JP2012006801A

JP2012006801A - モルタル強度の推定方法

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Publication number: JP2012006801A
Application number: JP2010145438A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yoshida; 泰吉田; Hiroshi Jinnai; 浩陣内; Yoshiki Yamamoto; 佳城山本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP5337109B2

Abstract

【課題】添加される副産物の種類に関わらず、モルタルの圧縮強度の推定を行うことを可能とした、モルタル強度の推定方法を提供する。
【解決手段】フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかの副産物を含むモルタルについて、式１を利用して材齢２８日の圧縮強度Ｆ_Ｅを推定する方法であって、式２により定数αを算出し、定数αを利用して式３により副産物の強度寄与率ｋを算出し、副産物の強度寄与率ｋを式１に代入して圧縮強度を推定する。
Ｆ_Ｅ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ … 式１
α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）・・・式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ^２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ … 式３
【選択図】なし

Description

本発明は、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかを含むコンクリート強度の推定に供する目的で、骨材を除いたモルタルの圧縮強度の推定方法を提供する。

近年、セメントの一部をフライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム等の工業副産物に置き換えた環境配慮型コンクリートが開発されている。
このような環境配慮型コンクリートによれば、廃棄物の有効利用によるセメント使用量の低減化が可能となり、結果、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量の削減を図ることができる。

ところで、副産物を含むコンクリートの強度は、使用する副産物の品質などによって変化するため、コンクリートの打設後、材齢２８日の強度試験結果を待たなければ、品質を評価することができなかった。したがって、材齢２８日の強度試験結果を実施せずに調合設計を行うための合理的な強度推定式が求められていた。

非特許文献１には、式Ａに示す、フライアッシュを使用したコンクリートの圧縮強度を推定する計算式が開示されている。
Ｆ_ＦＡ＝ａ（Ｃ＋ｋ’ＦＡ）／Ｗ＋ｂ・・・式Ａ
Ｆ_ＦＡ：コンクリートの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
ＦＡ：単位フライアッシュ量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ^２）
ｋ’：フライアッシュの強度寄与率

「フライアッシュを使用するコンクリートの調合設計・施工指針・解説」，日本建築学会，２００７年１０月，ｐ．４８

ところが、式Ａは、フライアッシュの強度寄与率ｋ’によりコンクリートの強度を推定するものであるため、フライアッシュ以外の副産物（高炉スラグやシリカフューム等）が添加されたコンクリートや、複数の異なる副産物が添加されたコンクリートに対しては採用することができなかった。

そのため、本発明は、添加される副産物の種類に関わらず、モルタルの圧縮強度を推定することで、当該モルタル配合に骨材が添加されたコンクリートの圧縮強度の推定を行うことを可能とした、モルタル強度の推定方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかの副産物を含むモルタルについて、式１を利用して材齢２８日の圧縮強度を推定するモルタル強度の推定方法であって、式２により求まる定数αを算出し、前記定数αを利用して式３により副産物の強度寄与率ｋを算出し、前記強度寄与率ｋを式１に代入して前記圧縮強度を推定することを特徴としている。
Ｆ_Ｅ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ・・・式１
α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）・・・式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ^２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ・・・式３
Ｆ_Ｅ：モルタルの材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｅ：単位副産物量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ^２）
ＣａＯ：結合材中に含まれる酸化カルシウムの割合（ｍａｓｓ％）
ＳｉＯ_２：結合材中に含まれる二酸化ケイ素の割合（ｍａｓｓ％）
Ａｌ_２Ｏ_３：結合材中に含まれる酸化アルミニウムの割合（ｍａｓｓ％）
Ｒ：５０％粒子の平均粒径（μｍ）
ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ：係数

かかるモルタル強度の推定方法によれば、セメントの一部を副産物に置換したモルタルの圧縮強度を簡易に推定することができるため、当該モルタル配合に骨材を添加したコンクリートの調合設計を合理的に行うことができる。

本発明のモルタル強度の推定方法によれば、添加される副産物の種類に関わらず、モルタル強度の推定を簡易に行うことが可能となる。
当該モルタル強度の推定方法により得られたモルタル強度を用いれば、このモルタル配合に粗骨材を添加したコンクリートの圧縮強度の推定は、使用する粗骨材の特性を考慮することで行うことができる。

本実施形態に係るモルタル強度の推定方法による推定圧縮強度と実測圧縮強度との関係を示すグラフである。比較例の推定圧縮強度と実測圧縮強度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、高強度コンクリートの配合から粗骨材除いた配合のモルタルの材齢２８日の圧縮強度を推定する。当該高強度コンクリートは、セメント使用量の低減化を目的として、セメントの一部を副産物に置き換えたものである。

副産物は、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのうちの１種または複数種を組み合わせたものであり、水およびセメント水和物とポゾラン反応し、結合材として強度発現に寄与する。
本実施形態で使用する結合材の材料を表１に示す。

モルタルの材齢２８日の圧縮強度Ｆ_Ｅ（Ｎ／ｍｍ^２）の推定は、式１を利用して行う。

Ｆ_Ｅ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ・・・式１
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｅ：単位副産物量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ^２）
ｋ：副産物の強度寄与率

単位セメント量Ｃ、単位副産物量Ｅおよび単位水量Ｗは、それぞれモルタル１ｍ^３当りの重量である。

実験係数ａ，ｂは、式１において、副産物を含まないモルタルの実測圧縮強度を目的変数とし、結合材水比（Ｃ／Ｗ）を説明変数として回帰分析を行うことにより求まる実験係数である。なお、副産物を含まないモルタルの場合の副産物の単位副産物量Ｅは０とする。

副産物の強度寄与率ｋは、式２および式３により算出する。

α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）・・・式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ^２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ・・・式３
Ｒ：５０％粒子の平均粒径（μｍ）
ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ：係数

式２では、結合材を構成する分子（ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３）の質量比に基いて定数αを算出する。
結合材を構成するポルトランドセメントおよび各副産物（シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ）に含まれる酸化カルシウムＣａＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２および酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３の割合は、表１に示す通りである。

式２に代入する酸化カルシウムＣａＯ（ｍａｓｓ％）、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２（ｍａｓｓ％）および酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３（ｍａｓｓ％）の値は、各結合材の物性値（表１の値）に混合比を乗じ、分子ごとに合算したものである。

例えば、普通ポルトランドセメント、シリカフューム、フライアッシュＩＩ種、高炉スラグ微粉末Ａの混合比が７：１：１：１の場合の酸化カルシウムＣａＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２および酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３は、以下の通りとなる。
ＣａＯ＝６３．２８×０．７＋０．３８×０．１
＋１．７８×０．１＋４２．６５×０．１
＝４８．７８（ｍａｓｓ％）
ＳｉＯ_２＝５．６５×０．７＋１．０７×０．１
＋３０．２９×０．１＋１４．００×０．１
＝８．４９（ｍａｓｓ％）
Ａｌ_２Ｏ_３＝２０．６１×０．７＋９２．６０×０．１
＋３３．６１×０．１＋３４．０２×０．１
＝３０．４５（ｍａｓｓ％）

ここで、式２の各説明変数は、以下の理由により選定した。
単位セメント量と副産物との置換率は、セメント反応物と副産物の二次反応の発生しやすさへの影響を考慮し、選定したものである。

ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）は、反応生成物への影響を考慮し選定したものである。なお、ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）を説明変数として選定するにあたっては、ＣａＯ／ＳｉＯ_２や（ＣａＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）／ＳｉＯ_２等についても検討したが、ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）が説明変数として最も高い相関を示したため、これを採用するものとした。

粒子半径の逆数１／Ｒおよび１／Ｒ^２は、粉体の反応性は粒子半径と相関があるとの知見に基づき、副産物の反応性への影響を考慮して選定した。このとき、比表面積を説明変数とした検討も行ったが、粒子半径の逆数１／Ｒおよび１／Ｒ^２を説明変数とした方がよい相関が得られた。
なお、逆数１／Ｒおよび１／Ｒ^２の一方のみを説明変数とするよりも、両方を説明変数としたほうがよい相関が得られた

式３の係数ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑは、副産物の強度寄与率ｋを目的変数とし、単位セメント量（Ｃ）、セメントと副産物の置換比（Ｃ／Ｅ）、分子の構成比（α）および５０％粒子の平均粒径の二乗の逆数（１／Ｒ^２）および逆数（１／Ｒ）を説明変数とした重回帰分析によって得られたものである。

なお、重回帰分析において使用した副産物の強度寄与率ｋは、セメントと副産物の混合比および水結合材比を異ならせた複数種類のモルタルの材齢２８日の圧縮強度を式１に代入することで算出した。

また、式３に代入する５０％粒子の平均粒径Ｒの値は、各結合材の５０％粒子の平均粒径Ｒ（表１の値）に混合比を乗じ、合算したものである。
例えば、普通ポルトランドセメント、シリカフューム、フライアッシュＩＩ種、高炉スラグ微粉末Ａの混合比が７：１：１：１の場合は、以下の通りとなる。
Ｒ＝１６．９９×０．７＋０．８７×０．１
＋１０．５１×０．１＋２２．５９×０．１
＝１５．２９（μｍ）

重回帰分析の結果、係数ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑが、表２に示すようになった。

以下、本実施形態のモルタル強度の推定方法により実証実験を行った結果を示す。
本実証実験では、副産物を含むモルタルについて、本実施形態のモルタル強度の推定方法により推定された材料２８日の圧縮強度と実測圧縮強度とを比較することで、本実施形態のモルタル強度の推定方法の確認を行った。

図１に横軸を推定圧縮強度、縦軸を実測圧縮強度とし、本実証実験結果をまとめた。
また、比較例として、図２に、強度寄与率ｋを目的変数、単位セメント量Ｃを説明変数として、回帰分析を行い、この強度寄与率ｋを利用して式１により推定圧縮強度を算出した結果を示す。

図１に示すように、本実施形態のモルタル強度の推定方法によれば、推定圧縮強度と実測圧縮強度が近似する結果となった。
一方、比較例の場合は、図２に示すように、推定圧縮強度と実測圧縮強度との値にばらつきがあり、圧縮強度の推定が困難な結果となった。

以上の結果、本実施形態のモルタル強度の推定方法によれば、モルタルでの材齢２８日の圧縮強度の推定が可能であることが実証された。

以上、本実施形態のモルタル強度の推定方法によれば、副産物を使用したモルタルの材齢２８日の圧縮強度を簡便に予測することが可能となる。
そのため、モルタルに含まれる副産物の種類、品質や量等に関わらず、モルタル強度の推定を行うことができる。

したがって、本実施形態のモルタル強度の推定方法を採用することで、所望の強度のモルタルの調合設計を簡易に行うことができる。
さらに当該モルタル強度の推定方法により得られたモルタル強度を用いれば、このモルタル配合に粗骨材を添加したコンクリートの調合設計を簡易に行うことができる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、結合材を構成する各材料の物性値は、前記実施形態で示した数値に限定されるものではない。
また、結合材の密度や平均粒径も、使用する材料の値を適宜採用すればよい。

Claims

フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかの副産物を含むモルタルについて、式１を利用して材齢２８日の圧縮強度を推定するモルタル強度の推定方法であって、
式２により定数αを算出し、
前記定数αを利用して式３により副産物の強度寄与率ｋを算出し、
前記強度寄与率ｋを式１に代入して前記圧縮強度を推定することを特徴とする、モルタル強度の推定方法。
Ｆ_Ｅ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ・・・式１
α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）・・・式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ^２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ・・・式３
Ｆ_Ｅ：モルタルの材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｅ：単位副産物量（ｋｇ／ｍ^３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ^３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ^２）
ＣａＯ：結合材中に含まれる酸化カルシウムの割合（ｍａｓｓ％）
ＳｉＯ_２：結合材中に含まれる二酸化ケイ素の割合（ｍａｓｓ％）
Ａｌ_２Ｏ_３：結合材中に含まれる酸化アルミニウムの割合（ｍａｓｓ％）
Ｒ：５０％粒子の平均粒径（μｍ）
ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ：係数