JP5704305B2

JP5704305B2 - コンクリート硬化体の乾燥収縮率の測定方法と生コンクリートの品質判定方法

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Publication number: JP5704305B2
Application number: JP2010217498A
Authority: JP
Inventors: 明大佐藤; 中山　英明; 英明中山; 良太白石
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012073087A

Description

本発明は、コンクリート硬化体について、乾燥収縮変化率を迅速に測定する方法に関し、詳しくは、生コンクリートの含水量に基づいてコンクリート硬化体の乾燥収縮率（長さ変化率）を予め簡単に測定する方法、およびこの乾燥収縮率に基づいて生コンクリートの品質を判定する方法に関する。

コンクリート構造物について、ひび割れの原因の一つとしてコンクリートの乾燥収縮があり、コンクリートのひび割れに対処するため、この乾燥収縮を出来るだけ早期に把握することが求められる。

コンクリートの乾燥収縮率を早期に推定する方法が従来から提案されている。例えば、日本建築学会から「鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ制御設計・指針(案)・解説」（平成１８年２月１０日発行）などが発表されている。しかし、これらの推定方法は室内実験データによって乾燥期間４週と２６週の乾燥収縮率の比を算出する方法であり、このためには基準となる６ヶ月材齢のデータが必要であり、これより短期間に乾燥収縮率を予測することができない。

従来の上記推定(測定)方法に対して、より短期間にコンクリート硬化体の乾燥収縮率を推定する方法が提案されている（特開２００８−８７５３号公報：特許文献１）。この推定方法は、コンクリートの乾燥収縮に影響を与える多数の因子や係数を用いた算出式によってコンクリートの乾燥収縮率を推定する方法であるが、多数の係数の選定や処理が複雑であり、実際の測定値との適合性も必ずしも十分ではない。

特開２００８−８７５３号公報

「鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ制御設計・指針(案)・解説」（日本建築学会編、平成１８年２月１０日発行）

本発明は、コンクリート硬化体の乾燥収縮について、従来の推定方法における上記問題を解決したものであり、生コンクリートの含水量を用いることによって、材齢２６週等のコンクリート硬化体の乾燥収縮率（長さ変化率）を迅速に測定する方法、および測定した乾燥収縮率に基づいて生コンクリートの品質を判定する方法を提供する。

本発明は以下の構成からなるコンクリート硬化体の乾燥収縮率（長さ変化率）の測定方法等である。
〔１〕生コンクリートの含水量ｘ(kg/m ^３ )を測定し、材齢２６週のコンクリート硬化体について、長さ変化率ｙ(×１０ ^−６ )を、次式[１]に従って求めることを特徴とするコンクリート硬化体の乾燥収縮率の測定方法。
ｙ＝−４.６０ｘ＋１７４ [１]
〔２〕生コンクリートを網目サイズ５ｍｍの篩に通して、該生コンクリート中の全モルタル量に対して篩い落されたモルタル量が１バッチあたり２０〜４０重量％であるようにモルタルを篩い落として採取し、
採取したモルタル試料の重さを計量した後に、該モルタル試料を高周波加熱器に入れ、予め設定された時間を高周波加熱して該モルタル試料中の水分の一部を蒸発させた後に、該モルタル試料の重さを計量し、高周波加熱の前後でのモルタル試料の重量差から該モルタル試料中の蒸発水量を求め、
この蒸発水量に基づいて、次式[２]に従って加熱前のモルタルの水モルタル比を計算し、
水モルタル比＝ａ×(蒸発水率)^２＋ｂ×(蒸発水率)＋ｃ …[２]
（上記式[２]において、水モルタル比は水/モルタル量、蒸発水率は蒸発水量/モルタル量であり、ａ，ｂ，ｃは高周波加熱器固有の係数である）、
この水モルタル比から生コンクリートの単位水量を求め、この単位水量に使用骨材の吸水量を補正して生コンクリートの含水量を求め、材齢２６週のコンクリート硬化体の長さ変化率(ｙ)を上記式[１]に基づいて求める上記乾燥収縮率の測定方法。
〔３〕上記方法に従ってコンクリート硬化体の乾燥収縮率（長さ変化率）を求め、この乾燥収縮率に基づいて生コンクリートの品質を判定する方法。

本発明の測定方法は、生コンクリートの単位水量を測定して含水量を求め、この含水量を変数とする予測式（ｙ＝−4.60ｘ＋174）に基づいて乾燥収縮の長さ変化率を測定するので、コンクリート硬化体について、迅速に乾燥収縮率(ｙ)を把握することができる。従来は最低でも数週間の材齢のコンクリート硬化体について実測データを必要としていたが、本発明の測定方法によれば、生コンクリートの含水量に基づいて材齢２６週の乾燥収縮率を簡単に測定することができ、例えば、１日で材齢２６週の乾燥収縮率を簡単に測定することができる。

本発明の方法は、生コンクリートの単位水量に骨材の吸水量を加えて含水量を定めるときに、使用骨材の種類に応じた吸水量の補正を加えることによって、精度良く乾燥収縮率を把握することができる。具体的には、石灰石骨材については、その吸水量が僅かに減少する補正を加えることによって、石灰石以外の骨材を用いたコンクリート硬化体と同様に、上記予測式（ｙ＝−4.60ｘ＋174）に従って、材齢２６週の乾燥収縮率を精度良く把握することができる。

本発明の測定方法は、生コンクリートの単位水量を測定する場合に、一定範囲のモルタル採取率に従ったウエットスクリーニングによってモルタルを採取することによって生コンクリートの正確な単位水量を測定するので、高い精度で材齢２６週の乾燥収縮率を予測することができる。

本発明の測定方法によれば、コンクリート硬化体の乾燥収縮率を予測することができるので、この予測された乾燥収縮率によって生コンクリートの品質を判定することができる。

実施例２〜３において、材齢２６週の乾燥収縮率を示すグラフ

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の測定方法は、生コンクリートの含水量ｘ(kg/m ^３ )を測定し、材齢２６週のコンクリート硬化体について、長さ変化率ｙ(×１０ ^−６ )を、次式[１]に従って求めることを特徴とするコンクリート硬化体の乾燥収縮率の測定方法である。
ｙ＝−４.６０ｘ＋１７４ [１]

〔生コンクリートの単位水量の測定〕
生コンクリートの単位水量は特許第４３１５４００号記載の方法によって測定することが好ましい。この測定方法によれば生コンクリートの正確な単位水量を測定することができる。この測定方法を以下に示す。

（イ）生コンクリートを網目サイズ５ｍｍの篩に通して、該生コンクリート中の全モルタル量に対して篩い落されたモルタル量が１バッチあたり２０〜４０重量％であるようにモルタルを篩い落として採取する。

生コンクリートから採取した試料を加熱して蒸発水量を測定し、この蒸発水量から生コンクリートの単位水量を測定する。このとき、加熱される試料がコンクリート成分を正確に代表していなければ、測定した単位水量に大きな誤差が生じる。フレッシュコンクリートの単位水量を測定する場合、粗骨材の熱容量は大きいので、加熱試料中に粗骨材が含まれていると単位水量が大きく変化する。そこで、生コンクリートを網目サイズ５ｍｍの篩に通して粗骨材を篩上に残し（ウエットスクリーニング工程）、粗骨材を含まない生モルタルを採取して試料として用いる。

ウエットスクリーニング工程において、生コンクリート中の全モルタル量に対して篩い落されたモルタル量が１バッチあたり２０〜４０重量％であるようにモルタルを篩い落として採取するのが好ましい。生コンクリート中の全モルタル量に対する篩い落されたモルタル量（モルタル採取率と云う）が２０重量％未満では、篩い落とされるモルタル量が少な過ぎて、所定量のモルタルを得るには長時間を要するほか、密度の大きいものが多く篩い落とされる。また、モルタル採取率が４０重量％を超えると、採取したモルタル中には篩い落ちやすい部分が多くなり、篩い落ち難いペーストなどは配合値に比べて少なくなる。

モルタル採取率が２０〜４０重量％であれば、配合値に近いモルタルを採取することができ、単位水量の測定誤差を配合値に対して±３％以内にすることができる。また、モルタル採取率が２５〜３５重量％であれば、単位水量の測定誤差を配合値に対して±１.５％以内にすることができる。

（ロ）採取したモルタル試料の重さを計量した後に、該モルタル試料を高周波加熱器に入れ、予め設定された時間を高周波加熱して該モルタル試料中の水分の一部を蒸発させた後に、該モルタル試料の重さを計量し、高周波加熱の前後でのモルタル試料の重量差から該モルタル試料中の蒸発水量を求める。

（ハ）測定した蒸発水量に基づいてモルタルの水モルタル比を求める。
多数の実験データの結果によれば、モルタル試料を電子レンジで一定時間（例えば１５００Ｗ、４分）加熱した場合、材料や材料の構成割合に関係なく、加熱するモルタル試料中の水分量と、加熱によってモルタル試料中から蒸発した水分量とは極めて高い相関性があり、この相関性に基づき、次式[２]によって蒸発水量からモルタル試料の水モルタル比を測定できることが知見された。

一般に、モルタルの成分はセメントと細骨材と水であり（モルタル＝Ｃ＋Ｓ＋Ｗ、Ｃ：セメント、Ｓ：絶乾状態の細骨材、Ｗ：水）、従って、水モルタル比は、水モルタル比＝水量/モルタル量＝Ｗ/（Ｃ＋Ｓ＋Ｗ）で表されるが、生コンクリートからモルタル試料を採取して蒸発水量から測定する場合には、水モルタル比は次式[２]によって求めることができる。
水モルタル比＝ａ×(蒸発水率)²＋ｂ×(蒸発水率)＋ｃ …[２]
（ａ，ｂ，ｃは高周波加熱器固有の係数、蒸発水率＝蒸発水量/モルタル量）

上記式[２]に従って、モルタル試料の蒸発水量を測定して水モルタル比を求めることができ、ここでモルタル量は既知であるので、この水モルタル比からモルタル中の水分量を把握することができ、この水分量から生コンクリート１ｍ³の単位水量を求めることができる。

このように、加熱時間固定型の電子レンジ法において、生コンクリートの材料および調配合に拘らずにその単位水量を迅速に計測することができ、しかも、生コンクリートの成分に対するモルタル試料の代表性が高いので、生コンクリートの単位水量を精度よく測定することができる。この単位水量に骨材の吸水量を加えて生コンクリートの含水量を求めることができる。

上記測定方法では、セメントの種類は限定されない。例えば、普通ポルトランドセメント（Ｎ）、早強ポルトランドセメント（Ｈ）、高炉セメントＢ種（ＢＢ）、中庸熱ポルトランドセメント（Ｍ）、低熱ポルトランドセメント（Ｌ）などを採用することができる。また、モルタル試料の水モルタル比の範囲、モルタル試料を高周波加熱する時間なども限定されない。

〔乾燥収縮率の測定〕
（ニ）上記(イ)〜(ハ)の工程に従って生コンクリートの単位水量(ｗ)を測定した後に、さらに使用骨材の吸水量を補正して、生コンクリートの含水量を求める。

骨材の吸水量補正
石灰石以外の骨材について吸水量を以下のように補正する。
(ホ)粗骨材について、（単位量×吸水率）に基づいて粗骨材の吸水量(G-W)を求め、これを上記単位水量(ｗ)に加える。
(ヘ)細骨材について、（単位量×吸水率）に基づいて細骨材の吸水量(S-W)を求め、これを上記単位水量(ｗ)に加える。

石灰石骨材の吸水量補正
石灰石骨材について吸水量を以下のように補正する。なお、補正の係数は骨材の性状によるので、以下の値（0.8、0.9）に限らない。
(ト)粗骨材について、（単位量×吸水率）に基づいて粗骨材の吸水量(G-W)を求め、これに０.８を乗じた値を上記単位水量(ｗ)に加える。
(チ)細骨材について、（単位量×吸水率）に基づいて細骨材の吸水量(S-W)を求め、これに０.９を乗じた値を上記単位水量(ｗ)に加える。

以上のようにして生コンクリートについて含水量ｘ(kg/m ^３ )を求め、このコンクリートの硬化体について、規格（JIS A 1129:2001「モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法」）に従って材齢２６週の長さ変化率を測定し、含水量ｘ(kg/m ^３ )に対する長さ変化率ｙ(×１０ ^−６ )の対応を調べると図１の結果が得られる。

図１に示すように、生コンクリート含水量ｘ(kg/m ^３ )に対してコンクリート硬化体の長さ変化率ｙ(×１０ ^−６ )は、次式[１]によって示される直線的な関係を有している。
ｙ＝−４.６０ｘ＋１７４ [１]
（式１の決定係数Ｒ^２＝０.８５８）

従って、生コンクリートについて単位水量の測定から含水量を求めることによって、上記式[１]に基づいて、コンクリート硬化体の乾燥収縮率を予測することができる。さらに、この乾燥収縮率に基づいて生コンクリートの品質を判定することができる。生コンクリートの単位水量は数時間で測定することができるので、コンクリート硬化体の乾燥収縮率の予測、および生コンクリートの品質の判定を１日で行うことができる。

〔実施例１：生コンクリートの単位水量測定〕
表１に示す材料を使用し、表２に示す配合に従って生コンクリートを調製した（試料No.A1、A2、A3）。この生コンクリートについて、上記(イ)の手順に従ってモルタル試料を採取率が２５〜３０重量％になるように採取し、上記(ロ)の手順に従って蒸発水量を測定した。この蒸発水量に基づいて上記(ハ)の式[２]に従って水モルタル比を求めた。この測定した水モルタル比は表２の単位配合量から求めた水モルタル比に対する誤差は０.８〜１.６であり、信頼性の高いことがわかる。モルタル試料から測定した水モルタル比に基づき、生コンクリートの単位水量を算定し、上記(ホ)(ヘ)に従って骨材の吸水量を補正して生コンクリートの含水量を求めた。この結果を表３に示した。

〔実施例２：乾燥収縮率の測定〕
表４示す材料のうち、石灰石以外の材料を用い、表５示す配合に従って生コンクリートの試料を調製し、実施例１と同様にして生コンクリートの単位水量を測定し、上記(ホ)(ヘ)に従って骨材の吸水量を補正して生コンクリートの含水量を求めた。この試料について規格（JIS A 1129:2001「モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法」）に従って材齢２６週のコンクリート硬化体の長さ変化率を測定した。この結果を表５に示した。

〔実施例３〕
表４に示す材料のうち、骨材の一部または全部について石灰石骨材を用い、表６に示す配合に従って生コンクリートの試料を調製し、実施例１と同様にして生コンクリートの単位水量を測定し、上記(ト)(チ)に従って骨材の吸水量を補正して生コンクリートの含水量を求めた。この試料について規格（JIS A 1129:2001「モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法」）に従って材齢２６週のコンクリート硬化体の長さ変化率を測定した。この結果を表６に示した。また、表５と表６の結果を合わせて図１に示した。図示するように、生コンクリートの含水量ｘ(kg/m ^３ )に対してコンクリート硬化体の長さ変化率ｙ(×１０ ^−６ ) は、ｙ＝−４.６０ｘ＋１７４（決定係数Ｒ^２＝０.８５８、相関係数Ｒ＝０.９２６）の式で表される直線的な関係にあることがわかる。なお、この関係式の係数はこれに限定されるものではなく、試料数の増加により若干の変動があることは言うまでもない。

Claims

生コンクリートの含水量ｘ(kg/m ^３ )を測定し、材齢２６週のコンクリート硬化体について、長さ変化率ｙ(×１０ ^−６ )を、次式[１]に従って求めることを特徴とするコンクリート硬化体の乾燥収縮率の測定方法。
ｙ＝−４.６０ｘ＋１７４ [１]
生コンクリートを網目サイズ５ｍｍの篩に通して、該生コンクリート中の全モルタル量に対して篩い落されたモルタル量が１バッチあたり２０〜４０重量％であるようにモルタルを篩い落として採取し、
採取したモルタル試料の重さを計量した後に、該モルタル試料を高周波加熱器に入れ、予め設定された時間を高周波加熱して該モルタル試料中の水分の一部を蒸発させた後に、該モルタル試料の重さを計量し、高周波加熱の前後でのモルタル試料の重量差から該モルタル試料中の蒸発水量を求め、
この蒸発水量に基づいて、次式[２]に従って加熱前のモルタルの水モルタル比を計算し、
水モルタル比＝ａ×(蒸発水率)²＋ｂ×(蒸発水率)＋ｃ …[２]
（上記式[２]において、水モルタル比は水/モルタル量、蒸発水率は蒸発水量/モルタル量であり、ａ，ｂ，ｃは高周波加熱器固有の係数である）、
この水モルタル比から生コンクリートの単位水量を求め、この単位水量に使用骨材の吸水量を補正して生コンクリートの含水量を求め、材齢２６週のコンクリート硬化体の長さ変化率(ｙ)を上記式[１]に基づいて求める請求項１に記載する乾燥収縮率の測定方法。
請求項１または請求項２に記載する方法に従ってコンクリート硬化体の乾燥収縮率（長さ変化率）を求め、この乾燥収縮率に基づいて生コンクリートの品質を判定する方法。