの、粗骨材については0.7～1.0%と、規格上限の1.0%に近い値であることが分かった。したがって、粗骨材中の微粒分は、一般的なものよりも比較的多いものであったと言え、表-2の②に示したように、ブリーディング水やレイタンスが浮上し易かったことが分かった。さらに、施工上の問題点として、豆板の発生をおそれるあまり、内部振動機での締固め作業を過度に行ったことやかぶり部分の締固めも入念に行いすぎたこともブリーディング水やレイタンスの発生を多くした原因であると考えられた。

以上の推論が正しいのか否かを検証するため、工事で使用したものと同一の材料・配合のコンクリートを角柱型枠内に2層に分けて打込んで色むらの発生状況を確認することとした。具体的には写真-4に示すように、1層目のコンクリートを過度に締め固めてブリーディング水やレイタンスを上昇させて、その上に2層目のコンクリートを打込んだ。型枠脱型後の状況は写真-5に示すとおりであり、1層目が黒っぽく2層目が白っぽい仕上がりとなり、実際の工事の状況を再現でき、色むら発生の推論を概ね検証することができた。

壁部材に発生した色むらについては、強度的な違いが認められないことから構造性能あるいは耐久性に対して特に問題となるものではないと判断した。そして、美観的には多少の問題はあるものの、人目に触れるような構造物ではないことから、補修などの対処は行わなかった。

• 写真-4　再現試験時のレイタンスの発生状況
• 写真-5　再現試験体の脱型後の状況