JP5340846B2 - 粗骨材の圧縮強度管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート用粗骨材の圧縮強度の管理方法に関する。

近年、建築物の高層化に伴い、高強度あるいは超高強度コンクリートの需要が増加している。普通コンクリートにおいては粗骨材の圧縮強度、静弾性係数等の強度特性はほとんど問われないが、高強度あるいは超高強度コンクリートにおいては、既往の研究等において粗骨材の強度特性がコンクリートの強度特性に影響を及ぼすことが報告されている。

コンクリート用粗骨材の圧縮強度は、原石からのコア抜き供試体の圧縮強度試験により測定している。しかし、原石である岩石そのものからコア抜き供試体を作成するのは、確実な方法であるが、コア抜き工程を要し、簡便な方法とはいえない。

従って、コンクリート用粗骨材の圧縮強度を簡便に正確に推定できる方法が、実現できればきわめて有益である。

一方、コンクリート用粗骨材の点載荷試験方法については、地盤工学会基準「岩石の点載荷試験方法」（ＪＧＳ ３４２１−２００５）に記載されている。しかし、成形供試体又はコア抜き供試体を用いた点載荷試験方法によるデータであって、コンクリート用粗骨材そのものの試験結果は見あたらない。したがって、これを用いたコンクリート用粗骨材の圧縮強度推定方法自体は検討の端緒にも至っていない。

地盤工学会基準（ＪＧＳ ３４２１−２００５）

コンクリート用粗骨材の圧縮強度を、原石からボーリングして、コア抜きし、又はこれの成形体とし、圧縮強度試験機にかけて測定しなくても、簡便に精度良く、算出できる方法を実現することを目的とする。

本願発明の対象は、コンクリート用粗骨材であり、通常の土木用語で、質量の９０％以上が粒径５ｍｍ網ふるいに留まる骨材である。したがって、通常の粗砕による製造で、粗砕機の形式、粗砕方法によって粒径分布に変化はあるが、大半が、粒径５ｍｍ以上３０ｍｍ以下となる。

コンクリート用粗骨材の圧縮強度の決定方法であって、予め粗骨材原石から切り出した試料で圧縮強度を測定する工程と、前記粗骨材原石を粗砕して、粗骨材とし、粒径１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの分画にある複数同数の供試体の点載荷強度を測定する工程と、前記圧縮強度の測定値ｙと点載荷強度を測定した全分画における前記点載荷強度の測定値の平均値ｘとから骨材の圧縮強度ｙと点載荷強度ｘとの相関式ｙ＝１２．４４５ｘ−２２．６５１を作成する工程と、選定対象の粗骨材の点載荷強度を前記分画の範囲で測定して、選定対象の粗骨材の圧縮強度値を前記相関式から決定する工程と、を含むコンクリート用粗骨材の圧縮強度の決定方法、を提供する。

また、１０ｍｍ〜１５ｍｍの粒径の範囲で１ｍｍ刻みの分画から選定対象の粗骨材をサンプリングして点載荷強度を測定し、予め粗骨材原石から切り出した試料で測定した圧縮強度の測定値ｙと、前記粗骨材原石を粗砕した粗骨材における粒径１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの分画にある複数同数の供試体に対して測定した点載荷強度の測定値の平均値ｘとから作成される相関式 ｙ＝１２．４４５ｘ−２２．６５１ （ｙ：骨材の圧縮強度 ｘ：点載荷強度）から、粗骨材の圧縮強度を決定するコンクリート用粗骨材の圧縮強度の決定方法、を提供する。

原石の粗砕は、通常の粉砕機を用いることができる。原石の大きさに応じて、二段以上の粉砕工程とすることも好ましい。粉砕機は、クラッシャー、ハンマーミル、パルベライザー、ボールミル、竪型ミル等を用いることができる。ここで、粗骨材の粒径は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

粗骨材原石も通常用いられる安山岩、砂岩、石灰石、石英粗面岩でよい。粗骨材例の物理的性質および化学成分を表１に示す。

本発明では、粗砕前の原石からのコア抜きを必要とせず、製品であるコンクリート用粗骨材そのものを供試体とし、所定の粒径分画の粗骨材を複数個選定し、その点載荷強度を測定するものである。例えば、測定対象を粒径１０ｍｍから１５ｍｍの粗骨材に限定し、更に複数の所定粒径の分画から、複数個を篩い分け等で、採取する。例えば、１０．０から１ｍｍ刻みで１５ｍｍまで同数のサンプリングをおこなう。その際、サンプルの目視検査で、亀裂が認められるもの、極端に扁平形状のものは除外する。

こうして得られた代表性の良い複数個の所定サンプルをＪＧＳ ３４２１−２００５に準拠した点載荷試験に供する。具体的には、試験装置として載荷コーン、載荷フレーム、油圧ジャッキ等から構成される載荷部と破壊荷重Ｐを測定できる荷重測定装置を用いる。

次いで、供試体を試験装置にセットし、供試体を上下方向からコーンで支持し、載荷点間隔（Ｄ）、載荷点距離（Ｌ）、供試体幅（Ｗ）を測定する。このとき、０．５Ｄ＜Ｌ＜１．５Ｄかつ ０．３Ｗ＜Ｄ＜Ｗ の条件を満たす場合のみ載荷試験で強度試験を行う。前記条件を満たさない場合は別の供試体に差し替える。ついで、次式により、点載荷強度 Ｉｓを算出する。

Ｉｓ＝０．９Ｐ／Ｄｅ＾２ ここで、Ｄｅは、等価コア径であり、二つの載荷点を含む供試体の最小断面積の断面と等しい面積を有する円の直径をいう。本願方法では、Ｄｅは、Ｄに等しい。

例えば、複数個の上記サンプルについての、点載荷試験による強度試験結果の平均値（Ｎ／ｍｍ２）をｘ軸とし、別途測定した、原石からのコア抜き供試体による圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）をｙ軸とする平面座標にプロットする。

点載荷試験による強度試験結果の平均値（Ｎ／ｍｍ２）と上記原石からのコア抜き供試体による圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）は良い相関を示した。例えば、相関係数Ｒ２は、０．９以上の相関関係にあった。

圧縮強度の未知の原石から得られた粗骨材について、上記点載荷試験によって得られた点載荷強度を上記相関式に当てはめることによって、粗骨材原石の圧縮強度が推定できた。

こうして、予め、粗骨材原石から切り出した試料で圧縮強度を測定し、前記粗骨材原石を粗砕して、粗骨材とし、前記粗骨材の粒径１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの分画にある複数の供試体の点載荷強度を測定して平均値を算出する工程と、前記圧縮強度の測定値と前記点載荷強度の測定値との相関式を作成しておき、選定対象の粗骨材の点載荷強度を前記分画の範囲で測定して、選定対象の粗骨材の圧縮強度値を前記相関式から決定して、コンクリート用粗骨材の圧縮強度を決定することができる。

また、具体的には、１０ｍｍ〜１５ｍｍの粒径の分画の範囲で選定対象の粗骨材の点載荷強度を測定し、相関式 ｙ＝１２．４４５ｘ−２２．６５１ （ｙ：骨材の圧縮強度 ｘ：点載荷強度）から粗骨材の圧縮強度を決定するコンクリート用粗骨材の圧縮強度が決定できる。

本発明は、粗骨材製品を使用した場合の点載荷強度から骨材の圧縮強度を予測し、管理するもので、圧縮強度をその都度、骨材原石から切り出した試験体を用いて測定しなくても、これと強い相関があり、骨材サンプルそのものから測定可能な点載荷強度を指標として、特にコンクリートの圧縮強度に応じて、これに適した粗骨材を簡易に、精度よく選定でき、建設工程管理が容易に精度良く行うことができる。

粗骨材の圧縮強度と点載荷強度（粒径分画１０〜１５ｍｍ）の平均値の相関図である。 粗骨材の圧縮強度と点載荷強度（粒径分画５〜２０ｍｍ）の平均値の相関図である。 粗骨材の圧縮強度と点載荷強度（粒径分画５〜１０ｍｍ）の平均値の相関図である。 粗骨材の圧縮強度と点載荷強度（粒径分画１５〜２０ｍｍ）の平均値の相関図である。

以下に本発明の形態について、詳細に説明する。これによって、本発明を限定するものではない。

粗骨材は砕石場で製造されたものを使用した。砕石場で、表土除去を完了させた後、クローラドリルで発破孔をさく孔し、硝安油剤爆薬で爆破して、起砕石を得た。次いで、パワーショベルにて、立坑に投入した。立坑に投入された原石は、坑内で１次クラッシャーを用いて、破砕した。坑内ベルトコンベヤで坑外に搬出したのち、更にコーンクラッシャー又は、インパクトクラッシャーで破砕し、篩で５〜２０ｍｍに調整した。

試料の乾燥は、予備乾燥（１０５℃）後、ドライアイス−メタノール温度のトラップを付帯した真空乾燥を行い、恒量とした試料を用いた。

次いで、乾燥した試料について、点載荷試験に供した。

使用した粗骨材例の物理的性質および化学成分を表２に示す。６社の粗骨材を用いた。

本発明では、粗砕前の原石からのコア抜き、成形品でなく、製品であるコンクリート用粗骨材そのものを供試体とした。粗骨材を次の方法で、２０個以上のサンプリングする。

まず、粒径１０ｍｍから１５ｍｍの粗骨材に限定する。更に、粒径を分画して、少なくとも５区分の粒径から、各４個以上の試料を篩い分けして、採取する。例えば、１０．０〜１１．０ｍｍの粒径分画から ５個、１１．０〜１２．０ｍｍの粒径分画から ５個、１２．０〜１３．０ｍｍの粒径分画から ５個、１３．０〜１４．０ｍｍの粒径分画から ５個、１４．０〜１５．０ｍｍの粒径分画から ５個とする。このあとの目視検査や試験時の供試体寸法測定の結果、除外するサンプルがあることを考慮して、多めにサンプリングしておくことが好ましい。
次いで、先に選定したサンプルの目視検査を行い、亀裂が認められるもの、極端に扁平形状のものは除外する。また、測定対象の粗骨材に層状構造などの方向性が認められる場合は、載荷試験における載荷軸が特定の方向に偏らないように配慮する。

こうして得られた代表性の良いサンプル、例えば２５個をＪＧＳ ３４２１−２００５に準拠した点載荷試験に供する。具体的には、試験装置は、載荷コーン、載荷フレーム、油圧ジャッキ等から構成される載荷部と破壊荷重Ｐを測定できる荷重測定装置で測定した。

試験方法は、以下の通りである。
１．試験装置を準備する
２．供試体を試験装置にセットする 供試体を上下方向からコーンで支持する。
３．載荷点間隔（Ｄ）、載荷点距離（Ｌ）、供試体幅（Ｗ）を測定する。
４．０．５Ｄ＜Ｌ＜１．５Ｄかつ ０．３Ｗ＜Ｄ＜Ｗ の条件を満たす場合のみ載荷試験で強度試験を行う。前記条件を満たさない場合は別の供試体に差し替える。
（載荷試験は、載荷点距離１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの各分画から、それぞれ４個以上の供試体について実施する。また、各分画の個数は同一とする。）
５．次式により、点載荷強度Ｉｓを算出する

Ｉｓ＝０．９Ｐ／Ｄｅ＾２ ここで、Ｄｅは、等価コア径であり、二つの載荷点を含む供試体の最小断面積の断面と等しい面積を有する円の直径をいう。本願方法では、Ｄｅは、Ｄに等しい。

例えば、上記２０個のサンプルについての、点載荷試験による強度試験結果の平均値（Ｎ／ｍｍ２）をｘ軸とし、別途測定した、原石からのコア抜き供試体による圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）をｙ軸とする平面座標にプロットする。図１にその例示をした。

図１は、６品の粗骨材製品について、上記点載荷試験による強度試験結果の平均値（Ｎ／ｍｍ２）と上記原石からのコア抜き供試体による圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）の相関を示している。相関係数Ｒ２は、０．９３５２できわめて良い相関関係にあった。

圧縮強度の未知の原石から得られた粗骨材について、上記点載荷試験によって得られた点載荷強度を図１の上記相関式に当てはめることによって、粗骨材原石の圧縮強度が推定できた。

図２、図３、図４には、粒径５〜２０ｍｍの分画について、上記と同様に１ｍｍ刻みの分画を設けた４点サンプリングをしたとき、粒径５〜１０ｍｍの分画を設けて処理したとき、粒径１５〜２０ｍｍｍの分画を設けて処理したときの、それぞれのプロット図をしめした。

図２、図３、図４について、それぞれ、相関係数は、０．６８３３、０．５１０２、０．６３０６となり、いずれも、図１に示した方法による圧縮強度との相関は、小さかった。

表２には、上記各図のもととなったデータを分画別、岩種別に、点載荷強度−骨材・圧縮強度の関係として示したものである。

こうして、予め、粗骨材原石から切り出した試料で圧縮強度を測定し、前記粗骨材原石を粗砕して、粗骨材とし、前記粗骨材の粒径１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの分画にある複数の供試体の点載荷強度を測定して平均値を算出する工程と、前記圧縮強度の測定値と前記点載荷強度の測定値との相関式を作成しておき、選定対象の粗骨材の点載荷強度を前記分画の範囲で測定して、選定対象の粗骨材の圧縮強度値を前記相関式から決定して、コンクリート用粗骨材の圧縮強度を決定することができる。

また、１０ｍｍ〜１５ｍｍの粒径の範囲で選定対象の粗骨材の点載荷強度を測定し、相関式 ｙ＝１２．４４５ｘ−２２．６５１ （ｙ：骨材の圧縮強度 ｘ：点載荷強度）から粗骨材の圧縮強度を決定するコンクリート用粗骨材の圧縮強度が決定できる。

測定容易な点載荷強度を用いて、粗骨材製品から粗骨材原石の圧縮強度が判定でき、特にコンクリートの圧縮強度に応じて、これに適した粗骨材を簡易に選定でき、建設工程管理が容易に精度良く行うことができる。

Claims (2)

1. コンクリート用粗骨材の圧縮強度の決定方法であって、
   予め粗骨材原石から切り出した試料で圧縮強度を測定する工程と、
   前記粗骨材原石を粗砕して、粗骨材とし、粒径１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの分画にある複数同数の供試体の点載荷強度を測定する工程と、
   前記圧縮強度の測定値ｙと点載荷強度を測定した全分画における前記点載荷強度の測定値の平均値ｘとから骨材の圧縮強度ｙと点載荷強度ｘとの相関式ｙ＝１２．４４５ｘ−２２．６５１を作成する工程と、
   選定対象の粗骨材の点載荷強度を前記分画の範囲で測定して、選定対象の粗骨材の圧縮強度値を前記相関式から決定する工程と、
   を含むコンクリート用粗骨材の圧縮強度の決定方法。
2. １０ｍｍ〜１５ｍｍの粒径の範囲で１ｍｍ刻みの分画から選定対象の粗骨材をサンプリングして点載荷強度を測定し、予め粗骨材原石から切り出した試料で測定した圧縮強度の測定値ｙと、前記粗骨材原石を粗砕した粗骨材における粒径１０ｍｍ〜１５ｍｍの１ｍｍ刻みの分画にある複数同数の供試体に対して測定した点載荷強度の測定値の平均値ｘとから作成される相関式 ｙ＝１２．４４５ｘ−２２．６５１（ｙ：骨材の圧縮強度 ｘ：点載荷強度）から、粗骨材の圧縮強度を決定するコンクリート用粗骨材の圧縮強度の決定方法。