JP2008290902A - コンクリート用膨張材の配合割合の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構築するコンクリート構造物に対する要求条件等に応じた適正な膨張材の配合割合を把握し、打設するコンクリートのひび割れを防止できるようにしたコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法を提供する。
【解決手段】施工現場で用いるコンクリートの配合のうち、少なくとも膨張材の配合割合を変えて作製した複数の評価用コンクリートＳを、ひずみ測定装置１の拘束鋼管２によって長さ方向の変形を拘束した状態にして、施工現場と同じ温度条件下で固化させ、その固化過程で拘束鋼管２に生じる長さ方向のひずみを評価用コンクリートＳのひずみとしてひずみ計４で測定し、この測定データからひずみ計測器６により算出した評価用コンクリートＳの発生応力に基づいて膨張材の配合割合を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンクリート用膨張材の配合割合の決定方法に関し、さらに詳しくは、構築するコンクリート構造物に対する要求条件等に応じた過不足のない適正な膨張材の配合割合を把握して、打設するコンクリートのひび割れを防止できるようにしたコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法に関するものである。

膨張材を配合することにより、コンクリートのひび割れの発生を抑制する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。従来、コンクリート用膨張材の配合割合は、標準割合が規定されていて、例えば、低添加型膨張材では２０ｋｇ／ｍ^３が標準割合となっている。

しかしながら、打設したコンクリートで構築される構造物に対する要求条件や施工条件によっては、膨張材の添加量が標準割合よりも少ない場合であっても十分なひび割れ抑制効果を得られることもある。一方、膨張材の添加量が不足すれば、打設したコンクリートのひび割れの発生を抑制することができない。

そのため、構築するコンクリート構造物に対する要求条件等に応じて、打設したコンクリートのひび割れを防止できる適正な膨張材の配合割合を把握することが必要であった。
特開２００５−３３６０３９号公報

本発明の目的は、構築するコンクリート構造物に対する要求条件等に応じた過不足のない適正な膨張材の配合割合を把握して、打設するコンクリートのひび割れを防止できるようにしたコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法は、施工現場で用いるコンクリートの配合のうち、少なくとも膨張材の配合割合を変えて作製した複数の評価用コンクリートを、長さ方向の変形を拘束した状態で所定の温度条件下で固化させ、その固化過程でそれぞれの評価用コンクリートに生じる長さ方向のひずみを測定し、該測定したひずみから算出したそれぞれの評価用コンクリートに生じる応力に基づいて、その施工現場で用いるコンクリートの膨張材の配合割合を決定するようにしたことを特徴とするものである。

ここで、前記所定の温度条件を施工現場と同じ温度条件とすることもできる。また、例えば、前記それぞれの評価用コンクリートに生じる応力が一定になった時の応力に基づいて、その施工現場で用いるコンクリートの膨張材の配合割合を決定するようにする。また、本発明において、膨張材の配合割合は、例えば、コンクリート１ｍ^３に対して３０Ｋｇ以下の範囲にする。

本発明のコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法によれば、施工現場で用いるコンクリートの配合のうち、膨張材の配合割合を変えて作製した複数の評価用コンクリートを用いて、長さ方向の変形を拘束した状態で所定の温度条件下で固化させることにより、施工現場に近似した状況を再現することができる。そして、コンクリートの固化過程でそれぞれの評価用コンクリートに生じる長さ方向のひずみを測定し、該測定したひずみから算出したそれぞれの評価用コンクリートに生じる応力に基づいて、その施工現場で用いるコンクリートの膨張材の配合割合を決定することによって、膨張材の配合割合と固化するコンクリートに生じる応力との相関関係を把握することができる。これにより、コンクリート構造物に対する要求条件や施工条件に応じた過不足のない適正な膨張材の配合割合が把握でき、この適正な配合割合で膨張材を配合することにより、打設するコンクリートのひび割れを防止することが可能となる。

以下、本発明のコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

コンクリートのひび割れを防止しようとする場合、一般にセメント、膨張材、細骨材、粗骨材、混和剤、水をそれぞれ所定の配合割合で混練りしたコンクリートを用いるが、本発明では施工現場で用いるコンクリートの配合のうち、主に膨張材の配合割合を変えた複数種類の評価用コンクリートＳを作製し、図１、２に例示するひずみ測定装置１によって、それぞれの評価用コンクリートＳに生じるひずみを測定する。単純に膨張材の配合割合だけを変えた評価用コンクリートＳを作製することもできるが、膨張材の配合割合に連動してセメントの配合割合を必然的に変える必要がある場合は、膨張材およびセメントの配合割合を変えた複数種類の評価用コンクリートＳを作製する。

ひずみ測定装置１は、４本の拘束鋼管２の長さ方向両端部に反力鋼板５を固設して、４本の拘束鋼管２の内側に評価用コンクリートＳを設置する構造になっている。ダンベル状の評価用コンクリートＳは、外周に拘束治具３が取付けられ、拘束治具３が反力鋼板５に固定されている。それぞれの拘束鋼管２は、ひずみゲージ４が取付けられた状態で断熱材７が被覆され、ひずみゲージ４はひずみ計測器６に接続されている。

これら拘束鋼管２には流体循環路９が接続され、流体循環路９を介して内部が連通している。流体循環路９にはヒーター１０、電動ポンプ１２、温度制御装置１１が備わっている。４本の拘束鋼管２および流体循環路９には、ヒーター１０で温度調節された水等の温調流体が電動ポンプ１２によって循環する。この温調流体の温度は、温度センサ７による検知温度が温度制御装置１１に入力され、この検知温度に基づいてヒーター１０の加温温度が制御されるようになっている。

このひずみ測定装置１では、拘束鋼管２による拘束力が、反力鋼板５および拘束治具３を介して評価用コンクリートＳに伝達されて、評価用コンクリートＳの長さ方向の変形が拘束される。そして、評価用コンクリートＳの長さ方向のひずみと同じひずみ量となる拘束鋼管２の長さ方向のひずみが、ひずみゲージ４により測定される。この測定されたひずみデータが、ひずみ測定計測器６に入力され、測定ひずみに基づいて評価用コンクリートＳに生じる長さ方向の応力が算出される。

次いで、このひずみ測定装置１によって、評価用コンクリートＳが固化する過程で評価用コンクリートＳに生じる応力を算出する手順を説明する。

図１に例示するように、それぞれの評価用コンクリートＳをひずみ測定装置１にセットして、ひずみ測定装置１を設置した実験室（温度可変室）の温度を、施工現場と同じ温度条件に設定する。施工現場と同じ温度条件は、例えば、施工現場におけるコンクリートの打設温度、外気温等を入力して、図３に例示するような、打設したコンクリートの内部の温度履歴を、予めＦＥＭ解析等により求めておく。拘束鋼管２には、ひずみ測定中に評価用コンクリートＳに付与した温度条件の影響が及ばないように、一定温度（例えば２０℃）の温調流体を循環させる。

これにより、施工現場と同様の温度条件を再現することができ、より施工現場に近い精度のよいひずみデータを取得することができる。

次いで、評価用コンクリートＳの打設してから固化するまでの固化過程における拘束鋼管２の長さ方向のひずみをひずみケージ４により検知し、この検知データをひずみ計測器６に入力する。ひずみ計測器６では、ひずみケージ４の検知データに基づいて評価用コンクリートＳに生じている応力が算出される。

このようにして、施工現場と同じ温度条件下において、長さ方向を拘束された状態のそれぞれの評価用コンクリートＳに生じる応力を算出して、膨張材の配合割合と評価用コンクリートＳの発生応力との相関関係を把握する。この相関関係を用いて、例えば、それぞれの評価用コンクリートＳに生じる応力が経時的に一定になった時の応力に基づいて、構築しようとするコンクリート構造物に対する要求条件を満足する膨張材の配合割合を決定する。即ち、コンクリート構造物に対して設定された許容応力を超えない発生応力となる評価用コンクリートＳを選択し、その選択した評価用コンクリートＳの膨張材の配合割合を、その施工現場で用いるコンクリートに適用する。

上記のような評価用コンクリートＳのひずみ測定を行なうことにより、コンクリート構造物ごとに異なる要求条件や施工条件に応じた過不足のない適正な膨張材の配合割合が把握できるようになる。したがって、このように決定した配合割合の膨張材を含有したコンクリートを用いることにより、構築したコンクリート構造物のコンクリートのひび割れを防止することが可能になる。

ところで、コンクリートの拘束条件（全体の断面積に対する鉄筋の断面積の割合）やコンクリートを固化させる際の温度条件、セメントの種類、配合量等が、ある範囲内であれば、これらの条件の違いによってコンクリートの膨張量（発生応力）は、大きく影響を受けることがない。そのため、評価用コンクリートＳを固化させる際の温度条件を、施工現場とは異なる温度条件にした場合であっても、施工現場と同じ条件下の場合に比して精度は低下するものの、許容できる精度を有する膨張材の配合割合と評価用コンクリートＳとの相関関係を把握することができる。そこで、所定の温度条件下（例えば、２０℃一定、施工現場におけるコンクリートの打設温度または施工現場における外気温など）において評価用コンクリートＳのひずみ測定を行なうようにしてもよい。

また、評価用コンクリートＳのひずみ測定は、上記に例示したひずみ測定装置１を用いた測定に限らず、評価用コンクリートＳの長さ方向の変形を拘束した状態で所定の温度条件下で、評価用コンクリートＳの長さ方向のひずみを測定できるものであればよい。
例えば、その他にＪＩＳ Ａ ６２０２で規定されているＡ法やＢ法に基づいて行なうことができる。評価用コンクリートＳの長さ方向のひずみは、評価用コンクリートＳの長さ方向に鉄筋を埋設し、この鉄筋の長さ方向のひずみを測定することにより取得するようにすることもできる。

本発明によって決定される膨張材の配合割合は、例えば、一般に標準として規定されているコンクリート１ｍ^３に対して２０ｋｇ以下或いは３０ｋｇ以下の範囲であるが、この配合割合以上の範囲について適用することも可能である。

ある施工現場を想定し、セメント（高炉セメントＢ種（比重３．０５））、膨張材（エトリンガイト石灰複合系（比重２．８６））、細骨材(川砂（比重２．６２）)、粗骨材(川砂利（比重２．６５）)、混和剤(高性能ＡＥ減水剤)、水（上水道水）をそれぞれ同一種類として配合したことを共通条件として、表１に示すように主に膨張材の添加量（配合割合）を変化させて評価用コンクリート（サンプル１〜３）を作製した。この膨張材の標準添加量は、コンクリート１ｍ^３に対して２０ｋｇである。セメントの添加量は、膨張材の添加量の変化に連動して、セメントと膨張材の合計量がそれぞれのサンプルで同一になるようにした。これらサンプル１〜３が固化する際に生じる長さ方向のひずみを、図１、２に例示したひずみ測定装置を用いて、（財）建材試験センター（ＪＳＴＭ）に規定されているＪＳＴＭ Ｃ ８２０４：１９９９「コンクリートの水和熱による温度ひび割れ試験方法」に準拠して測定した。温度条件は、想定した施工現場と同じになるように設定した図３に示す温度データを用いるとともに、温調流体を一定温度（２０℃）に設定した。

尚、いずれのサンプルにおいても材齢７日以降から引張応力が一定となり、ひび割れが確認されなかったため、材齢１２日目以降、温調流体の温度を上昇（３℃／日）させて強制的に引張応力を与えて、各サンプルにひび割れが生じるまで測定を行なった。このひずみ測定に基づいて算出した各サンプルでの発生応力を図４、５に示す。

図４のグラフの縦軸は、各サンプルに生じた長さ方向の応力を示し、マイナスの値は圧縮応力、プラス値は引張応力を示す。図４の結果から、初期の最大圧縮応力は、サンプル３が最も大きかったが、サンプル１と２とはほぼ同じであった。一方、材齢１２日後における引張応力で比較すると、サンプル１では１．２６Ｎ／ｍｍ^２、サンプル２では１．０６Ｎ／ｍｍ^２、サンプル３では０．７５Ｎ／ｍｍ^２となり、膨張材の添加量を増加させることにより、拘束されて固化するコンクリートに発生する引張応力が低減することが確認できた。

図５は、図４のデータに基づいて、サンプルに生じる引張応力が安定した材齢１２日目におけるサンプル２、３での発生応力を、サンプル１での発生応力に対する比として整理したものである。図５の結果から、サンプル２では約０．８４、サンプル３では約０．６０であり、標準添加量であるサンプル３よりも添加量が小さいサンプル２であっても温度応力の低減を図れることが確認できた。また、サンプル２の発生応力の低減量は、サンプル３に対して４０％程度であり、発生応力の低減量と膨張材の添加量とは、単純な比例関係ではないことが確認でき、本発明を適用することでコンクリート構造物に対する要求条件等に適合した最適な膨張材の添加量が把握できることが判る。

また、サンプル１〜３の線膨張係数を把握するために、それぞれのサンプルと同じ配合で、ひずみ計および熱電対を埋設した縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×長さ４０ｃｍの無拘束サンプルを作製し、自由膨張ひずみ（μ）の測定を行なった。その結果を図６に示す。

図６の結果から、温度上昇時の線膨張係数（α１）は、膨張材の添加量の増加に伴い大きくなる傾向がみられた。一方、温度下降時（α２）については、サンプル１とサンプル２とはほとんど違いが見られなかったのに対し、サンプル３はサンプル１に対して約０．８７倍となり、やや小さい値であった。これにより、膨張材の添加量が２０ｋｇ／ｍ^３よりも少ない場合、線膨張係数を変えた温度応力解析手法では、膨張材の添加量の違いによるひび割れ抑制効果を評価することが難しいことが判る。

本発明に用いるひずみ測定装置を正面方向で例示する説明図である。 図１のひずみ測定装置を側面方向で例示する説明図である。 ひずみ測定を行なう際に、評価用コンクリートに付与する温度条件を例示するグラフ図である。 評価用コンクリートの固化過程においてに発生する応力を例示するグラフ図である。 膨張材の添加量と、評価用コンクリートに生じる応力との関係を例示するグラフ図である。 無拘束の評価用コンクリートに生じるひずみと温度との関係を例示するグラフ図である。

符号の説明

１ ひずみ測定装置
２ 拘束鋼管
３ 拘束治具
４ ひずみゲージ
５ 反力鋼板
６ ひずみ計測器
７ 温度センサ
８ 断熱材
９ 流体循環路
１０ ヒーター
１１ 温度制御装置
１２ 電動ポンプ
Ｓ 評価用コンクリート

Claims (4)

1. 施工現場で用いるコンクリートの配合のうち、少なくとも膨張材の配合割合を変えて作製した複数の評価用コンクリートを、長さ方向の変形を拘束した状態で所定の温度条件下で固化させ、その固化過程でそれぞれの評価用コンクリートに生じる長さ方向のひずみを測定し、該測定したひずみから算出したそれぞれの評価用コンクリートに生じる応力に基づいて、その施工現場で用いるコンクリートの膨張材の配合割合を決定するようにしたコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法。
2. 前記所定の温度条件を施工現場と同じ温度条件とする請求項１に記載のコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法。
3. 前記それぞれの評価用コンクリートに生じる応力が一定になった時の応力に基づいて、その施工現場で用いるコンクリートの膨張材の配合割合を決定するようにした請求項１または２に記載のコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法。
4. 前記膨張材の配合割合が、コンクリート１ｍ^３に対して３０Ｋｇ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート用膨張材の配合割合の決定方法。

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