JP5777208B2

JP5777208B2 - 超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法

Info

Publication number: JP5777208B2
Application number: JP2011170848A
Authority: JP
Inventors: 前堀　伸平; 伸平前堀; 豪士中崎; 充谷村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: JP2013036769A

Description

本発明は、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを予測する方法に関する。

コンクリートは引張強度が低いため、コンクリートの収縮によりひび割れ（収縮ひび割れ）が発生する場合がある。この収縮ひび割れは、コンクリート造建築物の美観を損なうほか、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にもなっている。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。
この収縮ひび割れには、主に、コンクリートの乾燥により生じる乾燥収縮ひずみと、コンクリート中のセメントの水和に起因して生じる自己収縮ひずみとがある。そして、コンクリートの圧縮強度が高くなるに従い、自己収縮ひずみが収縮ひび割れの主因となって、無視できなくなることが知られている。したがって、特に、超高強度コンクリートの収縮ひび割れを制御するためには、主因となる自己収縮ひずみを事前に把握する必要がある。

しかし、自己収縮ひずみを事前に把握するためには、コンクリート供試体の作製や、長期にわたるひずみの測定等の作業が必要となり、手間がかかる。よって、コンクリートの自己収縮ひずみを実測することなく、精度よく予測することができれば、収縮ひび割れの制御等のコンクリートの品質管理上、極めて有益である。
そこで、例えば、非特許文献１では、自己収縮ひずみを時間の関数として予測することができる、下記の一連の式（４．３．５）、および、式（解４．３．３）〜式（解４．３．８）が提案されている（５３頁、５４頁）。

式（解４．３．５）のａ_ｓｈおよびｂ_ｓｈは自己収縮ひずみの進行特性を表す係数であり、セメントの種類により、下記の式（解４．３．６）〜式（解４．３．８）から求める。

しかし、前記予測式が対象とするコンクリートは、水セメント比が３０〜５５％の範囲で、設計基準強度が６０Ｎ／ｍｍ^２程度までのコンクリート構造物である（１頁、５３頁）。
したがって、前記予測式を、水セメント比が３０％未満の（超）高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測に用いた場合、後掲する図２に示すように、その予測曲線は実測値と大きく乖離して、予測に供することはできない。

また、非特許文献２では、圧縮強度が１２０Ｎ／ｍｍ^２までの高強度コンクリートの自己収縮ひずみのデータを用いて求めた、下記の予測式が提案されている（３３頁）。

しかし、前記予測式は、結合材に普通ポルトランドセメントのみを用いたコンクリートを対象としている。そして、該文献において、コンクリートの自己収縮は、結合材の種類や、水結合材比の影響を大きく受けることが知られており、他の種類の結合材を用いる場合は、別に実験を行って自己収縮の値を定めなければならないとされている（３３頁）。
したがって、前記予測式を、結合材や水結合材比が異なる超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測に用いた場合、その予測精度は十分ではないと予想される。

「マスコンクリートのひび割れ制御指針２００８」、日本コンクリート工学協会編、１頁、５３頁、５４頁、２００８年１１月２１日発行「高強度コンクリートを用いたＰＣ構造物の設計施工基準」、プレストレストコンクリート技術協会編、３３頁、２００８年１０月１日発行

そこで、本発明は、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを、簡易に精度よく予測することができる方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の式を用いれば、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを、簡易に精度よく予測できることを見い出し、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］２０℃および封緘養生の条件下における超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを、下記の（１）〜（３）式を用いて予測する、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法。
ε^’ _ａｓ＝γ×３０７０×ｅｘｐ｛−７．２×（Ｗ／Ｐ）｝×｛１−ｅｘｐ（−ａ×ｔ^ｂ）｝ …（１）
ａ＝２．７９×ｅｘｐ｛−１０．１×（Ｗ／Ｐ）｝ …（２）
ｂ＝０．１１×ｅｘｐ｛７．９２×（Ｗ／Ｐ）｝ …（３）
（式中、ε^’ _ａｓは自己収縮ひずみ（×１０^−６）を表し、γは実験定数（０．４５）を表し、Ｗ／Ｐは水粉体比（％）を表し、ｔは超高強度コンクリートの凝結始発時を起点とする該コンクリートの材齢（日）を表す。）
［２］前記超高強度コンクリートが、中庸熱ポルトランドセメントおよび／または低熱ポルトランドセメントと、シリカフュームと、骨材と、水とを少なくとも含む、前記［１］に記載の超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法。
［３］前記超高強度コンクリートの水粉体比が１０〜２５％である、前記［１］または［２］に記載の超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法。
ここで、水粉体比とは、超高強度コンクリートに含まれる、骨材由来の粉体を除いた粉体の質量に対する水の質量の比をいい、単位は％である。また、該粉体は、例えば、セメント、シリカフューム等のポゾラン物質、高炉スラグ等の潜在水硬性物質、石灰石および石膏等から選ばれる、少なくとも１種以上である。

本発明の予測方法によれば、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを、簡易に精度よく予測することができる。

超高強度コンクリートの圧縮強度を示す図である。超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの実測値と、本発明に係る予測式を用いて得た予測曲線と、参考例として非特許文献１に係る予測式を用いて得た予測曲線とを示す図であって、水粉体比が（ａ）では２０％、（ｂ）では１６．５％、（ｃ）では１３％である場合の図である。

本発明は、上述したとおり、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを、前記（１）〜（３）式を用いて予測する方法である。
以下に、本発明について詳細に説明する。なお、％は特に示さない限り、質量％である。

１．超高強度コンクリート
本発明において、自己収縮ひずみを予測する対象となるコンクリートは、超高強度コンクリートである。
そして、前記超高強度コンクリートは、通常、中庸熱ポルトランドセメントおよび／または低熱ポルトランドセメントと、シリカフュームと、骨材と、水とを少なくとも含むものである、
また、前記シリカフュームのＢＥＴ比表面積は５〜１５ｍ^２／ｇが好ましく、７〜１３ｍ^２／ｇがより好ましい。該値が５ｍ^２／ｇ未満では、シリカフュームの反応性が低下し、超高強度コンクリートの初期の強度発現性が不十分になるおそれがあり、該値が１５ｍ^２／ｇを超えると、超高強度コンクリートの流動性が低下するおそれがある。
また、粉体中のシリカフュームの含有率は５〜３０％が好ましく、８〜２５％がより好ましい。該値が５％未満では、水粉体比が、例えば、１７％以下、特に１５％以下と低い場合に、超高強度コンクリートの粘性が上昇して流動性が低下するおそれがある。また、該値が３０％を超えると、超高強度コンクリートの強度発現性が低下するおそれがある。
前記超高強度コンクリートに用いる骨材は、特に制限されないが、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、少なくとも１種以上が挙げられる。かかる骨材は、天然骨材でも再生骨材でもよい。

また、前記超高強度コンクリートの水粉体比は、施工性や強度発現性などの観点から、１０〜２５％が好ましく、１０〜２０％がより好ましく、１０〜１８％が更に好ましい。
前記水粉体比を有する超高強度コンクリートの圧縮強度は、例えば、材齢２８日において１００Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ、材齢９１日において１２０Ｎ／ｍｍ^２超が好ましく、材齢２８日において１２０Ｎ／ｍｍ^２超、かつ、材齢９１日において１５０Ｎ／ｍｍ^２以上がより好ましい。
また、前記超高強度コンクリートにおいて、流動性および強度発現性の向上のために、さらに石膏を添加してもよい。この場合、粉体中の石膏の含有率はＳＯ_３換算で１０％以下が好ましい。該値が１０％を超えると、材料分離が生じやすく、強度が低下するおそれがある。また、石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏等から選ばれる、少なくとも１種以上が挙げられる。
さらに、前記超高強度コンクリートは、減水剤、高性能減水剤および高性能ＡＥ減水剤などの混和剤を含んでもよい。

２．超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測
該予測は、下記（１）〜（３）式を用いて、２０℃および封緘養生の条件下における自己収縮ひずみを算出することにより行われる。
ε^’ _ａｓ＝γ×３０７０×ｅｘｐ｛−７．２×（Ｗ／Ｐ）｝×｛１−ｅｘｐ（−ａ×ｔ^ｂ｝ …（１）
ａ＝２．７９×ｅｘｐ｛−１０．１×（Ｗ／Ｐ）｝ …（２）
ｂ＝０．１１×ｅｘｐ｛７．９２×（Ｗ／Ｐ）｝ …（３）
（式中、ε^’ _ａｓは自己収縮ひずみ（×１０^−６）を表し、γは実験定数（０．４５）を表し、Ｗ／Ｐは水粉体比（％）を表し、ｔは超高強度コンクリートの凝結始発時を起点とする該コンクリートの材齢（日）を表す。）
本発明に係る予測式は、上記のとおり、変数として水粉体比とコンクリートの材齢だけを用いるため、自己収縮ひずみを極めて簡易に算出して予測することができる。

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ない。
［超高強度コンクリートの自己収縮ひずみと圧縮強度の測定］
表５に示す材料を用い、表６に示す配合に従い、超高強度コンクリートの供試体を作製し、その自己収縮ひずみと圧縮強度を測定した。
具体的には、自己収縮ひずみは、日本コンクリート工学協会基準・ＪＣＩ−ＳＡＳ２「セメントペースト、モルタルおよびコンクリートの自己収縮および自己膨張試験方法（案）」に準じ、材齢１日で、大きさが１００×１００×４００ｍｍの供試体を脱型した後、該供試体の露出面の全てに、アルミ箔粘着テープを貼付し、２０℃の恒温室内で封緘養生を継続しながら、測温機能付き埋込型ひずみ計を用いて測定した。また、圧縮強度については、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じ、標準養生（２０℃の水中で養生）した、大きさがφ１００×２００ｍｍの円柱供試体の、材齢７日、２８日および９１日における圧縮強度を測定した。
圧縮強度の測定結果を、図１に示す。また、自己収縮ひずみの測定結果と、本発明に係る予測式を用いて得た自己収縮ひずみの予測曲線と、参考例として非特許文献１に記載の予測式を用いて得た自己収縮ひずみの予測曲線とを、図２に示す。

図１に示すように、全ての供試体の圧縮強度は、材齢２８日で１２０Ｎ／ｍｍ^２を超え、材齢９１日では１５０Ｎ／ｍｍ^２を超えている。
また、図２から分かるように、本発明に係る予測式を用いて算出した予測値（予測曲線）は、骨材の種類に依らず、いずれの水結合材比においても、実測値とよく一致している。
したがって、本発明の予測方法を用いれば、簡易に精度よく、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを予測することができる。

Claims

２０℃および封緘養生の条件下における超高強度コンクリートの自己収縮ひずみを、下記の（１）〜（３）式を用いて予測する、超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法。
ε^’ _ａｓ＝γ×３０７０×ｅｘｐ｛−７．２×（Ｗ／Ｐ）｝×｛１−ｅｘｐ（−ａ×ｔ^ｂ｝ …（１）
ａ＝２．７９×ｅｘｐ｛−１０．１×（Ｗ／Ｐ）｝ …（２）
ｂ＝０．１１×ｅｘｐ｛７．９２×（Ｗ／Ｐ）｝ …（３）
（式中、ε^’ _ａｓは自己収縮ひずみ（×１０^−６）を表し、γは実験定数（０．４５）を表し、Ｗ／Ｐは水粉体比（％）を表し、ｔは超高強度コンクリートの凝結始発時を起点とする該コンクリートの材齢（日）を表す。）
前記超高強度コンクリートが、中庸熱ポルトランドセメントおよび／または低熱ポルトランドセメントと、シリカフュームと、骨材と、水とを少なくとも含む、請求項１に記載の超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法。
前記超高強度コンクリートの水粉体比が１０〜２５％である、請求項１または２に記載の超高強度コンクリートの自己収縮ひずみの予測方法。