JP4412043B2

JP4412043B2 - 構造体コンクリート強度の推定方法

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Publication number: JP4412043B2
Application number: JP2004126280A
Authority: JP
Inventors: 浩陣内
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: JP2005308561A

Description

本発明は、材齢初期に高温の熱履歴を受けた構造体コンクリートにおける経時的な圧縮強度の変移を推定するための方法に関するものである。

一般に、初期材齢に自らの水和熱によって高温履歴を受けた構造体コンクリートは、初期材齢では標準養生供試体に比べて高い強度を発現するものの、材齢経過にともなう圧縮強度の増進が少なく、長期材齢では標準養生供試体よりも低い圧縮強度となる傾向にある。このような現象は、１９９０年代初頭に発見されたが、従来の理論ではこの種の熱履歴を受けた構造体コンクリートの圧縮強度における増進傾向を説明することができない。

このため従来、高温履歴を受けることが予測される部材用の構造体コンクリートの調合を行う場合には、実際に、上記部材と同寸法の構造体モデルを作成することにより上記高温履歴を与え、次いでこの構造体モデルからダイヤモンドカッタ等を用いて供試体を切り出したのちに、当該供試体について材齢と圧縮強度との関係を求めるとともに、調合強度の算定根拠となる標準養生（２０℃水中養生）供試体についても、同様の材齢と圧縮強度との関係を求め、両者間にどの程度の強度差が発生するのかを調査している。

図１０は、この種の実験結果を示すもので、いずれも水結合材比が３０％である標準養生供試体と、構造体モデルから得られた高温履歴を受けた供試体との材齢に対する圧縮強度の変化を示すものである。

ところが、従来の上記構造体コンクリート強度の推定方法にあっては、その都度、部材と同寸法の構造体モデルを作成する必要があるために、膨大な費用と期間とを要するという問題点があった。

一方、下記比特許文献に見られるように、上記構造体モデルを用いた実験によらずに、高温履歴を受けた構造体コンクリートの材齢経過にともなう圧縮強度の変化をモデル化して解析する試みもなされている。
杉山央：コンクリートの長期強度発現性に及ぼす初期高温履歴の影響およびその定量化に関する研究−セメントの水和反応・組織形成モデルを用いたコンクリートの強度発現メカニズムの解析、宇都宮大学学位論文、２０００．３

しかしながら、このような高度な研究に基づいたモデル化による構造体コンクリート強度の推定方法にあっては、実際の工事にあたっての構造体コンクリートの強度推定に直接適用することが容易ではなく、より簡易な構造体コンクリート強度の推定方法の開発が望まれている。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、従来のように部材と同寸法の構造体モデルに基づく実験を行う必要が無く、簡易な作業によって高温履歴を受ける構造体コンクリートの強度を推定することが可能となる構造体コンクリート強度の推定方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の構造体コンクリート強度の推定方法は、圧縮強度を推定する構造体コンクリートと同一種類のセメントまたは結合材からなり、かつ複数の水セメント比または水結合材比を有するとともに、標準養生された標準養生供試体について、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求める第１のステップと、圧縮強度を推定する構造体コンクリートと同一種類のセメントまたは結合材からなり、かつ上記標準養生供試体に対応する複数の水セメント比または水結合材比を有するとともに、上記構造体コンクリートが初期材齢において熱履歴を受けると想定される温度で加熱養生された加熱養生供試体について、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求める第２のステップと、各々の上記水セメント比または水結合材比について、上記第１のステップおよび第２のステップで得られた圧縮強度と材齢との関係を、上記材齢を対数軸として直線的に表示することにより、上記標準養生供試体の傾きα₁に対する上記加熱養生供試体の傾きα₂の比率α（＝α₂／α₁）および両者の交点の材齢Ｙを求める第３のステップと、上記水セメント比または水結合材比と上記第３のステップで得られた傾きの比率αとの関係および上記水セメント比または水結合材比と上記材齢Ｙとの関係を求める第４のステップとを有し、上記第４のステップにおいて得られた関係から、圧縮強度を推定する構造体コンクリートの特定の水セメント比または水結合材比における上記比率αおよび材齢Ｙを得て、上記標準養生供試体に対する上記構造体コンクリートの材齢経過に伴う上記圧縮強度の増進を推定することを特徴とするものである。

図１０に示したように、標準養生供試体と構造物コンクリートからの供試体との実験例によって得られた両者の圧縮強度と材齢との関係は、横軸を通常の材齢で表した場合に、構造体コンクリート強度は極めて曲率の小さい線の折れ線で表すことができるが、標準養生圧縮強度は指数関数などで近似されるやや複雑な線となる。これに対して、上記材齢の軸を対数軸とすると、いずれの供試体における圧縮強度も、直線的な増加として表現できる。

そこで、先ず本発明においては、図１に示すように、横軸の材齢を対数軸とするモデルを構造体コンクリートの強度発現モデルとして利用することとした。
そして、初期材齢において高温履歴を受けた実体の構造体モデルに代えて、熱履歴を受けると想定される温度で加熱養生された加熱養生供試体について、圧縮強度を求めることにより、上記構造体モデルから得られた供試体とほぼ等価の傾向を得られるとの知見を得ている。

したがって、仮に圧縮強度を推定する構造体コンクリートにおける水セメント比あるいは水結合材比が既知である場合や、特定の水セメント比あるいは水結合材比の構造体コンクリートについて、その材齢経過に伴う圧縮強度の変化を推定しようとする場合には、請求項１に記載の発明のように、当該構造体コンクリートと同一種類のセメントまたは結合材からなり、かつ同一の水セメント比または水結合材比を有する供試体から、標準養生された標準養生供試体と、上記構造体コンクリートが初期材齢において熱履歴を受けると想定される温度で加熱養生された加熱養生供試体とを作製し、これらについて、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求めて、得られた圧縮強度と材齢との関係を、図１のように、材齢を対数軸として直線的に表示する。

すると、標準養生供試体については、Ｆ＝α₁Ｌｎ（ｔ）＋ｂ₁なる直線が得られ、構造体コンクリートに係る加熱養生供試体については、Ｆ＝α₂Ｌｎ（ｔ）＋ｂ₂なる直線が得られる。この結果、上記標準養生供試体に対する構造体コンクリートの材齢経過に伴う上記圧縮強度の増進や、材齢Ｚ日における加熱養生供試体の圧縮強度の増加量ΔＮ等を推定することができる。

また、図１０によれば、先ず構造体コンクリートと同一材料の標準養生供試体について、上述したＦ＝α₁Ｌｎ（ｔ）＋ｂ₁なる関係式が既知であれば、上記標準養生供試体の傾きα₁に対する上記加熱養生供試体の傾きα₂の比率α（＝α₂／α₁）および両者の交点の材齢Ｙを知ることにより、加熱養生供試体のＦ＝α₂Ｌｎ（ｔ）＋ｂ₂なる関係が判ることになる。

そこで、所定のセメントまたは結合材からなる構造体コンクリートについて、想定される高温履歴を受けた場合の材齢に対する圧縮強度の増進傾向から、所望の水セメント比または水結合材比等の調合諸元を決定しようとする場合には、第１〜第４のステップを実行すればよい。

すなわち、圧縮強度を推定しようとする構造体コンクリートと同一種類のセメントまたは結合材からなり、かつ複数の水セメント比または水結合材比を有する供試体を準備し、先ず第１のステップにおいて、標準養生された標準養生供試体を作製して、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求める。また、第２のステップにおいて、上記構造体コンクリートが初期材齢において熱履歴を受けると想定される温度で加熱養生された加熱養生供試体を作製して、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求める。

次いで、第３のステップにおいて、各水セメント比または水結合比毎に、第１のステップおよび第２のステップで得られた圧縮強度と材齢との関係を、上記材齢を対数軸として直線的に表示する。そして、上記標準養生供試体の傾きα₁に対する上記加熱養生供試体の傾きα₂の比率α（＝α₂／α₁）および両者の交点の材齢Ｙを求める。

このようにして得られた傾きの比率αおよび両者の交点の材齢Ｙを、第４のステップにおいて、それぞれ上記水セメント比または水結合材比の増減の変化との関係として整理する。
この結果、例えば実験や解析によって、推定対象となる構造体コンクリートの標準養生供試体における材齢と圧縮強度との関係を求めておけば、これと上記比率αおよび材齢Ｙの値から、高温履歴を受けた構造体コンクリートの材齢経過に伴う上記圧縮強度の増進を推定することができる。

以下、図面に基づいて本発明の構造体コンクリート強度の推定方法の一実施形態について説明する。
先ず、上記推定用データベースの構築方法について説明すると、図２に示すように、複数の種類のセメントまたは結合材（本実施形態においては、普通ポルトランドセメント（ＯＰ）、低熱ポルトランドセメント（ＬＰ）および高強度用結合材（ＯＳＳ）の３種類）について、同図に示す調合条件によって供試体を作製した。

この際に、水結合材比（Ｗ／Ｂ）は、セメントについては、２０％、３０％および４０％の３種類、結合材については、１５％、２０％、３０％および４０％の４種類のものを準備した。
次いで、各々の水結合材比の供試体について、標準養生（２０℃水中養生）した標準養生供試体と、加熱養生した加熱養生供試体とを作製した。

ここで、加熱養生供試体としては、図３に示すプロセスにより、最高温度が３５℃、５０℃および８５℃の３種類について、材齢２日（約４２時間）の加熱養生を行ったものを作製した。なお、上記加熱養生を材齢２日としたのは、一般的な柱・梁であれば最高温度に保持される期間が概ね２日程度であることに基づく。
そして、これら標準養生供試体および加熱養生供試体について、それぞれ材齢２日、４日、７日、２８日、５６日および９１日における圧縮強度を求めた（第１のステップおよび第２のステップ）。

次いで、各々の水結合材比について、図１に示したように、上記標準養生供試体および３種類の最高温度による加熱養生供試体の圧縮強度を縦軸とし、材齢を対数軸の横軸として、それぞれ直線的に表示することにより、上記標準養生供試体の傾きα₁に対する上記加熱養生供試体の傾きα₂の比率α（＝α₂／α₁）および両者の交点の材齢Ｙを求めた（第３のステップ）。

図４は、上記第３のステップにおいて得られた各々の水結合材比と材齢Ｙとの関係を示すグラフであり、図５は、各々の水結合材比と上記傾きの比率αとの関係を示すグラフである（第４のステップ）。
このようなデータを蓄積することにより、上記推定用データベースの構築が完了する。

上記推定用データベースを用いることにより、特定の構造体コンクリートにおける圧縮強度の推定を行う場合には、図６に示すように、予め当該構造体コンクリートと同一材料の標準養生供試体について、圧縮試験を行って、その圧縮強度の直線を得ておくとともに、これと上記データベースに蓄積されている当該コンクリートに対応する加熱養生供試体における比率αおよび材齢Ｙから、上記構造体コンクリートの圧縮強度を推定するための直線（Ｆ＝α₂Ｌｎ（ｔ）＋ｂ₂）が求められることになる。

そして、図６に示す関係が得られれば、実際に用いる構造用コンクリートの調合強度は、例えば日本建築学会の調合式等の指標を用いて求めることが可能となる。

以上のように、上記構造体コンクリート強度の推定方法によれば、例えば実験や解析によって、上記構造体コンクリートの標準養生供試体における材齢と圧縮強度との関係を求めることにより、これとデータベースに蓄積されている上記比率αおよび材齢Ｙの値から、従来のように部材と同寸法の構造体モデルに基づく実験を行うことなく、簡易な作業によって、高温履歴を受けた構造体コンクリートの材齢経過に伴う上記圧縮強度の増進を推定することができる。

（実施例）
本発明に係る上記構造体コンクリート強度の推定方法の妥当性を検証するために、以下の実験を行った。
先ず、従来行われていた実大施工実験の結果として、図７に示すセメントおよび結合材を用いた供試体による実験データを収集した。ちなみに、普通ポルトランドセメントを用いたものが７５ケース、低熱ポルトランドセメントを用いたものが４４ケース、高強度用結合材を用いたものが８９ケースである。

そして、上記実験は、いずれも図８に示すような柱構造体モデルを製作し、材齢７日、２８日、５６日および９１日で当該柱構造体モデルからコアボーリングした供試体について圧縮強度試験を行った。
これに対して、上述した評価用データベースを用いた評価手法により、同様のコンクリートの圧縮強度を推定した。

図９は、これらによって得られ構造体コンクリート強度の実測値と、本発明の推定方法を用いた推定値との関係を示すものである。
図９から、本発明に係る推定方法で得られた推定圧縮強度は、従来方法による構造体コンクリート強度の実測値と同等か５％程度の誤差範囲といった高い相関にあることが示されており、実用上充分な推定精度が得られることが判る。

材齢を対数表示した場合における供試体の圧縮強度の直線を示すグラフである。本発明のデータベースの一実施形態において使用した供試体の諸元を示す図表である。加熱養生のプロセス条件を示すグラフである。上記データベースが有する結合材水比と材齢Ｙとの関係を示すグラフである。上記データベースが有する結合材水比と傾き比率αとの関係を示すグラフである。本発明の推定方法の一実施例で得られた圧縮強度と材齢との関係を示すグラフである。本発明の効果を検証する実施例において使用した供試体の諸元を示す図表である。上記実施例における従来の実験方法を示す図である。上記実施例の結果を示すグラフである。従来の表示方法による構造体コンクリートの供試体の圧縮強度と標準養生供試体の圧縮強度との関係を示すグラフである。

Claims

圧縮強度を推定する構造体コンクリートと同一種類のセメントまたは結合材からなり、かつ複数の水セメント比または水結合材比を有するとともに、標準養生された標準養生供試体について、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求める第１のステップと、
圧縮強度を推定する構造体コンクリートと同一種類のセメントまたは結合材からなり、かつ上記標準養生供試体に対応する複数の水セメント比または水結合材比を有するとともに、上記構造体コンクリートが初期材齢において熱履歴を受けると想定される温度で加熱養生された加熱養生供試体について、それぞれ複数の材齢における圧縮強度を求める第２のステップと、
各々の上記水セメント比または水結合材比について、上記第１のステップおよび第２のステップで得られた圧縮強度と材齢との関係を、上記材齢を対数軸として直線的に表示することにより、上記標準養生供試体の傾きα ₁ に対する上記加熱養生供試体の傾きα ₂ の比率α（＝α ₂ ／α ₁ ）および両者の交点の材齢Ｙを求める第３のステップと、
上記水セメント比または水結合材比と上記第３のステップで得られた傾きの比率αとの関係および上記水セメント比または水結合材比と上記材齢Ｙとの関係を求める第４のステップとを有し、
上記第４のステップにおいて得られた関係から、圧縮強度を推定する構造体コンクリートの特定の水セメント比または水結合材比における上記比率αおよび材齢Ｙを得て、上記標準養生供試体に対する上記構造体コンクリートの材齢経過に伴う上記圧縮強度の増進を推定することを特徴とする構造体コンクリート強度の推定方法。