スイスの研究が示す湿度がコンクリート腐食の鍵となる要因

チューリッヒ工科大学（ETH Zurich）の新しいモデルによれば、低二酸化炭素（CO₂）コンクリート配合物は特定の場所では最大50年間持続可能な使用が可能であるが、他の場所ではそれよりも早く劣化する可能性がある。このモデルは9月7日に発表され、環境に優しいコンクリートの広範な使用を促進しつつ、追加のメンテナンス問題を発生させないことを目的としている。研究チームは3つのコンクリート配合物をテストし、スイス・チューリッヒ、ノルウェー・ベルゲン、ブラジル・マナウス、中国・懐来の気象データを利用した。このモデルはコンクリート内部の湿度変化を追跡し、鉄筋の腐食速度を計算する。

湿度は鍵となる要因である。

湿度がコンクリートに与える影響

コンクリートは現代建築に不可欠であるが、セメントの生産は大量のCO₂を放出する。低排出セメントはより環境に優しい建築を可能にするが、これらのセメントを使用して製造されたコンクリートは従来の混合物よりも早く炭酸化する傾向がある。炭酸化プロセスでは、大気中のCO₂がコンクリートに浸透し、その化学的組成を変える。これにより、埋め込まれた鉄筋を囲む保護層が除去され、鉄筋が錆びる可能性がある。現在の基準は炭酸化を遅らせることに集中しているが、研究者たちはこれにより低CO₂配合物が鉄筋のその後の腐食速度における欠点を無視していると指摘している。

湿度の影響は3つの配合物の違いをはるかに超えている。チューリッヒ工科大学建築材料研究所のクリスティアナ・アルベルト（Cristhiana Albert）氏は、湿ったコンクリート中での鉄筋の錆びる速度は乾燥したコンクリート中よりも最大100倍速いことを示した。

異なる気候下でのコンクリートの性能

4つの場所の気候条件はそれぞれ異なるが、ヨーロッパの基準ではこれら4つの場所をすべて「交互に湿潤と乾燥する」カテゴリに分類している。モデルによれば、同じコンクリートでも場所ごとに性能が大きく異なる可能性がある。「気候の影響は私たちの予想をはるかに超えており、同じコンクリートでも異なる気候下ではまったく異なる性能を示す可能性がある」と、チューリッヒ工科大学材料耐久性教授のウエリ・アングスト（Ueli Angst）氏は述べている。ベルゲンとマナウスは明確な例を提供しており、両地の年間降水量は約2500ミリメートルであるが、計算された腐食速度は異なる。

この違いは時間的要因によって説明できる。コンクリートは急速に水を吸収するが、乾燥は遅い。雨季と乾季の順序は年間降水量や平均湿度よりも重要である。したがって、いくつかの低CO₂コンクリートタイプは特定の場所では50年間またはそれ以上持続可能な使用が可能であるが、他の環境下ではそれよりも早く劣化する可能性がある。

このモデルは実際の状況で検証される必要がある。研究結果は低CO₂コンクリートが不十分または安全でないことを意味するものではない。その強度は従来のコンクリートと同等で、たとえ炭酸化速度が速くても、材料が湿った状態を保たなければ、鉄筋の錆びる速度は依然として遅い可能性がある。「私たちは環境に優しいコンクリートが異なる気候条件下での長期的な挙動をよりよく理解する必要がある」とアルベルト氏は指摘する。したがって、将来のプロジェクトでは地元の気候に応じたコンクリートを選択する必要があり、すべての地域で同じ基準を適用することはできない。特に湿潤な地域では、水の浸透を制限するための追加措置が必要になるかもしれない。

「現在の基準はしたがって、新しいより環境に優しい材料の障害となる可能性がある」とアングスト氏は付け加えた。

この方法はまだ通常の計画には適しておらず、その計算はまだ複雑であり、実際の建物でのさらなる検証が必要である。研究者は新しいコンクリートを評価するためのより簡単な方法を開発できるようになるまでには時間がかかる。将来の気候テストでは、気候変動も考慮される可能性があり、降雨と乾燥期間の頻度と持続時間の変化が腐食速度を変え、どの低CO₂コンクリートが長期的に特定の場所に適しているかを決定する可能性がある。

環境に優しいコンクリートの課題と対応策

環境意識の高まりとともに、低CO₂コンクリートが徐々に重視されるようになってきているが、その長期耐久性は気候要因によって挑戦を受けている。研究によれば、湿度は鉄筋の腐食に対する影響がコンクリート配合物自体をはるかに超えていることを示しており、これは異なる気候条件下ではコンクリートの性能が大きく異なる可能性があることを意味する。この発見は建設業界に基準を再考させ、将来コンクリートを選択する際には地域の気候特性を考慮し、構造物の耐久性と安全性を確保する必要があることを示唆している。