JP3955247B2

JP3955247B2 - Concrete shrinkage cracking test equipment

Info

Publication number: JP3955247B2
Application number: JP2002255709A
Authority: JP
Inventors: 嘉昭佐藤; 忠夫入船; 幸輔端野
Original assignee: 嘉昭佐藤; マルタニ試工株式会社; 株式会社東京測器研究所
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004093402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートの供試体のひずみと応力を測定するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、若材齢でのコンクリートのひび割れの発生が多く報告されている。これは、コンクリートの高強度化に伴う大きな温度応力や自己収縮と、施工現場における早期の乾燥収縮との複合作用によるものと考えられる。乾燥収縮は、コンクリートが乾燥開始した時点から生じ、周囲の相対温度と平衡になるまで続く。自己収縮は、打設直後から生じるが、特に水和反応が著しい初期（１週間〜１ヶ月）に大きくなる。
若材齢における収縮ひび割れを解明するには、若材齢から刻々と変化するコンクリートの特性を定量的に評価する必要がある。
【０００３】
この収縮ひび割れが発生する過程の応力およびひずみを測定する方法として、以下の試験方法が用いられている。
図７（Ａ）は、従来例のリング拘束型試験体の平面図、（Ｂ）は同リング拘束型試験体の正断面図、（Ｃ）は同リング拘束型試験体の斜視図である。図７に示すように、リング拘束型試験体７０は、リング形のコンクリートの供試体７１の内部に鋼製円板７２を埋め込んで、コンクリートの収縮変形を拘束したものである。試験体が小型であるため、供試体７１の取り扱いが簡便になり、多数の供試体を試験するのに適している。
【０００４】
図８は、他の従来例の鉄筋拘束型試験体の正断面図である。図８に示すように、鉄筋拘束型試験体７５は、棒状のコンクリートの供試体７６の内部に長手方向に沿って鉄筋または綱棒からなる拘束用棒材７７を埋設し、この拘束用棒材７７の両端部を保持する保持枠７８を供試体７６の外側に設けたものである。拘束用棒材７７の中間部は、供試体７６との間に隙間を空けて配置されているので、供試体７６には、均等な収縮応力が作用するように構成されている。この試験体を用いた測定方法は、拘束用棒材７７の温度が供試体７６の温度に追随するため、温度差の影響を受けにくく、ＪＣＩ自己収縮研究委員会で自己収縮応力試験方法として提案されている。
【０００５】
図９は、他の従来例の外部拘束型試験体８０の正断面図である。図９に示すように外部拘束型試験体８０は、コンクリートの供試体８１の両端部を保持枠８２にボルト８３，８４を用いて固定したもので、供試体８１の中間部は保持枠８２に接触しない構造としている。かかる構成によって、保持枠８２には収縮ひずみに対応した長手方向の力だけが作用するため、実構造物における拘束状態に最も近い拘束状態が得られる。また、コンクリートの拘束ひずみやクリープひずみおよび収縮応力等が明確に算定できる。固定方法としては、ボルト式の他、チャック式やずれ止め鉄筋を用いることができ、このずれ止め鉄筋を用いた方法がＪＩＳ原案の乾燥収縮ひび割れ試験方法に採用されている。
【０００６】
図１０は、他の従来例の引張装置型試験装置の正断面図である。図１０に示すように引張装置型試験装置８５は、コンクリートの供試体８６の一端部を、固定部８７を介して保持枠（図示せず）に固定し、他端を、錘８８に接続されて供試体８６を引張る固定部８９に固定したものである。錘８８を用いているので、乾燥して収縮した供試体８６に荷重を加え、一定時間ごとに乾燥前の長さに戻すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コンクリートの剛性は、ヤング率Ｅと断面積Ａの積ＥＡで表されるが、ヤング率Ｅや、打設後の水和反応の進行に伴って、刻々と変化する。従って、現状のコンクリート部材の場合、初期材齢から拘束を受けるが、ヤング率Ｅの変化によって拘束力が変化するため、自由収縮するコンクリートのひずみに対する拘束を受けるコンクリートのひずみの割合（以下、拘束率という）は一定にならない。
また、水和反応の進行がほぼ終了したと見なされる長期材齢のコンクリートの場合でも、コンクリートの乾燥によってヤング率が乾燥とともに減少し、拘束率は一定にならない。
しかしながら、前記従来のリング拘束型試験体７０は、拘束の程度が不明確で、乾燥状態も不均一であるため、定量的な乾燥収縮ひび割れ性状を把握するには適しておらず、試験結果を実部材のひび割れ挙動と関連づけることが難しい。
【０００８】
また、自己収縮応力測定試験に用いられる鉄筋拘束型試験体７５で使用する供試体７６の断面は、内部に拘束用棒材７７が設けられているので、ＪＩＳで規定されている中実の乾燥収縮供試体とは異なった断面となり、測定データの汎用性がない。また、コンクリートの打設に支障がないようにするため、さらに鉄筋のあきを確保するために、かぶり（鉄筋表面とコンクリート表面の最小距離）をある値以上とする必要があるので、鋼材断面積を大きくすることができず、拘束程度を大きくできない。
【０００９】
また、外部拘束型試験体８０では、外部の保持枠で拘束する原理であるため、外部拘束が一定になり、供試体の拘束率は一定にならず、実験結果からひび割れ発生条件（ひび割れ抵抗性）を的確に判断することは難しい。特に、外部拘束型試験体８０では、保持枠が曲げの影響を受けるため、正確な応力を推定するには、保持枠のひずみ分布の把握が必要で、また、装置組み立て時の精度も必要になる。
【００１０】
また、引張装置型試験装置８５では、拘束されたコンクリートの応力の推定を、鉄筋や保持枠のひずみにより間接的に算出する方法であるため、必ずしも応力を正確に把握できない。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、打設後に刻々と変動するひずみと応力の大きさを変化に追随して調整でき、また測定することができるコンクリートの収縮ひび割れ試験装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置は、コンクリート製の供試体に荷重を加える荷重付与手段と、前記供試体の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段と、前記供試体のひずみを測定可能なひずみ測定手段と、前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段を前記供試体とともに固定する保持枠とを備えた装置本体、および前記荷重付与手段、前記応力測定手段および前記ひずみ測定手段に接続され、前記供試体に発生した応力または前記供試体のひずみの値に応じて前記荷重付与手段の出力値を調整する制御装置を有するコンクリートの収縮ひび割れ試験装置において、
前記ひずみ測定手段は棒状の変位計であって、前記変位計の両端部を前記供試体の表面に固定するとともに、前記変位計の中間部を前記供試体の表面から外側に離して設け、
前記制御装置は、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
供試体の形状は任意であるが、例えば、角柱状のものや円柱状のものが含まれる。
コンクリートは、液状のセメントおよび骨材を固化して形成するため、ひずみゲージを内部に埋込んでコンクリートとともに固化させ、このひずみゲージから電気信号を取り出し、温度補償して使用することが考えられる。しかし、コンクリートが水和反応するときの発熱により、コンクリート内部と表面との温度差が大きくなるため、特に若材齢でのコンクリートの測定を行うときにはひずみの測定誤差が大きくなる。このため、ひずみ測定手段を供試体の外部に設けることにより、正確なひずみと応力の関係を測定することができる。なお、外部には、供試体の表面も含み、例えば、シート状のひずみゲージを供試体の表面に貼着して用いる場合も本発明に含まれる。
【００１４】
荷重付与手段には、供試体に引張り、圧縮、ねじり等の力を加えることができるものが含まれる。応力測定手段には、応力を直接測定するものの他、力を測定して応力に変換できるものも含まれる。ひずみ測定手段には、ひずみを直接測定するものの他、変位を測定してひずみに変換するものも含まれる。
【００１５】
制御装置は、応力測定手段およびひずみ測定手段から出力された応力またはひずみが一定の範囲内に収まるように荷重付与手段を作動させる。例えば、応力またはひずみが前記範囲の下限値より小さくなった場合には、荷重付与手段の出力を大きくし、応力またはひずみが前記範囲の上限値より大きくなった場合には、荷重付与手段の出力を小さくすることによって、応力またはひずみを所定範囲内に収めることができる。
【００１６】
前記ひずみ測定手段を、中間部を前記供試体の表面から外側に離して設けた棒状の変位計としたことにより、変位計が供試体の温度変化の影響を受けにくくなるので、測定値の精度を向上させることができる。
ここで、変位計には、スピンドル式のデジタルリニアゲージ等の接触式のものの他、レーザー等を利用した光学式変位計、静電式変位計、渦電流式変位計等の非接触型のものも含まれる。
【００１７】
前記制御装置に、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けることも可能である。
若材齢のコンクリートは乾燥収縮および自己収縮するが、この収縮してひずみが小さくなった分だけ荷重付与手段の出力値を大きくしてひずみを一定にすることにより、拘束条件を一定にした状態で、ひび割れ発生の挙動を正確に再現することができる。
なお、ここでいう一定の値とは、測定誤差と制御装置の制御可能範囲を考慮した範囲内にあることをいう。
【００１８】
前記制御装置を、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続することも可能である。
自由収縮するとは、外部から荷重を加えていない供試体をいう。制御装置には、自由収縮する基準供試体と、装置本体に固定された供試体が設けられているので、この２つの供試体のひずみを比較して、荷重付与手段の出力値を調整することができる。
【００１９】
前記制御装置に、前記基準ひずみ測定手段の測定値に対する前記ひずみ測定手段の測定値の割合が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けることも可能である。
実際の使用状態では、コンクリートは、これを拘束する部材の変形等により上記割合（拘束率）がどの程度になっているかは現状ではまだ解明されていない。本発明においては、上記構成により拘束率を自由に設定して試験を行うことができるので、実構造物のひび割れの挙動を解明するため、再現性のある正確なデータを得ることができる。
なお、ここでいう一定の値とは、測定誤差と制御装置の制御可能範囲を考慮した範囲内にあることをいう。
【００２０】
前記保持枠に、前記供試体を揺動可能に保持する２つの固定部を設け、前記荷重付与手段を、前記供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキとすると、供試体に加わる捻りモーメントや曲げモーメントによるひずみ測定手段の捻れや曲がりを、固定部を揺動させることによって逃がすことができ、また、スクリュージャッキを用いて微小距離を正確に移動できるので、測定誤差を減らすことができる。
【００２１】
前記固定部に、ユニバーサルジョイントおよび固定板を設け、対向する前記固定板に、軸心を同じにして前記ユニバーサルジョイントがそれぞれ取り付けられた雌ねじ部を形成することも可能である。
対向する雌ねじ部に１本の長尺ボルトを螺合させることにより、両固定板の雌ねじ部の軸心を一致させることができる。この状態で型枠を形成し、その後長尺ボルトを取り外し、雌ねじ部に孔部閉塞用ボルトを螺合させ、コンクリートを打設する。このようにして供試体を製造した後に、ユニバーサルジョイントを雌ねじ部にそれぞれ取り付けることにより、供試体の中心軸の両端を保持することができ、供試体に圧縮力または引張り力を加えたときに、応力が軸心に沿って発生するので、供試体に均等な応力を加えることができる。
【００２２】
前記制御装置に、一定の間隔で、前記応力測定手段の測定値が変動するように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、繰り返し荷重が加わるような場合等の引張り試験や応力緩和試験等を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置の全体構成図である。図１に示すように、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、コンクリート製の供試体２を取り付ける装置本体３および供試体２に加える荷重を制御する制御装置４とを有している。
【００２４】
供試体２は、角柱の中間部を少し縮径した形状に形成され、上下端部には、固定板１４，１５およびアンカーボルト１６，１７がそれぞれ複数本ずつ設けられている。
【００２５】
装置本体３は、供試体２に引張応力を発生させる荷重付与手段の一例であるスクリュージャッキ５と、供試体２の内部に発生した応力を測定可能な応力測定手段の一例であるロードセル６と、供試体２のひずみを測定可能なひずみ測定手段の一例である変位計７と、これらを供試体２とともに固定する保持枠８とを有している。
【００２６】
保持枠８は、矩形の天板９および底板１０を、それぞれの四隅を貫通した４本の長尺ボルト１１によって、間隔をあけて固定している。
【００２７】
スクリュージャッキ５の本体部は天板９の上部に固定され、先部は天板９の中央部を貫通して下方に突出している。スクリュージャッキ５を駆動することにより、先部を昇降させることができる。
【００２８】
ロードセル６の上端部はスクリュージャッキ５の先部に固定され、下端部には、ユニバーサルジョイント１２を介して固定板１４が揺動可能に設けられている。固定板１４は、供試体２の上端部のアンカーボルト１６に固定されている。
また、保持枠８の底板１０の上部には、ユニバーサルジョイント１３を介して固定板１５が揺動可能に設けられている。固定板１５は、供試体２の下端部のアンカーボルト１７に固定されている。ユニバーサルジョイント１２および固定板１４と、ユニバーサルジョイント１３および固定板１５とによって、２組の固定部を構成している。
【００２９】
変位計７は、棒状に形成されており、供試体２の表面に両端部を固定し、中間部を供試体２の表面から外側に離して設けられている。
【００３０】
装置本体３の近傍には、供試体２と同じ形状の基準供試体１８が無拘束状態で自由収縮可能に配置されている。基準供試体１８には基準ひずみ測定手段の一例として変位計７と同じ形状の変位計１９が設けられている。
【００３１】
制御装置４は、ロードセル６、変位計７および変位計１９に接続され、各測定結果を一定間隔で連続的に記録するデータロガー２０と、データロガー２０に接続され、測定結果を記録、解析し、スクリュージャッキ５の動作量を算定するパーソナルコンピュータ（以下ＰＣ２１という。）と、ＰＣ２１とスクリュージャッキ５に接続され、ＰＣ２１で算定した動作量に基づきスクリュージャッキ５に対する出力値を調整するユニットコントローラ２２とを有している。
【００３２】
ＰＣ２１は、スクリュージャッキ５に対する出力値を調整することができ、変位計７の測定値が一定の値になるように調整する全拘束モードと、変位計１９の測定値から求められたひずみに対する変位計７の測定値から求められたひずみの割合（拘束率）を一定の値になるように調整する所定割合拘束モードと、一定の間隔で、ロードセル６の測定値を変動させるように調整する繰り返し応力モードと、ロードセル６の測定値を一定の値になるように調整する荷重制御モードを切替えることができる。
【００３３】
具体的には、ＰＣ２１に読み込まれた測定プログラムによって、これらの設定、計算を行う。
測定プログラムを起動し、条件設定ボタンを押すと、設定画面に切り替わる。設定画面では、供試体２の変位計７およびロードセル６の設定チャンネルを、ひずみおよび荷重の欄に記入し、基準供試体１８の変位計１９の設定チャンネルを、基準ひずみの欄に記入する。測定間隔および制御間隔は、それぞれ２分以上で入力し、制御繰返し回数は１〜９９回の範囲で選択する。破断判断降下荷重は、０．０１〜９９（ｋＮ）の範囲で、ひずみ制御係数は１〜９９パルスの範囲で、ひずみ制御許容誤差は１〜９９（μｍ）の範囲で選択する。荷重制御係数は１〜９９パルスの範囲で、荷重制御許容誤差は０．０１〜９９（ｋＮ）の範囲で選択する。手動操作時パルス数は、１〜９９９９の範囲で選択する。
ここで、ひずみ制御係数とは、理論上、弾性変形として考えたときに、供試体のひずみを１μｍ／ｍ変化させるために必要な入力パルス数のことをいう。また、荷重制御係数とは、供試体に１ｋＮの荷重を加えるのに必要な入力パルス数のことをいう。また、手動操作時パルス数とは、手動で１回ボタンを押したときに発生させる入力パルス数のことをいう。
【００３４】
設定後は、動作モードを選択し、測定を開始する。測定プログラムは、設定した制御間隔おきに、供試体２のひずみまたは応力を調整する。
次に、測定プログラムによる制御方法について説明する。
図２は、ＰＣによる制御方法を示すフローチャートである。
制御が開始（Ｓ１１）されると、基準データと制御データの計測を行う（Ｓ１２）。ここで、基準データとは、全拘束モードおよび所定割合拘束モードの場合は、基準ひずみ×拘束率、繰り返し応力モードと荷重制御モードの場合は、制御開始前の荷重をいう。
次いでエラーデータの計算を行う（Ｓ１３）。エラーデータとは、制御データ−基準データで表される。次にパルスデータを計算する（Ｓ１４）。パルスデータとは、エラーデータ×制御係数で表される。当初の制御係数は、ひずみ制御であればひずみ制御係数、荷重制御であれば荷重制御係数である。
【００３５】
次にユニットコントローラ２２にパルスデータを出力する（Ｓ１５）。
ＰＣ２１からユニットコントローラ２２に所定のパルスデータが入力されると、ユニットコントローラ２２は、スクリュージャッキ５を所定回数だけ回転するように出力を行う。スクリュージャッキ５の回転によりその先部に取り付けられたロードセル６、ユニバーサルジョイント１２および固定板１４を介して供試体２に引張力が発生する。
【００３６】
次に、制御データを計測する（Ｓ１６）。
引張力は、ロードセル６により検出され、データロガー２０に出力される。この引張力を供試体２の中間部の断面積で除したものが引張応力となるが、この計算は、データロガー２０またはＰＣ２１の内部で行われる。
また、引張力による変位は、変位計７からデータロガー２０に出力される。この変位を、当初の変位計７の両端部間の距離で除した値がひずみとなるが、この計算は、データロガー２０またはＰＣ２１の内部で行われる。
【００３７】
ここで、供試体２の内部で熱が発生しても、変位計７の中間部は供試体２の表面との間に隙間をあけて配置されているので、熱による変形を最小限に抑えることができ、変位の測定誤差が小さくなるので、応力とひずみの関係を精度よく比較することができる。
【００３８】
次に、基準データから制御データを減じて、許容誤差以内であるかどうか判定する（Ｓ１７）。Ｓ１３とは逆の計算を行うのは、スクリュージャッキ５の動作量が大きすぎた場合にこれを逆回転させるためである。
【００３９】
Ｓ１７で許容誤差以内と判定された場合は、制御を終了（Ｓ１８）して、次の制御開始まで待機する。
【００４０】
Ｓ１７で許容誤差以内である（Ｙｅｓ）と判定された場合は、制御を終了（Ｓ１８）する。一方、Ｓ１７の判定がＮｏであれば、Ｎｏと判定された回数が制御繰り返し回数以上であるか判定する（Ｓ１９）。
Ｓ１９の判定がＮｏの場合は、制御係数を再設定し（Ｓ２０）、Ｓ１３に戻る。制御係数は、（エラーデータ−（基準データ−制御データ））／エラーデータにより計算される。
一方、Ｓ１９の判定がＹｅｓであれば、アラーム等により実験者に異常であることを知らせる。
このようにして、許容誤差以内になるように制御を行う。
【００４１】
次いで、供試体２の製造手順について説明する。
まず、固定板１４，１５の中央に形成された雌ねじ部（図示せず）に供試体の長さに合わせた長尺ボルト（図示せず）を螺合させ、両固定板１４，１５を型枠（図示せず）に固定する。次に、長尺ボルトを外して、雌ねじ部に短尺のボルト１６，１７を螺合させ、コンクリートを流し込み固化させる。このようにして供試体２を製造する。
【００４２】
次に、コンクリートの収縮ひび割れ試験装置１の使用手順について説明する。まず、全拘束モードについて説明する。供試体２および固定板１４，１５を装置本体３のユニバーサルジョイント１２，１３に固定し、制御装置４を作動させると、ＰＣ２１は、引張力が加わっていない状態での変位計７から取得した測定値を基準データとする。
【００４３】
測定開始後は、コンクリートは徐々に収縮するので、変位計７による測定値は徐々に小さくなる。データロガー２０は、所定時間おきに変位計７から測定値を取得し、ＰＣ２１にこの測定値を出力する。
【００４４】
ＰＣ２１は、測定プログラムにより、予め設定した制御間隔おきに制御を行いユニットコントローラ２２に信号を出力する。ユニットコントローラ２２は、この動作量に応じてスクリュージャッキ５を所定回数だけ回転させ、供試体２の変位を基準値に戻す。
【００４５】
このように動作させることによって、供試体２のひずみは一定に保持される。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、変位計７による測定と同時にロードセル６による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００４６】
次に、所定割合拘束モードについて説明する。供試体２を装置本体３に固定し、また、基準供試体１８に変位計１９を取り付け、変位計１９の出力端子をデータロガー２０に接続する。ＰＣ２１は、データロガー２０を介して変位計７および変位計１９から測定値を取得し、それぞれひずみを計算する。ＰＣ２１は、測定プログラムにより制御を行い、ユニットコントローラ２２に信号を出力する。ユニットコントローラ２２は、この動作量に応じてスクリュージャッキ５を所定回数だけ回転させ、供試体２の変位を基準値に戻す。
【００４７】
このように動作させることによって、供試体２のひずみは一定の拘束率で保持される。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、変位計７による測定と同時にロードセル６による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００４８】
次に、繰り返し応力モードについて説明する。
ＰＣ２１は、時間と応力とを入力可能なタイムテーブルを備えており、２つの大きさの応力と、切替間隔を入力すると、この切替時間おきに前記２つの設定応力を切り替えるタイムテーブルが作成される。
供試体２を装置本体３に固定し、制御装置４を作動させると、ＰＣ２１は、ロードセル６からデータロガー２０を介して取得した測定値を制御データとして、制御を行い、ユニットコントローラ２２を介してスクリュージャッキ５を動作させ、供試体２に発生している応力を減少または増加させる。
【００４９】
このような制御を所定時間おきに行うことによって、供試体２に加える荷重を、所定時間おきに変動させることができる。なお、データロガー２０およびＰＣ２１は、ロードセル６による測定と同時に変位計７による測定も行い、測定値を蓄積している。
【００５０】
なお、本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１は、引張り試験装置として用いることも可能で、供試体２に加える荷重を徐々に増加させ、破断時の荷重をロードセル６で測定することができる。
【００５１】
【実施例】
（実施例１）
本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置１を用いて実験を行った。表１に供試体の製造に用いたコンクリートの調合を示す。
【００５２】
【表１】

Ｗ：水，Ｓ／ａ：細骨材率
Ｃ：セメント（普通ポルトランドセメント，密度３．１６ｇ／ｃｍ^３）
Ｓ：細骨材（陸砂，表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ^３，吸水率１．８６％）
Ｇ：粗骨材（石灰石砕石，表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ^３，吸水率０．３８％）
ＡＤ：混和剤（ＡＥ減水剤標準形I種）
【００５３】
供試体の乾燥開始材齢が１日の場合と、７日の場合について、全拘束モードと、７０％の所定割合拘束モードで試験を行った。なお、７日の場合については、全拘束のみで試験を行った。
【００５４】
供試体は材齢１日で脱型し、乾燥開始材齢１日の供試体は直後に実験を開始した。その他の供試体は養生室内（２０±１℃）にて厚手のビニール袋で材齢７日まで封緘養生した。
【００５５】
供試体は、１条件あたり２体用意し、１体にひび割れが生じた時点で、同一形状・同一条件で乾燥させた無拘束の供試体を、本装置を用いて引張強度試験を行うこととした。なお、ひずみ制御のための供試体としては、１０×１０×４０ｃｍの角柱供試体を用い、ひずみの制御は２分間隔で行い、計測は１０分間隔で行った。また、実験は恒温恒湿内（温度２０±０．５℃，湿度６０±５％Ｒ．Ｈ．）にて行った。
【００５６】
図３は、材齢とひずみの関係を示すグラフ、図４は、材齢と拘束率の関係を示すグラフ、図５は、材齢と拘束引張ひずみ（自由収縮ひずみ−拘束コンクリートのひずみ）の関係を示すグラフ、図６は、材齢と応力の変化を示すグラフである。
【００５７】
図４に示すように、乾燥初期は自由収縮ひずみが小さいためにばらつきが見られるが、すぐに安定し設定した拘束率を保持している。また、拘束引張ひずみは、乾燥初期から増大し、ひび割れ発生に至っている。
【００５８】
【表２】

【００５９】
表２に、ひび割れ発生時の測定結果を示す。
ひび割れ発生時の応力は、無拘束供試体の強度に比べて、乾燥開始材齢１日の拘束率１００％の場合はほぼ同程度であるのに対し、その他の条件では約８０％という結果になった。また、持続荷重を受けるコンクリートは、静的な引張強度よりも低い引張応力でひび割れが発生する。これはクリープによる強度の低下と考えられる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置は、荷重付与手段、応力測定手段およびひずみ測定手段を備え、ひずみ測定手段が供試体の外部に設けられているので、コンクリート内部の発熱による温度上昇の影響を少なくして、正確なひずみと応力の関係を測定することができ、実部材の挙動に近づくようにひずみと応力の大きさを調整でき、また測定することができる。
（２）ひずみ測定手段を、中間部を供試体の表面から外側に離して設けた棒状の変位計としたことにより、変位計が供試体の温度変化の影響を受けにくくなるので、測定値の精度を向上させることができる。
（３）制御装置に、前記ひずみ測定手段の測定値が一定の値になるように前記荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、ひずみが一定になり、拘束率が０％のときは完全拘束、１００％のときは無拘束の状態となり、任意の拘束率の実験を行うことができる。
（４）制御装置を、自由収縮するコンクリートからなる基準供試体に設けられた基準ひずみ測定手段に接続すると、２つの供試体のひずみを比較して、荷重付与手段の出力値を調整することができるので、供試体を、実部材の挙動に近づけることができる。
（５）制御装置に、拘束率が一定の値になるように荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、拘束率を自由に設定して試験を行うことができるので、実構造物のひび割れの挙動を解明するため、再現性のある正確なデータを得ることができる。
（６）保持枠に、供試体を揺動可能に保持する２つの固定部を設け、荷重付与手段を、供試体に圧縮応力または引張り応力を発生させるスクリュージャッキとすると、供試体に加わる捻りモーメントや曲げモーメントによるひずみ測定手段の捻れや曲がりを防止して、測定誤差を減らすことができる。
（７）制御装置に、一定の間隔で、応力測定手段の測定値が変動するように荷重付与手段に対する出力値を調整する手段を設けると、繰り返し応力が加わるような場合等の引張り試験や応力緩和試験等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンクリートの収縮ひび割れ試験装置の全体構成図である。
【図２】ＰＣによる制御方法を示すフローチャートである。
【図３】材齢とひずみの関係を示すグラフである。
【図４】材齢と拘束率の関係を示すグラフである。
【図５】材齢と拘束引張ひずみ（自由収縮ひずみ−拘束コンクリートのひずみ）の関係を示すグラフである。
【図６】材齢と応力の変化を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は従来例のリング拘束型試験装置の平面図、（Ｂ）は同リング拘束型試験装置の正断面図、（Ｃ）は同リング拘束型試験装置の斜視図である。
【図８】他の従来例の鉄筋拘束型試験装置の正断面図である。
【図９】他の従来例の外部拘束型試験装置の正断面図である。
【図１０】他の従来例の引張装置型試験装置の正断面図である。
【符号の説明】
１コンクリートの収縮ひび割れ試験装置
２供試体
３装置本体
４制御装置
５スクリュージャッキ（荷重付与手段）
６ロードセル（応力測定手段）
７変位計（ひずみ測定手段）
８保持枠
９天板
１０底板
１１長尺ボルト
１２，１３ユニバーサルジョイント
１４，１５固定板
１６，１７アンカーボルト
１８基準供試体
１９変位計（基準ひずみ測定手段）
２０データロガー
２１ＰＣ
２２ユニットコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a concrete shrinkage cracking test apparatus for measuring strain and stress of a concrete specimen.
[0002]
[Prior art]
In recent years, many occurrences of cracks in concrete at young ages have been reported. This is considered to be due to the combined action of large temperature stress and self-shrinkage accompanying the increase in strength of concrete and early drying shrinkage at the construction site. Drying shrinkage occurs from the time the concrete begins to dry and continues until it equilibrates with the surrounding relative temperature. Self-shrinkage occurs immediately after placement, but becomes particularly large in the early stage (1 week to 1 month) where the hydration reaction is significant.
To elucidate shrinkage cracks in young ages, it is necessary to quantitatively evaluate the properties of concrete that changes from young ages.
[0003]
The following test methods are used as a method for measuring the stress and strain in the process of causing the shrinkage crack.
FIG. 7A is a plan view of a conventional ring restraint type test body, FIG. 7B is a front sectional view of the ring restraint type test body, and FIG. 7C is a perspective view of the ring restraint type test body. As shown in FIG. 7, a ring-constrained test body 70 is obtained by embedding a steel disc 72 in a ring-shaped concrete specimen 71 and restraining the shrinkage deformation of the concrete. Since the specimen is small, the specimen 71 is easy to handle and is suitable for testing a large number of specimens.
[0004]
FIG. 8 is a front cross-sectional view of another conventional bar-restrained specimen. As shown in FIG. 8, a reinforcing bar-constrained test body 75 has a bar-shaped concrete specimen 76 embedded with a constraining bar 77 made of a reinforcing bar or a steel bar along the longitudinal direction. A holding frame 78 that holds both end portions of 77 is provided outside the specimen 76. Since the intermediate portion of the restraining bar 77 is disposed with a gap between the restraint rod 77 and the specimen 76, the specimen 76 is configured so that uniform contraction stress acts on the specimen 76. The measurement method using this test specimen is less susceptible to temperature differences because the temperature of the restraint rod 77 follows the temperature of the specimen 76, and is proposed as a self-shrink stress test method by the JCI Self-Shrink Research Committee. Has been.
[0005]
FIG. 9 is a front sectional view of an externally constrained test body 80 of another conventional example. As shown in FIG. 9, the externally constrained specimen 80 is obtained by fixing both ends of a concrete specimen 81 to a holding frame 82 using

bolts

83 and 84, and an intermediate part of the specimen 81 is attached to the holding frame 82. The structure does not contact. With this configuration, only the longitudinal force corresponding to the contraction strain acts on the holding frame 82, so that a restraint state closest to the restraint state in the actual structure is obtained. Moreover, concrete restraint strain, creep strain, shrinkage stress, etc. can be calculated clearly. As a fixing method, in addition to the bolt type, a chuck type or a locking reinforcing bar can be used, and a method using this locking bar is adopted in the dry shrinkage cracking test method of the JIS draft.
[0006]
FIG. 10 is a front sectional view of another conventional tensile apparatus type testing apparatus. As shown in FIG. 10, the tension device type test device 85 has one end portion of a concrete specimen 86 fixed to a holding frame (not shown) via a fixing portion 87 and the other end connected to a weight 88. The specimen 86 is fixed to a fixing portion 89 that pulls the specimen 86. Since the weight 88 is used, a load can be applied to the dried and contracted specimen 86, and the length before drying can be restored every predetermined time.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The rigidity of the concrete is represented by the product EA of the Young's modulus E and the cross-sectional area A, but changes every moment as the Young's modulus E and the progress of the hydration reaction after placement. Therefore, in the case of the current concrete member, although restrained from the initial age, the restraint force changes due to the change in Young's modulus E. The rate is not constant.
Even in the case of long-term concrete in which the progress of the hydration reaction is considered to be almost complete, the Young's modulus decreases with drying due to drying of the concrete, and the constraint rate does not become constant.
However, the conventional ring restraint type test body 70 is not suitable for grasping quantitative dry shrinkage cracking properties because the degree of restraint is unclear and the dry state is not uniform. It is difficult to correlate with the cracking behavior of real members.
[0008]
Moreover, since the cross section of the specimen 76 used in the reinforcing bar restraint type test body 75 used in the self-shrinkage stress measurement test is provided with a restraining bar 77 inside, it is a solid dry defined by JIS. The cross section is different from that of the shrinkage specimen and the measurement data is not versatile. In addition, in order to ensure that there is no hindrance to concrete placement, and to ensure the perforation of the reinforcing bar, the cover (minimum distance between the reinforcing bar surface and the concrete surface) must be greater than a certain value. Cannot be increased, and the degree of restraint cannot be increased.
[0009]
Further, since the external restraint type test body 80 is based on the principle of restraining with an external holding frame, the external restraint is constant, the restraint rate of the specimen is not constant, and the crack generation condition (crack resistance) is determined from the experimental results. ) Is difficult to judge accurately. In particular, in the externally constrained specimen 80, since the holding frame is affected by bending, in order to accurately estimate the stress, it is necessary to grasp the strain distribution of the holding frame, and it is also necessary to have accuracy when the apparatus is assembled. Become.
[0010]
In addition, the tension device type test device 85 is a method of indirectly calculating the estimation of the stress of the constrained concrete based on the distortion of the reinforcing bars and the holding frame, and therefore cannot always accurately grasp the stress.
[0011]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a concrete shrinkage cracking test apparatus that can adjust and measure the strain and stress that fluctuate every time after placing, and can measure the change. is there.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problems, the concrete shrinkage cracking test apparatus of the present invention includes a load applying means for applying a load to a concrete specimen, a stress measuring means capable of measuring the stress generated in the specimen, Strain measuring means capable of measuring strain of the specimen, apparatus main body comprising the load applying means, the stress measuring means and a holding frame for fixing the strain measuring means together with the specimen, and the load applying means, A shrinkage crack test of concrete having a control device connected to the stress measuring means and the strain measuring means and adjusting an output value of the load applying means in accordance with a stress generated in the specimen or a strain value of the specimen. In the device
  The strain measuring means isIt is a rod-shaped displacement meter, and both ends of the displacement meter are fixed to the surface of the specimen, and the displacement meterProvide the middle part away from the surface of the specimen,
The control device is connected to a reference strain measuring means provided on a reference specimen made of free-shrinking concrete.It is characterized by that.
[0013]
Although the shape of the specimen is arbitrary, for example, a prismatic shape or a cylindrical shape is included.
Since concrete is formed by solidifying liquid cement and aggregate, it can be considered that a strain gauge is embedded in the interior and solidified together with the concrete, an electric signal is taken out from the strain gauge, and the temperature is compensated for use. However, since the temperature difference between the inside and the surface of the concrete increases due to heat generated when the concrete undergoes a hydration reaction, the strain measurement error increases especially when measuring concrete at a young age. For this reason, the exact relationship between strain and stress can be measured by providing strain measuring means outside the specimen. The outside includes the surface of the specimen, and for example, a case where a sheet-like strain gauge is attached to the surface of the specimen and used is also included in the present invention.
[0014]
The load applying means includes one that can apply a force such as tension, compression, and twist to the specimen. The stress measuring means includes not only those that directly measure stress but also those that can measure force and convert it into stress. The strain measuring means includes not only those that directly measure strain, but also those that measure displacement and convert it into strain.
[0015]
The control device operates the load applying unit so that the stress or strain output from the stress measuring unit and the strain measuring unit falls within a certain range. For example, when the stress or strain becomes smaller than the lower limit value of the range, the output of the load applying means is increased. When the stress or strain becomes higher than the upper limit value of the range, the output of the load applying means is increased. By reducing the value, stress or strain can be kept within a predetermined range.
[0016]
  The strain measuring means is provided with an intermediate part separated from the surface of the specimen.Rod-shapedWith displacement meterBy doingSince the displacement meter is less susceptible to the temperature change of the specimen, the accuracy of the measured value can be improved.
  Here, in addition to the contact type such as a spindle type digital linear gauge, the displacement meter is a non-contact type such as an optical displacement meter using a laser, an electrostatic displacement meter, an eddy current displacement meter, etc. Is also included.
[0017]
It is also possible to provide means for adjusting the output value for the load applying means so that the measured value of the strain measuring means becomes a constant value in the control device.
Young age concrete shrinks by drying and self-shrinks, but by increasing the output value of the load applying means and making the strain constant by the amount of shrinkage due to the shrinkage, the constraint condition is made constant. Thus, the behavior of crack generation can be accurately reproduced.
The constant value here means that the value is within a range in consideration of the measurement error and the controllable range of the control device.
[0018]
It is also possible to connect the control device to a reference strain measuring means provided on a reference specimen made of free-shrinking concrete.
Free shrinkage refers to a specimen to which no load is applied from the outside. Since the control device is provided with a reference specimen that freely contracts and a specimen that is fixed to the main body of the apparatus, the strain of these two specimens is compared to adjust the output value of the load applying means. Can do.
[0019]
The control device may be provided with means for adjusting the output value to the load applying means so that the ratio of the measured value of the strain measuring means to the measured value of the reference strain measuring means becomes a constant value.
In actual use, it has not been clarified at present how much the ratio (restraint rate) of concrete is due to deformation of a member that restrains the concrete. In the present invention, the constraint rate can be freely set by the above configuration and the test can be performed. Therefore, in order to elucidate the behavior of cracks in the actual structure, reproducible and accurate data can be obtained.
The constant value here means that the value is within a range in consideration of the measurement error and the controllable range of the control device.
[0020]
When the holding frame is provided with two fixing portions for holding the specimen so as to be swingable, and the load applying means is a screw jack that generates compressive stress or tensile stress on the specimen, a twist applied to the specimen. Twist and bend of the strain measuring means due to moment and bending moment can be released by swinging the fixed part, and it can be moved precisely by using a screw jack, so measurement error can be reduced. .
[0021]
It is also possible to provide a universal joint and a fixing plate in the fixing portion, and to form an internal thread portion in which the universal joint is attached to the opposing fixing plate with the same axial center.
By screwing one long bolt into the opposing female threaded portion, the axial centers of the female threaded portions of both fixing plates can be made coincident. In this state, the mold is formed, and then the long bolt is removed, the hole closing bolt is screwed into the female screw portion, and concrete is placed. After manufacturing the specimen in this manner, by attaching the universal joint to the female thread part, both ends of the central axis of the specimen can be held, and when compressive force or tensile force is applied to the specimen, Since stress is generated along the axis, it is possible to apply uniform stress to the specimen.
[0022]
If the control device is provided with means for adjusting the output value for the load applying means so that the measured value of the stress measuring means varies at regular intervals, a tensile test or stress when a repeated load is applied, etc. Relaxation tests and the like can be performed.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a concrete shrinkage cracking test apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the concrete shrinkage cracking test apparatus 1 of the present invention has an apparatus main body 3 to which a concrete specimen 2 is attached and a controller 4 that controls a load applied to the specimen 2.
[0024]
The specimen 2 is formed in a shape in which the intermediate portion of the prism is slightly reduced in diameter, and a plurality of fixing

plates

14 and 15 and a plurality of

anchor bolts

16 and 17 are provided on the upper and lower ends, respectively.
[0025]
The apparatus body 3 includes a screw jack 5 that is an example of a load applying unit that generates a tensile stress in the specimen 2, a load cell 6 that is an example of a stress measuring unit that can measure the stress generated inside the specimen 2, and A displacement meter 7 which is an example of a strain measuring means capable of measuring the strain of the specimen 2 and a holding frame 8 for fixing them together with the specimen 2 are provided.
[0026]
The holding frame 8 fixes a rectangular top plate 9 and bottom plate 10 with four long bolts 11 penetrating through the four corners at intervals.
[0027]
The main body portion of the screw jack 5 is fixed to the upper portion of the top plate 9, and the tip portion penetrates the central portion of the top plate 9 and projects downward. By driving the screw jack 5, the tip can be raised and lowered.
[0028]
An upper end portion of the load cell 6 is fixed to a tip portion of the screw jack 5, and a fixing plate 14 is swingably provided at the lower end portion via a universal joint 12. The fixing plate 14 is fixed to the anchor bolt 16 at the upper end of the specimen 2.
A fixed plate 15 is swingably provided on the upper portion of the bottom plate 10 of the holding frame 8 via a universal joint 13. The fixing plate 15 is fixed to the anchor bolt 17 at the lower end of the specimen 2. The universal joint 12 and the fixed plate 14, and the universal joint 13 and the fixed plate 15 constitute two sets of fixed portions.
[0029]
The displacement meter 7 is formed in a rod shape, and both end portions are fixed to the surface of the specimen 2 and the intermediate portion is provided away from the surface of the specimen 2.
[0030]
A reference specimen 18 having the same shape as the specimen 2 is disposed in the vicinity of the apparatus main body 3 so as to be freely contractible in an unconstrained state. The reference specimen 18 is provided with a displacement meter 19 having the same shape as the displacement meter 7 as an example of a reference strain measuring means.
[0031]
The control device 4 is connected to the load cell 6, the displacement meter 7 and the displacement meter 19, and is connected to the data logger 20 that continuously records each measurement result at regular intervals, and records and analyzes the measurement result. A personal computer (hereinafter referred to as PC21) for calculating the operation amount of the screw jack 5, a unit controller 22 connected to the PC 21 and the screw jack 5 and adjusting an output value for the screw jack 5 based on the operation amount calculated by the PC 21; have.
[0032]
The PC 21 can adjust the output value to the screw jack 5, the total restraint mode for adjusting the measured value of the displacement meter 7 to be a constant value, and the displacement with respect to the strain obtained from the measured value of the displacement meter 19. A predetermined rate restraint mode for adjusting the strain rate (constraint rate) obtained from the measured values of the total 7 so as to be a constant value, and a repetition for adjusting the measured value of the load cell 6 at a constant interval. The stress mode and the load control mode for adjusting the measured value of the load cell 6 to be a constant value can be switched.
[0033]
Specifically, these settings and calculations are performed by a measurement program read into the PC 21.
Start the measurement program and press the condition setting button to switch to the setting screen. In the setting screen, the setting channel of the displacement meter 7 and the load cell 6 of the specimen 2 is entered in the column of strain and load, and the setting channel of the displacement meter 19 of the reference specimen 18 is entered in the column of reference strain. The measurement interval and control interval are each input in 2 minutes or more, and the number of control repetitions is selected in the range of 1 to 99. The fracture determination descent load is selected in the range of 0.01 to 99 (kN), the strain control coefficient is selected in the range of 1 to 99 pulses, and the strain control allowable error is selected in the range of 1 to 99 (μm). The load control coefficient is selected in the range of 1 to 99 pulses, and the load control allowable error is selected in the range of 0.01 to 99 (kN). The number of pulses during manual operation is selected in the range of 1 to 9999.
Here, the strain control coefficient means the number of input pulses necessary to change the strain of the specimen by 1 μm / m when theoretically considered as elastic deformation. The load control coefficient refers to the number of input pulses necessary to apply a load of 1 kN to the specimen. The number of pulses during manual operation refers to the number of input pulses generated when the button is manually pressed once.
[0034]
After setting, select the operation mode and start measurement. The measurement program adjusts the strain or stress of the specimen 2 at set control intervals.
Next, a control method using the measurement program will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing a control method by the PC.
When the control is started (S11), the reference data and the control data are measured (S12). Here, the reference data refers to the load before the start of control in the case of the full restraint mode and the predetermined rate restraint mode, and in the case of the repetitive stress mode and the load control mode in the case of the repetitive stress mode and the load control mode.
Next, error data is calculated (S13). The error data is represented by control data−reference data. Next, pulse data is calculated (S14). The pulse data is represented by error data × control coefficient. The initial control coefficient is a strain control coefficient for strain control and a load control coefficient for load control.
[0035]
Next, pulse data is output to the unit controller 22 (S15).
When predetermined pulse data is input from the PC 21 to the unit controller 22, the unit controller 22 outputs so as to rotate the screw jack 5 a predetermined number of times. A tensile force is generated in the specimen 2 through the load cell 6, the universal joint 12, and the fixed plate 14 attached to the front portion thereof by the rotation of the screw jack 5.
[0036]
Next, control data is measured (S16).
The tensile force is detected by the load cell 6 and output to the data logger 20. The tensile stress is obtained by dividing the tensile force by the cross-sectional area of the intermediate part of the specimen 2, and this calculation is performed inside the data logger 20 or the PC 21.
The displacement due to the tensile force is output from the displacement meter 7 to the data logger 20. A value obtained by dividing this displacement by the distance between both ends of the original displacement meter 7 is a strain, but this calculation is performed inside the data logger 20 or the PC 21.
[0037]
Here, even if heat is generated inside the specimen 2, the intermediate portion of the displacement meter 7 is disposed with a gap between the surface of the specimen 2, so that deformation due to heat is minimized. Since the displacement measurement error is reduced, the relationship between stress and strain can be compared with high accuracy.
[0038]
Next, the control data is subtracted from the reference data to determine whether or not it is within an allowable error (S17). The reverse calculation to S13 is performed in order to reversely rotate the operation amount of the screw jack 5 when it is too large.
[0039]
If it is determined in S17 that it is within the allowable error, the control is terminated (S18), and the process waits until the next control is started.
[0040]
If it is determined in S17 that it is within the allowable error (Yes), the control is terminated (S18). On the other hand, if determination of S17 is No, it will be determined whether the frequency | count determined as No is more than the control repetition frequency (S19).
If the determination in S19 is No, the control coefficient is reset (S20), and the process returns to S13. The control coefficient is calculated by (error data− (reference data−control data)) / error data.
On the other hand, if the determination in S19 is Yes, the experimenter is notified of the abnormality by an alarm or the like.
In this way, control is performed so as to be within an allowable error.
[0041]
Next, the manufacturing procedure of the specimen 2 will be described.
First, a long bolt (not shown) corresponding to the length of the specimen is screwed into a female screw portion (not shown) formed in the center of the fixing

plates

14 and 15, and both the fixing

plates

14 and 15 are molded. Secure to a frame (not shown). Next, the long bolt is removed, and the

short bolts

16 and 17 are screwed into the female screw portion, and the concrete is poured and solidified. In this way, the specimen 2 is manufactured.
[0042]
Next, a procedure for using the concrete shrinkage cracking test apparatus 1 will be described. First, the all constraint mode will be described. When the specimen 2 and the fixing

plates

14 and 15 are fixed to the

universal joints

12 and 13 of the apparatus main body 3 and the control device 4 is operated, the PC 21 obtains the measurement obtained from the displacement meter 7 in a state where no tensile force is applied. The value is used as reference data.
[0043]
After the measurement is started, the concrete gradually contracts, so that the measured value by the displacement meter 7 gradually decreases. The data logger 20 acquires a measurement value from the displacement meter 7 every predetermined time, and outputs this measurement value to the PC 21.
[0044]
The PC 21 performs control at predetermined control intervals according to the measurement program and outputs a signal to the unit controller 22. The unit controller 22 rotates the screw jack 5 a predetermined number of times according to the amount of movement, and returns the displacement of the specimen 2 to the reference value.
[0045]
By operating in this way, the strain of the specimen 2 is kept constant. Note that the data logger 20 and the PC 21 perform measurement by the load cell 6 simultaneously with measurement by the displacement meter 7 and accumulate measurement values.
[0046]
Next, the predetermined ratio constraint mode will be described. The specimen 2 is fixed to the apparatus main body 3, the displacement meter 19 is attached to the reference specimen 18, and the output terminal of the displacement meter 19 is connected to the data logger 20. The PC 21 acquires measurement values from the displacement meter 7 and the displacement meter 19 via the data logger 20, and calculates strains, respectively. The PC 21 performs control according to the measurement program and outputs a signal to the unit controller 22. The unit controller 22 rotates the screw jack 5 a predetermined number of times according to the amount of movement, and returns the displacement of the specimen 2 to the reference value.
[0047]
By operating in this way, the strain of the specimen 2 is maintained at a constant constraint rate. Note that the data logger 20 and the PC 21 perform measurement by the load cell 6 simultaneously with measurement by the displacement meter 7 and accumulate measurement values.
[0048]
Next, the repeated stress mode will be described.
The PC 21 includes a time table capable of inputting time and stress. When two magnitudes of stress and a switching interval are input, a time table for switching the two set stresses at every switching time is created. .
When the specimen 2 is fixed to the apparatus main body 3 and the control apparatus 4 is operated, the PC 21 performs control using the measurement value acquired from the load cell 6 via the data logger 20 as control data, and via the unit controller 22. The screw jack 5 is operated to reduce or increase the stress generated in the specimen 2.
[0049]
By performing such control every predetermined time, the load applied to the specimen 2 can be changed every predetermined time. Note that the data logger 20 and the PC 21 perform measurement by the displacement meter 7 simultaneously with measurement by the load cell 6 and accumulate measurement values.
[0050]
The concrete shrinkage cracking test apparatus 1 of the present invention can also be used as a tensile test apparatus. The load applied to the specimen 2 can be gradually increased, and the load at break can be measured with the load cell 6.
[0051]
【Example】
Example 1
Experiments were performed using the concrete shrinkage cracking test apparatus 1 of the present invention. Table 1 shows the mix of concrete used for the production of the specimens.
[0052]
[Table 1]

W: Water, S / a: Fine aggregate rate
C: Cement (ordinary Portland cement, density 3.16 g / cm³)
S: Fine aggregate (land sand, surface dry density 2.60 g / cm³, Water absorption 1.86%)
G: Coarse aggregate (limestone crushed stone, surface dry density 2.70 g / cm³, Water absorption 0.38%)
AD: Admixture (AE water reducing agent standard type I)
[0053]
The test was conducted in the full restraint mode and the 70% predetermined rate restraint mode when the age of starting drying of the specimen was 1 day and 7 days. In the case of 7 days, the test was conducted only with all restraints.
[0054]
The specimen was demolded at a material age of 1 day, and the test was started immediately after the drying start material age 1 day. The other specimens were sealed and cured in a curing room (20 ± 1 ° C.) with a thick plastic bag until the age of 7 days.
[0055]
Two specimens are prepared per condition, and when a crack occurs in one body, an unconstrained specimen dried in the same shape and under the same condition is subjected to a tensile strength test using this apparatus. did. As a specimen for strain control, a 10 × 10 × 40 cm prismatic specimen was used, strain was controlled at intervals of 2 minutes, and measurement was performed at intervals of 10 minutes. The experiment was performed in a constant temperature and humidity (temperature 20 ± 0.5 ° C., humidity 60 ± 5% RH).
[0056]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between age and strain, FIG. 4 is a graph showing the relationship between age and restraint rate, and FIG. 5 is a graph showing age and restraint tensile strain (free contraction strain−constraint strain). FIG. 6 is a graph showing the relationship between age and stress.
[0057]
As shown in FIG. 4, in the initial stage of drying, variation is observed because the free shrinkage strain is small, but immediately, the set restraint rate is stably maintained. In addition, the restraining tensile strain increases from the initial stage of drying and leads to cracking.
[0058]
[Table 2]

[0059]
Table 2 shows the measurement results when cracks occurred.
The stress at the time of crack occurrence is almost the same as the strength of the unconstrained specimen when the constraining rate is 100% on the first day of drying, but about 80% under other conditions. became. Moreover, the concrete which receives a sustained load is cracked with a tensile stress lower than the static tensile strength. This is thought to be a decrease in strength due to creep.
[0060]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
(1) The concrete shrinkage cracking test apparatus of the present invention comprises a load applying means, a stress measuring means and a strain measuring means, and the strain measuring means is provided outside the specimen, so that the temperature rise due to heat generation inside the concrete. Thus, the exact relationship between strain and stress can be measured, and the magnitude of strain and stress can be adjusted and measured so as to approach the behavior of the actual member.
(2) The strain measuring means is provided with the intermediate part away from the surface of the specimen.Rod-shapedWith displacement meterBy doingSince the displacement meter is less susceptible to the temperature change of the specimen, the accuracy of the measured value can be improved.
(3) When the control device is provided with means for adjusting the output value for the load applying means so that the measured value of the strain measuring means becomes a constant value, the strain becomes constant and the constraint rate is 0%. Is completely constrained, and when it is 100%, it is in an unconstrained state, and an experiment with an arbitrary restraint rate can be performed.
(4) When the control device is connected to the reference strain measuring means provided in the reference specimen made of free-shrinking concrete, the strain of the two specimens can be compared to adjust the output value of the load applying means. Therefore, the specimen can be brought close to the behavior of the actual member.
(5) If the control device is provided with means for adjusting the output value for the load applying means so that the constraint rate becomes a constant value, the test can be performed with the constraint rate set freely. In order to elucidate the behavior of cracks, accurate and reproducible data can be obtained.
(6) When the holding frame is provided with two fixing portions for holding the specimen so as to be swingable, and the load applying means is a screw jack that generates compressive stress or tensile stress on the specimen, a torsional moment applied to the specimen Further, it is possible to prevent the measurement error due to the twisting and bending of the strain measuring means due to the bending moment.
(7) If the control device is provided with means for adjusting the output value for the load applying means so that the measured value of the stress measuring means varies at regular intervals, a tensile test or stress when repeated stress is applied. Relaxation tests and the like can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a concrete shrinkage cracking testing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control method by a PC.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between age and strain.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between age and restraint rate.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between age and restrained tensile strain (free contraction strain—constraint strain).
FIG. 6 is a graph showing changes in age and stress.
7A is a plan view of a conventional ring restraint type test apparatus, FIG. 7B is a front sectional view of the ring restraint type test apparatus, and FIG. 7C is a perspective view of the ring restraint type test apparatus. .
FIG. 8 is a front cross-sectional view of another conventional bar-restricted testing apparatus.
FIG. 9 is a front sectional view of another conventional externally constrained test apparatus.
FIG. 10 is a front sectional view of another conventional tensile device type testing device.
[Explanation of symbols]
1 Shrinkage crack testing equipment for concrete
2 Specimen
3 Device body
4 Control device
5 Screw jack (loading means)
6 Load cell (stress measuring means)
7 Displacement meter (strain measuring means)
8 Holding frame
9 Top plate
10 Bottom plate
11 Long bolt
12,13 Universal joint
14,15 Fixed plate
16, 17 Anchor bolt
18 Standard specimen
19 Displacement meter (standard strain measurement means)
20 Data logger
21 PC
22 Unit controller

Claims

A load applying means for applying a load to a concrete specimen, a stress measuring means capable of measuring a stress generated inside the specimen, a strain measuring means capable of measuring a strain of the specimen, and the load applying means. An apparatus main body comprising a holding frame for fixing the stress measuring means and the strain measuring means together with the specimen, and the load applying means, the stress measuring means and the strain measuring means connected to and generated in the specimen In the concrete shrinkage cracking test apparatus having a control device for adjusting the output value of the load applying means according to the value of the stress or the strain of the specimen,
The strain measuring means is a rod-shaped displacement meter, and both ends of the displacement meter are fixed to the surface of the specimen, and an intermediate portion of the displacement meter is provided away from the surface of the specimen ,
The said control apparatus is connected to the reference | standard distortion | strain measurement means provided in the reference | standard test body which consists of concrete which shrinks freely , The shrinkage crack test apparatus of concrete characterized by the above-mentioned.

The said control apparatus is provided with the means to adjust the output value with respect to the said load provision means so that the measured value of the said strain measurement means may become a fixed value, The shrinkage crack of the concrete of Claim 1 characterized by the above-mentioned. Test equipment.

The control device includes means for adjusting an output value for the load applying means so that a ratio of the measured value of the strain measuring means to a measured value of the reference strain measuring means becomes a constant value. The concrete shrinkage crack testing apparatus according to claim 1 .

The holding frame is provided with two fixing portions for holding the specimen in a swingable manner, and the load applying means is a screw jack that generates a compressive stress or a tensile stress in the specimen. The shrinkage cracking test apparatus for concrete according to any one of claims 1 to 3 .

The fixed portion includes a universal joint and a fixed plate, and the fixed plate facing each other is formed with a female screw portion to which the universal joint is attached with the same axial center. 4. A concrete shrinkage cracking test apparatus according to 4.

Wherein the controller, at regular intervals, any one of claims 1 to 5, characterized in that the measurement value of the stress measurement means comprises means for adjusting the output value of the load applying means to vary Concrete shrinkage cracking test equipment as described in the paragraph.