JP2021056178A

JP2021056178A - コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率の測定方法

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Publication number: JP2021056178A
Application number: JP2019182041A
Authority: JP
Inventors: 拓也大野; Takuya Ono; 裕二三谷; Yuji Mitani
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2039-10-02
Also published as: JP7365180B2

Abstract

【課題】単一の装置を用いて、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を簡易に測定する方法を提供する。【解決手段】（Ａ）コンクリートの円柱成形体からコンクリート板を複数切り出し、周囲をラバーリングで封止して供試体を作製する、供試体作製工程（Ｂ）型枠の内側に円周方向に設けた複数の溝に、供試体を設置した後、内側に円周方向に複数の溝および測定孔を設けた型枠を被せて密封する、供試体設置工程（Ｃ）測定孔から湿度センサを挿入して相対湿度を測定する、相対湿度測定工程（Ｄ）相対湿度測定工程の直後に、供試体を型枠から取り出してラバーリングを外し、直ちにコンクリート板の乾燥収縮ひずみおよび質量を測定する、乾燥収縮ひずみおよび質量の測定工程（Ｅ）コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２８日以上の場合と２７日以下の場合に分けて、相対含水率を算出する工程とを含む、測定方法。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を簡易に測定する方法に関する。

従来、コンクリート内部の相対湿度の測定方法は、
(i）コンクリートの乾燥面からの各深さ位置に、湿度センサ（電気湿度計）を埋込んで測定する方法
(ii) コンクリートの乾燥面からの各深さ位置に、測定孔を設け、その空間の湿度を湿度センサで計測する方法
がある（非特許文献１）。
また、コンクリート内部の乾燥収縮ひずみの測定方法は、
(iii)コンクリートの乾燥面からの各深さ位置に埋込みひずみ計を設置し、連続測定する方法
(iv)コンクリートの乾燥面からの各深さ位置に変位計を設置し、連続測定する方法
がある（非特許文献２）。
また、コンクリート内部の相対含水率の測定方法は、
(v) コンクリートの乾燥面からの各深さ位置に水分計を埋込み、連続測定する方法
(vi）所定の材齢でコンクリートを薄く割裂して得た供試体を、１０５℃で乾燥した後の質量から含水率を算出する方法
がある（非特許文献１）。

しかし、前記従来の測定方法には、以下の課題があった。すなわち、
(ａ) ひずみ計や水分計など設置か所が多いほど、コスト高になる。
(ｂ) コンクリートの乾燥面に近い位置（深さ５ｃｍ以下）のごく表層に、センサやひずみ計を設置するのは困難である。
(ｃ) 所定の材齢で割裂する方法は、各材齢分の供試体を作製する必要がある。
(ｄ) 一つの供試体から、相対湿度と乾燥収縮ひずみ、または相対含水率と乾燥収縮ひずみは測定できるとしても、相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率の三つの測定は困難である。

「コンクリート中の含水率および湿度の測定値と乾燥収縮率の関係」、コンクリート工学年次論文集、ｐｐ．４３３−４３８、Ｖｏｌ．３７、Ｎｏ．１、２０１５「コンクリートの乾燥収縮によるひずみと応力の解析」、コンクリート工学年次論文集、ｐｐ．４４１−４４６、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．１、２００２

そこで、本発明は、単一の装置を用いて、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を、簡易に測定する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記目的にかなう測定方法を検討した結果、下記の構成を有する測定方法は前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。

［１］下記（Ａ）〜（Ｄ）、および（Ｅ）または（Ｅ’）工程を経て、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を測定する、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率の測定方法。
（Ａ）コンクリートの円柱成形体からコンクリート板を複数切り出した後、該コンクリート板の周囲をラバーリング（ゴム輪）で封止して供試体を作製する、供試体作製工程
（Ｂ）型枠の内側に円周方向に設けた複数の溝に、前記供試体を設置した後、該供試体の上から、同じく内側に円周方向に複数の溝および測定孔を設けた型枠を被せて密封する、供試体設置工程
（Ｃ）所定の乾燥期間において、前記測定孔から湿度センサを挿入して相対湿度を測定する、相対湿度測定工程
（Ｄ）前記相対湿度測定工程の直後に、供試体を型枠から取り出してラバーリングを外し、直ちに、コンクリート板の乾燥収縮ひずみおよび質量を測定する、乾燥収縮ひずみおよび質量の測定工程
（Ｅ）コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２８日以上の場合は、前記コンクリート板の質量（Ｍｔ、Ｍ_０）と、１０５℃で２４時間乾燥したコンクリート板の質量（Ｍ_{１０５／２４}）を用いて、下記（１）〜（３）式を経て相対含水率（Ｗｒ）を算出する、相対含水率の算出工程
Ｗｓ＝Ｍ_０−Ｍ_{１０５／２４} ・・・（１）
Ｗｔ＝Ｍｔ−Ｍ_{１０５／２４} ・・・（２）
ただし、（１）式中、Ｗｓはコンクリート板の飽和含水量を表し、Ｍ_０は乾燥期間がゼロ（乾燥開始時）におけるコンクリート板の質量を表わし、Ｍ_{１０５／２４}は、コンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量を表す。また、（２）式中、Ｗｔは所定の乾燥期間におけるコンクリート板の含水量を表し、Ｍｔは所定の乾燥期間におけるコンクリート板の質量を表す。
Ｗｒ＝１００×Ｗｔ／Ｗｓ・・・（３）
ただし、（３）式中、Ｗｒは相対含水率を表し、Ｗｓは（１）式で算出したコンクリート板の飽和含水量を表し、Ｗｔは（２）式で算出した所定の乾燥期間におけるコンクリート板の含水量を表す。
（Ｅ’）コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２７日以下の場合は、前記（１）および（２）式中のＭ_{１０５／２４}に代えて、下記（４）および（５）式を経て算出したＭ_{１０５／２４}’を用いて、前記（１）〜（３）式を経て相対含水率（Ｗｒ）を算出する、相対含水率の算出工程
Ｗsat＝（Ｍ_０−Ｍ_{１０５／２４}）／Ｍ_{１０５／２４} ・・・（４）
Ｍ_{１０５／２４}’＝Ｍ_０／（１＋Ｗsat）・・・（５）
ただし、（４）式中、Ｗsatはコンクリート板の飽和含水率を表し、Ｍ_０はコンクリート板の乾燥期間がゼロ（乾燥開始時）におけるコンクリート板の質量を表わし、Ｍ_{１０５／２４}はコンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量を表す。また、（５）式中、Ｍ_{１０５／２４}’は、コンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量の推定値を表わす。
［２］前記コンクリート板の厚さが０．５〜５ｃｍである、前記［１］に記載のコンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率の測定方法。

本発明は単一の装置を用いて、コンクリートの内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を簡易的に取得でき、これらによりコンクリート中の水分移動による乾燥収縮特性を知ることができる。

（ａ）はコンクリート板を切り出した状態の模式図の一例を示し、（ｂ）は型枠内に供試体と湿度センサを設置した状態の模式図（断面図）の一例を示す。（ａ）は円筒形の型枠を開いた状態の一例を示し、（ｂ）は型枠内に形成された、供試体を設置するための溝の一例を示し、（ｃ）はコンクリート板（左の写真）と、コンクリート板の周囲を被覆するためのラバーリング（右の写真）の一例を示し、（ｄ）はラバーリングで周囲を被覆したコンクリート板（供試体）を型枠の溝に設置した状態の一例を示し、（ｅ）は型枠の溝に設置したコンクリート板（供試体）の上から、対となる型枠で蓋をして密封した状態の一例を示し、（ｆ）は測定孔から湿度センサを挿入して相対湿度を測定する状態の一例を示す。４個のレーザー変位計を、該レーザー変位計から照射されたレーザーが９０°の角度で交差するように配置してなる、乾燥収縮ひずみ測定装置の一例を示す概略図であって、左の図は該測定装置の平面図、右の図は該測定装置の側面図である。ただし、右図において、紙面に対し前方および後方に位置するレーザー変位計は省略した。供試体の乾燥期間と、本発明の方法で測定したコンクリート内部（仮想空間）の相対湿度、コンクリート板の乾燥収縮ひずみおよび相対含水率の関係を示す図である。ただし、図の凡例内の１〜５ｃｍは乾燥面からの供試体の厚さの累積を示す。なお、Ｗ／Ｃ＝４０％は表１中のコンクリートＡを表し、Ｗ／Ｃ＝５０％は表１中のコンクリートＢを表し、Ｗ／Ｃ＝６０％は表１中のコンクリートＣを表す。

本発明は、前記（Ａ）供試体作製工程、（Ｂ）供試体設置工程、（Ｃ）相対湿度測定工程、（Ｄ）乾燥収縮ひずみおよび質量の測定工程、および（Ｅ）相対含水率の算出工程を経て、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を測定する方法である。
以下、前記各工程に分けて説明する。

（Ａ）供試体作製工程
該工程は、コンクリートの円柱成形体からコンクリート板を複数切り出した後、該コンクリート板の周囲をラバーリング（ゴム輪）で封止して供試体を作製する工程である。
ここで、前記コンクリートに用いるセメントや混和材は、特に限定されず、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、高炉セメント、エコセメント、速硬セメント、フライアッシュ、シリカフューム、膨張材、および収縮低減剤等が挙げられる。
前記コンクリート板の大きさは、特に限定されないが、その厚さは、割れ難さと乾燥の速さの兼ね合いから、０．５〜５ｃｍが好適である。前記ラバーリングは、型枠と供試体が接した位置から湿気が漏れることを防止するために用いる。さらに湿気の漏洩を完全に防止するために、上下の型枠の溝をシリコンオイル等の油で埋めるとよい。

（Ｂ）供試体設置工程
該工程は、型枠の内側に円周方向に設けた複数の溝に、前記供試体を設置した後、該供試体の上から、同じく内側に円周方向に複数の溝および測定孔を設けた型枠を被せて密封する工程である。
型枠の材質は、特に限定されないが、溝切り等の加工が容易なことから、好ましくはアクリル樹脂や塩化ビニル樹脂等の樹脂である。また、前記測定孔は、湿度センサを挿入しない間は、ゴム栓等で塞いでおく。

（Ｃ）相対湿度測定工程
該工程は、所定の乾燥期間において、前記測定孔から湿度センサを挿入して相対湿度を測定する工程である。
前記湿度センサは、市販のセンサでよく、例えば、IST HYT939（シスコム社製）が挙げられる。
本発明の技術的特徴は、コンクリート板を、密閉した型枠内に複数枚設置して構成した複数の区間（空間）内を、コンクリート板中の湿気や水分が拡散移動する現象を、コンクリート内部での湿気や水分の拡散移動に喩えて、このコンクリート内部を模擬した空間（模擬空間）内の相対湿度を測定すれば、図１に示すように、湿度センサが水分に接することなく相対湿度を測定できる点にある。湿度センサが水分に接すると、測定精度は低下する。

（Ｄ）乾燥収縮ひずみおよび質量の測定工程
該工程は、前記相対湿度測定工程の直後に、供試体を型枠から取り出してラバーリングを外し、直ちに、コンクリート板の乾燥収縮ひずみおよび質量を測定する工程である。
本発明において、乾燥収縮ひずみの測定に用いる装置は、後掲の図３に示すような、（i）複数のレーザー変位計、（ii）乾燥収縮ひずみ測定用の供試体を支持するための正三角形の３つの頂点または正方形の４つの頂点を形成するように配置してなる支持部材、および、（iii）該支持部材の一部を埋設してなる台座を少なくとも含む、乾燥収縮ひずみ測定装置が好適である。

（Ｅ）および（Ｅ’）相対含水率の算出工程
該工程は、コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２８日以上の場合は、前記コンクリート板の質量（Ｍｔ、Ｍ_０）と、１０５℃で２４時間乾燥したコンクリート板の質量（Ｍ_{１０５／２４}）を用いて、下記（１）〜（３）式を経て相対含水率（Ｗｒ）を算出する工程である。
Ｗｓ＝Ｍ_０−Ｍ_{１０５／２４} ・・・（１）
Ｗｔ＝Ｍｔ−Ｍ_{１０５／２４} ・・・（２）
ただし、（１）式中、Ｗｓはコンクリート板の飽和含水量を表し、Ｍ_０は乾燥期間がゼロ（乾燥開始時）におけるコンクリート板の質量を表わし、Ｍ_{１０５／２４}は、コンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量を表す。また、（２）式中、Ｗｔは所定の乾燥期間におけるコンクリート板の含水量を表し、Ｍｔは所定の乾燥期間におけるコンクリート板の質量を表す。
Ｗｒ＝１００×Ｗｔ／Ｗｓ・・・（３）
ただし、（３）式中、Ｗｒは相対含水率を表し、Ｗｓは（１）式で算出したコンクリート板の飽和含水量を表し、Ｗｔは（２）式で算出した所定の乾燥期間におけるコンクリート板の含水量を表す。
また、コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２７日以下の場合は、前記（１）および（２）式中のＭ_{１０５／２４}に代えて、下記（４）および（５）式を経て算出したＭ_{１０５／２４}’を用いて、前記（１）〜（３）式を経て相対含水率（Ｗｒ）を算出する工程である。
Ｗsat＝（Ｍ_０−Ｍ_{１０５／２４}）／Ｍ_{１０５／２４} ・・・（４）
Ｍ_{１０５／２４}’＝Ｍ_０／（１＋Ｗsat）・・・（５）
ただし、（４）式中、Ｗsatはコンクリート板の飽和含水率を表し、Ｍ_０はコンクリート板の乾燥期間がゼロ（乾燥開始時）におけるコンクリート板の質量を表わし、Ｍ_{１０５／２４}はコンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量を表す。また、（５）式中、Ｍ_{１０５／２４}’は、コンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量の推定値を表わす。
このように、コンクリート板の乾燥の開始時期がコンクリートの材齢で２８日以上の場合と２７日以下の場合で、相対含水率の算出工程の内容が異なる理由は、コンクリートの材齢が２８日以上の場合、コンクリート板中のセメントの水和は飽和状態に近いため、水和による水分の消費よりも、乾燥による水分の減少が大きいため、水和による水分の消費量は無視できるのに対し、コンクリートの材齢が２７日以下の場合、水和による水分の消費は無視できないため、水和による水分の消費と乾燥による水分の減少の両方を考慮しなければならないからである。
なお、（４）式と（５）式の導出は以下のとおりである。
まず、工程（Ａ）において円柱供試体からコンクリート板を複数切り出す際に、型枠内に設置するためのコンクリート板のほかに、余分に切り出したコンクリート板を用いて、Ｍ_０とＭ_{１０５／２４}を求め、（４）式により乾燥開始時のコンクリート板の飽和含水率を算出する。この飽和含水率を全コンクリート板の飽和含水率として用い、各コンクリート板の乾燥期間がゼロの質量（Ｍ_０）から、１０５℃で２４時間乾燥した質量を逆算するように（５）式にて予測する。これにより１０５℃で２４時間乾燥することなく、絶乾状態の質量を推定でき、水和による水分減少の影響も考慮することができる。

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．使用材料
（１）普通ポルトランドセメント（略号：Ｃ）
太平洋セメント社製である。
（２）山砂（略号：Ｓ）
表乾密度は２．５６ｇ／ｃｍ^３である。
（３）砂岩砕石（略号：Ｇ）
表乾密度は２．６６ｇ／ｃｍ^３である。
（４）上水道水（略号：Ｗ）
（５）ＡＥ減水剤（略号：ＡＤ）
商品名はポゾリスＮｏ．７０［登録商標］で、ＢＡＳＦ社製である。
（６）ＡＥ剤（略号：ＡＥ）
商品名はマスターエア４０４［登録商標］で、ＢＡＳＦ社製である。

２．コンクリート板の作製と基長および質量の測定
表１に示すコンクリートの配合に従い、前記の各材料を容量５０リッターのパン型ミキサに一括して投入し、２分間混練した後、該混練物を内径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの型枠に打設して成形しコンクリートを得た。次に、該コンクリートを２０℃で７日間湿空養生した後に脱型し、図１の（Ａ）に示すように、コンクリートの底面（打設面とは反対の面）側から切り出して、厚さ１ｃｍのコンクリート板を６枚作製し、そのうちの５枚はコンクリート板の質量（Ｍ_０）と、図３に示す乾燥収縮ひずみ測定装置を用いてコンクリート板の基長を測定した。また、残りの１枚は、質量（Ｍ_０）を測定した後、１０５℃で２４時間乾燥して、その質量（Ｍ_{１０５／２４}）を測定した。

３．模擬空間の相対湿度、コンクリート板の長さおよび質量の測定
次に、前記コンクリート板の円周をラバーリングで被覆した５枚の供試体と、５個の湿度センサ（IST HYT939、シスコム社製）をアクリル樹脂製型枠内に、図１の（ｂ）や図２の（ｄ）に示すように設置した後、残りのアクリル樹脂製型枠を、図２の（ｅ）に示すように被せて全体を封印し、コンクリート内部の模擬空間として５つの空間を構成した。そして、図４に示す乾燥期間毎に、これらの５つの模擬空間内の湿度を測定するとともに、供試体を型枠から取り出し、直ちに供試体のラバーリングを外して、コンクリート板の長さと質量（Ｍｔ）を測定した。なお、１枚のコンクリート板の長さと質量を測定する間、残りの４枚のコンクリート板は、空気中での乾燥を防ぐため密閉袋に入れて一時保管した。そして、長さと質量を測定したコンクリート板は、直ちに密閉袋に入れて保管するとともに、新たなコンクリート板を密閉袋から取り出して、同様にして、コンクリート板の長さと質量の測定、および密閉袋への返却と保管を繰り返した。
５枚のコンクリート板の長さと質量の測定が終了した後は、再度、コンクリート板の円周をラバーリングで被覆して、供試体と湿度センサを型枠内に再び設置し、乾燥および前記各種の測定を継続した。
乾燥期間と、測定した相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および、算出した相対含水率の関係を図４に示す。
図４に示すように、本発明の測定方法によれば、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を簡易に測定できる。

１供試体
２台座
３支持部材
４レーザー変位計（ただし、黒色の矢印はレーザーを示す。）

Claims

下記（Ａ）〜（Ｄ）、および（Ｅ）または（Ｅ’）工程を経て、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率を測定する、コンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率の測定方法。
（Ａ）コンクリートの円柱成形体からコンクリート板を複数切り出した後、該コンクリート板の周囲をラバーリング（ゴム輪）で封止して供試体を作製する、供試体作製工程
（Ｂ）型枠の内側に円周方向に設けた複数の溝に、前記供試体を設置した後、該供試体の上から、同じく内側に円周方向に複数の溝および測定孔を設けた型枠を被せて密封する、供試体設置工程
（Ｃ）所定の乾燥期間において、前記測定孔から湿度センサを挿入して相対湿度を測定する、相対湿度測定工程
（Ｄ）前記相対湿度測定工程の直後に、供試体を型枠から取り出してラバーリングを外し、直ちに、コンクリート板の乾燥収縮ひずみおよび質量を測定する、乾燥収縮ひずみおよび質量の測定工程
（Ｅ）コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２８日以上の場合は、前記コンクリート板の質量（Ｍｔ、Ｍ_０）と、１０５℃で２４時間乾燥したコンクリート板の質量（Ｍ_{１０５／２４}）を用いて、下記（１）〜（３）式を経て相対含水率（Ｗｒ）を算出する、相対含水率の算出工程
Ｗｓ＝Ｍ_０−Ｍ_{１０５／２４} ・・・（１）
Ｗｔ＝Ｍｔ−Ｍ_{１０５／２４} ・・・（２）
ただし、（１）式中、Ｗｓはコンクリート板の飽和含水量を表し、Ｍ_０は乾燥期間がゼロ（乾燥開始時）におけるコンクリート板の質量を表わし、Ｍ_{１０５／２４}は、コンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量を表す。また、（２）式中、Ｗｔは所定の乾燥期間におけるコンクリート板の含水量を表し、Ｍｔは所定の乾燥期間におけるコンクリート板の質量を表す。
Ｗｒ＝１００×Ｗｔ／Ｗｓ・・・（３）
ただし、（３）式中、Ｗｒは相対含水率を表し、Ｗｓは（１）式で算出したコンクリート板の飽和含水量を表し、Ｗｔは（２）式で算出した所定の乾燥期間におけるコンクリート板の含水量を表す。
（Ｅ’）コンクリート板の乾燥の開始時期が、コンクリートの材齢で２７日以下の場合は、前記（１）および（２）式中のＭ_{１０５／２４}に代えて、下記（４）および（５）式を経て算出したＭ_{１０５／２４}’を用いて、前記（１）〜（３）式を経て相対含水率（Ｗｒ）を算出する、相対含水率の算出工程
Ｗsat＝（Ｍ_０−Ｍ_{１０５／２４}）／Ｍ_{１０５／２４} ・・・（４）
Ｍ_{１０５／２４}’＝Ｍ_０／（１＋Ｗsat）・・・（５）
ただし、（４）式中、Ｗsatはコンクリート板の飽和含水率を表し、Ｍ_０はコンクリート板の乾燥期間がゼロ（乾燥開始時）におけるコンクリート板の質量を表わし、Ｍ_{１０５／２４}はコンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量を表す。また、（５）式中、Ｍ_{１０５／２４}’は、コンクリート板を１０５℃で２４時間乾燥した質量の推定値を表わす。
前記コンクリート板の厚さが０．５〜５ｃｍである、請求項１に記載のコンクリート内部の相対湿度、乾燥収縮ひずみ、および相対含水率の測定方法。