JP2004093402A - コンクリートの収縮ひび割れ試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】打設後に刻々と変動するひずみと応力の大きさを変化に追随して調整でき、また測定することができるコンクリートの収縮ひび割れ試験装置を提供する。
【解決手段】本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、コンクリート製の供試体２に荷重を加える荷重付与手段５と、供試体の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段６と、供試体２のひずみを測定可能なひずみ測定手段７と、荷重付与手段５、応力測定手段５およびひずみ測定手段７を供試体２とともに固定する保持枠８とを備えた装置本体、および荷重付与手段５、応力測定手段６およびひずみ測定手段７に接続され、供試体２に発生した応力または供試体２のひずみの値に応じて荷重付与手段５の出力値を調整する制御装置４を有するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１において、ひずみ測定手段７は、供試体２の外部に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、コンクリート製の供試体２に荷重を加える荷重付与手段５と、供試体の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段６と、供試体２のひずみを測定可能なひずみ測定手段７と、荷重付与手段５、応力測定手段５およびひずみ測定手段７を供試体２とともに固定する保持枠８とを備えた装置本体、および荷重付与手段５、応力測定手段６およびひずみ測定手段７に接続され、供試体２に発生した応力または供試体２のひずみの値に応じて荷重付与手段５の出力値を調整する制御装置４を有するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１において、ひずみ測定手段７は、供試体２の外部に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートの供試体のひずみと応力を測定するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、若材齢でのコンクリートのひび割れの発生が多く報告されている。これは、コンクリートの高強度化に伴う大きな温度応力や自己収縮と、施工現場における早期の乾燥収縮との複合作用によるものと考えられる。乾燥収縮は、コンクリートが乾燥開始した時点から生じ、周囲の相対温度と平衡になるまで続く。自己収縮は、打設直後から生じるが、特に水和反応が著しい初期（１週間〜１ヶ月）に大きくなる。
若材齢における収縮ひび割れを解明するには、若材齢から刻々と変化するコンクリートの特性を定量的に評価する必要がある。
【０００３】
この収縮ひび割れが発生する過程の応力およびひずみを測定する方法として、以下の試験方法が用いられている。
図７（Ａ）は、従来例のリング拘束型試験体の平面図、（Ｂ）は同リング拘束型試験体の正断面図、（Ｃ）は同リング拘束型試験体の斜視図である。図７に示すように、リング拘束型試験体７０は、リング形のコンクリートの供試体７１の内部に鋼製円板７２を埋め込んで、コンクリートの収縮変形を拘束したものである。試験体が小型であるため、供試体７１の取り扱いが簡便になり、多数の供試体を試験するのに適している。
【０００４】
図８は、他の従来例の鉄筋拘束型試験体の正断面図である。図８に示すように、鉄筋拘束型試験体７５は、棒状のコンクリートの供試体７６の内部に長手方向に沿って鉄筋または綱棒からなる拘束用棒材７７を埋設し、この拘束用棒材７７の両端部を保持する保持枠７８を供試体７６の外側に設けたものである。拘束用棒材７７の中間部は、供試体７６との間に隙間を空けて配置されているので、供試体７６には、均等な収縮応力が作用するように構成されている。この試験体を用いた測定方法は、拘束用棒材７７の温度が供試体７６の温度に追随するため、温度差の影響を受けにくく、ＪＣＩ自己収縮研究委員会で自己収縮応力試験方法として提案されている。
【０００５】
図９は、他の従来例の外部拘束型試験体８０の正断面図である。図９に示すように外部拘束型試験体８０は、コンクリートの供試体８１の両端部を保持枠８２にボルト８３，８４を用いて固定したもので、供試体８１の中間部は保持枠８２に接触しない構造としている。かかる構成によって、保持枠８２には収縮ひずみに対応した長手方向の力だけが作用するため、実構造物における拘束状態に最も近い拘束状態が得られる。また、コンクリートの拘束ひずみやクリープひずみおよび収縮応力等が明確に算定できる。固定方法としては、ボルト式の他、チャック式やずれ止め鉄筋を用いることができ、このずれ止め鉄筋を用いた方法がＪＩＳ原案の乾燥収縮ひび割れ試験方法に採用されている。
【０００６】
図１０は、他の従来例の引張装置型試験装置の正断面図である。図１０に示すように引張装置型試験装置８５は、コンクリートの供試体８６の一端部を、固定部８７を介して保持枠（図示せず）に固定し、他端を、錘８８に接続されて供試体８６を引張る固定部８９に固定したものである。錘８８を用いているので、乾燥して収縮した供試体８６に荷重を加え、一定時間ごとに乾燥前の長さに戻すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コンクリートの剛性は、ヤング率Ｅと断面積Ａの積ＥＡで表されるが、ヤング率Ｅや、打設後の水和反応の進行に伴って、刻々と変化する。従って、現状のコンクリート部材の場合、初期材齢から拘束を受けるが、ヤング率Ｅの変化によって拘束力が変化するため、自由収縮するコンクリートのひずみに対する拘束を受けるコンクリートのひずみの割合（以下、拘束率という）は一定にならない。
また、水和反応の進行がほぼ終了したと見なされる長期材齢のコンクリートの場合でも、コンクリートの乾燥によってヤング率が乾燥とともに減少し、拘束率は一定にならない。
しかしながら、前記従来のリング拘束型試験体７０は、拘束の程度が不明確で、乾燥状態も不均一であるため、定量的な乾燥収縮ひび割れ性状を把握するには適しておらず、試験結果を実部材のひび割れ挙動と関連づけることが難しい。
【０００８】
また、自己収縮応力測定試験に用いられる鉄筋拘束型試験体７５で使用する供試体７６の断面は、内部に拘束用棒材７７が設けられているので、ＪＩＳで規定されている中実の乾燥収縮供試体とは異なった断面となり、測定データの汎用性がない。また、コンクリートの打設に支障がないようにするため、さらに鉄筋のあきを確保するために、かぶり（鉄筋表面とコンクリート表面の最小距離）をある値以上とする必要があるので、鋼材断面積を大きくすることができず、拘束程度を大きくできない。
【０００９】
また、外部拘束型試験体８０では、外部の保持枠で拘束する原理であるため、外部拘束が一定になり、供試体の拘束率は一定にならず、実験結果からひび割れ発生条件（ひび割れ抵抗性）を的確に判断することは難しい。特に、外部拘束型試験体８０では、保持枠が曲げの影響を受けるため、正確な応力を推定するには、保持枠のひずみ分布の把握が必要で、また、装置組み立て時の精度も必要になる。
【００１０】
また、引張装置型試験装置８５では、拘束されたコンクリートの応力の推定を、鉄筋や保持枠のひずみにより間接的に算出する方法であるため、必ずしも応力を正確に把握できない。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、打設後に刻々と変動するひずみと応力の大きさを変化に追随して調整でき、また測定することができるコンクリートの収縮ひび割れ試験装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置は、コンクリート製の供試体に荷重を加える荷重付与手段と、前記供試体の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段と、前記供試体のひずみを測定可能なひずみ測定手段と、前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段を前記供試体とともに固定する保持枠とを備えた装置本体、および前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段に接続され、前記供試体に発生した応力または前記供試体のひずみの値に応じて前記荷重付与手段の出力値を調整する制御装置を有するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置において、前記ひずみ測定手段は、前記供試体の外部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
供試体の形状は任意であるが、例えば、角柱状のものや円柱状のものが含まれる。
コンクリートは、液状のセメントおよび骨材を固化して形成するため、ひずみゲージを内部に埋込んでコンクリートとともに固化させ、このひずみゲージから電気信号を取り出し、温度補償して使用することが考えられる。しかし、コンクリートが水和反応するときの発熱により、コンクリート内部と表面との温度差が大きくなるため、特に若材齢でのコンクリートの測定を行うときにはひずみの測定誤差が大きくなる。このため、ひずみ測定手段を供試体の外部に設けることにより、正確なひずみと応力の関係を測定することができる。なお、外部には、供試体の表面も含み、例えば、シート状のひずみゲージを供試体の表面に貼着して用いる場合も本発明に含まれる。
【００１４】
荷重付与手段には、供試体に引張り、圧縮、ねじり等の力を加えることができるものが含まれる。応力測定手段には、応力を直接測定するものの他、力を測定して応力に変換できるものも含まれる。ひずみ測定手段には、ひずみを直接測定するものの他、変位を測定してひずみに変換するものも含まれる。
【００１５】
制御装置は、応力測定手段およびひずみ測定手段から出力された応力またはひずみが一定の範囲内に収まるように荷重付与手段を作動させる。例えば、応力またはひずみが前記範囲の下限値より小さくなった場合には、荷重付与手段の出力を大きくし、応力またはひずみが前記範囲の上限値より大きくなった場合には、荷重付与手段の出力を小さくすることによって、応力またはひずみを所定範囲内に収めることができる。
【００１６】
前記ひずみ測定手段を、中間部を前記供試体の表面から外側に離して設けた変位計とすると、変位計が供試体の温度変化の影響を受けにくくなるので、測定値の精度を向上させることができる。
ここで、変位計には、スピンドル式のデジタルリニアゲージ等の接触式のものの他、レーザー等を利用した光学式変位計、静電式変位計、渦電流式変位計等の非接触型のものも含まれる。
【００１７】
前記制御装置に、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けることも可能である。
若材齢のコンクリートは乾燥収縮および自己収縮するが、この収縮してひずみが小さくなった分だけ荷重付与手段の出力値を大きくしてひずみを一定にすることにより、拘束条件を一定にした状態で、ひび割れ発生の挙動を正確に再現することができる。
なお、ここでいう一定の値とは、測定誤差と制御装置の制御可能範囲を考慮した範囲内にあることをいう。
【００１８】
前記制御装置を、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続することも可能である。
自由収縮するとは、外部から荷重を加えていない供試体をいう。制御装置には、自由収縮する基準供試体と、装置本体に固定された供試体が設けられているので、この２つの供試体のひずみを比較して、荷重付与手段の出力値を調整することができる。
【００１９】
前記制御装置に、前記基準ひずみ測定手段の測定値に対する前記ひずみ測定手段の測定値の割合が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けることも可能である。
実際の使用状態では、コンクリートは、これを拘束する部材の変形等により上記割合（拘束率）がどの程度になっているかは現状ではまだ解明されていない。
本発明においては、上記構成により拘束率を自由に設定して試験を行うことができるので、実構造物のひび割れの挙動を解明するため、再現性のある正確なデータを得ることができる。
なお、ここでいう一定の値とは、測定誤差と制御装置の制御可能範囲を考慮した範囲内にあることをいう。
【００２０】
前記保持枠に、前記供試体を揺動可能に保持する２つの固定部を設け、前記荷重付与手段を、前記供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキとすると、供試体に加わる捻りモーメントや曲げモーメントによるひずみ測定手段の捻れや曲がりを、固定部を揺動させることによって逃がすことができ、また、スクリュージャッキを用いて微小距離を正確に移動できるので、測定誤差を減らすことができる。
【００２１】
前記固定部に、ユニバーサルジョイントおよび固定板を設け、対向する前記固定板に、軸心を同じにして前記ユニバーサルジョイントがそれぞれ取り付けられた雌ねじ部を形成することも可能である。
対向する雌ねじ部に１本の長尺ボルトを螺合させることにより、両固定板の雌ねじ部の軸心を一致させることができる。この状態で型枠を形成し、その後長尺ボルトを取り外し、雌ねじ部に孔部閉塞用ボルトを螺合させ、コンクリートを打設する。このようにして供試体を製造した後に、ユニバーサルジョイントを雌ねじ部にそれぞれ取り付けることにより、供試体の中心軸の両端を保持することができ、供試体に圧縮力または引張り力を加えたときに、応力が軸心に沿って発生するので、供試体に均等な応力を加えることができる。
【００２２】
前記制御装置に、一定の間隔で、前記応力測定手段の測定値が変動するように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、繰り返し荷重が加わるような場合等の引張り試験や応力緩和試験等を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置の全体構成図である。図１に示すように、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、コンクリート製の供試体２を取り付ける装置本体３および供試体２に加える荷重を制御する制御装置４とを有している。
【００２４】
供試体２は、角柱の中間部を少し縮径した形状に形成され、上下端部には、固定板１４，１５およびアンカーボルト１６，１７がそれぞれ複数本ずつ設けられている。
【００２５】
装置本体３は、供試体２に引張応力を発生させる荷重付与手段の一例であるスクリュージャッキ５と、供試体２の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段の一例であるロードセル６と、供試体２のひずみを測定可能なひずみ測定手段の一例である変位計７と、これらを供試体２とともに固定する保持枠８とを有している。
【００２６】
保持枠８は、矩形の天板９および底板１０を、それぞれの四隅を貫通した４本の長尺ボルト１１によって、間隔をあけて固定している。
【００２７】
スクリュージャッキ５の本体部は天板９の上部に固定され、先部は天板９の中央部を貫通して下方に突出している。スクリュージャッキ５を駆動することにより、先部を昇降させることができる。
【００２８】
ロードセル６の上端部はスクリュージャッキ５の先部に固定され、下端部には、ユニバーサルジョイント１２を介して固定板１４が揺動可能に設けられている。固定板１４は、供試体２の上端部のアンカーボルト１６に固定されている。
また、保持枠８の底板１０の上部には、ユニバーサルジョイント１３を介して固定板１５が揺動可能に設けられている。固定板１５は、供試体２の下端部のアンカーボルト１７に固定されている。ユニバーサルジョイント１２および固定板１４と、ユニバーサルジョイント１３および固定板１５とによって、２組の固定部を構成している。
【００２９】
変位計７は、棒状に形成されており、供試体２の表面に両端部を固定し、中間部を供試体２の表面から外側に離して設けられている。
【００３０】
装置本体３の近傍には、供試体２と同じ形状の基準供試体１８が無拘束状態で自由収縮可能に配置されている。基準供試体１８には基準ひずみ測定手段の一例として変位計７と同じ形状の変位計１９が設けられている。
【００３１】
制御装置４は、ロードセル６、変位計７および変位計１９に接続され、各測定結果を一定間隔で連続的に記録するデータロガー２０と、データロガー２０に接続され、測定結果を記録、解析し、スクリュージャッキ５の動作量を算定するパーソナルコンピュータ（以下ＰＣ２１という。）と、ＰＣ２１とスクリュージャッキ５に接続され、ＰＣ２１で算定した動作量に基づきスクリュージャッキ５に対する出力値を調整するユニットコントローラ２２とを有している。
【００３２】
ＰＣ２１は、スクリュージャッキ５に対する出力値を調整することができ、変位計７の測定値が一定の値になるように調整する全拘束モードと、変位計１９の測定値から求められたひずみに対する変位計７の測定値から求められたひずみの割合（拘束率）を一定の値になるように調整する所定割合拘束モードと、一定の間隔で、ロードセル６の測定値を変動させるように調整する繰り返し応力モードと、ロードセル６の測定値を一定の値になるように調整する荷重制御モードを切替えることができる。
【００３３】
具体的には、ＰＣ２１に読み込まれた測定プログラムによって、これらの設定、計算を行う。
測定プログラムを起動し、条件設定ボタンを押すと、設定画面に切り替わる。設定画面では、供試体２の変位計７およびロードセル６の設定チャンネルを、ひずみおよび荷重の欄に記入し、基準供試体１８の変位計１９の設定チャンネルを、基準ひずみの欄に記入する。測定間隔および制御間隔は、それぞれ２分以上で入力し、制御繰返し回数は１〜９９回の範囲で選択する。破断判断降下荷重は、０．０１〜９９（ｋＮ）の範囲で、ひずみ制御係数は１〜９９パルスの範囲で、ひずみ制御許容誤差は１〜９９（μｍ）の範囲で選択する。荷重制御係数は１〜９９パルスの範囲で、荷重制御許容誤差は０．０１〜９９（ｋＮ）の範囲で選択する。手動操作時パルス数は、１〜９９９９の範囲で選択する。
ここで、ひずみ制御係数とは、理論上、弾性変形として考えたときに、供試体のひずみを１μｍ／ｍ変化させるために必要な入力パルス数のことをいう。また、荷重制御係数とは、供試体に１ｋＮの荷重を加えるのに必要な入力パルス数のことをいう。また、手動操作時パルス数とは、手動で１回ボタンを押したときに発生させる入力パルス数のことをいう。
【００３４】
設定後は、動作モードを選択し、測定を開始する。測定プログラムは、設定した制御間隔おきに、供試体２のひずみまたは応力を調整する。
次に、測定プログラムによる制御方法について説明する。
図２は、ＰＣによる制御方法を示すフローチャートである。
制御が開始（Ｓ１１）されると、基準データと制御データの計測を行う（Ｓ１２）。ここで、基準データとは、全拘束モードおよび所定割合拘束モードの場合は、基準ひずみ×拘束率、繰り返し応力モードと荷重制御モードの場合は、制御開始前の荷重をいう。
次いでエラーデータの計算を行う（Ｓ１３）。エラーデータとは、制御データ−基準データで表される。次にパルスデータを計算する（Ｓ１４）。パルスデータとは、エラーデータ×制御係数で表される。当初の制御係数は、ひずみ制御であればひずみ制御係数、荷重制御であれば荷重制御係数である。
【００３５】
次にユニットコントローラ２２にパルスデータを出力する（Ｓ１５）。
ＰＣ２１からユニットコントローラ２２に所定のパルスデータが入力されると、ユニットコントローラ２２は、スクリュージャッキ５を所定回数だけ回転するように出力を行う。スクリュージャッキ５の回転によりその先部に取り付けられたロードセル６、ユニバーサルジョイント１２および固定板１４を介して供試体２に引張力が発生する。
【００３６】
次に、制御データを計測する（Ｓ１６）。
引張力は、ロードセル６により検出され、データロガー２０に出力される。この引張力を供試体２の中間部の断面積で除したものが引張応力となるが、この計算は、データロガー２０またはＰＣ２１の内部で行われる。
また、引張力による変位は、変位計７からデータロガー２０に出力される。この変位を、当初の変位計７の両端部間の距離で除した値がひずみとなるが、この計算は、データロガー２０またはＰＣ２１の内部で行われる。
【００３７】
ここで、供試体２の内部で熱が発生しても、変位計７の中間部は供試体２の表面との間に隙間をあけて配置されているので、熱による変形を最小限に抑えることができ、変位の測定誤差が小さくなるので、応力とひずみの関係を精度よく比較することができる。
【００３８】
次に、基準データから制御データを減じて、許容誤差以内であるかどうか判定する（Ｓ１７）。Ｓ１３とは逆の計算を行うのは、スクリュージャッキ５の動作量が大きすぎた場合にこれを逆回転させるためである。
【００３９】
Ｓ１７で許容誤差以内と判定された場合は、制御を終了（Ｓ１８）して、次の制御開始まで待機する。
【００４０】
Ｓ１７で許容誤差以内である（Ｙｅｓ）と判定された場合は、制御を終了（Ｓ１８）する。一方、Ｓ１７の判定がＮｏであれば、Ｎｏと判定された回数が制御繰り返し回数以上であるか判定する（Ｓ１９）。
Ｓ１９の判定がＮｏの場合は、制御係数を再設定し（Ｓ２０）、Ｓ１３に戻る。制御係数は、（エラーデータ−（基準データ−制御データ））／エラーデータにより計算される。
一方、Ｓ１９の判定がＹｅｓであれば、アラーム等により実験者に異常であることを知らせる。
このようにして、許容誤差以内になるように制御を行う。
【００４１】
次いで、供試体２の製造手順について説明する。
まず、固定板１４，１５の中央に形成された雌ねじ部（図示せず）に供試体の長さに合わせた長尺ボルト（図示せず）を螺合させ、両固定板１４，１５を型枠（図示せず）に固定する。次に、長尺ボルトを外して、雌ねじ部に短尺のボルト１６，１７を螺合させ、コンクリートを流し込み固化させる。このようにして供試体２を製造する。
【００４２】
次に、コンクリートの収縮ひび割れ試験装置１の使用手順について説明する。
まず、全拘束モードについて説明する。供試体２および固定板１４，１５を装置本体３のユニバーサルジョイント１２，１３に固定し、制御装置４を作動させると、ＰＣ２１は、引張力が加わっていない状態での変位計７から取得した測定値を基準データとする。
【００４３】
測定開始後は、コンクリートは徐々に収縮するので、変位計７による測定値は徐々に小さくなる。データロガー２０は、所定時間おきに変位計７から測定値を取得し、ＰＣ２１にこの測定値を出力する。
【００４４】
ＰＣ２１は、測定プログラムにより、予め設定した制御間隔おきに制御を行いユニットコントローラ２２に信号を出力する。ユニットコントローラ２２は、この動作量に応じてスクリュージャッキ５を所定回数だけ回転させ、供試体２の変位を基準値に戻す。
【００４５】
このように動作させることによって、供試体２のひずみは一定に保持される。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、変位計７による測定と同時にロードセル６による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００４６】
次に、所定割合拘束モードについて説明する。供試体２を装置本体３に固定し、また、基準供試体１８に変位計１９を取り付け、変位計１９の出力端子をデータロガー２０に接続する。ＰＣ２１は、データロガー２０を介して変位計７および変位計１９から測定値を取得し、それぞれひずみを計算する。ＰＣ２１は、測定プログラムにより制御を行い、ユニットコントローラ２２に信号を出力する。ユニットコントローラ２２は、この動作量に応じてスクリュージャッキ５を所定回数だけ回転させ、供試体２の変位を基準値に戻す。
【００４７】
このように動作させることによって、供試体２のひずみは一定の拘束率で保持される。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、変位計７による測定と同時にロードセル６による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００４８】
次に、繰り返し応力モードについて説明する。
ＰＣ２１は、時間と応力とを入力可能なタイムテーブルを備えており、２つの大きさの応力と、切替間隔を入力すると、この切替時間おきに前記２つの設定応力を切り替えるタイムテーブルが作成される。
供試体２を装置本体３に固定し、制御装置４を作動させると、ＰＣ２１は、ロードセル６からデータロガー２０を介して取得した測定値を制御データとして、制御を行い、ユニットコントローラ２２を介してスクリュージャッキ５を動作させ、供試体２に発生している応力を減少または増加させる。
【００４９】
このような制御を所定時間おきに行うことによって、供試体２に加える荷重を、所定時間おきに変動させることができる。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、ロードセル６による測定と同時に変位計７による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００５０】
なお、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、引張り試験装置として用いることも可能で、供試体２に加える荷重を徐々に増加させ、破断時の荷重をロードセル６で測定することができる。
【００５１】
【実施例】
（実施例１）
本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１を用いて実験を行った。表１に供試体の製造に用いたコンクリートの調合を示す。
【００５２】
【表１】
Ｗ：水，Ｓ／ａ：細骨材率
Ｃ：セメント（普通ポルトランドセメント，密度３．１６ｇ／ｃｍ３）
Ｓ：細骨材（陸砂，表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ３，吸水率１．８６％）
Ｇ：粗骨材（石灰石砕石，表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ３，吸水率０．３８％）
ＡＤ：混和剤（ＡＥ減水剤標準形Ｉ種）
【００５３】
供試体の乾燥開始材齢が１日の場合と、７日の場合について、全拘束モードと、７０％の所定割合拘束モードで試験を行った。なお、７日の場合については、全拘束のみで試験を行った。
【００５４】
供試体は材齢１日で脱型し、乾燥開始材齢１日の供試体は直後に実験を開始した。その他の供試体は養生室内（２０±１℃）にて厚手のビニール袋で材齢７日まで封緘養生した。
【００５５】
供試体は、１条件あたり２体用意し、１体にひび割れが生じた時点で、同一形状・同一条件で乾燥させた無拘束の供試体を、本装置を用いて引張強度試験を行うこととした。なお、ひずみ制御のための供試体としては、１０×１０×４０ｃｍの角柱供試体を用い、ひずみの制御は２分間隔で行い、計測は１０分間隔で行った。また、実験は恒温恒湿内（温度２０±０．５℃，湿度６０±５％Ｒ．Ｈ．）にて行った。
【００５６】
図３は、材齢とひずみの関係を示すグラフ、図４は、材齢と拘束率の関係を示すグラフ、図５は、材齢と拘束引張ひずみ（自由収縮ひずみ−拘束コンクリートのひずみ）の関係を示すグラフ、図６は、材齢と応力の変化を示すグラフである。
【００５７】
図４に示すように、乾燥初期は自由収縮ひずみが小さいためにばらつきが見られるが、すぐに安定し設定した拘束率を保持している。また、拘束引張ひずみは、乾燥初期から増大し、ひび割れ発生に至っている。
【００５８】
【表２】
【００５９】
表２に、ひび割れ発生時の測定結果を示す。
ひび割れ発生時の応力は、無拘束供試体の強度に比べて、乾燥開始材齢１日の拘束率１００％の場合はほぼ同程度であるのに対し、その他の条件では約８０％という結果になった。また、持続荷重を受けるコンクリートは、静的な引張強度よりも低い引張応力でひび割れが発生する。これはクリープによる強度の低下と考えられる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置は、荷重付与手段、応力測定手段およびひずみ測定手段を備え、ひずみ測定手段が供試体の外部に設けられているので、コンクリート内部の発熱による温度上昇の影響を少なくして、正確なひずみと応力の関係を測定することができ、実部材の挙動に近づくようにひずみと応力の大きさを調整でき、また測定することができる。
（２）ひずみ測定手段を、中間部を供試体の表面から外側に離して設けた変位計とすると、変位計が供試体の温度変化の影響を受けにくくなるので、測定値の精度を向上させることができる。
（３）制御装置に、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、ひずみが一定になり、拘束率が０％のときは完全拘束、１００％のときは無拘束の状態となり、任意の拘束率の実験を行うことができる。
（４）制御装置を、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続すると、２つの供試体のひずみを比較して、荷重付与手段の出力値を調整することができるので、供試体を、実部材の挙動に近づけることができる。
（５）制御装置に、拘束率が一定の値になるように荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、拘束率を自由に設定して試験を行うことができるので、実構造物のひび割れの挙動を解明するため、再現性のある正確なデータを得ることができる。
（６）保持枠に、供試体を揺動可能に保持する２つの固定部を設け、荷重付与手段を、供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキとすると、供試体に加わる捻りモーメントや曲げモーメントによるひずみ測定手段の捻れや曲がりを防止して、測定誤差を減らすことができる。
（７）制御装置に、一定の間隔で、応力測定手段の測定値が変動するように荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、繰り返し応力が加わるような場合等の引張り試験や応力緩和試験等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置の全体構成図である。
【図２】ＰＣによる制御方法を示すフローチャートである。
【図３】材齢とひずみの関係を示すグラフである。
【図４】材齢と拘束率の関係を示すグラフである。
【図５】材齢と拘束引張ひずみ（自由収縮ひずみ−拘束コンクリートのひずみ）の関係を示すグラフである。
【図６】材齢と応力の変化を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は従来例のリング拘束型試験装置の平面図、（Ｂ）は同リング拘束型試験装置の正断面図、（Ｃ）は同リング拘束型試験装置の斜視図である。
【図８】他の従来例の鉄筋拘束型試験装置の正断面図である。
【図９】他の従来例の外部拘束型試験装置の正断面図である。
【図１０】他の従来例の引張装置型試験装置の正断面図である。
【符号の説明】
１ コンクリートの収縮ひび割れ試験装置
２ 供試体
３ 装置本体
４ 制御装置
５ スクリュージャッキ（荷重付与手段）
６ ロードセル（応力測定手段）
７ 変位計（ひずみ測定手段）
８ 保持枠
９ 天板
１０ 底板
１１ 長尺ボルト
１２，１３ ユニバーサルジョイント
１４，１５ 固定板
１６，１７ アンカーボルト
１８ 基準供試体
１９ 変位計（基準ひずみ測定手段）
２０ データロガー
２１ ＰＣ
２２ ユニットコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートの供試体のひずみと応力を測定するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、若材齢でのコンクリートのひび割れの発生が多く報告されている。これは、コンクリートの高強度化に伴う大きな温度応力や自己収縮と、施工現場における早期の乾燥収縮との複合作用によるものと考えられる。乾燥収縮は、コンクリートが乾燥開始した時点から生じ、周囲の相対温度と平衡になるまで続く。自己収縮は、打設直後から生じるが、特に水和反応が著しい初期（１週間〜１ヶ月）に大きくなる。
若材齢における収縮ひび割れを解明するには、若材齢から刻々と変化するコンクリートの特性を定量的に評価する必要がある。
【０００３】
この収縮ひび割れが発生する過程の応力およびひずみを測定する方法として、以下の試験方法が用いられている。
図７（Ａ）は、従来例のリング拘束型試験体の平面図、（Ｂ）は同リング拘束型試験体の正断面図、（Ｃ）は同リング拘束型試験体の斜視図である。図７に示すように、リング拘束型試験体７０は、リング形のコンクリートの供試体７１の内部に鋼製円板７２を埋め込んで、コンクリートの収縮変形を拘束したものである。試験体が小型であるため、供試体７１の取り扱いが簡便になり、多数の供試体を試験するのに適している。
【０００４】
図８は、他の従来例の鉄筋拘束型試験体の正断面図である。図８に示すように、鉄筋拘束型試験体７５は、棒状のコンクリートの供試体７６の内部に長手方向に沿って鉄筋または綱棒からなる拘束用棒材７７を埋設し、この拘束用棒材７７の両端部を保持する保持枠７８を供試体７６の外側に設けたものである。拘束用棒材７７の中間部は、供試体７６との間に隙間を空けて配置されているので、供試体７６には、均等な収縮応力が作用するように構成されている。この試験体を用いた測定方法は、拘束用棒材７７の温度が供試体７６の温度に追随するため、温度差の影響を受けにくく、ＪＣＩ自己収縮研究委員会で自己収縮応力試験方法として提案されている。
【０００５】
図９は、他の従来例の外部拘束型試験体８０の正断面図である。図９に示すように外部拘束型試験体８０は、コンクリートの供試体８１の両端部を保持枠８２にボルト８３，８４を用いて固定したもので、供試体８１の中間部は保持枠８２に接触しない構造としている。かかる構成によって、保持枠８２には収縮ひずみに対応した長手方向の力だけが作用するため、実構造物における拘束状態に最も近い拘束状態が得られる。また、コンクリートの拘束ひずみやクリープひずみおよび収縮応力等が明確に算定できる。固定方法としては、ボルト式の他、チャック式やずれ止め鉄筋を用いることができ、このずれ止め鉄筋を用いた方法がＪＩＳ原案の乾燥収縮ひび割れ試験方法に採用されている。
【０００６】
図１０は、他の従来例の引張装置型試験装置の正断面図である。図１０に示すように引張装置型試験装置８５は、コンクリートの供試体８６の一端部を、固定部８７を介して保持枠（図示せず）に固定し、他端を、錘８８に接続されて供試体８６を引張る固定部８９に固定したものである。錘８８を用いているので、乾燥して収縮した供試体８６に荷重を加え、一定時間ごとに乾燥前の長さに戻すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コンクリートの剛性は、ヤング率Ｅと断面積Ａの積ＥＡで表されるが、ヤング率Ｅや、打設後の水和反応の進行に伴って、刻々と変化する。従って、現状のコンクリート部材の場合、初期材齢から拘束を受けるが、ヤング率Ｅの変化によって拘束力が変化するため、自由収縮するコンクリートのひずみに対する拘束を受けるコンクリートのひずみの割合（以下、拘束率という）は一定にならない。
また、水和反応の進行がほぼ終了したと見なされる長期材齢のコンクリートの場合でも、コンクリートの乾燥によってヤング率が乾燥とともに減少し、拘束率は一定にならない。
しかしながら、前記従来のリング拘束型試験体７０は、拘束の程度が不明確で、乾燥状態も不均一であるため、定量的な乾燥収縮ひび割れ性状を把握するには適しておらず、試験結果を実部材のひび割れ挙動と関連づけることが難しい。
【０００８】
また、自己収縮応力測定試験に用いられる鉄筋拘束型試験体７５で使用する供試体７６の断面は、内部に拘束用棒材７７が設けられているので、ＪＩＳで規定されている中実の乾燥収縮供試体とは異なった断面となり、測定データの汎用性がない。また、コンクリートの打設に支障がないようにするため、さらに鉄筋のあきを確保するために、かぶり（鉄筋表面とコンクリート表面の最小距離）をある値以上とする必要があるので、鋼材断面積を大きくすることができず、拘束程度を大きくできない。
【０００９】
また、外部拘束型試験体８０では、外部の保持枠で拘束する原理であるため、外部拘束が一定になり、供試体の拘束率は一定にならず、実験結果からひび割れ発生条件（ひび割れ抵抗性）を的確に判断することは難しい。特に、外部拘束型試験体８０では、保持枠が曲げの影響を受けるため、正確な応力を推定するには、保持枠のひずみ分布の把握が必要で、また、装置組み立て時の精度も必要になる。
【００１０】
また、引張装置型試験装置８５では、拘束されたコンクリートの応力の推定を、鉄筋や保持枠のひずみにより間接的に算出する方法であるため、必ずしも応力を正確に把握できない。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、打設後に刻々と変動するひずみと応力の大きさを変化に追随して調整でき、また測定することができるコンクリートの収縮ひび割れ試験装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置は、コンクリート製の供試体に荷重を加える荷重付与手段と、前記供試体の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段と、前記供試体のひずみを測定可能なひずみ測定手段と、前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段を前記供試体とともに固定する保持枠とを備えた装置本体、および前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段に接続され、前記供試体に発生した応力または前記供試体のひずみの値に応じて前記荷重付与手段の出力値を調整する制御装置を有するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置において、前記ひずみ測定手段は、前記供試体の外部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
供試体の形状は任意であるが、例えば、角柱状のものや円柱状のものが含まれる。
コンクリートは、液状のセメントおよび骨材を固化して形成するため、ひずみゲージを内部に埋込んでコンクリートとともに固化させ、このひずみゲージから電気信号を取り出し、温度補償して使用することが考えられる。しかし、コンクリートが水和反応するときの発熱により、コンクリート内部と表面との温度差が大きくなるため、特に若材齢でのコンクリートの測定を行うときにはひずみの測定誤差が大きくなる。このため、ひずみ測定手段を供試体の外部に設けることにより、正確なひずみと応力の関係を測定することができる。なお、外部には、供試体の表面も含み、例えば、シート状のひずみゲージを供試体の表面に貼着して用いる場合も本発明に含まれる。
【００１４】
荷重付与手段には、供試体に引張り、圧縮、ねじり等の力を加えることができるものが含まれる。応力測定手段には、応力を直接測定するものの他、力を測定して応力に変換できるものも含まれる。ひずみ測定手段には、ひずみを直接測定するものの他、変位を測定してひずみに変換するものも含まれる。
【００１５】
制御装置は、応力測定手段およびひずみ測定手段から出力された応力またはひずみが一定の範囲内に収まるように荷重付与手段を作動させる。例えば、応力またはひずみが前記範囲の下限値より小さくなった場合には、荷重付与手段の出力を大きくし、応力またはひずみが前記範囲の上限値より大きくなった場合には、荷重付与手段の出力を小さくすることによって、応力またはひずみを所定範囲内に収めることができる。
【００１６】
前記ひずみ測定手段を、中間部を前記供試体の表面から外側に離して設けた変位計とすると、変位計が供試体の温度変化の影響を受けにくくなるので、測定値の精度を向上させることができる。
ここで、変位計には、スピンドル式のデジタルリニアゲージ等の接触式のものの他、レーザー等を利用した光学式変位計、静電式変位計、渦電流式変位計等の非接触型のものも含まれる。
【００１７】
前記制御装置に、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けることも可能である。
若材齢のコンクリートは乾燥収縮および自己収縮するが、この収縮してひずみが小さくなった分だけ荷重付与手段の出力値を大きくしてひずみを一定にすることにより、拘束条件を一定にした状態で、ひび割れ発生の挙動を正確に再現することができる。
なお、ここでいう一定の値とは、測定誤差と制御装置の制御可能範囲を考慮した範囲内にあることをいう。
【００１８】
前記制御装置を、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続することも可能である。
自由収縮するとは、外部から荷重を加えていない供試体をいう。制御装置には、自由収縮する基準供試体と、装置本体に固定された供試体が設けられているので、この２つの供試体のひずみを比較して、荷重付与手段の出力値を調整することができる。
【００１９】
前記制御装置に、前記基準ひずみ測定手段の測定値に対する前記ひずみ測定手段の測定値の割合が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けることも可能である。
実際の使用状態では、コンクリートは、これを拘束する部材の変形等により上記割合（拘束率）がどの程度になっているかは現状ではまだ解明されていない。
本発明においては、上記構成により拘束率を自由に設定して試験を行うことができるので、実構造物のひび割れの挙動を解明するため、再現性のある正確なデータを得ることができる。
なお、ここでいう一定の値とは、測定誤差と制御装置の制御可能範囲を考慮した範囲内にあることをいう。
【００２０】
前記保持枠に、前記供試体を揺動可能に保持する２つの固定部を設け、前記荷重付与手段を、前記供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキとすると、供試体に加わる捻りモーメントや曲げモーメントによるひずみ測定手段の捻れや曲がりを、固定部を揺動させることによって逃がすことができ、また、スクリュージャッキを用いて微小距離を正確に移動できるので、測定誤差を減らすことができる。
【００２１】
前記固定部に、ユニバーサルジョイントおよび固定板を設け、対向する前記固定板に、軸心を同じにして前記ユニバーサルジョイントがそれぞれ取り付けられた雌ねじ部を形成することも可能である。
対向する雌ねじ部に１本の長尺ボルトを螺合させることにより、両固定板の雌ねじ部の軸心を一致させることができる。この状態で型枠を形成し、その後長尺ボルトを取り外し、雌ねじ部に孔部閉塞用ボルトを螺合させ、コンクリートを打設する。このようにして供試体を製造した後に、ユニバーサルジョイントを雌ねじ部にそれぞれ取り付けることにより、供試体の中心軸の両端を保持することができ、供試体に圧縮力または引張り力を加えたときに、応力が軸心に沿って発生するので、供試体に均等な応力を加えることができる。
【００２２】
前記制御装置に、一定の間隔で、前記応力測定手段の測定値が変動するように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、繰り返し荷重が加わるような場合等の引張り試験や応力緩和試験等を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置の全体構成図である。図１に示すように、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、コンクリート製の供試体２を取り付ける装置本体３および供試体２に加える荷重を制御する制御装置４とを有している。
【００２４】
供試体２は、角柱の中間部を少し縮径した形状に形成され、上下端部には、固定板１４，１５およびアンカーボルト１６，１７がそれぞれ複数本ずつ設けられている。
【００２５】
装置本体３は、供試体２に引張応力を発生させる荷重付与手段の一例であるスクリュージャッキ５と、供試体２の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段の一例であるロードセル６と、供試体２のひずみを測定可能なひずみ測定手段の一例である変位計７と、これらを供試体２とともに固定する保持枠８とを有している。
【００２６】
保持枠８は、矩形の天板９および底板１０を、それぞれの四隅を貫通した４本の長尺ボルト１１によって、間隔をあけて固定している。
【００２７】
スクリュージャッキ５の本体部は天板９の上部に固定され、先部は天板９の中央部を貫通して下方に突出している。スクリュージャッキ５を駆動することにより、先部を昇降させることができる。
【００２８】
ロードセル６の上端部はスクリュージャッキ５の先部に固定され、下端部には、ユニバーサルジョイント１２を介して固定板１４が揺動可能に設けられている。固定板１４は、供試体２の上端部のアンカーボルト１６に固定されている。
また、保持枠８の底板１０の上部には、ユニバーサルジョイント１３を介して固定板１５が揺動可能に設けられている。固定板１５は、供試体２の下端部のアンカーボルト１７に固定されている。ユニバーサルジョイント１２および固定板１４と、ユニバーサルジョイント１３および固定板１５とによって、２組の固定部を構成している。
【００２９】
変位計７は、棒状に形成されており、供試体２の表面に両端部を固定し、中間部を供試体２の表面から外側に離して設けられている。
【００３０】
装置本体３の近傍には、供試体２と同じ形状の基準供試体１８が無拘束状態で自由収縮可能に配置されている。基準供試体１８には基準ひずみ測定手段の一例として変位計７と同じ形状の変位計１９が設けられている。
【００３１】
制御装置４は、ロードセル６、変位計７および変位計１９に接続され、各測定結果を一定間隔で連続的に記録するデータロガー２０と、データロガー２０に接続され、測定結果を記録、解析し、スクリュージャッキ５の動作量を算定するパーソナルコンピュータ（以下ＰＣ２１という。）と、ＰＣ２１とスクリュージャッキ５に接続され、ＰＣ２１で算定した動作量に基づきスクリュージャッキ５に対する出力値を調整するユニットコントローラ２２とを有している。
【００３２】
ＰＣ２１は、スクリュージャッキ５に対する出力値を調整することができ、変位計７の測定値が一定の値になるように調整する全拘束モードと、変位計１９の測定値から求められたひずみに対する変位計７の測定値から求められたひずみの割合（拘束率）を一定の値になるように調整する所定割合拘束モードと、一定の間隔で、ロードセル６の測定値を変動させるように調整する繰り返し応力モードと、ロードセル６の測定値を一定の値になるように調整する荷重制御モードを切替えることができる。
【００３３】
具体的には、ＰＣ２１に読み込まれた測定プログラムによって、これらの設定、計算を行う。
測定プログラムを起動し、条件設定ボタンを押すと、設定画面に切り替わる。設定画面では、供試体２の変位計７およびロードセル６の設定チャンネルを、ひずみおよび荷重の欄に記入し、基準供試体１８の変位計１９の設定チャンネルを、基準ひずみの欄に記入する。測定間隔および制御間隔は、それぞれ２分以上で入力し、制御繰返し回数は１〜９９回の範囲で選択する。破断判断降下荷重は、０．０１〜９９（ｋＮ）の範囲で、ひずみ制御係数は１〜９９パルスの範囲で、ひずみ制御許容誤差は１〜９９（μｍ）の範囲で選択する。荷重制御係数は１〜９９パルスの範囲で、荷重制御許容誤差は０．０１〜９９（ｋＮ）の範囲で選択する。手動操作時パルス数は、１〜９９９９の範囲で選択する。
ここで、ひずみ制御係数とは、理論上、弾性変形として考えたときに、供試体のひずみを１μｍ／ｍ変化させるために必要な入力パルス数のことをいう。また、荷重制御係数とは、供試体に１ｋＮの荷重を加えるのに必要な入力パルス数のことをいう。また、手動操作時パルス数とは、手動で１回ボタンを押したときに発生させる入力パルス数のことをいう。
【００３４】
設定後は、動作モードを選択し、測定を開始する。測定プログラムは、設定した制御間隔おきに、供試体２のひずみまたは応力を調整する。
次に、測定プログラムによる制御方法について説明する。
図２は、ＰＣによる制御方法を示すフローチャートである。
制御が開始（Ｓ１１）されると、基準データと制御データの計測を行う（Ｓ１２）。ここで、基準データとは、全拘束モードおよび所定割合拘束モードの場合は、基準ひずみ×拘束率、繰り返し応力モードと荷重制御モードの場合は、制御開始前の荷重をいう。
次いでエラーデータの計算を行う（Ｓ１３）。エラーデータとは、制御データ−基準データで表される。次にパルスデータを計算する（Ｓ１４）。パルスデータとは、エラーデータ×制御係数で表される。当初の制御係数は、ひずみ制御であればひずみ制御係数、荷重制御であれば荷重制御係数である。
【００３５】
次にユニットコントローラ２２にパルスデータを出力する（Ｓ１５）。
ＰＣ２１からユニットコントローラ２２に所定のパルスデータが入力されると、ユニットコントローラ２２は、スクリュージャッキ５を所定回数だけ回転するように出力を行う。スクリュージャッキ５の回転によりその先部に取り付けられたロードセル６、ユニバーサルジョイント１２および固定板１４を介して供試体２に引張力が発生する。
【００３６】
次に、制御データを計測する（Ｓ１６）。
引張力は、ロードセル６により検出され、データロガー２０に出力される。この引張力を供試体２の中間部の断面積で除したものが引張応力となるが、この計算は、データロガー２０またはＰＣ２１の内部で行われる。
また、引張力による変位は、変位計７からデータロガー２０に出力される。この変位を、当初の変位計７の両端部間の距離で除した値がひずみとなるが、この計算は、データロガー２０またはＰＣ２１の内部で行われる。
【００３７】
ここで、供試体２の内部で熱が発生しても、変位計７の中間部は供試体２の表面との間に隙間をあけて配置されているので、熱による変形を最小限に抑えることができ、変位の測定誤差が小さくなるので、応力とひずみの関係を精度よく比較することができる。
【００３８】
次に、基準データから制御データを減じて、許容誤差以内であるかどうか判定する（Ｓ１７）。Ｓ１３とは逆の計算を行うのは、スクリュージャッキ５の動作量が大きすぎた場合にこれを逆回転させるためである。
【００３９】
Ｓ１７で許容誤差以内と判定された場合は、制御を終了（Ｓ１８）して、次の制御開始まで待機する。
【００４０】
Ｓ１７で許容誤差以内である（Ｙｅｓ）と判定された場合は、制御を終了（Ｓ１８）する。一方、Ｓ１７の判定がＮｏであれば、Ｎｏと判定された回数が制御繰り返し回数以上であるか判定する（Ｓ１９）。
Ｓ１９の判定がＮｏの場合は、制御係数を再設定し（Ｓ２０）、Ｓ１３に戻る。制御係数は、（エラーデータ−（基準データ−制御データ））／エラーデータにより計算される。
一方、Ｓ１９の判定がＹｅｓであれば、アラーム等により実験者に異常であることを知らせる。
このようにして、許容誤差以内になるように制御を行う。
【００４１】
次いで、供試体２の製造手順について説明する。
まず、固定板１４，１５の中央に形成された雌ねじ部（図示せず）に供試体の長さに合わせた長尺ボルト（図示せず）を螺合させ、両固定板１４，１５を型枠（図示せず）に固定する。次に、長尺ボルトを外して、雌ねじ部に短尺のボルト１６，１７を螺合させ、コンクリートを流し込み固化させる。このようにして供試体２を製造する。
【００４２】
次に、コンクリートの収縮ひび割れ試験装置１の使用手順について説明する。
まず、全拘束モードについて説明する。供試体２および固定板１４，１５を装置本体３のユニバーサルジョイント１２，１３に固定し、制御装置４を作動させると、ＰＣ２１は、引張力が加わっていない状態での変位計７から取得した測定値を基準データとする。
【００４３】
測定開始後は、コンクリートは徐々に収縮するので、変位計７による測定値は徐々に小さくなる。データロガー２０は、所定時間おきに変位計７から測定値を取得し、ＰＣ２１にこの測定値を出力する。
【００４４】
ＰＣ２１は、測定プログラムにより、予め設定した制御間隔おきに制御を行いユニットコントローラ２２に信号を出力する。ユニットコントローラ２２は、この動作量に応じてスクリュージャッキ５を所定回数だけ回転させ、供試体２の変位を基準値に戻す。
【００４５】
このように動作させることによって、供試体２のひずみは一定に保持される。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、変位計７による測定と同時にロードセル６による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００４６】
次に、所定割合拘束モードについて説明する。供試体２を装置本体３に固定し、また、基準供試体１８に変位計１９を取り付け、変位計１９の出力端子をデータロガー２０に接続する。ＰＣ２１は、データロガー２０を介して変位計７および変位計１９から測定値を取得し、それぞれひずみを計算する。ＰＣ２１は、測定プログラムにより制御を行い、ユニットコントローラ２２に信号を出力する。ユニットコントローラ２２は、この動作量に応じてスクリュージャッキ５を所定回数だけ回転させ、供試体２の変位を基準値に戻す。
【００４７】
このように動作させることによって、供試体２のひずみは一定の拘束率で保持される。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、変位計７による測定と同時にロードセル６による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００４８】
次に、繰り返し応力モードについて説明する。
ＰＣ２１は、時間と応力とを入力可能なタイムテーブルを備えており、２つの大きさの応力と、切替間隔を入力すると、この切替時間おきに前記２つの設定応力を切り替えるタイムテーブルが作成される。
供試体２を装置本体３に固定し、制御装置４を作動させると、ＰＣ２１は、ロードセル６からデータロガー２０を介して取得した測定値を制御データとして、制御を行い、ユニットコントローラ２２を介してスクリュージャッキ５を動作させ、供試体２に発生している応力を減少または増加させる。
【００４９】
このような制御を所定時間おきに行うことによって、供試体２に加える荷重を、所定時間おきに変動させることができる。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、ロードセル６による測定と同時に変位計７による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００５０】
なお、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、引張り試験装置として用いることも可能で、供試体２に加える荷重を徐々に増加させ、破断時の荷重をロードセル６で測定することができる。
【００５１】
【実施例】
（実施例１）
本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１を用いて実験を行った。表１に供試体の製造に用いたコンクリートの調合を示す。
【００５２】
【表１】
Ｃ：セメント（普通ポルトランドセメント，密度３．１６ｇ／ｃｍ３）
Ｓ：細骨材（陸砂，表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ３，吸水率１．８６％）
Ｇ：粗骨材（石灰石砕石，表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ３，吸水率０．３８％）
ＡＤ：混和剤（ＡＥ減水剤標準形Ｉ種）
【００５３】
供試体の乾燥開始材齢が１日の場合と、７日の場合について、全拘束モードと、７０％の所定割合拘束モードで試験を行った。なお、７日の場合については、全拘束のみで試験を行った。
【００５４】
供試体は材齢１日で脱型し、乾燥開始材齢１日の供試体は直後に実験を開始した。その他の供試体は養生室内（２０±１℃）にて厚手のビニール袋で材齢７日まで封緘養生した。
【００５５】
供試体は、１条件あたり２体用意し、１体にひび割れが生じた時点で、同一形状・同一条件で乾燥させた無拘束の供試体を、本装置を用いて引張強度試験を行うこととした。なお、ひずみ制御のための供試体としては、１０×１０×４０ｃｍの角柱供試体を用い、ひずみの制御は２分間隔で行い、計測は１０分間隔で行った。また、実験は恒温恒湿内（温度２０±０．５℃，湿度６０±５％Ｒ．Ｈ．）にて行った。
【００５６】
図３は、材齢とひずみの関係を示すグラフ、図４は、材齢と拘束率の関係を示すグラフ、図５は、材齢と拘束引張ひずみ（自由収縮ひずみ−拘束コンクリートのひずみ）の関係を示すグラフ、図６は、材齢と応力の変化を示すグラフである。
【００５７】
図４に示すように、乾燥初期は自由収縮ひずみが小さいためにばらつきが見られるが、すぐに安定し設定した拘束率を保持している。また、拘束引張ひずみは、乾燥初期から増大し、ひび割れ発生に至っている。
【００５８】
【表２】
表２に、ひび割れ発生時の測定結果を示す。
ひび割れ発生時の応力は、無拘束供試体の強度に比べて、乾燥開始材齢１日の拘束率１００％の場合はほぼ同程度であるのに対し、その他の条件では約８０％という結果になった。また、持続荷重を受けるコンクリートは、静的な引張強度よりも低い引張応力でひび割れが発生する。これはクリープによる強度の低下と考えられる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置は、荷重付与手段、応力測定手段およびひずみ測定手段を備え、ひずみ測定手段が供試体の外部に設けられているので、コンクリート内部の発熱による温度上昇の影響を少なくして、正確なひずみと応力の関係を測定することができ、実部材の挙動に近づくようにひずみと応力の大きさを調整でき、また測定することができる。
（２）ひずみ測定手段を、中間部を供試体の表面から外側に離して設けた変位計とすると、変位計が供試体の温度変化の影響を受けにくくなるので、測定値の精度を向上させることができる。
（３）制御装置に、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、ひずみが一定になり、拘束率が０％のときは完全拘束、１００％のときは無拘束の状態となり、任意の拘束率の実験を行うことができる。
（４）制御装置を、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続すると、２つの供試体のひずみを比較して、荷重付与手段の出力値を調整することができるので、供試体を、実部材の挙動に近づけることができる。
（５）制御装置に、拘束率が一定の値になるように荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、拘束率を自由に設定して試験を行うことができるので、実構造物のひび割れの挙動を解明するため、再現性のある正確なデータを得ることができる。
（６）保持枠に、供試体を揺動可能に保持する２つの固定部を設け、荷重付与手段を、供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキとすると、供試体に加わる捻りモーメントや曲げモーメントによるひずみ測定手段の捻れや曲がりを防止して、測定誤差を減らすことができる。
（７）制御装置に、一定の間隔で、応力測定手段の測定値が変動するように荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、繰り返し応力が加わるような場合等の引張り試験や応力緩和試験等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置の全体構成図である。
【図２】ＰＣによる制御方法を示すフローチャートである。
【図３】材齢とひずみの関係を示すグラフである。
【図４】材齢と拘束率の関係を示すグラフである。
【図５】材齢と拘束引張ひずみ（自由収縮ひずみ−拘束コンクリートのひずみ）の関係を示すグラフである。
【図６】材齢と応力の変化を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は従来例のリング拘束型試験装置の平面図、（Ｂ）は同リング拘束型試験装置の正断面図、（Ｃ）は同リング拘束型試験装置の斜視図である。
【図８】他の従来例の鉄筋拘束型試験装置の正断面図である。
【図９】他の従来例の外部拘束型試験装置の正断面図である。
【図１０】他の従来例の引張装置型試験装置の正断面図である。
【符号の説明】
１ コンクリートの収縮ひび割れ試験装置
２ 供試体
３ 装置本体
４ 制御装置
５ スクリュージャッキ（荷重付与手段）
６ ロードセル（応力測定手段）
７ 変位計（ひずみ測定手段）
８ 保持枠
９ 天板
１０ 底板
１１ 長尺ボルト
１２，１３ ユニバーサルジョイント
１４，１５ 固定板
１６，１７ アンカーボルト
１８ 基準供試体
１９ 変位計（基準ひずみ測定手段）
２０ データロガー
２１ ＰＣ
２２ ユニットコントローラ
Claims (8)
- コンクリート製の供試体に荷重を加える荷重付与手段と、前記供試体の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段と、前記供試体のひずみを測定可能なひずみ測定手段と、前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段を前記供試体とともに固定する保持枠とを備えた装置本体、および前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段に接続され、前記供試体に発生した応力または前記供試体のひずみの値に応じて前記荷重付与手段の出力値を調整する制御装置を有するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置において、
前記ひずみ測定手段は、前記供試体の外部に設けられていることを特徴とするコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。 - 前記ひずみ測定手段は、中間部を前記供試体の表面から外側に離して設けた変位計であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
- 前記制御装置は、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
- 前記制御装置は、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
- 前記制御装置は、前記基準ひずみ測定手段の測定値に対する前記ひずみ測定手段の測定値の割合が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
- 前記保持枠には、前記供試体を揺動可能に保持する２つの固定部が設けられ、前記荷重付与手段は、前記供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキであることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
- 前記固定部は、ユニバーサルジョイントおよび固定板を有し、対向する前記固定板には、軸心を同じにして前記ユニバーサルジョイントがそれぞれ取り付けられた雌ねじ部を形成していることを特徴とする請求項６に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
- 前記制御装置は、一定の間隔で、前記応力測定手段の測定値が変動するように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置。
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