JP2017067477A

JP2017067477A - コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法

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Publication number: JP2017067477A
Application number: JP2015189479A
Authority: JP
Inventors: 隆之早川; Takayuki Hayakawa; 充谷村; Mitsuru Tanimura; 嘉史扇; Yoshifumi Ogi; 涼吉光; Ryo Yoshimitsu
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】本発明は、砕砂の種類が異なるコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数を推定する方法を提供する。【解決手段】本発明のコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法は、圧縮強度および／または静弾性係数を推定する対象であるコンクリートとの間で、（i）水セメント比または水結合材比が同一、（ii）砕砂を除くコンクリート材料が同一、および（iii）フレッシュコンクリートの温度が１０〜３５℃の範囲内で一致するという条件をすべて満たすフレッシュコンクリートの単位水量を求め、さらに該単位水量に基づき補正単位水量を求めた後、該補正単位水量を、別途定めた圧縮強度および／または静弾性係数と補正単位水量の直線回帰式に代入して、圧縮強度および／または静弾性係数の推定値を算出して推定する方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、砕砂の種類（ただし、該種類には産地も含む。）が異なるコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数を推定する方法に関する。

生コンクリート工場やコンクリート製品工場では、顧客が要求する圧縮強度やスランプ等の特性を満たすコンクリートの安定供給が求められている。
そこで、前記工場では、コンクリートの圧縮強度とセメント水比（Ｃ／Ｗ）の間に直線関係が成立することから、常用しているコンクリート材料を用いて求めておいた前記直線関係式に基づき、顧客が要求する圧縮強度からセメント水比を算出し、その逆数である水セメント比を決定している。ここで、「コンクリート材料」とは、細骨材、粗骨材、セメント、水、および混和剤等のコンクリートを構成する材料をいう。
そして、水セメント比を決定した後は、該水セメント比を一定に保ちながらコンクリートの水量を調整して、顧客が要求するスランプが得られる単位水量を決定する。

しかし、該直線関係式は、コンクリート材料が同一である他のコンクリートには適用できるが、該コンクリート材料の中でも、特に細骨材が異なるコンクリートには適用できない。したがって、細骨材の種類が変わるたびに、直線関係式を新たに求めなければならない。
ところが、該直線関係式を得るには、変更後の細骨材を用いて水セメント比が異なる３種類以上のコンクリートを作製し、少なくとも材齢２８日までコンクリートの圧縮強度を測定する必要がある。このように、直線関係式を新たに求める作業は多くの労力と長い期間を要するため、コンクリートの製造が長期間停滞し生産性が著しく低下する。

そこで、コンクリートの圧縮強度を測定しなくても、高い精度で圧縮強度を推定する方法が望まれており、今まで種々の推定方法が提案されている。
例えば、特許文献１のコンクリート強度の早期推定方法は、練り混ぜ直後のフレッシュコンクリートから試料を採取して直ちに乾燥し、フレッシュコンクリート中の推定単位水量を算出し、また配合上の単位セメント量等から推定セメント水比を算出し、予め算定した種々の配合のコンクリートのセメント水比と強度との相関関係を示す回帰式を用いて強度を推定する方法である。

また、特許文献２のコンクリートの圧縮強度推定法は、コンクリート材料の配合データと、このコンクリート材料を混練して製造したコンクリートの品質データと、このコンクリートから供試体を作製して所定期間養生した後、供試体の圧縮強度試験により得られた圧縮強度を関連付ける強度推定式を予め構築しておき、該強度推定式に、施工用コンクリート材料の施工用配合データと、施工用コンクリート材料を混練して製造した施工用コンクリートの施工用品質データを代入して、所定期間後の施工用コンクリートの圧縮強度を推定する方法である。

さらに、特許文献３のコンクリート強度の推定方法は、目的変数が、予め求められているモルタル圧縮強度とコンクリート圧縮強度との比であり、説明変数が骨材静弾性係数とモルタル静弾性係数との比であるコンクリートの圧縮強度の推定用回帰曲線に、対象のコンクリートの骨材静弾性係数とモルタル静弾性係数の比を代入して、コンクリートのモルタル圧縮強度とコンクリート圧縮強度の比を求める方法である。
しかし、前記特許文献１および２に記載の方法は、推定精度がまだ十分とはいえない。また、特許文献３に記載の方法は予測の対象が、コンクリートのモルタル圧縮強度とコンクリート圧縮強度の比であり、コンクリートの圧縮強度そのものではない。

また、構造計算等に用いられるコンクリートの静弾性係数は、圧縮強度との間に関係性が認められることから、各学会（土木学会、建築学会、日本コンクリート工学会）や協会において、コンクリートの静弾性係数と圧縮強度の関係を示す式が提案されており、この式を用いて圧縮強度の値から静弾性係数の値を概ね推定できる。したがって、静弾性係数は圧縮強度と関連することから、圧縮強度と同様に、静弾性係数も使用する砕砂の種類により値が異なるという課題がある。

特開平０８−３０４３８４号公報特開２００９−９８０５５号公報特開２００５−２２１４６７号公報

そこで、本発明は、砕砂の種類が異なるコンクリートの圧縮強度や静弾性係数を高い精度で推定できる、コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記目的を達成するため種々検討したところ、細骨材が砕砂の場合、砕砂の種類が異なっても、該砕砂を用いたコンクリートの単位水量から求めた補正単位水量と圧縮強度の間に、直線関係が成立すること、そして、該直線関係を用いれば、高い精度でこれらの特性値を推定できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の構成を有するコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法である。なお、本発明において、コンクリートはモルタルも含む概念である。

［１］圧縮強度および／または静弾性係数を推定する対象であるコンクリート（以下「対象コンクリート」という。）との間で下記（i）〜（iii）の条件をすべて満たすフレッシュコンクリートの単位水量を求め、さらに該単位水量に基づき下記（１）式を用いて補正単位水量を求めた後、
該補正単位水量を、下記（Ａ）〜（Ｄ）の直線回帰式の導出工程を経て得られた直線回帰式に代入して、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定値を算出して推定する、コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法。
〔条件〕
（i）水セメント比または水結合材比が同一であること
（ii）砕砂を除くコンクリート材料が同一であること
（iii）フレッシュコンクリートの温度が１０〜３０℃の範囲内で一致すること
〔補正単位水量の式〕
補正単位水量（ｋｇ／ｍ^３）＝フレッシュコンクリートの単位水量（ｋｇ／ｍ^３）＋０．０１２×｛対象コンクリートのスランプ（ｃｍ）−フレッシュコンクリートのスランプ（ｃｍ）｝・・・（１）
〔直線回帰式の導出工程〕
（Ａ）異なる種類の砕砂を３種類以上用いて、対象コンクリートとの間で前記（i）〜（iii）の条件をすべて満たす回帰式導出用コンクリートの単位水量を、異なる種類の砕砂毎にそれぞれ求め、さらに該単位水量に基づき前記（１）式を用いて回帰式導出用コンクリートの補正単位水量を算出する、補正単位水量算出工程
（Ｂ）前記（Ａ）に記載の回帰式導出用コンクリートを用いて、砕砂の種類が異なるコンクリート供試体を３種以上作製する、コンクリート供試体の作製工程
（Ｃ）前記コンクリート供試体を、対象コンクリートと同じ条件で養生した後、該コンクリート供試体の圧縮強度および／または静弾性係数を測定する、圧縮強度および／または静弾性係数の測定工程
（Ｄ）前記圧縮強度および／または静弾性係数と、前記（Ａ）工程に記載の回帰式導出用コンクリートの補正単位水量を用いて直線回帰式を求める、回帰分析工程
［２］前記対象コンクリートの圧縮強度が、材齢７日で３〜４０Ｎ／ｍｍ^２、および材齢２８日で７〜６０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内にあり、また、前記対象コンクリートの静弾性係数が、材齢２８日で２０〜４０ｋＮ／ｍｍ^２の範囲内にある、前記［１］に記載のコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法。

本発明のコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法によれば、前記フレッシュコンクリートの補正単位水量を用いて、コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数を高い精度で推定できる。

試験例１〜６（普通セメントを使用）の材齢７日および材齢２８日の圧縮強度と、補正単位水量との直線関係を示す図である。試験例７〜１２（高炉セメントＢ種を使用）の材齢７日および材齢２８日の圧縮強度と、補正単位水量との直線関係を示す図である。試験例１〜６（普通セメントを使用）の材齢２８日の静弾性係数と、補正単位水量との直線関係を示す図である。試験例７〜１２（高炉セメントＢ種を使用）の材齢２８日の静弾性係数と、補正単位水量との直線関係を示す図である。参考例１〜６（高炉セメントＢ種を使用）の材齢７日および材齢２８日の圧縮強度と、補正単位水量との非直線関係を示す図である。参考例１〜６（高炉セメントＢ種を使用）の材齢２８日の静弾性係数と、補正単位水量との非直線関係を示す図である。

本発明は、前記のとおり、対象コンクリートに用いる砕砂を使用したフレッシュコンクリートであって、対象コンクリートとの間で前記（i）〜（iii）の条件をすべて満たすフレッシュコンクリートの単位水量を求め、さらに該単位水量に基づき前記（１）式を用いて補正単位水量を求めた後、該補正単位水量を、前記（Ａ）〜（Ｄ）の直線回帰式の導出工程を経て得られた直線回帰式に代入して、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定値を算出して推定する方法である。
なお、本発明において、前記（iii）の「一致する」は±３℃の範囲内にあることを意味する。
以下、本発明について、前記構成要素に分けて詳細に説明する。

１．コンクリート
（１）対象コンクリート
該対象コンクリートに用いる細骨材は砕砂に限られ、例えば、石灰岩、砂岩、凝灰岩等の砕砂が挙げられる。後掲の図１〜４に示すように、砕砂を用いたコンクリートであれば圧縮強度および／または静弾性係数の推定精度が高い。
また、対象コンクリートに用いるセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、シリカフューム含有セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
対象コンクリートに用いる粗骨材は、特に制限されず、砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、粗骨材は、天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。
対象コンクリートに用いる水は、コンクリートの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、ＪＩＳＡ５３０３付属書Ｃに規定する上水道水、および上水道水以外の水（河川水、湖沼水、井戸水、地下水など特に上水道水として処理されていないもの、および工業用水）、生コンクリートの上澄水等が挙げられる。
対象コンクリートに用いる混和剤は、減水剤およびＡＥ剤が挙げられ、例えば、ＪＩＳＡ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定されている、高性能減水剤、減水剤、ＡＥ減水剤、および高性能ＡＥ減水剤等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記減水剤の化合物は、例えば、主な成分としてナフタレンスルホン酸、リグニンスルホン酸、およびメラミンスルホン酸等のホルムアルデヒド縮合物、ポリカルボン酸、並びにこれらのナトリウム塩、カリウム塩、およびカルシウム塩等から選ばれる１種以上が挙げられる。
前記対象コンクリートは、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石粉末、珪石粉末、および膨張材等の混和材を含んでもよい。また、対象コンクリートの養生方法は、特に限定されない。
なお、対象コンクリートの水セメント比または水結合材比、スランプ、および空気量は、顧客が要求する圧縮強度やスランプ等のコンクリートの特性から、例えば、水セメント比または水結合材比が６５質量％、スランプ１２ｃｍおよび空気量４．５％のように適宜定めることができる。なお、「水セメント比または水結合材比」とは、粉体がセメントのみの場合は水セメント比を採用し、セメント以外に混和材等の粉体も含む場合は水結合材比を採用する意味である。

本発明において、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数は、好ましくは、圧縮強度が材齢７日で３〜４０Ｎ／ｍｍ^２、および材齢２８日で７〜６０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内、並びに、材齢２８日の静弾性係数が２０〜４０ｋＮ／ｍｍ^２の範囲内である。該圧縮強度および／または静弾性係数の値が該範囲であれば、推定精度はより高くなる。

（２）フレッシュコンクリート
該フレッシュコンクリートは、対象コンクリートと、（i）水セメント比または水結合材比が同一、（ii）砕砂を除くコンクリート材料が同一、および（iii）フレッシュコンクリートの温度が１０〜３５℃の範囲内で一致、するように調製したコンクリートである。そして、該フレッシュコンクリートの単位水量を求め、該単位水量に基づき、前記（１）式を用いて補正単位水量を算出し、後記する直線回帰式に代入して、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定値を算出して推定する。

前記補正単位水量は、２０１２年制定コンクリート標準示方書［施工編：施工標準］の８６頁の解説表４．６．３に記載の単位水量の補正の目安に準拠して求める。また、前記フレッシュコンクリートのスランプは、ＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準拠して、練り上がり直後のフレッシュコンクリートのスランプを０．１ｃｍの精度まで測定して求める。また、前記フレッシュコンクリートの空気量は、ＪＩＳＡ１１２８「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法（空気室圧力方法）」、およびＪＩＳＡ１１１６「フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法）」に準拠して、練り上がり直後のフレッシュコンクリートの空気量を測定して求める。

なお、本発明において、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定精度を高めるため、前記フレッシュコンクリートのスランプは対象コンクリートのスランプと、好ましくは±２．５ｃｍ、より好ましくは±２．０ｃｍの範囲内で一致させる。
また、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定精度を高めるため、前記フレッシュコンクリートの空気量は対象コンクリートの空気量と、好ましくは±１．５％、より好ましくは±１．０％の範囲内で一致させる。

２．直線回帰式の導出工程
（Ａ）補正単位水量算出工程
該工程は、異なる種類の砕砂を３種類以上用いて、対象コンクリートとの間で、（i）水セメント比または水結合材比が同一、（ii）砕砂を除くコンクリート材料が同一、および（iii）フレッシュコンクリートの温度が１０〜３５℃の範囲内で一致する、という条件をすべて満たす回帰式導出用コンクリートの単位水量を、異なる種類の砕砂毎にそれぞれ求め、さらに該単位水量に基づき、前記（１）式を用いて回帰式導出用コンクリートの補正単位水量を算出する工程である。３種以上としたのは、直線回帰式を精度よく求める上で必要な、最小限の数だからである。

ここで、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定精度を高めるため、前記回帰式導出用コンクリートのスランプは、対象コンクリートのスランプと、好ましくは±２．５ｃｍ、より好ましくは±２．０ｃｍの範囲内で一致させる。
また、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定精度を高めるため、前記回帰式導出用コンクリートの空気量は、対象コンクリートの空気量と、好ましくは±１．５％、より好ましくは±１．０％の範囲内で一致させる。

（Ｂ）コンクリート供試体の作製工程
該工程は、前記（Ａ）に記載の回帰式導出用コンクリートを用いて、砕砂の種類が異なるコンクリート供試体を３種以上作製する工程である。

（Ｃ）圧縮強度および／または静弾性係数の測定工程
該工程は、前記コンクリート供試体を、対象コンクリートと同じ条件で養生した後、該コンクリート供試体の圧縮強度および／または静弾性係数を測定する工程である。
前記コンクリート供試体の圧縮強度は、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定する。また、コンクリート供試体の静弾性係数は、ＪＩＳＡ１１４９「コンクリートの静弾性係数試験方法」に準拠して測定する。

（Ｄ）回帰分析工程
該工程は、前記圧縮強度および／または静弾性係数と、前記回帰式導出用コンクリートの補正単位水量を用いて、回帰分析により直線回帰式を求める工程である。後掲の図１〜４に示すように、圧縮強度および／または静弾性係数と補正単位水量の間には、良好な直線関係が成立する。

３．コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定
対象コンクリートの砕砂と同一の砕砂を用いて作製した前記フレッシュコンクリートの補正単位水量（前記段落００１７に記載）を、前記（Ａ）〜（Ｄ）の直線回帰式の導出工程を経て得られた直線回帰式に代入して、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定値を算出して推定する。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用したコンクリート材料
使用したコンクリート材料を表１に、使用した骨材の物性を表２に示す。なお、粗骨材Ａ〜Ｃとして、石灰石系砕石を１種、砂岩系砕石を２種使用した。また、細骨材Ａ〜Ｃとして、石灰石系砕砂を１種、砂岩系砕砂を２種使用した。

２．実施例（粗骨材１種類と砕砂３種類を用いたコンクリート使用）
粗骨材は表３に示す粗骨材Ｄ（砂岩系砕石）の１種類のみを用い、砕砂は表２に示す３種類の砕砂を用いて、表４に示す配合のコンクリートを下記（１）に記載の方法で混練した後、練り上がり直後の回帰式導出用コンクリートのスランプおよび空気量を下記（２）の記載の方法で測定した。

（１）コンクリートの混練
５５Ｌの強制パン型ミキサを用いて、表４に示す配合のコンクリートを３５Ｌ混練した。なお、対象コンクリートの目標スランプは１２ｃｍ、目標空気量は４．５％である。
混練の手順は、粗骨材、半分の砕砂、セメント、および残り半分の砕砂をミキサに投入して２０秒間空練した後、ＡＥ減水剤とＡＥ剤を溶解した混練水を投入して１２０秒混練して回帰式導出用コンクリートを作製した。

（２）スランプおよび空気量の測定
次に、練り上がり直後の回帰式導出用コンクリートのスランプおよび空気量は、それぞれ、前記ＪＩＳＡ１１０１、およびＪＩＳＡ１１２８に準拠して測定した。また、前記回帰式導出用コンクリートの単位水量およびスランプと、対象コンクリートのスランプ（１２ｃｍ）を前記（１）式に代入して、補正単位水量を算出した。これらの結果を表４に示す。

（３）コンクリート供試体の作製と圧縮強度および静弾性係数の測定
前記回帰式導出用コンクリートを用いて、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」およびＪＩＳＡ１１４９「コンクリートの静弾性係数試験方法」に準拠して、それぞれ供試体を作製し、材齢７日と材齢２８日における圧縮強度、および材齢２８日における静弾性係数を測定した。これらの結果を表５に示す。

（４）回帰分析
前記圧縮強度および静弾性係数の値と、前記補正単位水量の値を用いて回帰分析を行なった。圧縮強度と補正単位水量の回帰分析式は図１と図２に、また静弾性係数と補正単位水量の回帰分析式は図３と図４に示す。

図１〜４に示すように、圧縮強度と補正単位水量の回帰分析式、および静弾性係数と補正単位水量の回帰分析式の決定係数（Ｒ^２）は０．９４６１〜０．９９９７と高い。
したがって、前記３種類の砕砂と異なる砕砂を用いる場合でも、該砕砂を用いたフレッシュコンクリートの単位水量から求めた補正単位水量に基づき、高い精度で圧縮強度や静弾性係数を推定することができる。

３．参考例（細骨材１種類と粗骨材３種類を用いたコンクリートを使用）
細骨材として表６に示す山砂の１種類のみを用い、粗骨材は表２に示す３種類を用い、表７に示すコンクリート配合を用いた以外は、前記実施例と同様にして、コンクリートを混練してスランプおよび空気量を測定し、さらにコンクリート供試体を作製して補正単位水量と、圧縮強度および静弾性係数を測定して回帰分析を行なった。そして、測定した圧縮強度および静弾性係数は表８に示す。また、得られた圧縮強度と補正単位水量の回帰分析式、および静弾性係数と補正単位水量の回帰分析式は、それぞれ図５および図６に示す。なお、粗骨材では、細骨材と異なり、粗骨材の種類が変わっても、同じスランプを示す単位水量の変動が小さいため、横軸（補正単位水量）の変動幅は狭い。

図５および図６に示すように、圧縮強度と補正単位水量の間、および静弾性係数と補正単位水量の間には相関がない。

Claims

圧縮強度および／または静弾性係数を推定する対象であるコンクリート（以下「対象コンクリート」という。）との間で下記（i）〜（iii）の条件をすべて満たすフレッシュコンクリートの単位水量を求め、さらに該単位水量に基づき下記（１）式を用いて補正単位水量を求めた後、
該補正単位水量を、下記（Ａ）〜（Ｄ）の直線回帰式の導出工程を経て得られた直線回帰式に代入して、対象コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定値を算出して推定する、コンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法。
〔条件〕
（i）水セメント比または水結合材比が同一であること
（ii）砕砂を除くコンクリート材料が同一であること
（iii）フレッシュコンクリートの温度が１０〜３５℃の範囲内で一致すること
〔補正単位水量の式〕
補正単位水量（ｋｇ／ｍ^３）＝フレッシュコンクリートの単位水量（ｋｇ／ｍ^３）＋０．０１２×｛対象コンクリートのスランプ（ｃｍ）−フレッシュコンクリートのスランプ（ｃｍ）｝・・・（１）
〔直線回帰式の導出工程〕
（Ａ）異なる種類の砕砂を３種類以上用いて、対象コンクリートとの間で前記（i）〜（iii）の条件をすべて満たす回帰式導出用コンクリートの単位水量を、異なる種類の砕砂毎にそれぞれ求め、さらに該単位水量に基づき前記（１）式を用いて回帰式導出用コンクリートの補正単位水量を算出する、補正単位水量算出工程
（Ｂ）前記（Ａ）の回帰式導出用コンクリートを用いて、砕砂の種類が異なるコンクリート供試体を３種以上作製する、コンクリート供試体の作製工程
（Ｃ）前記コンクリート供試体を、対象コンクリートと同じ条件で養生した後、該コンクリート供試体の圧縮強度および／または静弾性係数を測定する、圧縮強度および／または静弾性係数の測定工程
（Ｄ）前記圧縮強度および／または静弾性係数と、前記（Ａ）工程の回帰式導出用コンクリートの補正単位水量を用いて直線回帰式を求める、回帰分析工程
前記対象コンクリートの圧縮強度が、材齢７日で３〜４０Ｎ／ｍｍ^２、および材齢２８日で７〜６０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内にあり、また、前記対象コンクリートの静弾性係数が、材齢２８日で２０〜４０ｋＮ／ｍｍ^２の範囲内にある、前記［１］に記載のコンクリートの圧縮強度および／または静弾性係数の推定方法。