電気伝導率測定の応用でコンクリート品質を見極める技術

電気伝導率測定の応用が建築現場を変える理由

コンクリートの受入検査で電気伝導率を使っていない現場は、強度不足の兆候を見落としたまま型枠を外してしまうリスクがあります。

電気伝導率測定の応用とは何か？建築分野での基礎知識

電気伝導率（EC）とは、溶液や物質が電気をどれだけ通しやすいかを示す指標です。単位はS/m（ジーメンス毎メートル）で表され、値が大きいほど電気が通りやすいことを意味します。コンクリートの場合、セメント水和反応に伴い溶液中のイオン濃度が変化するため、ECを計測することで内部の化学的な状態をリアルタイムに捉えられます。

測定の仕組みはシンプルです。センサを溶液やコンクリート内に挿入し、交流電流を流して抵抗値を測定します。直流電流では電極表面に「分極」と呼ばれる現象が起きてしまい、正確な値が得られません。この点が重要です。

建築現場での応用が注目される理由は、コンクリートの品質管理において「非破壊・リアルタイム・定量的」という3条件を同時に満たせる数少ない手法の一つだからです。従来の圧縮強度試験は供試体を養生して材齢28日後に判定するという手順が一般的で、打設直後の異常を即座に捉えることが難しい面がありました。EC測定はその課題を補完できる技術として研究・実用化が進んでいます。

コンクリート中のECは打込み後おおよそ100〜200分でピークを迎え、その後は水和反応の進行とともに低下していきます。つまり、ピーク到達時刻や低下の速度を管理することで、コンクリートの硬化状態を間接的に把握できるということです。

参考：日本分析機器工業会「電気伝導率計の原理と応用」では、EC計の測定原理・方式・産業応用が詳しく解説されています。

日本分析機器工業会 – 電気伝導率計の原理と応用

電気伝導率測定を使ったコンクリート圧縮強度の推定応用

「型枠を外してもいいタイミングかどうか、どうやって判断するか」は、建築現場では常に緊張感を伴う問題です。本来は品質管理用の供試体（テストピース）を圧縮強度試験にかけて判断しますが、そこには大きな落とし穴があります。

供試体は躯体のコンクリートとは周囲の温度・湿度・封緘状態が異なるため、実際の躯体内部の強度発現とずれが生じる可能性があります。これが原因で、供試体の値は合格でも躯体内は強度不足という状況が起こり得るのです。痛いところですね。

そこで芝浦工業大学の研究グループ（伊代田岳史教授ら）は、電気伝導率計を型枠内コンクリートに埋め込み、導電率の時間変化からリアルタイムに圧縮強度を推定する手法を発表しました。研究では、導電率のピーク値に対する比率（導電率比）を算出し、導電率比が低下するほど圧縮強度が上昇するという相関を確認しています。

仕組みを一言で言えば「水和が進むほど空隙中の自由水が減り、ECが下がる→空隙が埋まって強度が上がる」という関係です。測定位置は表面から50mmの深さに電極を設置し、1秒単位でデータを取得できます。これは使えそうです。

ただし、注意点もあります。水セメント比（W/C）が30%のように非常に低い配合や、高炉スラグ微粉末を70%置換した配合では、通常の配合とは異なる導電率挙動を示します。現場で使用する配合ごとに、あらかじめ相関データを確認しておくことが条件です。

• ✅ 導電率比が0.3以下になると強度発現が十分な状態に近づくことが多い（配合により異なる）




• ✅ 打込みから約100〜200分でピークを迎えることがほとんどの配合で共通




• ⚠️ BFS置換率70%のような特殊配合では別の相関モデルが必要




• ⚠️ 供試体とセンサ周辺の骨材分布の違いが測定値にばらつきを生じさせる場合がある

参考：芝浦工業大学の論文では、導電率比と圧縮強度の相関メカニズムが空隙中の液状水量との関係から詳しく分析されています。

芝浦工業大学 – 電気伝導率計を用いた圧縮強度推定のメカニズムの検討（PDF）

電気伝導率測定の応用でフレッシュコンクリートの材料分離を判定する

コンクリートの材料分離は、骨材が局所的に沈降したり、水が表面に浮き出たりする現象です。強度・耐久性・水密性の低下につながる大きな品質欠陥ですが、従来は目視か専門家の経験に依存することが多く、定量的な評価が難しいとされてきました。

西松建設の研究チーム（髙木雄介ら）は、小型の電気伝導率センサをフレッシュコンクリートの上下2箇所に設置し、バイブレータで加振しながらEC変化率をリアルタイムで計測する手法を開発しました。容器サイズは高さ450mm・重量約5kgとコンパクトで、モバイルバッテリでも動作します。

判定の仕組みは明快です。骨材（電気を通しにくい）が沈降すると下部のECが急激に低下します。EC変化率が7%に達するまでの時間を「EC7%変化点」として管理し、その数値が大きいほど材料分離しにくい配合だと判断できます。

| 目視判定 | EC7%変化点（秒） |
|---|---|
| ×（施工不適） | 約13秒 |
| △（やや問題あり） | 約16秒 |
| ○（良好） | 約20秒 |
| ◎（問題なし） | 約25秒 |

この表はまるで「コンクリートの健康診断スコア」のようなもので、目視による4段階評価との相関係数もR²=0.97と非常に高い精度が確認されています。結論は「EC変化点が長いほど分離しにくい」です。

また、上部センサのEC変化は主に空気量が影響し、下部センサは粘性が支配的であることも判明しています。空気量が4.5±1.5%の範囲にある配合では、EC最大変化率が1.1〜1.2程度で安定するというデータも得られています。

現場でこの手法を導入することで、経験の浅い作業員でも品質異常をリアルタイムで数値として把握できます。手戻りや欠陥工事の防止につながるわけですね。

参考：西松建設技報では、材料分離抵抗性評価の実験データと装置開発の詳細が公開されています。

西松建設技報 VOL.45 – 小型電気伝導率計を用いたフレッシュコンクリートの材料分離抵抗性試験装置の開発（PDF）

電気伝導率測定の応用によるコンクリート打重ね管理と養生時期判定

コンクリートを複数回に分けて打設する「打重ね」は、建築構造物の施工で日常的に行われる作業です。打重ね許容時間（コールドジョイントを防ぐための時間制限）の管理は、従来プロクター貫入抵抗値（貫入抵抗試験）で行うことが多かったのですが、この方法には気温・湿度・養生条件の違いによって大きく左右されるという弱点がありました。

飛島建設の研究（松本和伸ら）では、コンクリートのECがある時刻に「ピーク」を示すことに着目し、このピーク到達時刻を打重ね管理の指標として活用するシステムを開発しました。貫入抵抗値との相関検証では、EC指標を使った判断が「施工条件の違いに影響されにくい」という優れた特性が確認されています。

これが重要です。従来の貫入抵抗試験は試験者の技量や環境変動に精度が左右されますが、EC計測は電子機器によるデジタル管理のため、誰がどこで測っても同じ基準で判断できます。

養生終了時期の管理にも電気伝導率測定は有効です。コンクリート中のECは水和が進むにつれて安定した値へと収束していきますが、この収束タイミングが養生終了の客観的な指標になり得ます。現状では多くの現場で「養生日数の設定＝経験則」に頼っているケースが多く見られます。EC測定を組み合わせることで、気温が高い夏場・低い冬場それぞれに合わせた養生時期の最適化が可能になります。

コスト面での効果も無視できません。養生期間を1日短縮できれば、型枠・支保工の転用サイクルが改善され、大規模工事では数百万円単位のコスト削減につながることもあります。

• 📌 EC計測システムはWi-Fi対応でスマートフォンからリアルタイム確認可能なタイプもある




• 📌 打重ね時間の上限管理を数値化することで、工程遅延リスクの見える化につながる




• 📌 冬季コンクリート・夏季コンクリートの養生期間最適化にも応用できる

参考：建設業向けのEC計測・管理システムについては、HOWERやキーエンスなど各メーカーが現場対応型の機器を展開しています。実際の機器選定時には、測定レンジ・防水性・センサ定数（セル定数）の確認を行うとよいでしょう。

建築現場では見落とされがちな電気伝導率測定の応用：地下水・安定液管理

電気伝導率測定の応用は、コンクリートの品質管理だけにとどまりません。建築工事の地下工事で使用される「安定液」の管理にも、EC測定が有効です。これは意外ですね。

地下連続壁や場所打ちコンクリート杭の施工では、掘削孔の崩壊を防ぐために「ベントナイト安定液」が使われます。安定液の性能が劣化すると孔壁が崩れ、コンクリートの充填不良や鉄筋かぶり不足、最悪の場合は地盤沈下にまで発展します。建物の基礎に直結する重大な問題です。

土木学会の研究では、安定液の電気伝導度を測定することで「分散性」や「安定液材料の消耗度」を簡便かつ安価に把握できることが実験的に確認されています。ベントナイト粒子が水中に均一に分散しているほど電気を通しやすくなる性質を利用しているためです。

また、建設現場周辺の地下水のEC管理も重要な実務テーマです。工事中に地下水の水質が変化していないかを電気伝導率でモニタリングすることで、薬液注入材の漏洩や土壌汚染の拡散を早期に検知できます。三井住友建設の現場データによれば、工事中の地下水EC値は5.3〜16.7 mS/mの範囲で管理されており、これを超える場合は追加調査の指標としています。

さらに、橋梁・鉄塔・各種プラントの鉄材塗装面に付着した塩分濃度を表面ECとして直接計測する応用機器も実用化されています。建築物の外壁・鉄骨部材の塩害リスク診断に活用できる技術として、特に海岸沿いの建築物管理で注目されています。

地下工事担当者や基礎工事に関わる技術者は、EC計測を「コンクリート用の道具」と限定せず、安定液・地下水・塗装管理への活用まで視野を広げると、品質管理の精度が一段階上がります。つまり「EC計は万能センサ」という認識です。

参考：日本地すべり学会中国四国支部FAQには、電気伝導度測定の水文調査への活用法が解説されています。

日本地すべり学会中国四国支部 – 電気伝導度を用いた簡易水質調査FAQ（PDF）

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