JP4139616B2 - コンクリートへの塩化物イオンの浸透速度予測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートへの塩化物イオン浸透速度予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリートの塩化物イオン浸透予測には、例えば土木学会コンクリート委員会の「平成11年度版コンクリート標準示方書」に記載されているように、水セメント比を指標として塩化物イオンの拡散係数を表す方法が多く使用されている。この方法は、実験的に求めたコンクリートの塩化物イオンの見かけの拡散係数と、該コンクリートの水セメント比との相関をあらかじめ求めておき、次に、実際に塩化物イオンの拡散係数を予想しようとするとき、そのコンクリートの水セメント比を該相関に適用して拡散係数を求めるものであり、求められた拡散係数より浸透速度を予測する。
【０００３】
通常、コンクリートの見かけの拡散係数と水セメント比の関係は、水セメント比をパラメータとしたそれぞれ別の回帰式で表され、塩化物イオン浸透予測を行うために使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水セメント比をパラメータとした回帰式による従来の予測方法は、使用するセメント種の違いによる影響が比較的大きいという問題点があった。すなわち、使用したセメント種ごとに回帰式が異なることであり、汎用的に予測が行えない点が問題であった。
【０００５】
本発明は、種々のセメントに対し汎用的に塩化物イオンの浸透を予測できる方法を他の指標を用いることにより実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
コンクリート中の塩化物イオン浸透性に深く関与する指標として、コンクリートの空隙量とセメントの塩化物固定能が挙げられる。コンクリート圧縮強度は空隙量を、コンクリート中のセメントペーストに含有する反応性アルミナ含有量は塩化物固定能を表現している。本発明者らは、コンクリートの圧縮強度δ、ペースト中の反応性アルミナ含有量Alをパラメータとして用いることで、コンクリートの塩化物イオン浸透速度を精度よく、かつ使用セメントの種類によらず予測する方法を見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、塩化物イオン浸透速度に対する、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量及び該セメントを用いたコンクリート強度との相関をあらかじめ求めておき、塩化物イオン浸透速度の予測の対象となるコンクリートにつき、使用するセメントペースト中の反応性アルミナ含有量および該コンクリートの強度を該相関に適用して該コンクリートへの塩化物イオンの浸透速度を予測する方法であって、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を下記回帰式（１）から求めることを特徴とするコンクリートへの塩化物イオンの浸透速度を予測する方法である。
ζ＝ｋ 1 ×√ { ｅｘｐ（ｋ 2 ×δ） } ／（ Al ＋ｋ 3 ） （１）
ここで、ζは塩化物イオン浸透速度係数、δはコンクリートの圧縮強度、 Al はコンクリートに用いられたセメントペースト中の反応性アルミナ含有量、ｋ 1 、ｋ 2 、ｋ 3 は定数である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、塩化物イオンの浸透速度に対するセメントペースト中の反応性アルミナ含有量及び該セメントを用いたコンクリート強度との相関をあらかじめ求めておくことを要する。ここで、反応性アルミナ含有量とは、大きな表面積を有し、化学反応性に富んだアルミナの含有量であり、具体的にはいわゆる反応性アルミナと呼ばれるγ−族アルミナがこれにあたる。反応性アルミナ含有量とコンクリート強度との相関を求めるには、複数の種類のコンクリートについて、その塩化物イオン浸透速度を実験的に求め、それぞれのコンクリートの強度を求め、さらに、それぞれのコンクリートに用いたセメント中の反応性アルミナ含有量を求める。この際、異なるセメントを用いたコンクリートや異なる配合によるコンクリート等の広範な種類のコンクリートについて、塩化物イオン浸透速度、強度およびセメント中の反応性アルミナ含有量のデータを取得すると、最終的な予測の精度が向上するので好ましい。次に、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を求める。相関は、例えば回帰式により表現するのが好適である。
【０００９】
回帰式の種類は特に限定するものではないが、例えば、回帰式としては次のような式が挙げられる。
ζ＝ｋ1×√{ｅｘｐ（ｋ2×δ）}／（Al＋ｋ3） （１）
ここで、ζは塩化物イオン浸透速度係数、δはコンクリートの圧縮強度、Alはコンクリートに用いられたセメントペースト中の反応性アルミナ含有量、ｋ1、ｋ2、ｋ3は定数である。
【００１０】
ζは、塩化物イオンのコンクリート浸透深さを実験的に求め、それを浸透時間の平方根で除することで求めることができる。または、乾湿繰り返し試験を行って塩化物イオンのコンクリート浸透深さを求める場合は、浸透時間の平方根の代わりに乾湿繰り返しサイクル数の平方根で除してもよい。一方、δは測定方法によらないが、例えばJIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」により求めることができる。さらに、Alは、やはり測定方法によらないが、例えばJIS R 5201により求めたセメント中のAｌ2O3含有量を該セメントの体積およびコンクリートに用いた水の体積の合計で除することにより求めることができる。複数の種類のコンクリートについてζ、δ、Alの組み合わせを求め、それに上記回帰式をフィッティングすることにより求められる最適値をｋ1、ｋ2、ｋ3とする。
【００１１】
次に、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を利用して、対象となるコンクリートの塩化物イオン浸透速度を求めることができる。例えば上記のようなζに対するδおよびAlをパラメータとした回帰式として求めた場合は、コンクリート中のセメントペーストのAlおよび該コンクリートの強度を求め、上記回帰式に代入することにより、対象となるコンクリートのζを精度よく予測することができる。
【００１２】
本発明による予測方法は、コンクリートが置かれる環境に特別の影響を受けるものではないが、特に乾湿繰り返し条件下での塩化物イオン浸透において精度よく適用できる。
【００１３】
発明による塩化物イオン浸透速度の予測方法は、用いるセメントの種類やコンクリートの配合によらず適用可能である。すなわち、セメントとして普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントまたは高炉セメントを用いた場合においても好適に適用できる。また、コンクリートの水セメント比が変化した場合、コンクリート材料の単位量が異なる場合においても本発明の方法により精度よく予測可能である。
【００１４】
上記予測式に用いられるAlの値は、セメントに混合材を添加して用いた場合においても適用可能であり、例えば、高炉スラグ、フライアッシュ、メタカオリン等を混和材として用いた場合でも適用できる。この場合、セメント、混合材を合わせたいわゆる結合材中の反応性アルミナ含有量を結合材体積および水の体積の合計で除した値をAlとして用いて相関を求め、また、予測を行う。
【００１５】
【実施例】
国内、海外の汎用セメントなど多種のセメントを用いたコンクリート供試体を様々な配合で作製し、材齢２８日まで２０℃の水中で養生を行った。用いたセメントの化学組成を表１、コンクリート配合、フレッシュ性状および強度を表２に示す。これらのセメントは普通セメント系のＮＰＣ、早強セメント系のＨＰＣ、高炉スラグセメント系であるＢＢ、およびその他のセメントに大別できる。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
その後、２０℃の３％塩化ナトリウム水溶液に３日間、２０℃の相対湿度６０％恒温室内で４日間乾燥を１サイクルの乾湿繰り返しとし、２６サイクルまでコンクリート供試体の乾湿繰り返し塩化物浸漬試験を行った。この試験において、各サイクルでの塩化物イオン浸透深さｘ（ｍｍ）、コンクリート中のセメントペーストに含有する反応性アルミナ含有量Al（ｇ／L）、材齢２８日におけるコンクリート供試体の圧縮強度δ（N／ｍｍ2）を求めた。
Alは次の式により求めた。
Al＝（表１のAl2O3）×セメント単位量／（セメントと水の体積の合計）
一方、δはJIS A 1108により求めた。
【００１９】
浸透時間ｔの代わりに乾湿繰り返しのサイクル数ｃｙｃｌｅを用いて塩化物イオン浸透速度係数ζを求めた。すなわち、
ζ＝ｘ／（ｃｙｃｌｅ）0.5 （２）
となる。各コンクリートの水セメント比W/C、ζ、δ、Alを表３にまとめた。
【００２０】
【表３】
【００２１】
次に、表３のデータを（１）式にフィッティングしてｋ1、ｋ2およびｋ3を求めた。すなわち、本実施例における回帰式として、
ζ＝40.8×√{ｅｘｐ（−0.0492×δ）}／（Al−18.8） （３）
を得た。
【００２２】
次に、表２の各コンクリートについて、従来法に基づき、ζと水セメント比（W/C）との相関を回帰して求めた。その結果、次の回帰式
ζ＝0.0427×（W/C）＋0.1939 （４）
を得た。
【００２３】
次に表４の配合に基づいて各種セメントを用い、新たにコンクリートを混練し、供試体を作成した。各コンクリートの供試体に対して前記と同様の方法により塩化物浸漬試験を行い、塩化物浸透深さを測定し、ζを同様に求めた。一方、各コンクリートに対してAlの値を（３）式および（４）式に代入してζを予測した。塩化物浸漬試験に基づくζと、（３）式および（４）式に基づくζとを比較した。その結果を表５にまとめて示す。表５より、（３）式によるζはセメントの種類によらず塩化物浸漬試験に基づくζとよく一致していたのに対し、（４）式によるζは精度が劣ることが確認できた。
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、使用セメント、混和材の種類やコンクリートの強度に依存せず、コンクリートの塩化物浸透速度を精度よく予想することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートへの塩化物イオン浸透速度予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリートの塩化物イオン浸透予測には、例えば土木学会コンクリート委員会の「平成11年度版コンクリート標準示方書」に記載されているように、水セメント比を指標として塩化物イオンの拡散係数を表す方法が多く使用されている。この方法は、実験的に求めたコンクリートの塩化物イオンの見かけの拡散係数と、該コンクリートの水セメント比との相関をあらかじめ求めておき、次に、実際に塩化物イオンの拡散係数を予想しようとするとき、そのコンクリートの水セメント比を該相関に適用して拡散係数を求めるものであり、求められた拡散係数より浸透速度を予測する。
【０００３】
通常、コンクリートの見かけの拡散係数と水セメント比の関係は、水セメント比をパラメータとしたそれぞれ別の回帰式で表され、塩化物イオン浸透予測を行うために使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水セメント比をパラメータとした回帰式による従来の予測方法は、使用するセメント種の違いによる影響が比較的大きいという問題点があった。すなわち、使用したセメント種ごとに回帰式が異なることであり、汎用的に予測が行えない点が問題であった。
【０００５】
本発明は、種々のセメントに対し汎用的に塩化物イオンの浸透を予測できる方法を他の指標を用いることにより実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
コンクリート中の塩化物イオン浸透性に深く関与する指標として、コンクリートの空隙量とセメントの塩化物固定能が挙げられる。コンクリート圧縮強度は空隙量を、コンクリート中のセメントペーストに含有する反応性アルミナ含有量は塩化物固定能を表現している。本発明者らは、コンクリートの圧縮強度δ、ペースト中の反応性アルミナ含有量Alをパラメータとして用いることで、コンクリートの塩化物イオン浸透速度を精度よく、かつ使用セメントの種類によらず予測する方法を見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、塩化物イオン浸透速度に対する、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量及び該セメントを用いたコンクリート強度との相関をあらかじめ求めておき、塩化物イオン浸透速度の予測の対象となるコンクリートにつき、使用するセメントペースト中の反応性アルミナ含有量および該コンクリートの強度を該相関に適用して該コンクリートへの塩化物イオンの浸透速度を予測する方法であって、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を下記回帰式（１）から求めることを特徴とするコンクリートへの塩化物イオンの浸透速度を予測する方法である。
ζ＝ｋ 1 ×√ { ｅｘｐ（ｋ 2 ×δ） } ／（ Al ＋ｋ 3 ） （１）
ここで、ζは塩化物イオン浸透速度係数、δはコンクリートの圧縮強度、 Al はコンクリートに用いられたセメントペースト中の反応性アルミナ含有量、ｋ 1 、ｋ 2 、ｋ 3 は定数である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、塩化物イオンの浸透速度に対するセメントペースト中の反応性アルミナ含有量及び該セメントを用いたコンクリート強度との相関をあらかじめ求めておくことを要する。ここで、反応性アルミナ含有量とは、大きな表面積を有し、化学反応性に富んだアルミナの含有量であり、具体的にはいわゆる反応性アルミナと呼ばれるγ−族アルミナがこれにあたる。反応性アルミナ含有量とコンクリート強度との相関を求めるには、複数の種類のコンクリートについて、その塩化物イオン浸透速度を実験的に求め、それぞれのコンクリートの強度を求め、さらに、それぞれのコンクリートに用いたセメント中の反応性アルミナ含有量を求める。この際、異なるセメントを用いたコンクリートや異なる配合によるコンクリート等の広範な種類のコンクリートについて、塩化物イオン浸透速度、強度およびセメント中の反応性アルミナ含有量のデータを取得すると、最終的な予測の精度が向上するので好ましい。次に、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を求める。相関は、例えば回帰式により表現するのが好適である。
【０００９】
回帰式の種類は特に限定するものではないが、例えば、回帰式としては次のような式が挙げられる。
ζ＝ｋ1×√{ｅｘｐ（ｋ2×δ）}／（Al＋ｋ3） （１）
ここで、ζは塩化物イオン浸透速度係数、δはコンクリートの圧縮強度、Alはコンクリートに用いられたセメントペースト中の反応性アルミナ含有量、ｋ1、ｋ2、ｋ3は定数である。
【００１０】
ζは、塩化物イオンのコンクリート浸透深さを実験的に求め、それを浸透時間の平方根で除することで求めることができる。または、乾湿繰り返し試験を行って塩化物イオンのコンクリート浸透深さを求める場合は、浸透時間の平方根の代わりに乾湿繰り返しサイクル数の平方根で除してもよい。一方、δは測定方法によらないが、例えばJIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」により求めることができる。さらに、Alは、やはり測定方法によらないが、例えばJIS R 5201により求めたセメント中のAｌ2O3含有量を該セメントの体積およびコンクリートに用いた水の体積の合計で除することにより求めることができる。複数の種類のコンクリートについてζ、δ、Alの組み合わせを求め、それに上記回帰式をフィッティングすることにより求められる最適値をｋ1、ｋ2、ｋ3とする。
【００１１】
次に、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を利用して、対象となるコンクリートの塩化物イオン浸透速度を求めることができる。例えば上記のようなζに対するδおよびAlをパラメータとした回帰式として求めた場合は、コンクリート中のセメントペーストのAlおよび該コンクリートの強度を求め、上記回帰式に代入することにより、対象となるコンクリートのζを精度よく予測することができる。
【００１２】
本発明による予測方法は、コンクリートが置かれる環境に特別の影響を受けるものではないが、特に乾湿繰り返し条件下での塩化物イオン浸透において精度よく適用できる。
【００１３】
発明による塩化物イオン浸透速度の予測方法は、用いるセメントの種類やコンクリートの配合によらず適用可能である。すなわち、セメントとして普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントまたは高炉セメントを用いた場合においても好適に適用できる。また、コンクリートの水セメント比が変化した場合、コンクリート材料の単位量が異なる場合においても本発明の方法により精度よく予測可能である。
【００１４】
上記予測式に用いられるAlの値は、セメントに混合材を添加して用いた場合においても適用可能であり、例えば、高炉スラグ、フライアッシュ、メタカオリン等を混和材として用いた場合でも適用できる。この場合、セメント、混合材を合わせたいわゆる結合材中の反応性アルミナ含有量を結合材体積および水の体積の合計で除した値をAlとして用いて相関を求め、また、予測を行う。
【００１５】
【実施例】
国内、海外の汎用セメントなど多種のセメントを用いたコンクリート供試体を様々な配合で作製し、材齢２８日まで２０℃の水中で養生を行った。用いたセメントの化学組成を表１、コンクリート配合、フレッシュ性状および強度を表２に示す。これらのセメントは普通セメント系のＮＰＣ、早強セメント系のＨＰＣ、高炉スラグセメント系であるＢＢ、およびその他のセメントに大別できる。
【００１６】
【表１】
【表２】
その後、２０℃の３％塩化ナトリウム水溶液に３日間、２０℃の相対湿度６０％恒温室内で４日間乾燥を１サイクルの乾湿繰り返しとし、２６サイクルまでコンクリート供試体の乾湿繰り返し塩化物浸漬試験を行った。この試験において、各サイクルでの塩化物イオン浸透深さｘ（ｍｍ）、コンクリート中のセメントペーストに含有する反応性アルミナ含有量Al（ｇ／L）、材齢２８日におけるコンクリート供試体の圧縮強度δ（N／ｍｍ2）を求めた。
Alは次の式により求めた。
Al＝（表１のAl2O3）×セメント単位量／（セメントと水の体積の合計）
一方、δはJIS A 1108により求めた。
【００１９】
浸透時間ｔの代わりに乾湿繰り返しのサイクル数ｃｙｃｌｅを用いて塩化物イオン浸透速度係数ζを求めた。すなわち、
ζ＝ｘ／（ｃｙｃｌｅ）0.5 （２）
となる。各コンクリートの水セメント比W/C、ζ、δ、Alを表３にまとめた。
【００２０】
【表３】
次に、表３のデータを（１）式にフィッティングしてｋ1、ｋ2およびｋ3を求めた。すなわち、本実施例における回帰式として、
ζ＝40.8×√{ｅｘｐ（−0.0492×δ）}／（Al−18.8） （３）
を得た。
【００２２】
次に、表２の各コンクリートについて、従来法に基づき、ζと水セメント比（W/C）との相関を回帰して求めた。その結果、次の回帰式
ζ＝0.0427×（W/C）＋0.1939 （４）
を得た。
【００２３】
次に表４の配合に基づいて各種セメントを用い、新たにコンクリートを混練し、供試体を作成した。各コンクリートの供試体に対して前記と同様の方法により塩化物浸漬試験を行い、塩化物浸透深さを測定し、ζを同様に求めた。一方、各コンクリートに対してAlの値を（３）式および（４）式に代入してζを予測した。塩化物浸漬試験に基づくζと、（３）式および（４）式に基づくζとを比較した。その結果を表５にまとめて示す。表５より、（３）式によるζはセメントの種類によらず塩化物浸漬試験に基づくζとよく一致していたのに対し、（４）式によるζは精度が劣ることが確認できた。
【００２４】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、使用セメント、混和材の種類やコンクリートの強度に依存せず、コンクリートの塩化物浸透速度を精度よく予想することができる。
Claims (1)
- 塩化物イオン浸透速度に対する、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量及び該セメントを用いたコンクリート強度との相関をあらかじめ求めておき、塩化物イオン浸透速度の予測の対象となるコンクリートにつき、使用するセメントペースト中の反応性アルミナ含有量および該コンクリートの強度を該相関に適用して該コンクリートへの塩化物イオンの浸透速度を予測する方法であって、塩化物イオン浸透速度、強度、セメントペースト中の反応性アルミナ含有量の相関を下記回帰式（１）から求めることを特徴とするコンクリートへの塩化物イオンの浸透速度を予測する方法。
ζ＝ｋ 1 ×√ { ｅｘｐ（ｋ 2 ×δ） } ／（ Al ＋ｋ 3 ） （１）
ここで、ζは塩化物イオン浸透速度係数、δはコンクリートの圧縮強度、 Al はコンクリートに用いられたセメントペースト中の反応性アルミナ含有量、ｋ 1 、ｋ 2 、ｋ 3 は定数である。
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|---|---|---|---|
| JP2002096559A JP4139616B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | コンクリートへの塩化物イオンの浸透速度予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002096559A JP4139616B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | コンクリートへの塩化物イオンの浸透速度予測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003294728A JP2003294728A (ja) | 2003-10-15 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102297821A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-12-28 | 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 | 一种约束状态下硬化混凝土抗渗性能测试装置和方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101470107B (zh) * | 2007-12-27 | 2013-02-13 | 河南理工大学 | 一种混凝土本体及其与其它介质粘结面渗透性能测试仪及其测试方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2824287B2 (ja) * | 1989-08-31 | 1998-11-11 | 電気化学工業株式会社 | セメント混和材 |
| JPH06317560A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-15 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 急速塩素イオン透過性試験によるコンクリートの圧縮強度推定方法 |
| JPH0826798A (ja) * | 1994-07-13 | 1996-01-30 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 高耐久性セメント混和材 |
| JPH1021211A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-23 | Taisei Corp | ニューラルネットワークおよびコンクリート構造物中の鉄筋腐食の評価方法および予測方法 |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002096559A patent/JP4139616B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102297821A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-12-28 | 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 | 一种约束状态下硬化混凝土抗渗性能测试装置和方法 |
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|---|---|
| JP2003294728A (ja) | 2003-10-15 |
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