JP5713429B2 - 収縮抑制材料を添加したコンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、収縮低減剤および／または膨張材（収縮抑制材料）を添加したコンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法に関する。

コンクリートは、引張強度が低いため、乾燥収縮等の収縮によりひび割れ（収縮ひび割れ）が発生することがある。このひび割れは、コンクリート造建築物の美観を損なうとともに、コンクリートの水密性・気密性の低下や鉄筋の腐食などの、建築物の耐久性低下の原因ともなっている。
したがって、コンクリートの耐久性を確保するためには、収縮ひび割れを制御することが必要となる。

収縮ひび割れの制御は、古くから取り組まれてきた重要なテーマであるが、平成１１年に「住宅の品質確保の促進等に関する法律」等が公布されて以来、コンクリートの収縮ひび割れについて、社会的関心が高まってきた。この法律には、建築物の工事が完了し引渡した後、ＲＣ造建築物については少なくとも２年間、住宅については１０年間に亘り、瑕疵担保責任が定められており、瑕疵の判断基準のひとつとして、ひび割れ幅が挙げられている。

ところで、収縮ひび割れは、通常、コンクリートの乾燥収縮ひずみが大きくなる程、その発生リスクが高まる。したがって、コンクリートを製造しようとする場合には、収縮抑制材料の添加等のひび割れ抑制手段を講じるために、コンクリートの収縮ひずみを事前に把握する必要がある。

コンクリートの収縮にはさまざまなものがあるが、主たる要因のひとつとして、乾燥による収縮がある。従来、乾燥下での収縮ひずみは、コンクリートの供試体を作製し、この収縮量を一定期間に亘って実測して求めていた。一般には、ＪＩＳ Ａ １１２９−１〜３「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」および附属書Ａ（参考）「モルタル及びコンクリートの乾燥による自由収縮ひずみ試験方法」に準じて、工事に用いようとしている配合に従い、１００×１００×４００ｍｍの角柱供試体を作製し、２０℃で７日間、水中養生した後、所定の温度（２０±２℃)および湿度(６０±５％)の環境下に置き、乾燥期間が６か月における供試体の収縮ひずみを求めていた。なお、本発明において、該ＪＩＳの方法に基づいて求めた、所定の乾燥期間における収縮ひずみを、乾燥収縮ひずみと定義する。

しかし、この方法では、工事に用いようとしているコンクリートが、目標とする乾燥収縮ひずみを満足するか否か判明するまで、６か月もの長期間を必要とし、コンクリートの品質管理に時間がかかることが課題となっていた。

そこで、この問題に対処するために、現在、乾燥期間6か月のコンクリートの乾燥収縮ひずみを、それ以前の短期データを用いて推定しうる推定式とともに、乾燥収縮ひずみの目標値を満足するか否かを、該式を用いて早期に判定する方法が提案されている。
例えば、非特許文献１では、コンクリートの長期の乾燥収縮ひずみを、その短期の乾燥収縮ひずみに基づき推定することができる、以下の推定式（以下「ＪＡＳＳ５式」という。）およびデータのバラツキを考慮した式中のα_iが提案されている（表１）。
ε_ｓｈ ^ｅｓｔ＝α_ｉ×ε_ｓｈ ^ｉ
（式中、ε_ｓｈ ^ｅｓｔは、ＪＩＳ Ａ １１２９−１〜３および同附属書Ａ（参考）に基づき測定されたコンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの推定値を表し、ε_ｓｈ ^ｉは、該ＪＩＳおよび同附属書に基づき測定された乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみを表し、α_ｉは、ε_ｓｈ ^ｉからε_ｓｈ ^ｅｓｔを推定するための係数を表す。）

しかし、前記ＪＡＳＳ５式の適用対象は、特定のコンクリートに限られ、収縮低減剤や膨張材を添加したコンクリートは除外されていた（非特許文献１ ３５６頁）。したがって、収縮低減剤や膨張材等の収縮抑制材料を添加したコンクリートにおいても、長期の乾燥収縮ひずみを、短期の乾燥収縮ひずみに基づき、精度よく推定することができる推定式および推定方法が望まれていた。

「建築工事標準仕様書・同解説 ＪＡＳＳ５ 鉄筋コンクリート工事 １３版」、日本建築学会編、２００９年２月発行

そこで、本発明は、収縮低減剤および／または膨張材等の収縮抑制材料を添加したコンクリート（以下「収縮抑制材料添加コンクリート」という。）の長期の乾燥収縮ひずみを、その短期の乾燥収縮ひずみに基づき、精度よく推定することができる推定方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決するために、鋭意検討した結果、
（１）図１〜３に例示するように、収縮抑制材料を含まないコンクリート（以下「基準コンクリート」という。）のみならず、ＪＡＳＳ５式の適用対象外とされていた収縮抑制材料添加コンクリートにおいても、短期（例えば４週）の乾燥収縮ひずみと長期（例えば２６週）の乾燥収縮ひずみとの間に、使用材料によらず各コンクリート特有の傾きを有する直線（関係）が存在すること、そして、
（２）図４において、乾燥期間ｉ週（例えば４週、８週および１３週、すなわちｉ＝４、８および１３）ごとに、収縮抑制材料添加コンクリートにおける前記回帰直線の傾き（Ｓ_ｉ）と基準コンクリートにおける前記回帰直線の傾き（Ｓ_ｉ ^０）との比（Ｓ_ｉ／Ｓ_ｉ ^０）をとると、図５に示すように、乾燥期間ｉ週と該比（Ｓ_ｉ／Ｓ_ｉ ^０）との間には累乗関数が成立すること、したがって、
（３）これらの関係を利用すれば、収縮抑制材料添加コンクリートの長期における乾燥収縮ひずみを、その短期における乾燥収縮ひずみに基づき精度よく推定できること
を見出し本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供する。
［１］下記（１）式および下記（２）に基づいて、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定値を算出する、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法。
β_ｉ＝ａi^b ……（１）
（上記（１）式中、ｉは、乾燥期間（４週、８週および１３週から選ばれる、いずれかの週の数値）を表し、ａ、ｂは、収縮抑制材料の種類および添加量に応じて選ばれる係数を表し、β_ｉは、乾燥期間ｉ週における修正係数を表す。ただしi=２６のときβ_i＝１．０である。）
ε_ｓｈ ^ｅｓｔ＝α_ｉ×β_ｉ×ε_ｓｈ ^ｉ ……（２）
（上記（２）式中、ε_ｓｈ ^ｅｓｔは、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの推定値を表し、α_ｉは、基準コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみ（ε_０ ^２６）と、基準コンクリートの乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみ（ε_０ ^ｉ）との比（ε_０ ^２６／ε_０ ^ｉ）を表し、ε_ｓｈ ^ｉは、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみを表す。）

［２］前記の収縮抑制材料添加コンクリートに含まれる骨材の絶乾密度が、１．５ｇ／ｃｍ^３以上である前記［１］に記載の、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法。
［３］前記収縮抑制材料が、収縮低減剤および／または膨張材である前記［１］または［２］のいずれかに記載の、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法。

本発明の推定方法によれば、収縮抑制材料添加コンクリートの長期における乾燥収縮ひずみを、その短期における乾燥収縮ひずみに基づいて、精度よく推定することができる。

収縮低減剤添加コンクリートの乾燥期間４週における乾燥収縮ひずみと、乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみとの直線関係を示す図である。 膨張材添加コンクリートの乾燥期間４週における乾燥収縮ひずみと、乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみとの直線関係を示す図である。 収縮低減剤と膨張材を併用したコンクリートの乾燥期間４週における乾燥収縮ひずみと、乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみとの直線関係を示す図である。 乾燥期間ｉ週と、基準コンクリートにおける回帰直線の傾き（Ｓ_ｉ ^０）および収縮抑制材料添加コンクリートにおける回帰直線の傾き（Ｓ_ｉ）との直線関係を示す図である。 乾燥期間ｉ週と、収縮抑制材料添加コンクリートにおける回帰直線の傾き（Ｓ_ｉ）と基準コンクリートにおける回帰直線の傾き（Ｓ_ｉ ^０）の比（Ｓ_ｉ／Ｓ_ｉ ^０）との曲線関係（累乗関数）を示す図である。 収縮低減剤添加コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの実測値と推定値の相関関係を示す図であって、（ａ）は実測から得られたα_ｉを用いた場合、（ｂ）は表１から選択したα_ｉを用いた場合である。 膨張材添加コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの実測値と推定値の相関関係を示す図であって、（ａ）は実測から得られたα_ｉを用いた場合、（ｂ）は表１から選択したα_ｉを用いた場合である。 収縮低減剤と膨張材を併用したコンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの実測値と推定値の相関関係を示す図であって、（ａ）は実測から得られたα_ｉを用いた場合、（ｂ）は表１から選択したα_ｉを用いた場合である。

本発明は、上述したとおり、下記（１）式および下記（２）に基づいて、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定値を算出する、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法である。
β_ｉ＝a×i^b……（１）
ε_ｓｈ ^ｅｓｔ＝α_ｉ×β_ｉ×ε_ｓｈ ^ｉ ……（２）
本発明について、以下に詳細に説明する。

［係数ａ、ｂ］
（１）式の係数ａ、ｂは、コンクリートに添加する収縮抑制材料の種類および添加量に応じて、下記の表２から選択される。

［係数α_ｉ］
係数α_ｉは、複数の基準コンクリート（収縮制御材料を添加していないコンクリート）の供試体を作製して、乾燥期間２６週と乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみを測定し、乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみ（ε_０ ^２６）と、基準コンクリートの乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみ（ε_０ ^ｉ）との比（ε_０ ^２６／ε_０ ^ｉ）である。また、これらのデータが無い場合については、ＪＡＳＳ５式の係数（前記表１）を用いることもでき、この場合、試験のバラツキを考慮した安全側の推定値を得ることができる。

［短期における乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｉの測定］
乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｉは、ＪＩＳ Ａ １１２９−１〜３および同附属書Ａ（参考）基づき測定された、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみである。
ε_ｓｈ ^ｉの測定は、具体的には、工事に用いようとする収縮抑制材料添加コンクリートと同じ配合のコンクリートの供試体（１００×１００×４００ｍｍ）を作製した後、該供試体を材齢７日まで、２０±２℃の水中に浸漬して養生を行う。この養生後、引き続き、供試体を温度２０±３℃、相対湿度６０±５％の室内に静置して乾燥させる。この乾燥させた各供試体は、ＪＩＳ Ａ １１２９−１〜３「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準じて、乾燥期間４週、８週および１３週における長さ変化を測定し、短期における収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｉを求める。

［長期における乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｅｓｔの推定値の算出］
収縮抑制材料の種類および添加量に応じて、表２から係数ａおよびbを選択し、該係数ａ、ｂと乾燥期間ｉ週を（１）式に代入してβ_ｉを求める。次に、このβ_ｉと、実測のα_iまたは表１から選択されるα_ｉと、前記乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｉを、（２）式に代入して、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｅｓｔの推定値を算出する。

［収縮抑制材料］
本発明の推定方法の対象となるコンクリートに添加する収縮抑制材料として、収縮低減剤や膨張材が挙げられる。
このうち、収縮低減剤として、例えば、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物、２〜８価の多価アルコールのアルキレンオキシド付加物、低級アルキルアミンのアルキレンオキシド付加物、オリゴマー領域のポリプロピレングリコール、アルカンジオール類、低分子アルコール類等の非イオン系界面活性剤や、ポリアルキレンオキシド・ポリカルボン酸部分エステルから選ばれる１種または２種以上、および、これらと消泡剤の混合物が挙げられる。本発明の推定方法は、該収縮低減剤の添加量がコンクリート１ｍ^３当たり１〜１０ｋｇの範囲で適用可能である。
また、膨張材として、例えば、カルシウムサルホアルミネート系膨張材や石灰系膨張材等が挙げられる。本発明の推定方法は、該膨張材の添加量がコンクリート１ｍ^３当たり１０〜３０ｋｇの範囲で適用可能である。
また、収縮抑制材料として、前記収縮低減剤と前記膨張材を併用することもできる。

［本発明の推定方法の対象となるコンクリートの構成材料］
本発明の推定方法の対象となるコンクリートにおいて使用可能なセメントは、特に限定されず、例えば、ポルトランドセメント、混合セメントおよびエコセメント等が挙げられる。
また、該コンクリートにおいて使用可能な骨材の種類も、特に限定されない。前記骨材としては、例えば、玄武岩、安山岩、流紋岩、斑レイ岩、石灰石、硬質砂岩、粘板岩、砂岩、花崗岩、角閃岩、凝灰岩および砂利等から選ばれる１種または２種以上の混合物が挙げられる。かかる骨材は、天然骨材でも再生骨材でもよい。

また、該コンクリートにおいて使用する骨材の絶乾密度は、１．５ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、２．０ｇ／ｃｍ^３以上がより好ましく、２．５ｇ／ｃｍ^３以上が更に好ましい。該値が１．５ｇ／ｃｍ^３未満では、推定精度が低下する傾向にある。
また、該コンクリートにおいて使用可能な混和剤（材）は、例えば、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、防錆剤、増粘剤、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、石灰石微粉末等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．使用した材料
（１）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）収縮低減剤：テトラガードＡＳ２１（太平洋マテリアル社製）
（３）膨張材：太平洋ハイパーエクスパン（太平洋マテリアル社製）

２．収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの測定
収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥期間４週、８週および１３週における乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^ｉと、予測精度の比較のために乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみを、ＪＩＳ Ａ １１２９−２（コンタクトゲージ方法）および附属書Ａ（参考）に準じて測定した。
具体的には、表３に示す配合のコンクリートの供試体（１００×１００×４００ｍｍ）を作製した後、該供試体を材齢７日まで、２０℃の水中に浸漬して養生を行った。この養生後、引き続き、供試体を温度２０℃、相対湿度６０％の室内に、乾燥期間２６週まで静置して乾燥させた。この乾燥させた供試体は、ＪＩＳ Ａ １１２９−２（コンタクトゲージ方法）に準じて、乾燥期間４週、８週および１３週の長さ変化（乾燥収縮ひずみ）を測定した。

３．（１）式と（２）式を用いた乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの推定値の算出
表３に記載の収縮低減剤および膨張材の添加量に応じて、表２から係数ａ、ｂを選択し、該係数ａ、ｂとｉ＝４、８および１３を、それぞれ（１）式に代入してβ_４、β_８およびβ_１３を求めた。次に、このβ_４、β_８およびβ_１３と、実測から得られたα_４、α_８およびα_１３および表１から選択されるα_４、α_８およびα_１３と、測定して得た乾燥収縮ひずみε_ｓｈ ^４、ε_ｓｈ ^８およびε_ｓｈ ^１３を、乾燥期間ごとに、（２）式に代入して、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの推定値ε_ｓｈ ^ｅｓｔを算出した。これらの推定値と、前記２．において測定して得た乾燥収縮ひずみの実測値の相関関係を図６〜８に示す。

図６〜８に示すように、本発明に係る推定式（（１）式および（２）式）により算出した推定値は、実測値と一致度が極めて高い。また、表１のα_iを用いた場合、予測値が実測値を上回り、安全側に推定していることがわかる。したがって、本発明の推定方法によれば、収縮抑制材料添加コンクリートの長期の乾燥収縮ひずみを、その短期の乾燥収縮ひずみに基づいて、極めて精度よく推定することができる。

Claims (3)

1. 下記（１）式および下記（２）に基づいて、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定値を算出する、収縮抑制材料添加コンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法。
   β_ｉ＝ai^b ……（１）
   （上記（１）式中、ｉは、乾燥期間（４週、８週および１３週から選ばれる、いずれかの週の数値）を表し、ａ、ｂは、収縮抑制材料の種類および添加量に応じて選ばれる係数を表し、β_ｉは、乾燥期間ｉ週における修正係数を表す。ただしi=２６のときβ_i＝１．０である。）
   ε_ｓｈ ^ｅｓｔ＝α_ｉ×β_ｉ×ε_ｓｈ ^ｉ ……（２）
   （上記（２）式中、ε_ｓｈ ^ｅｓｔは、収縮抑制材料を添加したコンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみの推定値を表し、α_ｉは、基準コンクリートの乾燥期間２６週における乾燥収縮ひずみ（ε_０ ^２６）と、基準コンクリートの乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみ（ε_０ ^ｉ）との比（ε_０ ^２６／ε_０ ^ｉ）を表し、ε_ｓｈ ^ｉは、収縮抑制材料を添加したコンクリートの乾燥期間ｉ週における乾燥収縮ひずみを表す。）
2. 前記収縮抑制材料を添加したコンクリートに含まれる骨材の絶乾密度が、１．５ｇ／ｃｍ^３以上である請求項１に記載の、収縮抑制材料を添加したコンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法。
3. 前記収縮抑制材料が、収縮低減剤および／または膨張材である請求項１または２のいずれかに記載の、収縮抑制材料を添加したコンクリートの乾燥収縮ひずみの推定方法。

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