白華(エフロレッセンス)とは
白華(エフロレッセンス)とは「モルタルやコンクリートの中の可溶成分を溶解した溶液が内部を通過して表面に移動し、表面の乾燥に伴って水分が蒸発することにより表面に析出、もしくは空気中の炭酸ガスと統合して表面に沈着した白質の物質」を言う。白い花が咲いているようにも見えるので白華と呼ばれている。 白華の種類としては、セメントを練る時に使用した水に溶解した白華成分が、コンクリート等の硬化体表面の乾燥に伴い析出する一次白華と、一旦乾燥したコンクリート等の硬化体に外部の水が浸入し、乾燥に際して可溶成分を表面に導出、析出する二次白華とがある。一次白華、二次白華ともに、可溶成分を含んだ水が硬化体表面に沿って流れ、硬化体表面で蒸発乾燥して白華成分を表面に残す。 白華の成分は、その発生の場所、材令、環境条件、骨材、混和剤の種類等によって異なるが、炭酸カルシウム、硫酸ソーダが主成分であることが多い。一次白華においては、セメント、コンクリートの硬化体初期に発生し、硬化体中に多量に発生する消石灰や可溶性アルカリ塩が主成分である。二次白華においては、炭酸カルシウムのみの場合と炭酸カルシウム、消石灰や硫酸化合物、炭酸化合物が主成分である場合とがある。また、これらの成分は、空気中の炭酸ガスを吸収して、炭酸化合物となることもある。炭酸塩は、セメント硬化体中の消石灰、硫酸塩が溶出し、空気中の炭酸ガスを吸収してできる。アルカリ塩は水に対する溶解度が高いので雨水で洗い流されることが多い。消石灰が炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムとなった場合は難溶性であり、表面に永く残る。
白華の発生の要因
白華の発生は、セメント硬化体中に溶存している原因物質が、練り混ぜ水や外部から侵入した水に溶けた水溶液として硬化体内部から表面に移動することによって起こり、この移動が容易であるほど発生しやすい。また、セメント硬化体表面における水分の蒸発に起因するため、表面の乾燥が起こる条件で、できる限り多くの水の蒸発が行われることが大量発生の原因である。その条件を要約すれば、低温(消石灰の溶解度は低温ほど大きい。)多湿、適当な風速、日陰、若材令などが挙げられる。
A.低温・多湿・適当な風速 気温が低く、比較的湿度が高く、適当な風速、これらの条件が白華の発生を促進する。気温時に於ける乾燥速度は高温時に比して小さく、全く乾燥を起こさない条件では白華は発生しない。また、乾燥速度が極端に大きい場合は、白華の発生は少ない。これは、硬化体の表面が速やかに乾燥し、内部での拡散がそれに追いつかなくなり、表面からやや内部に析出してしまうためで、表面には白華の発生が少なくなると考えられている。一般に、「冬期の、特に雨上がりに」白華が多く発生するのは、これらの上述の条件が満たされるからである。 また、冬期低温時に白華が多く発生する原因としては以下に示すようなことが考えられる。 (1)セメントの水和反応が、低温時に遅くなり水和反応物質の生成が遅れ、毛細管の充填が不十分で水の移動が容易に行われる。 (2)未反応セメント部分が長期間残留して消石灰の供給が多く続く。 (3)消石灰の溶解度が低温の方が大きい。
B.日陰 日射面における白華の発生は少なく、日陰面での白華が多いことが言われているが、これも乾燥速度、即ち内部乾燥と表面乾燥、硬化速度など白華発生に適した条件が北面に多いことで説明される。夏期においても白華の発生は認められるが、冬期に比べ著しく少ない。
C.若材令 セメント硬化体中の材令の若い時期に表面が濡れ、かつ乾くことは不利である。白華発生に必要な成分は、セメント硬化体の中に無限とも考えるほど内在して固定されていない。また、硬化体の組織も緻密化されていなので、水溶液が自由に移動でき表面に白華成分を供給できる。若い材令で外的条件が整ったとき白華発生は特に著しい。
D.その他材料面からの影響 前述した要因以外に、先人の研究の成果として以下のようなことがわかっている。 (1)セメントの種類は無関係である。 (2)セメントのアルカリ量には比例しない。 (3)セメントの粉末度とは無関係である。 (4)セメント中の遊離石灰は影響はない。 (5)骨材は可溶性塩類などを含まない、吸水率の小さなものを選ぶ。 (6)水セメント比は大きな影響を及ぼすため、できるだけ小さくして施工でも緻密化を図る。 (7)混和材・剤の種類によって影響するものもある。
『白華』のメカニズム
雨水や雪解水等により、コンクリート等硬化体の表層部が浸水する。
表層部を移動する、もしくは溜まっている水がコンクリート等硬化体の内部に目地部分等より浸透していく。
硬化体内部において可溶成分(水酸化カルシウム等)を含んだ水が表層部を流れ、蒸発し乾燥する。その際、水に含まれた可溶成分が空気中の炭酸ガスと反応し、不溶性の炭酸カルシウムとなり表面に析出する。
表面に析出した炭酸カルシウムが、乾いて固着し、白くなる。これが『白華』である。