JP2015155833A - 環境負荷低減コンクリートの性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フライアッシュや高炉スラグ微粉末を用いることによって達成される二酸化炭素排出量削減および資源有効の利用による環境負荷低減の効果と、環境負荷低減コンクリートの性能の両方を定量的に評価し、その使用材料と量を最適化する評価方法を提供する。【解決手段】本発明の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法は、基準となるコンクリートの各種性能値を測定して各性能基準値とし、当該基準となるコンクリートの水/結合材比と同一の水/結合材比を有する環境負荷低減コンクリートの各種性能値を測定して前記基準値と比較し、各比較値から求めた環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値が所定の水準を満たし、且つ、各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値が所定の水準を満たしているか否かを評価することを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法である。好適には、コンクリートの各種性能は強度発現性能、環境負荷低減性能、ひび割れ抵抗性能及び耐久性能であり、前記各種性能評価値が０．８０以上、より好ましくは０．８５以上であり、各比較値から環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値が１．００以上となるか否かを評価する。【選択図】なし

Description

本発明は、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法に関し、特に、フライアッシュや高炉スラグ微粉末（以下「高炉スラグ」と略す）を使用したコンクリート製造時の二酸化炭素排出量の低減及び当該コンクリートの強度発現性等の性能を評価する、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法に関する。
なお、本発明において、環境負荷低減コンクリートとは、コンクリート製造時に排出される二酸化炭素量を低減したコンクリートを意味し、特に高炉スラグ、フライアッシュおよび上記２成分をポルトランドセメントの一部と置換混合した混合セメントを用いたコンクリートいう。

近年、世界レベルおよび日本レベルで温室効果ガスの削減目標が設定され、あらゆる分野で環境に対する配慮の重要性がますます増大している。
我が国では、短期目標として、温室効果ガス全体の基準排出量を１９９０年比６％削減することを目標としてきた。
また、中期目標として２０２０年までに３．８％の削減を掲げている。

上記の削減目標に対して、あらゆる産業が低炭素技術開発に向けて活発に取り組んでいるなか、建設セクター・コンクリートセクターにおいても温室効果ガスの削減に取組む必要がある。また、資源の有効活用の点から環境負荷低減に取り組む必要がある。

コンクリートの材料の中で最も二酸化炭素を排出する材料はセメントである。
従って、コンクリートの製造において、コンクリート単位体積あたりのセメント量を減らすことが二酸化炭素排出量を削減させる１つの有効な手段となる。
一方、副産物は製品生産過程で、二酸化炭素排出を算出しており、副産物の１種である高炉スラグやフライアッシュは加工・運搬等の二酸化炭素排出量のみを計上するので、コンクリートの製造に用いると、二酸化炭素排出量がかなり少なくなる。

従って、コンクリート単位体積あたりのセメント量を低減させて排出する二酸化炭素排出量を削減する手段として、高炉スラグやフライアッシュをセメントに混合させた高炉セメントやフライアッシュセメント等からなる混合セメントが提案されてきた。

しかしながら、従来のフライアッシュや高炉スラグを用いたコンクリートは、低炭素化を図ることを目的として高炉スラグやフライアッシュを添加配合するように設計されたものではない。
また、フライアッシュや高炉スラグを用いたコンクリートの乾燥収縮ひび割れ抵抗性は、ポルトランドセメント単体を使用したコンクリートと比較して、やや低下するとも指摘されている（非特許文献１）。

また、フライアッシュや高炉スラグを用いると、潜在水硬性またはポゾラン反応性などによって硬化が進行するが、その際に水酸化カルシウムがこれらの反応において消費されるので、環境負荷低減コンクリートの中性化抵抗性が、ポルトランドセメント単体を使用したコンクリートと比較して低下する。
さらに、環境負荷低減コンクリートは、初期材齢において強度発現が緩慢であり、ポルトランドセメント単体を使用したコンクリートと比較して養生期間を延長する必要があり、工期が長くなる傾向にあった。
すなわち、フライアッシュや高炉スラグを用いることによって達成される二酸化炭素排出量削減および資源有効の利用による環境負荷低減を図ると、環境負荷低減コンクリートの性能が低下する面があった。

また従来では、フライアッシュや高炉スラグを用いることによって達成される二酸化炭素排出量削減および資源有効の利用による環境負荷低減の効果のみを明示的に評価し、環境負荷低減コンクリートの性能は配合、養生期間の延長、養生方法などで対応して、一般的に使用されている高炉セメントＢ種や普通ポルトランドセメントと同等の性能が得られるとしてきた。
そのために、環境負荷低減コンクリートの性能を確保するのに要した配合、養生期間の延長、養生方法などの労力は明示的に評価されてこなかった。その影響もあり、環境負荷低減コンクリートが高炉セメントＢ種や普通ポルトランドセメントを用いたコンクリート程ほど普及していないもが実情である。
したがって、環境負荷低減コンクリートは、要求される性能を考慮した上で総合的に評価し，適材適所に用いることが肝要である．

社団法人日本コンクリート工学協会：混和材料から見た収縮ひび割れ低減と耐久性改善研究委員会報告書，ｐｐ．１９１−２１３，２０１０

本発明の目的は、上記課題を解決し、フライアッシュや高炉スラグを用いることによって達成される二酸化炭素排出量削減および資源有効利用による環境負荷低減の効果と、環境負荷低減コンクリートの性能の両方を定量的に評価し、その使用材料と量を最適化する評価方法を提供することである。

請求項１記載の発明は基準となるコンクリートの各種性能値を測定して各性能基準値とし、当該基準となるコンクリートの水/結合材比と同一の水/結合材比を有する環境負荷低減コンクリートの各種性能値を測定して前記基準値と比較し、各比較値から求めた環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値が所定の水準を満たし、且つ、各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値が所定の水準を満たしているか否かを評価することを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法である。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法において、各種性能が強度発現性能、環境負荷低減性能、ひび割れ抵抗性能及び耐久性能であり、
強度発現性能評価値（α）は、標準養生強度発現性指標値（α_１）及び簡易断熱養生強度発現性指標値（α_２）の平均値（（α_１＋α_２）／２）で表され、当該標準養生強度発現性指標値（α_１）は、標準養生の材齢ｎ日（ｎは２８〜９１の整数）の基準コンクリートの圧縮強度値（α_１ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの圧縮強度値（α_１ｏ）の比（α_１ｏ／α_１ｓ）であり、当該簡易断熱養生強度発現性指標値（α_２）は、簡易断熱養生の材齢ｎ日（ｎは２８〜９１の整数であり、前記標準養生の材齢と同じ材齢）の基準コンクリートの圧縮強度値（α_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの圧縮強度値（α_２ｏ）の比（α_２ｏ／α_２ｓ）であり、
環境負荷低減性能評価値（β）は、二酸化炭素排出負荷指標値（β_１）とバージン材投入指標値（β_２）との平均値（（β_１＋β_２）／２）で表され、当該二酸化炭素排出負荷指標値（β_１）は、基準コンクリート材料を製造する際に排出される二酸化炭素排出量（β_１ｓ）を基準量として該基準量に対する環境負荷低減コンクリートの二酸化炭素排出量（β_１ｏ）の比の逆数（β_１ｓ／β_１ｏ）であり、当該バージン材投入指標値（β_２）は、基準コンクリート中のバージン材の投入量（β_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートのバージン材の投入量（β_２ｏ）の比の逆数（β_２ｓ／β_２ｏ）であり、
ひび割れ抵抗性能評価値（ｘ）は、温度ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_１）と乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_２）との平均値（（ｘ_１＋ｘ_２）／２）で表され、当該温度ひび割れ抵抗性指標値は（ｘ_１）、基準コンクリートの断熱温度上昇量（ｘ_１ｓ）を基準量として該基準量に対する環境負荷低減コンクリートの断熱温度上昇量（ｘ_１ｏ）の比の逆数（ｘ_１ｓ／ｘ_１ｏ）であり、当該乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_２）は、基準コンクリートのひび割れ発生日数（ｘ_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートのひび割れ発生日数（ｘ_２ｏ）の比（ｘ_２ｏ／ｘ_２ｓ）であり、
耐久性能評価値（δ）は、中性化抵抗性指標値（δ_１）、塩分浸透抵抗性指標値（δ_２）及び凍結融解抵抗性指標値（δ_３）の平均値（（δ_１＋δ_２＋δ_３）／３）で表され、当該中性化抵抗性指標値（δ_１）は、基準コンクリートの中性化速度係数（δ_１ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの中性化速度係数（δ_１ｏ）の比の逆数（δ_１ｓ／δ_１ｏ）であり、当該塩分浸透抵抗性指標値（δ_２）は、基準コンクリートの実効拡散係数（δ_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの実効拡散係数（δ_２ｏ）の比の逆数（δ_２ｓ／δ_２ｏ）であり、当該凍結融解抵抗性指標値（δ_３）は、基準コンクリートの相対動弾性係数（δ_３ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの相対動弾性係数（δ_３ｏ）の比（δ_３ｏ／δ_３ｓ）である
ことを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法において、上記強度発現性能評価値（α）、環境負荷低減性能評価値（β）、ひび割れ抵抗性能評価値（ｘ）及び耐久性能評価値（δ）がすべて０．８以上であり、且つ、環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値（Ｔ＝（α＋β＋ｘ＋δ）／４）が１．００以上であることを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法である。

また請求項４記載の発明は、請求項１〜３いずれかの項記載の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法において、基準コンクリートは、高炉セメントＢ種コンクリートであることを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法である。

本発明の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法によると、フライアッシュや高炉スラグを用いた環境負荷低減コンクリートの二酸化炭素排出量削減および資源の有効利用による環境負荷低減性能及びそれを用いた環境負荷低減コンクリートの強度発現性やひび割れ抵抗性等の各種性能の双方を、定量評価することができる。また、所望する性能を有する環境負荷低減コンクリートの使用材料と量を最適化することが可能となる。

コンクリート供試体のひび割れ抵抗性試験装置の一例の概略を示す図である。 コンクリート供試体の断熱温度上昇試験装置の一例の概略を示す図である。

本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法は、基準となるコンクリートの各種性能値を測定して各性能基準値とし、当該基準となるコンクリートの水／結合材比と同一の水／結合材比を有する環境負荷低減コンクリートの各種性能値を測定して前記基準値と比較し、各比較値から求めた環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値が所定の水準を満たし、且つ、各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値が所定の水準を満たしているか否かを評価する、評価方法である。
また、前記各種性能は、コンクリートの適用箇所に応じて所望される性能は異なるが、例えば強度発現性能、環境負荷低減性能、ひび割れ抵抗性能及び耐久性能等を例示することができる。しかし、環境負荷低減コンクリートの適用箇所に応じて、性能指標値の一部を省略するか、または追加してもよい。

また、各種性能評価値を平均して総合性能指標評価値を求めたのは、各種性能を均等に評価することを前提としたためである。ここで、基準コンクリートと当該基準となるコンクリートの水／結合材比と同一の水／結合材比を有する環境負荷低減コンクリートとを比較したのは、長期材齢における潜在的な強度発現が同等となるからである。
なお、本発明では、当該基準となる基準コンクリートと環境負荷低減コンクリートとを比較する場合において、上述のごとく同一の水／結合材比の配合を対象にしているが、水／結合比以外の他の比較可能な要素を同一にして両者を比較しても構わない。

本発明における環境負荷低減コンクリートの材料の配合は、特に、潜在的な強度がほぼ同等となる水/結合材比とするか、所定の材齢において強度が一定となるように水／結合材比とするものである。
基準コンクリートは、例えば、高炉セメントＢ種コンクリートや、普通ポルトランドセメントコンクリート等、任意の公知のコンクリートを基準コンクリートとすることが可能である。

コンクリートが必要とされる性能中、強度発現性能評価値は、以下のようにして評価値とする。
環境負荷低減コンクリート体において鉄筋、ＰＣ鋼材、シースあるいは形鋼の様な鋼材表面から、これを覆うコンクリート表面までに最短距離であるかぶりに必要とされる強度は鋼材の防食性能に大きな影響を及ぼすので、強度試験用供試体の標準的な養生方法として我が国で採用されている、２０±２℃の水中に静置して行う養生である標準養生の材齢ｎ日（ｎは２８〜９１の整数）の中から適宜選択した材齢の基準コンクリートの圧縮強度値（α_１ｓ）を基準値として、該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの圧縮強度値（前記基準コンクリートと同じ材齢）（α_１ｏ）の比（α_１ｏ／α_１ｓ）を求めた数値を標準養生強度発現性指標値（α_１）とする。
なお、各圧縮強度は、ＪＩＳ Ａ １１０８により測定することができる。

また、環境負荷低減コンクリート体のコア部分に必要とされる強度は、簡易断熱養生の材齢ｎ日（ｎは２８〜９１の整数）であって前記標準養生で測定した材齢と同じ材齢ｎ日の基準コンクリートの圧縮強度値（α_２ｓ）を基準値として、該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの圧縮強度値（前記基準コンクリートと同じ材齢）（α_２ｏ）の比（α_２ｏ／α_２ｓ）を求めた数値を簡易断熱養生強度発現性指標値（α_２）とする。なお、各圧縮強度は、ＪＩＳ Ａ １１０８により測定することができる。
ここで、簡易断熱養生とは、厚さ２００ｍｍの発泡スチロールで囲まれた空間内にＪＩＳ Ａ ５３０８附属書Ｅに規定されるブリキ製の軽量型枠にコンクリートを打ち込んだ供試体を１６本設置し、供試体間の空間を発泡ビーズで埋め、材齢１４日までは発泡スチロール内で封かん養生し、その後温度２０±２℃の恒温室で封かん養生するものである。
なお、環境負荷低減コンクリートの圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２を満足すれば鉛直面の型枠脱型が可能であるので、若材齢の強度発現性能は評価対象としていない。

環境負荷低減コンクリートの性能評価が、鋼材の防食性能に大きな影響を及ぼすかぶり部分とコア部分で均等になる様に、前記の２つの養生における指標値の平均値（（α_１＋α_２）／２）を強度発現性能評価値（α）とする。

環境負荷低減性能評価値は、下記二酸化炭素排出指標値とバージン材投入指標値との平均値で表されるものである。
具体的には、基準コンクリート材料を製造する際に排出される二酸化炭素排出量の総和（β_１ｓ）を基準量とし、該基準量に対する環境負荷低減コンクリートの二酸化炭素排出量（β_１ｏ）の比を求め、該比の値の逆数（β_１ｓ／β_１ｏ）を二酸化炭素排出指標値（β_１）とする。
なお、コンクリート材料を製造する際に排出される二酸化炭素の排出量は、「社団法人土木学会：コンクリート構造物の環境性能照査指針（試案），コンクリートライブラリー１２５，ｐｐ．４６−６４，２００５」に記載された二酸化炭素排出量（ｋｇ−ＣＯ_２／ｔ）により求められる。

また、基準コンクリート中のバージン材の投入量（β_２ｓ）を基準値とし、該基準値に対する環境負荷低減コンクリートのバージン材の投入量（β_２ｏ）の比を求め、該比の値の逆数（β_２ｓ／β_２ｏ）をバージン材投入指標値（β_２）とする。
なお、バージン材とは、使用する材料のうち産業廃棄物・副産物を除いた材料のことを意味する。環境負荷低減性能に示すバージン材投入量算定において、普通ポルトランドセメント中に含まれる産業廃棄物・副産物の使用量をセメント１トン（ｔ）当り０．１８９トン（ｔ）と仮定する（公益社団法人土木学会：環境調和型コンクリート材料学の創造に関する研究委員会成果報告書，コンクリート技術シリーズ ９６，ｐｐ．１０−１８，２０１１）。従ってバージン材投入率は０．８１１となる。普通ポルトランドセメント以外の他のポルトランドセメントは産業廃棄物・副産物を使用していないので、バージン材投入率は１である。
なお、フライアッシュおよび高炉スラグは全量が産業副産物であり、バージン材投入率は０であり、その他の材料のバージン材投入率は１である。
これらのバージン材投入率にコンクリートの単位量を乗じることによって、バージン材投入量を求めることができる。

更に、コンクリートに必要とされる性能のうち、ひび割れ抵抗性能評価値（ｘ）は、以下の温度ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_１）と乾燥収縮抵抗性指標値（ｘ_２）との平均値（（ｘ_１＋ｘ_２）／２）とするものである。
具体的には、基準コンクリートの断熱温度上昇量（ｘ_１ｓ）を基準量とし、該基準量に対する環境負荷低減コンクリートの断熱温度上昇量（ｘ_１ｏ）の比の逆数（ｘ_１ｓ／ｘ_１ｏ）を温度ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_１）とし、また基準コンクリートのひび割れ発生日数（ｘ_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートのひび割れ発生日数（ｘ_２ｏ）の比（ｘ_２ｏ／ｘ_２ｓ）を乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_２）とし、前記温度ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_１）と乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_２）との平均値（（ｘ_１＋ｘ_２）／２）をひび割れ抵抗性能評価値（ｘ）とする。

また、コンクリートに必要とされる性能のうち、耐久性能評価値（δ）は、以下の中性化抵抗性指標値（δ_１）と塩分浸透抵抗性指標値（δ_２）と凍結融解抵抗性指標値（δ_３）との平均値（（δ_１＋δ_２＋δ_３）／３）を耐久性能評価値（δ）とするものである。
具体的には、中性化抵抗性は、ＪＩＳ Ａ １１５３：２０１２の「コンクリートの中性促進試験方法」を用いて、基準コンクリートの中性化速度係数（ｍｍ／√週）（δ_１ｓ）を求めて基準値とし、該基準値（δ_１ｏ）に対する、環境負荷低減コンクリートの中性化速度係数（ｍｍ／√週）の値の比を求め、該比の逆数（δ_１＝δ_１ｓ／δ_１ｏ）を中性化抵抗性指標値（δ_１）とする。

塩分浸透抵抗性は、土木学会制定「電気泳動によるコンクリートの実効拡散係数試験方法」（ＪＳＣＥ Ｇ ５７１：２０１０）を用いて、基準コンクリートの実効拡散係数（ｃｍ²／年）（δ_２ｓ）を基準値とし、該基準値に対する、環境負荷低減コンクリートの実効拡散係数（ｃｍ²／年）（δ_２ｏ）の比を求め、該比の逆数（δ_２＝δ_２ｓ／δ_２ｏ）を塩分浸透抵抗性指標値（δ_２）とする。

凍結融解抵抗性は、ＪＩＳ Ａ １１４８：２０１０の「コンクリートの凍結融解試験方法」のＡ法を用いて、基準コンクリートの相対動弾性係数（％）（δ_３ｓ）を基準値とし、該基準値に対する、環境負荷低減コンクリートの相対動弾性係数（％）（δ_３ｏ）の比を求め、該比（δ_３＝δ_３ｏ／δ_３ｓ）を凍結融解抵抗性指標値（δ_３）とする。

総合性能指標評価値（Ｔ）は、上記強度発現性能評価値、環境負荷低減性能評価値、ひび割れ抵抗性能評価値及び耐久性能評価値を用いて求める。
具体的には、環境負荷低減コンクリートの上記各種性能評価値を平均して得られた値（（α＋β＋ｘ＋δ）／４）を総合性能指標評価値（Ｔ）とする。

本発明の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法においては、上記強度発現性能評価値（α）、環境負荷低減性能評価値（β）、ひび割れ抵抗性評価値（ｘ）及び耐久性能評価値（δ）がすべて０．８０以上、好ましくは０．８５以上となり、上記総合性能指標評価値（Ｔ）が１．００以上、好ましくは１．０２以上となることで、基コンクリートよりも、環境負荷低減コンクリートが、排出する二酸化炭素低減性や所望する上記各種性能に関して、優れているものであると判断することができる。

本発明を以下の実施例、比較例および試験例により具体的に説明する。
（使用材料）
以下の表１に示す各材料を用いて、各コンクリート調製した。
なお、表１中に、各種ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュ、膨張材、粗骨材、細骨材および混和剤の品質及び特徴も示す。
表１中、骨材の粗粒率は、骨材のふるい分け試験により、公称寸法が０．１５、０．３、０．６、１．２、２．５、５、１０、２０、４０および８０ｍｍの各ふるいに留まる累計残留百分率（％）の総和を求め、これを１００で除した値を示す。
また、実積率とは、ＪＩＳ Ａ ０２０３「コンクリート用語」に規定されているように、容器に満たした骨材の絶対容積の、その容器の容積に対する百分率を示す。
細骨材の表乾密度および吸水率はＪＩＳ Ａ １１０９の規定、また粗骨材の表乾密度および吸水率はＪＩＳ Ａ １１１０の規定により得られた値を示す。

（コンクリートの調製１）
上記表１に示す各材料を用い、表３に示す配合割合で、各材料を混合して、コンクリートを調製した。
なお、水／結合材（Ｗ／Ｂ：水に対する、ポルトランドセメント及び高炉スラグ及びフライアッシュの質量比）を５５％し、得られる各コンクリートの目標スランプ値は１２±２．５ｃｍ（ＪＩＳ Ａ １１０１）であって、目標空気量が４．５±１．５容量％（ＪＩＳ Ａ １１２８）となるように、各材料の配合量を決定した。
なお、膨張材は結合材（Ｂ）に含まない。
また、コンクリート中に膨張材を含む場合には、低熱ポルトランドセメントでは単位膨張材量を１２．５ｋｇ／ｍ^３とし、それ以外のポルトランドセメントでは、単位膨張材量を１５ｋｇ／ｍ^３とした。
この単位膨張材量は、膨張材を用いたコンクリート（水/結合材比４０質量％）の一軸拘束試験（ＪＩＳ Ａ ６２０２：１９９７「コンクリート用膨張材」附属書２のＢ法）によって測定された乾燥期間９１日（材齢９８日）の乾燥収縮ひずみ値が、膨張材を用いない場合より１５０±５０×１０^−６より小さく、かつ単位膨張材量がすくなくなるように定めたものである。

上記一軸拘束試験（ＪＩＳ Ａ ６２０２ 附属書２のＢ法）では、膨張材を用いたコンクリートと膨張材を用いていないコンクリートの両方とも温度２０±２℃で打設後、１日静置して材齢１日で脱型し、その後６日間温度２０±２℃の水中養生を行い、引き続き２０±２℃、湿度６０±５％で静置し、材齢９８日までひずみを測定して、材齢９８日おいて膨張材を用いたコンクリートと膨張材を用いていないコンクリートのひずみとその差を示したものが表２である。表２より、環境負荷低減コンクリートの結合材に普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントを用いる場合に１５ｋｇ／ｍ^３、低熱ポルトランドセメントを用いる場合に１２．５ｋｇ／ｍ^３と定めた。なお、結合材に低熱ポルトランドセメントを用いた場合には、１０ｋｇ／ｍ^３の使用量でも上記の条件を満足したが、ひずみのばらつきも考慮して１２．５ｋｇ／ｍ^３と定めた。

（試験例）
（試験例１）強度試験
標準養生では、上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを温度２０±２℃で打設後、１日静置して材齢１日で脱型し、その後温度２０±２℃の水中養生を行い、材齢５６日の圧縮強度をＪＩＳ Ａ １１０８により測定した。
また、簡易断熱養生では、厚さ２００ｍｍの発泡スチロールで囲まれた空間内にＪＩＳ Ａ ５３０８附属書Ｅに規定されるブリキ製の軽量型枠に上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを打ち込んだ供試体を１６本設置し、供試体間の空間を発泡ビーズで埋め、材齢１４日までは発泡スチロール内で封かん養生し、その後温度２０±２℃の恒温室で封かん養生した。その後、材齢５６日の圧縮強度をＪＩＳ Ａ １１０８により測定した。
標準養生および簡易断熱養生における材齢５６日の圧縮強度を表５に示す。

（試験例２）ひび割れ抵抗性試験Ａ（ひび割れ発生日数測定試験）
上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを用いて、各コンクリート試験体を製造して、ひび割れ抵抗性試験Ａを実施した。
ひび割れ抵抗性試験Ａは、図１に示す装置を用いて実施した。

具体的には、ネジ切りしたΦ３２ｍｍの鋼材の中央３００ｍｍの区間に、該鋼材の周囲にテフロン（登録商標）シートを巻きつけてコンクリートが付着することを防止し、該鋼材の両面（対抗する両側）、具体的には該区間のねじ山をやすり等で平滑にし、その直径方向の対辺の鋼材軸方向において２箇所ひずみゲージを設置し、そのひずみゲージがコンクリート試験体の上下面になるように位置を固定し、前記鋼材の周囲に、「コンクリートの調製１」で製造した各コンクリートを温度２０±２℃で打設した。材齢１日まで静置して型枠を取り外し、軸方向に配置されたＤ３２鉄筋の拘束のみが作用する様に、材齢７日まで封かん状態とした。
その後脱型して、１００×１００×１１００ｍｍの各コンクリート試験体を得た。

上記コンクリート試験体を、温度２０±２℃、相対湿度６０±５％の環境下で静置し、各コンクリート試験体にひび割れが発生するまで、鋼材のひずみを測定した。
ひび割れが発生した日をひび割れ発生日数として、その結果を表５に示す。

（試験例３）ひび割れ抵抗性試験Ｂ（断熱温度上昇試験）
上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを用いて、各コンクリート試験体を製造して、断熱温度上昇試験を実施した。
断熱温度上昇試験は、図２に示す装置を用いて、「コンクリート断熱温度上昇試験装置に関する試験方法」（鈴木康範・原田修輔・前川宏一・辻幸和：土木学会論文集，Ｎｏ．４０２，Ｖ−１０，ｐｐ．８１−８６，１９８８．４）に記載されている断熱温度上昇試験を実施して測定した。具体的には、内径３００ｍｍ，内高３００ｍｍの隔壁構造の循環経路を有する熱媒ジャケットを、断熱材を設けずコンクリート供試体に密着させ、コンクリート供試体の中心温度に熱媒ジャケット内の水の温度を追随させて、コンクリート供試体を断熱状態に保って、断熱温度上昇量（Ｑ_∞（℃））測定した。
その結果を表５に示す。

（試験例４）耐久性能試験（中性化試験）
上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを用いて、各コンクリート試験体を製造して、ＪＩＳ Ａ １１５３：２０１２の「コンクリートの促進中性化試験方法」における中性化速度係数（ｍｍ／√週）求めた。その結果を表５に示す。

（試験例５）耐久性能試験（塩分浸透抵抗性試験）
上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを用いて、各コンクリート試験体を製造し、土木学会制定「電気泳動によるコンクリートの実効拡散係数試験方法」（ＪＳＣＥ−Ｇ ５７１：２０１０）における実効拡散係数（ｃｍ^２／年）を求めた。その結果を表５に示す。

（試験例６）耐久性能試験（凍結融解抵抗性試験）
上記「コンクリートの調製１」で調製した各コンクリートを用いて、各コンクリート試験体を製造し、ＪＩＳ Ａ １１４８：２０１０の「コンクリートの凍結融解試験方法」における相対動弾性係数（％）を求めた。その結果を表５に示す。

（試験例７）環境負荷低減性試験（二酸化炭素排出量）
下記表４に示す、コンクリート各材料の製造時における二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量の原単位（ｋｇ−ＣＯ_２／ｔ）および表３に示すコンクリート配合の単位量に基づき、各コンクリートを製造する際に排出される二酸化炭素排出量を求めた。その結果を表５に示す。

但し、上記表４中、ＡＥ剤は極めて少量であるので、ＡＥ減水剤と同じ値とした。

また、表４中、バージン材とは、使用する材料のうち産業廃棄物・副産物を除いた材料のことを意味し、環境負荷低減性能に示すバージン材投入量算定において、普通ポルトランドセメント中に含まれる産業廃棄物・副産物の使用量をセメント１トン（ｔ）当り０．１８９トン（ｔ）と仮定したため（公益社団法人土木学会：環境調和型コンクリート材料学の創造に関する研究委員会成果報告書，コンクリート技術シリーズ ９６，ｐｐ．１０−１８，２０１１）、バージン材投入率は０．８１１なる。普通ポルトランドセメント以外の他のポルトランドセメントは産業廃棄物・副産物を使用していないので、バージン材投入率は１である。
なお、フライアッシュおよび高炉スラグは全量が産業副産物であり、バージン材投入率は０であり、その他の材料のバージン材投入率は１である。
これらのバージン材投入率に表３に示すコンクリートの単位量を乗じることによって、バージン材投入量を求めた。各コンクリート中のバージン材投入量も下記表５に示す。

上記各試験により得られた結果に基づき、以下の評価を行った。
（評価１）強度発現性
表５中の材齢５６日の各強度に関して、普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の強度値を基準値とした、表５の各コンクリートの強度比である標準養生強度発現性指標値を表６に示す。

表５中の材齢５６日の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を（市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の簡易断熱値を基準値とした、表５の各コンクリートの簡易断熱養生の圧縮強度の比である簡易断熱養生強度発現性指標値を表６に示す。
各コンクリートについて得られた材齢５６日の標準養生強度発現性指標値と簡易断熱養生強度発現性指標値との平均値を強度発現性能評価値として表６に示す。

（評価２）環境負荷低減性能
表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の二酸化炭素排出量を基準値とした、表５の各コンクリートの二酸化炭素排出量の比の値を求め、その逆数を二酸化炭素排出負荷指標値として評価し、それぞれ表７に示す。

また、同様に、前記各コンクリートの資源消費負荷は、表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）のバージン材投入量を基準値とした、表５の各コンクリートのバージン材投入量の比の値を求め、その逆数をバージン材投入指標値として評価し、それぞれ表７に示す。
各コンクリートについて得られた二酸化炭素排出負荷指標値とバージン材投入指標値との平均値を環境負荷低減性能評価値として表７に示す。

（評価３）ひび割れ抵抗性
表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の断熱温度上昇量を基準値とした、表５の各コンクリートの断熱温度上昇量の比の値を求め、その逆数を温度ひび割れ抵抗性指標値として評価し、それぞれ表８に示す。

また、同様に、前記各コンクリートの乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標は、表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）のひび割れ発生日数を基準値とした、表５の各コンクリートのひび割れ発生日数の比の値として評価し、それぞれ表８に示す。
各コンクリートについて得られた温度ひび割れ抵抗性指標値と乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値との平均値をひび割れ抵抗性能評価値として表８に示す。

（評価４）耐久性能
表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の中性化速度係数値を基準値とした、表５の各コンクリートの中性化速度係数値の比の値を求め、その逆数を中性化抵抗性指標値として評価し、それぞれ表９に示す。

また、表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の塩分浸透抵抗性値を基準値とした、表５の各コンクリートの塩分浸透抵抗性値の比の値を求め、その逆数を塩分浸透抵抗性指標値として評価し、それぞれ表９に示す。

また、表５中の普通ポルトランドセメント（Ｎ−０−０−０）の４０質量％を高炉スラグで置換した結合材（Ｎ−４０−０−０）を市販の高炉セメントＢ種相当）を用いて製造したコンクリート（Ｎ−４０−０−０）の相対動弾性係数値を基準値とした、表５の各コンクリートの相対動弾性係数値の比の値を求め、その比を凍結融解抵抗性指標値として評価し、それぞれ表９に示す。
各コンクリートについて得られた中性化抵抗性指標値、塩分浸透抵抗性指標値および凍結融解抵抗性指標値との平均値を耐久性能評価値として表９に示す。

（評価５）総合評価
環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値を表１０に示す。

上記表１０より、普通ポルトランドセメントを高炉スラグとフライアッシュとでそれぞれ２０質量％置換した結合材、また上記結合材に膨張材を１５ｋｇ／ｍ^３添加した環境負荷低減コンクリート、および早強ポルトランドセメントを高炉スラグとフライアッシュをそれぞれ２０質量％置換した結合材に膨張材を１５ｋｇ／ｍ^３添加した環境負荷低減コンクリートが、基準となる高炉セメントＢ種コンクリート（市販の高炉セメントＢ種相当）（Ｎ−４０−０−０）より環境負荷低減を含む性能において優れていると定量的に明らかにすることができることがわかった。

本発明の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法は、フライアッシュや高炉スラグを用いた環境負荷低減コンクリートの二酸化炭素排出量削減および資源の有効利用による環境負荷低減性能ならびにそれを用いた環境負荷低減コンクリートの強度発現性やひび割れ抵抗性等の各性能の双方を定量評価することによって、該コンクリートを適材適所に有効に適用することが可能である。

Claims (4)

1. 基準となるコンクリートの各種性能値を測定して各性能基準値とし、当該基準となるコンクリートの水/結合材比と同一の水/結合材比を有する環境負荷低減コンクリートの各種性能値を測定して前記基準値と比較し、各比較値から求めた環境負荷低減コンクリートの各種性能評価値が所定の水準を満たし、且つ、各種性能評価値を平均して得られた総合性能指標評価値が所定の水準を満たしているか否かを評価することを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法。
2. 請求項１記載の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法において、各種性能が強度発現性能、環境負荷低減性能、ひび割れ抵抗性能及び耐久性能であり、
   強度発現性能評価値（α）は、標準養生強度発現性指標値（α_１）及び簡易断熱養生強度発現性指標値（α_２）の平均値（（α_１＋α_２）／２）で表され、当該標準養生強度発現性指標値（α_１）は、標準養生の材齢ｎ日（ｎは２８〜９１の整数）の基準コンクリートの圧縮強度値（α_１ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの圧縮強度値（α_１ｏ）の比（α_１ｏ／α_１ｓ）であり、当該簡易断熱養生強度発現性指標値（α_２）は、簡易断熱養生の材齢ｎ日（ｎは２８〜９１の整数であり、前記標準養生の材齢と同じ材齢）の基準コンクリートの圧縮強度値（α_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの圧縮強度値（α_２ｏ）の比（α_２ｏ／α_２ｓ）であり、
   環境負荷低減性能評価値（β）は、二酸化炭素排出負荷指標値（β_１）及びバージン材投入指標値（β_２）の平均値（（β_１＋β_２）／２）で表され、当該二酸化炭素排出負荷指標値（β_１）は、基準コンクリート材料を製造する際に排出される二酸化炭素排出量（β_１ｓ）を基準量として該基準量に対する環境負荷低減コンクリートの二酸化炭素排出量（β_１ｏ）の比の逆数（β_１ｓ／β_１ｏ）であり、当該バージン材投入指標値（β_２）は、基準コンクリート中のバージン材の投入量（β_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートのバージン材の投入量（β_２ｏ）の比の逆数（β_２ｓ／β_２ｏ）であり、
   ひび割れ抵抗性能評価値（ｘ）は、温度ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_１）及び乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_２）の平均値（（ｘ_１＋ｘ_２）／２）で表され、当該温度ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_１）は、基準コンクリートの断熱温度上昇量（ｘ_１ｓ）を基準量として該基準量に対する環境負荷低減コンクリートの断熱温度上昇量（ｘ_１ｏ）の比の逆数（ｘ_１ｓ／ｘ_１ｏ）であり、当該乾燥収縮ひび割れ抵抗性指標値（ｘ_２）は、基準コンクリートのひび割れ発生日数（ｘ_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートのひび割れ発生日数（ｘ_２ｏ）の比（ｘ_２o／ｘ_２ｓ）であり、
   耐久性能評価値（δ）は、中性化抵抗性指標値（δ_１）、塩分浸透抵抗性指標値（δ_２）及び凍結融解抵抗性指標値（δ_３）の平均値（（δ_１＋δ_２＋δ_３）／３）で表され、当該中性化抵抗性指標値（δ_１）は、基準コンクリートの中性化速度係数（δ_１ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの中性化速度係数（δ_１ｏ）の比の逆数（δ_１ｓ／δ_１ｏ）であり、当該塩分浸透抵抗性指標値（δ_２）は、基準コンクリートの実効拡散係数（δ_２ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの実効拡散係数（δ_２ｏ）の比の逆数（δ_２ｓ／δ_２ｏ）であり、当該凍結融解抵抗性指標値（δ_３）は、基準コンクリートの相対動弾性係数（δ_３ｓ）を基準値として該基準値に対する環境負荷低減コンクリートの相対動弾性係数（δ_３ｏ）の比（δ_３ｏ／δ_３ｓ）である
   ことを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法。
3. 請求項１又は２記載の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法において、上記強度発現性能評価値（α）、環境負荷低減性能評価値（β）、ひび割れ抵抗性能評価値（ｘ）及び耐久性能評価値（δ）がすべて０．８０以上であり上記総合性能指標評価値（Ｔ＝（α＋β＋ｘ＋δ）／４）が１．００以上であることを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法。
4. 請求項１〜３いずれかの項記載の環境負荷低減コンクリートの性能評価方法において、基準コンクリートは、高炉スラグで４０質量％置換した普通ポルトランドセメントを結合材とした高炉セメントＢ種コンクリートであることを特徴とする、環境負荷低減コンクリートの性能評価方法。
   

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