JP3768951B2

JP3768951B2 - 水硬性材料の長さ変化試験方法

Info

Publication number: JP3768951B2
Application number: JP2002327098A
Authority: JP
Inventors: 正朗小島; 健郎三井; 敏男米澤; 定俊大野
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2004163167A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントペースト、モルタルおよびコンクリートなどの水硬性材料の乾燥に伴う長さ変化の試験法に関するものである。
建設工事における、レディーミクストコンクリート工場や使用材料の選定、調合の検討や、長さ変化特性のチェック、ひび割れ対策の見直しなどに有効に活用できる、簡便かつ短期間に長さ変化を評価できる試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水硬性材料の長さ変化試験法としては、ＪＩＳＡ１１２９−１〜３：２００１「モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法」（非特許文献１参照）があり、測定器、試験体寸法などを規定している。
また、各乾燥材齢における測定を簡便にする水硬性材料の長さ変化測定装置が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
【非特許文献１】
ＪＩＳＡ１１２９−１〜３：２００１「モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法」
【特許文献１】
特開２０００−１２１３２１号公報
【特許文献２】
特開２００２−４８５１４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献１には、乾燥する環境条件について、特に定めはないが、一般的な温湿度環境、すなわち大気圧下で２０℃、６０％ＲＨ程度の一定条件下で試験している。
このような非特許文献１に記載の試験方法では、乾燥開始当初は急激な長さ変化を示すが、変化が徐々にゆっくりとなり、長さ変化がほぼ収束して評価するには半年から１年程度の長期間を要するという問題がある。
【０００４】
また、特許文献１，２には、水硬性材料の長さ変化測定装置について記述しているが、これは各乾燥材齢における測定を簡便にするもので、乾燥期間すなわち評価に要する期間を短縮する試験方法や測定装置に関するものではない。
これまで、水硬性材料の長さ変化特性を短期間に評価する手法について、検討は全くされていない。
【０００５】
コンクリートの乾燥収縮が大きいと、構造物にひび割れが発生する。ひび割れは、炭酸ガスの進入を引き起こし、元来の強アルカリ性が失われることによる耐久性低下や、雨水の浸入による漏水、美観を損ねるなどの不具合を引き起こす。ひび割れの発生を抑制するには、長さ変化の小さい材料、調合を選定したり、長さ変化特性を考慮してひび割れ分散鉄筋やひび割れ誘発目地を計画的に設けるなどのひび割れ対策を講じることが望ましい。
【０００６】
効果的なひび割れ対策を講じるためには、使用するコンクリートの収縮特性を把握しておくことが望ましい。
しかし、従来の長さ変化試験法では、最終的な評価が半年から１年の長期間を要してしまうことから、建設工事で使用するコンクリートの長さ変化特性を把握して材料、調合の選定、ひび割れ対策に反映することは困難であった。
【０００７】
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、従来の試験方法で必要であった半年から１年の試験期間を飛躍的に短縮できる水硬性材料の促進乾燥方法および水硬性材料の長さ変化試験方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、水硬性材料にて作製された試験体を、大気圧（１０１ｋＰａ）下で温度が常温一定となるまで保持し、次いで、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持し、前記試験体に作用する圧力を大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧して、前記試験体の乾燥を促進し、その後、雰囲気温度を常温に戻し、圧力を大気圧まで戻して前記試験体を乾燥させるに際し、前記試験体の常温、大気圧下での長さの変化を測定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、水硬性材料にて作製された試験体を、大気圧（１０１ｋＰａ）下で温度が常温一定となるまで保持し、次いで、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持し、前記試験体に作用する圧力を大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧して、前記試験体の乾燥を促進し、その後、雰囲気温度を常温に戻し、圧力を大気圧まで戻して前記試験体を乾燥させるに際し、前記試験体の高温、減気圧時での長さの変化を測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の水硬性材料の長さ変化試験方法において、前記試験体に作用する圧力は、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温すると同時に大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２記載の水硬性材料の長さ変化試験方法において、前記試験体に作用する圧力は、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持された後に、大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項記載の水硬性材料の長さ変化試験方法において、前記試験体の乾燥を促進する期間は、２〜２０日とすることを特徴とする水硬性材料の長さ変化試験方法。
本発明によれば、高温、減圧養生により、従来の試験方法で必要であった半年から１年の試験期間を２０日以内まで飛躍的に短縮することができる。短期間かつ簡便に長さ変化特性の評価が可能となれば、建設工事に長さ変化特性を考慮して反映できるようになり、効果的なひび割れ対策が可能となる。具体的には、本発明を適用し、長さ変化の小さいレディーミクストコンクリート工場の選定、材料、調合の選定、ひび割れ対策仕様の見直し、長さ変化の小さいコンクリートを重要部位へ適用するなどの施工的な配慮などが可能となり、建設工事におけるひび割れに関する不具合を減らすことができる。結果として、建物の躯体品質の確保、向上、補修工事の低減が達成できる。
【００１２】
短期間で乾燥に伴う長さ変化を把握するためには、試験体中の水分の逸散を促進する必要がある。試験体を高温に加熱するのが有効であるが、１００℃を超える高温状態を長時間保持すると、細孔構造の破壊や、水和生成物から結合水の脱水が生じてしまい、材料の物性に変化を来たしてしまう。また、１００℃以下では大気圧下の飽和水蒸気圧に達しないため、水の蒸発を促進するには不十分である。
【００１３】
水硬性材料を対象とした場合、元々の物性を変化させることなく、乾燥を飛躍的に促進するには、最大１００℃以下の範囲で加熱すると同時に、加熱温度での飽和水蒸気圧より低い圧力に減圧することが効果的であることを見出した。最適な乾燥条件について研究を行った結果、温度の範囲は４０〜１００℃、圧力の範囲は０〜８０ｋＰａとすれば試験体中の水は活発に蒸発し、乾燥開始から２０日以内に長さ変化は収束することが判明した。従来の温度２０℃、湿度６０％、大気圧（１０１ｋＰａ）の環境条件で乾燥させた場合は、半年から１年の試験期間が必要であったが、本発明では従来の１／１０〜１／５０程度の期間で長さ変化特性を把握することができる。
【００１４】
本発明と従来の一般温度、湿度の大気圧下で乾燥する方法では、硬化体の細孔構造、力学特性に大きな違いはなく、材料自体の変質はない。このため、本発明によって得られた長さ変化特性で従来の方法の長さ変化特性を評価することができる。
材料、調合の違いや試験体の初期養生期間の違い、および迅速試験法で設定する温度、圧力の違いにより長さ変化が収束するまでの日数に若干の違いがあるため、長さ変化を連続的に測定し収束する期間を確認しながら試験を行うことが望ましい。
【００１５】
なお、本発明では試験体成形から乾燥養生開始までの養生期間、養生条件は特に定めないが、特に理由がなければ、これまで一般的に行われていた湿潤養生７日とすると良い。また、ＪＩＳＡ１１２９に定められる試験体寸法に準じると良い。
本発明は、独自の乾燥条件により短期間に長さ変化率を得るが、本発明により得られる長さ変化率を用いて、条件に応じた係数を乗じることにより、従来の大気圧下での一定温湿度環境（多くの場合は２０℃、６０％ＲＨ）による長さ変化率を予測することができる。これは、本発明と従来の方法で、乾燥の程度が若干異なるが、細孔構造が同等であり、力学的な特性もほぼ同等であること、また、長さ変率に最も大きな影響を及ぼす骨材種類の特性を評価できていることによる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る水硬性材料の長さ変化試験方法を示す（請求項１ないし請求項５に対応）。
図１は、縦軸に気圧および温度、横軸に時間をそれぞれ示す。
先ず、水硬性材料で作製した試験体（６×６×４０ｃｍ、化粧ベニア型枠使用）を、大気圧下（１０１ｋＰａ）で温度が常温一定となるまで保持した後、真空容器に入れる。
【００１７】
次に、真空容器内の雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持する。ここでは、先ず、温度２０℃を５時間保持した後、８０℃まで１時間で昇温して５時間程度保持した。
なお、促進養生の開始時には、試験体の温度を短時間で上昇させるため、昇温時には空気が存在することが望ましい。このため、昇温が完了した後に脱気することが望ましい。
【００１８】
次に、この昇温過程もしくは、昇温を終了して高温で保持している過程から、試験体に作用する気圧を、０〜８０ｋＰａまで減圧し、高温でかつ減圧した状態を保持して試験体の乾燥を促進する。
次に、この高温かつ減圧した状態を２〜２０日間保持した後、温度を最初の常温まで戻し、続いて圧力を大気圧まで戻す。
【００１９】
なお、促進養生の終了時には、温度の降下には時間がかかるため、先に大気圧に開放すると空気中の水蒸気を試験体が吸収し、膨張することが懸念される。このため、温度を降下した後、大気圧に開放し、直ちに長さ変化を測定することが望ましい。
以上のように温度と圧力を制御した条件下で試験体を乾燥させ、常温、大気圧での長さ変化（図１における２０℃・大気圧ベースの長さの変化）もしくは、高温、減圧時での長さ変化（図１における８０℃・減圧時ベースの長さの変化）を測定する。
【００２０】
図２〜図８は、このような高温、減圧状態を保持しながら長さ変化を連続測定できる試験装置の一例を示す。
試験装置は、チャンバーまたは加熱炉１と、圧力計３を備え内部に試験体Ａを装着する真空容器２と、真空容器２に真空ホース５を介して連絡する水分除去フィルタ付きの真空ポンプ４と、真空容器２に計測用コード７を介して連絡する歪み計測装置６とで構成されている。
【００２１】
真空容器２は、容器本体２ａと、容器本体２ａをパッキン８を介して覆う蓋２ｂとで構成されている。
容器本体２ａには、試験体Ａを所定の位置に取り付けるためのフレーム９、補強板１０と、試験体Ａの長手方向の両端部に配され、試験体の長さを連続測定するための変位計１１とが備えてある。
【００２２】
変位計１１には、計測用コード７が取り付けられ、計測用コード７は配線コネクタ１２によって適宜接続されている。
蓋２ｂには、排気、吸気口１３と、真空用配線コネクタ１５を取り付ける孔１４とが備えてある。
真空用配線コネクタ１５には、計測用コード７が気密状態で取り付けられている。
【００２３】
なお、試験装置には、試験体Ａから逸散する水分を除去するために真空配管に集水トラップを設けるのが望ましい。
【００２４】
【実施例】
実施例１
表１に示す使用材料、表２に示すコンクリートの調合で、コンクリートを練り混ぜ、６×６×４０ｃｍの試験体を成形し、材齢７日まで水中養生した後、乾燥収縮の迅速試験を行った。
温度および圧力は、２０℃、６０％ＲＨ一定に保持した後、１時間で７０℃まで昇温し、５時間７０℃を保持し、その後、脱気により０．５ｋＰａまで減圧した。
【００２５】
また、比較としてＪＩＳＡ１１２９により温度２０℃、湿度６０％ＲＨの室内に保管したときの長さ変化率試験を実施した。
試験結果を、図９に示す。
長さ変化が収束するまでの期間は、従来の方法では半年であったのに対し、迅速試験では１４日程度であった。
【００２６】
【表１】

【表２】

実施例２
表３に示す使用材料材料、表４に示す調合Ｎｏ．３，７，９，１０の調合で、コンクリートを練り混ぜ、６×６×４０ｃｍの試験体を成形し、材齢７日まで水中養生した後、温度８０℃、２ｋＰａとして迅速試験を行った場合と，ＪＩＳＡ１１２９により温度２０℃、湿度６０％ＲＨの室内で乾燥させた場合の長さ変化率試験を実施した。
【００２７】
試験結果を、図１０および図１１に示す。
従来の方法では収縮が収束するのに半年以上が必要であったのに対し、本実施例による迅速試験では、乾燥開始から１４日程度で最終収縮量に至った。
【表３】

【表４】

実施例３
表３に示す使用材料、表４に示す調合Ｎｏ．３，１１の調合で、コンクリートを練り混ぜ、直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱試験体を作製し、材齢１日、３日、７日、１４日まで水中養生した後、温度２０℃、湿度６０％ＲＨの大気圧下で乾燥したもの、迅速試験の環境下（温度８０℃、２ｋＰａ）で１４日間乾燥した試験体について細孔構造、圧縮強度、ヤング係数を調べた。
【００２８】
細孔構造の測定結果を、図１２に示す。
大気圧の一般環境下で乾燥した試験体の細孔分布は、材齢の経過とともに迅速試験の場合の細孔分布に近づいてゆく。迅速法で乾燥させた場合の細孔構造と、大気圧下の一定温度、湿度で長期間にわたり乾燥を受けた試験体で細孔構造が類似していることがわかる。
【００２９】
圧縮強度、ヤング係数の測定結果を、図１３に示す。
圧縮強度に関しても、迅速法で乾燥した場合と大気圧下の一定温度、湿度で長期間にわたり乾燥させた場合で同等となる。
ヤング係数に関しては、迅速法で乾燥した場合は大気圧下の一定温度、湿度で長期間にわたり乾燥させた場合に対して２０〜３０％程度低下する。従来言われているように、試験体が乾燥するほどヤング係数は低下する特徴があるためで、本迅速試験法によれば，温度２０℃，湿度６０％ＲＨの屋内に保管して乾燥させた場合より乾燥が進むことによる。本実施例により相対比較を行う場合は、特に考慮する必要はない。しかし、本実施例から従来の一定の温度，湿度条件における長さ変化率の絶対値を予測するには、ヤング係数の低下影響の補正を考慮することで推定精度を高めることができる。
【００３０】
実施例４
表３に示す使用材料、表４に示す調合で、コンクリートを練り混ぜ、６×６×４０ｃｍの試験体を成形し、大気圧下で温度２０℃、湿度６０％ＲＨとした従来の長さ変化試験、温度８０℃、２ｋＰａに減圧した迅速試験を行った。
両者の試験値は、図１４に示す線形関係があり、いずれの材料、調合においても従来の方法による収縮率は迅速法の０．８程度であった。
【００３１】
このことは、必要に応じて、従来の方法と迅速法の収縮率の関係を求めておけば、迅速法の収縮率からＪＩＳ法の収縮率を精度良く推定することが可能であることを示している。
本実施例において、ＪＩＳ法に対して、迅速法の収縮率が２０％程度大きく評価される理由の主因は、乾燥程度の違いや迅速法ではヤング係数が２０〜３０％程度低下していることが一因である。
【００３２】
実施例５
表３の使用材料を用い，表４の調合Ｎｏ．３の調合で、コンクリートを練り混ぜ、１０×１０×４０ｃｍの試験体を成形し、温度、湿度、圧力の条件を変化させて長さ変化を測定した。
試験結果を、表５に示す。
【００３３】
温度４０℃〜１００℃、圧力を０〜８０ｋＰａの場合は２０日以内に長さ変化が収束した。
一方、本実施例によらない場合は、最終的な長さ変化を得るために２０日以上の期間が必要であった。
【表５】

実施例６
本実施例は、迅速法で短期間に従来の試験法の収縮率を推定する方法を示す。
【００３４】
試験体の成形後、水中で７日間養生し、その後迅速法による乾燥収縮試験を行った。乾燥の温度、圧力条件は、８０℃、２ｋＰａとし、乾燥期間は１４日間とした。
迅速法で得られた乾燥収縮ε_rから、従来の方法（温度２０℃、湿度６０％ＲＨ、期間２６週間）の長さ変化率ε_jを、下式により精度良く推定することができた。
【００３５】
長さ変化率ε_j＝０．８２×ε_r
図１５は、推定値と実測値との関係を示す図である。
上記により得た長さ変化率ε_rに係数を乗じることにより、従来行われている大気圧、温度２００℃、湿度６０％の一定温湿度下の水硬性材料の長さ変化率ε_jを推定する。
【００３６】
８０℃、２ｋＰａの迅速乾燥条件では、係数は定数０．８２で良いが、７０℃、２ｋＰａの迅速乾燥条件では、係数は定数１．０４、１００℃、２ｋＰａの迅速乾燥条件では、係数は定数０．７１を用いると良い。
このように迅速乾燥条件で係数が異なる理由は、迅速法による収縮率ε_rが、迅速乾燥の条件すなわち温度、圧力、乾燥期間によって異なるためである。
【００３７】
精度良くε_jを推定するためには、迅速法の迅速乾燥条件によって収縮率ε_rの値がどう変わるか把握しておき、迅速乾燥の条件を考慮した補正後のε_rを用いてε_jを推定する必要がある。
補正は、▲１▼迅速乾燥の条件（温度、圧力、乾燥期間）の違いの影響の補正、▲２▼試験体成形後の養生条件、迅速乾燥開始までの期間の影響について補正する必要がある。
【００３８】
迅速乾燥条件による補正
・温度
温度７０℃、８０℃、１００℃における迅速収縮率ε_rは８０℃のε_rを基準とすると、比率は０．７９、１．００、１．１５程度となり、ＪＩＳ法の収縮率ε_jを推定するための係数は１．０４、０．８２、０．７１となる。
【００３９】
・迅速乾燥期間
基準とする迅速乾燥の期間と、実際の迅速乾燥の期間との差（７０〜８０℃では１０日を基準とする）に迅速法における収束した収縮速度（実測していない場合は５〜１５×１０^-6／日とする）を乗じた値を加えることにより補正する。
【００４０】
・圧力
圧力は、収縮が収束するまでの期間に大きな影響を及ぼすが、収縮率ε_rの値に及ぼす影響は小さい。目安として、圧力の条件が１００℃では４０ｋＰａ以下、８０℃で１０ｋＰａ以下であれば補正の必要はない。
上記以外の、試験体の断面寸法、成形後の養生方法、養生期間、迅速試験開始までの期間などの条件に対しては、基準とする迅速試験法（例えば８０℃、２ｋＰａ）の収縮率ε_rと実施した迅速法の関係を求め、基準とする迅速試験法の収縮率ε_rとＪＩＳ法の収縮率ε_jの関係式を用いることにより短期間でＪＩＳ法の収縮率ε_jを推定することができる。
【００４１】
また、期間的に余裕のある場合は、数種類の材料、調合の水硬性材料に対し、迅速試験方法の試験条件を一定として迅速法の収縮率ε_rを行うと同時に、従来行われている大気圧、温度１５〜２５℃、湿度５０〜７０％の範囲の一定温湿度下の長さ変化率ε_jを測定して両者の関係式をあらかじめ求めておく。
収縮特性が未知の材料に対して迅速法で長さ変化率ε_rを測定して、前記の関係式を適用することにより従来の方法の収縮率ε_jを求めることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、水硬性材料の乾燥による長さ変化特性を、従来の試験方法である大気圧下で温度２０℃、湿度６０％程度では半年から１年程度必要であった評価に要する期間を、２０日以内に短縮することができる。
また、本発明によれば、評価が短期間で可能であるため、本発明を、▲１▼使用材料、調合の見直し、▲２▼生コン工場の選定、▲３▼実績のない骨材、特に輸入骨材を用いた場合の収縮特性のチェック、▲４▼補強鉄筋量や誘発目地の見直しなどの設計的なひび割れ対策の見直し等に適用することができ、これにより、ひび割れによる不具合の低減による躯体品質の確保、向上および不具合に対する補修費用の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水硬性材料の長さ変化試験方法を示す説明図である。
【図２】図１に示す水硬性材料の長さ変化試験方法に用いる試験装置の概念図である。
【図３】図２における真空容器の蓋を取り除いた状態を示す図である。
【図４】図２における真空容器の蓋を示す図である。
【図５】図２における真空容器の中央部を切り欠いて示す図である。
【図６】図２における真空容器を切り欠いて示す図である。
【図７】図２における真空用配線コネクタの断面図である。
【図８】図２における真空用配線コネクタの斜視図である。
【図９】実施例１における促進乾燥収縮試験結果とＪＩＳ法での長さの変化率の変化の比較を示す図である。
【図１０】実施例２における迅速乾燥収縮試験結果を示す図である。
【図１１】実施例２におけるＪＩＳ法の乾燥収縮試験結果を示す図である。
【図１２】実施例３におけるＪＩＳ法と迅速乾燥収縮試験とでの細孔分布の比較示す図である。
【図１３】実施例３におけるＪＩＳ法と迅速乾燥収縮試験とでの圧縮強度、ヤング係数の比較を示す図である。
【図１４】実施例４におけるＪＩＳ法と迅速乾燥収縮試験とでの収縮率の関係を示す図である。
【図１５】実施例６における推定値と実測値との関係を示す図である。

Claims

水硬性材料にて作製された試験体を、大気圧（１０１ｋＰａ）下で温度が常温一定となるまで保持し、次いで、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持し、前記試験体に作用する圧力を大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧して、前記試験体の乾燥を促進し、その後、雰囲気温度を常温に戻し、圧力を大気圧まで戻して前記試験体を乾燥させるに際し、前記試験体の常温、大気圧下での長さの変化を測定することを特徴とする水硬性材料の長さ変化試験方法。
水硬性材料にて作製された試験体を、大気圧（１０１ｋＰａ）下で温度が常温一定となるまで保持し、次いで、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持し、前記試験体に作用する圧力を大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧して、前記試験体の乾燥を促進し、その後、雰囲気温度を常温に戻し、圧力を大気圧まで戻して前記試験体を乾燥させるに際し、前記試験体の高温、減気圧時での長さの変化を測定することを特徴とする水硬性材料の長さ変化試験方法。
請求項１または請求項２記載の水硬性材料の長さ変化試験方法において、前記試験体に作用する圧力は、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温すると同時に大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧することを特徴とする水硬性材料の長さ変化試験方法。
請求項１または請求項２記載の水硬性材料の長さ変化試験方法において、前記試験体に作用する圧力は、雰囲気温度を４０℃〜１００℃の範囲で昇温して一定に保持された後に、大気圧（１０１ｋＰａ）から脱気して０〜８０ｋＰａまで減圧することを特徴とする水硬性材料の長さ変化試験方法。
請求項１ないし請求項４の何れか１項記載の水硬性材料の長さ変化試験方法において、前記試験体の乾燥を促進する期間は、２〜２０日とすることを特徴とする水硬性材料の長さ変化試験方法。