JP6381938B2 - フレッシュコンクリートの施工性評価方法および配合設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、特定の予測式を用いてフレッシュコンクリートの施工性を評価する方法および配合を設計する方法に関する。

フレッシュコンクリートの施工性は、ワーカビリティー、コンシステンシー、および材料分離抵抗性等のフレッシュ性状を表す各種の特性を包含した概念で、一般に、スランプ試験により評価されている。そして、該試験は、フレッシュコンクリートをスランプコーンに詰め、突棒で突いて均質化した後、スランプコーンを引き上げて、コンクリートの頂部が沈下した高さを測定するという極めて簡便な方法である。そのため、該試験は長年にわたり、フレッシュコンクリートの品質管理方法として多用されてきた。
しかし、近年の混和剤技術の進歩や、天然骨材の枯渇による砕砂や砕石の使用などにより、同一のスランプを有するコンクリートであっても、施工性が大きく異なる場合があることが知られてきた。そこで、該欠点を補うことができる方法が求められている。

かかる事情から、フレッシュコンクリートの施工性を評価する新たな方法が提案されている。
たとえば、ＪＳＣＥ３４１委員会が提案した「フレッシュコンクリートの加振ボックス充てん試験方法（案）」（以下「試験方法（案）」という。）は、スランプが８〜２１ｃｍ程度のフレッシュコンクリートを対象として、図１に示す加振ボックス充填試験装置と棒状バイブレータを用いて、該装置内のＡ室とＢ室の間に設置した障害鉄筋の間にコンクリートを通過させ、間隙通過速度と平均粗骨材量変化率を求めて、前記施工性を評価する方法である。そして、間隙通過速度は、主にフレッシュコンクリートの充填性を表す指標であり、平均粗骨材量変化率は、主にフレッシュコンクリートの材料分離抵抗性を表す指標である。
また、特許文献１に記載の高流動コンクリートの材料分離抵抗性の評価方法は、下記第一と第二の試験方法による判定結果が所定の基準を満たすか否かで、高流動コンクリートの材料分離抵抗性を評価する方法である。そして、前記第一の試験方法とは、スランプフロー試験後の平坦に拡がったコンクリート供試体に対し、モルタル分の外縁部と、放射方向の端部に位置する所定の粒径以上の粗骨材の重心との距離を計測して平均し、この平均値が所定の設定値内に収まるか否かを判定する方法である。また、前記第二の試験方法とは、平坦に拡がったコンクリート供試体を環状の外側部分とこれの内側部分とに分割し、所定の粒径以上の粗骨材に対するコンクリート供試体全体の粗骨材密度と、前記外側部分の粗骨材密度と前記内側部分の粗骨材密度とを求め、これらの粗骨材密度が概略等しいか否かを判定する方法である。

また、特許文献２に記載の高流動コンクリートの材料分離評価方法は、同一材料を用いた分離していないフレッシュな普通コンクリートと、フレッシュな高流動コンクリートとの表面の色差を測定して、高流動コンクリートの分離状態を評価する方法である。
さらに、特許文献３に記載のコンクリートの試験方法は、筒状のタンク部と、仕切板によって前記タンク部の下部と区画された所定の傾きの傾斜フロー部とを備えた傾斜フロー試験器の前記タンク部に、フレッシュコンクリートの試料を所定の高さまで詰め込み、前記仕切板を開放して前記傾斜フロー部に前記試料を流下させ、その際の前記試料の流下速度を測定して該試料のワーカビリティーを評価する方法である。
しかし、前記いずれの方法も特別な試験装置が必要であり、また、前記スランプ試験と比べ格段に手間がかかる。

特開平１０−２６７９２１号公報 特開平１１−２６４７９４号公報 特開２００４−０６９３６３号公報

そこで、本発明は、特別な試験装置を用いることなく、フレッシュコンクリートの施工性を、簡便かつ精度よく予測して評価する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記目的にかなう方法について検討したところ、フレッシュコンクリートの施工性を予測するための新たな予測式を導出し、この予測式を用いれば前記施工性を簡便かつ精度よく評価できることを見い出した。
すなわち、本発明は下記の構成を有するフレッシュコンクリートの施工性評価方法等である。

［１］下記（１）式を用いて間隙通過速度（Ｖ）の予測値を求め、該予測値から施工性を評価する、フレッシュコンクリートの施工性評価方法。
Ｖ＝０．３４Ｃ＋０．７９（ｓ/ａ）−４．４０（ｆ_Ｓ・ｆ_Ｇ）−５０．６０ ・・・（１）
ただし、（１）式中のＶは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、Ｃはコンクリート中の単位セメント量（ｋｇ/ｍ^３）を表し、ｓ/ａは細骨材率（％）を表し、ｆ_Ｓは細骨材の粗粒率を表し、ｆ_Ｇは粗骨材の粗粒率を表す。
［２］さらに、前記間隙通過速度（Ｖ）の予測値と、スランプ（Ｓ_Ｌ）の目標値と、下記（２）〜（４）式を用いて、平均粗骨材量変化率（Ｓ_ｇ）の予測値を求め、該予測値から施工性を評価する、前記［１］に記載のフレッシュコンクリートの施工性評価方法。
Ｓ_ｇ＝α・Ｖ^β ・・・（２）
α＝１．１８Ｓ_Ｌ＋７３．１０ ・・・（３）
β＝０．０２３Ｓ_Ｌ−１．１２ ・・・（４）
ただし、（２）式中のＳ_ｇは平均粗骨材量変化率（％）を表し、Ｖは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、（３）式および（４）式中のＳ_Ｌはコンクリートのスランプ（ｃｍ）を表す。
［３］目標とするコンクリートの暫定配合の値を定め、配合の値から算出される間隙通過速度および／または平均粗骨材量変化率の値が適正な値になるまで、下記（Ａ）算出工程と（Ｂ）修正工程を繰り返す、コンクリートの配合設計方法。
（Ａ）配合の値と下記（１）〜（４）式を用いて間隙通過速度および／または平均粗骨材量変化率の値を算出する算出工程
（Ｂ）前記算出した値の妥当性を検討し、該検討結果に基づきコンクリートの配合の値を修正する修正工程
Ｖ＝０．３４Ｃ＋０．７９（ｓ/ａ）−４．４０（ｆ _Ｓ ・ｆ _Ｇ ）−５０．６０ ・・・（１）
ただし、（１）式中のＶは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、Ｃはコンクリート中の単位セメント量（ｋｇ/ｍ ^３ ）を表し、ｓ/ａは細骨材率（％）を表し、ｆ _Ｓ は細骨材の粗粒率を表し、ｆ _Ｇ は粗骨材の粗粒率を表す。
Ｓ _ｇ ＝α・Ｖ ^β ・・・（２）
α＝１．１８Ｓ _Ｌ ＋７３．１０ ・・・（３）
β＝０．０２３Ｓ _Ｌ −１．１２ ・・・（４）
ただし、（２）式中のＳ _ｇ は平均粗骨材量変化率（％）を表し、Ｖは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、（３）式および（４）式中のＳ _Ｌ はコンクリートのスランプ（ｃｍ）を表す。

本発明のフレッシュコンクリートの施工性評価方法によれば、特別な試験装置を用いることなく、フレッシュコンクリートの施工性を簡便かつ精度よく評価できる。また、本発明のコンクリートの配合設計方法によれば、目標とする施工性を有するコンクリートの配合設計を容易に行うことができる。

前記試験方法（案）における、加振ボックス充填試験装置の使用態様を示す図である。 フレッシュコンクリートの施工性の予測値と実際の測定値との間の相関を示す図であって、（ａ）は間隙通過速度についての図であり、（ｂ）は平均粗骨材量変化率についての図である。

本発明において予測する間隙通過速度と平均粗骨材量変化率は、前記試験方法（案）に規定されているフレッシュコンクリートの施工性の評価指標であり、以下の加振ボックス充填試験により求めることができる。

［加振ボックス充填試験］
図１に加振ボックス充填試験装置の概略図を示す。装置はＡ室とＢ室に分かれ、その間に流動障害となる異形鉄筋(Ｄ１３)が配置されている。Ａ室とＢ室の間に仕切を設けて、フレッシュコンクリートをＡ室の上面まで詰め、棒状バイブレータの先端をＡ室の下端から１００ｍｍの高さの位置に設置する。次に、仕切りを開放した後、バイブレータを振動させてＡ室からＢ室へとフレッシュコンクリートを流動させ、Ｂ室の下端から１９０ｍｍの高さの位置と３００ｍｍの高さの位置にコンクリートが到達する時間を測定する。
そして、間隙通過速度は、（５）式に示すように、両位置の間の距離である１１０ｍｍを、コンクリートが１９０ｍｍの位置から３００ｍｍの位置に到達した時間で除した値であり、主にフレッシュコンクリートの充填性を表す指標となる。
Ｖ_ｐａｓｓ＝１１０／（ｔ_３００−ｔ_１９０） ・・・（５）
ただし、（５）式中、Ｖ_ｐａｓｓは間隙通過速度（ｍｍ／秒）を表し、ｔ_３００は３００ｍｍの位置に到達した時間（秒）を表し、ｔ_１９０は１９０ｍｍの位置に到達した時間（秒）を表す。

また、コンクリートの流動が停止した時点でバイブレータの振動を止め、Ａ室の下端付近とＢ室の上端付近から試料をそれぞれ２リットル程度採取して、洗い試験によりコンクリート中に含まれる粗骨材量（質量）を測定する。そして、平均粗骨材量変化率は、（６）〜（８）式に示すように、Ａ室の粗骨材量と配合上の粗骨材量の比率と、Ｂ室の粗骨材量と配合上の粗骨材量の比率との差を２で除して得た値であり、主にフレッシュコンクリートの材料分離抵抗性を表す指標となる。
δ_Ａ＝１００×Ｇ_Ａ／Ｇ_０ ・・・（６）
δ_Ｂ＝１００×Ｇ_Ｂ／Ｇ_０ ・・・（７）
δ_ａｖｇ．＝|δ_Ａ−δ_Ｂ|／２ ・・・（８）
ただし、（６）〜（８）式中、δ_ＡはＡ室の粗骨材量変化率（％）を表し、δ_ＢはＢ室の粗骨材量変化率（％）を表し、Ｇ_ＡおよびＧ_Ｂは、それぞれＡ室およびＢ室から採取した試料の単位粗骨材量（ｋｇ／ｍ^３）を表し、Ｇ_０は配合上の単位粗骨材量（ｋｇ／ｍ^３）を表し、δ_ａｖｇ．は平均粗骨材量変化率（％）を表す。

これに対し、本発明のフレッシュコンクリートの施工性評価方法は、前記試験を行わずに、前記（１）式にコンクリートの配合条件である単位セメント量、細骨材率、細骨材の粗粒率、および粗骨材の粗粒率を代入するだけで、間隙通過速度を精度よく予想できる。
また、本発明のフレッシュコンクリートの施工性評価方法は、さらに、前記間隙通過速度の予測値と、スランプの目標値と、前記（２）〜（４）式を用いて、平均粗骨材量変化率を精度よく予想できる。そして、これらの予測値に基づきフレッシュコンクリートの施工性を評価することができる。

さらに、本発明のコンクリートの配合設計方法は、目標とするコンクリートの暫定配合の値を定め、配合の値から算出される間隙通過速度および／または平均粗骨材量変化率の値が適正な値になるまで、配合の値と前記（１）〜（４）式を用いて間隙通過速度および／または平均粗骨材量変化率の値を算出する算出工程と、前記算出した値の妥当性を検討し、該検討結果に基づきコンクリートの配合の値を修正する修正工程とを繰り返す方法である。
本発明者は、本発明の特別な技術的特徴である前記（１）〜（４）式の適用可能性を、前記フレッシュコンクリートの施工性評価方法以外にも検討した結果、コンクリートの配合設計に応用できることを見い出した。そして、本発明のコンクリートの配合設計方法は、目標とする施工性を有するコンクリートの配合設計を、手間のかかる配合試験や加振ボックス充填試験を実施することなく容易に行うことができるから、有用性の高い方法といえる。なお、本発明のコンクリートの配合設計方法を用いた配合設計の一例を、段落００２３に示す。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は該実施例に限定されない。
１．使用材料
本実施例に用いた材料を表１に示す。

２．コンクリートの配合
本実施例に用いたコンクリートの配合を表２に示す。

３．間隙通過速度および平均粗骨材量変化率の実測と予測の実施
表１に示す材料を用いて、表２に示す配合に従い調製したコンクリートの間隙通過速度と平均粗骨材量変化率を、前記試験方法（案）に準拠して測定した。
一方、表３に示す単位セメント量、細骨材率、および細骨材の粗粒率と粗骨材の粗粒率の積に基づき、前記（１）式を用いて間隙通過速度の予測値を算出した。また、該予測値および表３に示すスランプ（Ｓ_Ｌ）の値に基づき、前記（２）〜（４）式を用いて平均粗骨材量変化率の予測値を算出した。
前記間隙通過速度および平均粗骨材量変化率の測定値（実測値）および予測値を表４に示す。また前記間隙通過速度の測定値および予測値の相関を図２の（ａ）に、前記平均粗骨材量変化率の測定値および予測値の相関を図２の（ｂ）に示す。
図２等から分かるように、間隙通過速度および平均粗骨材量変化率の測定値および予測値は、決定係数がそれぞれ０．８２５、０．７９６と高い精度で予測できる。したがって、本発明によれば、加振ボックス充填試験やスランプ試験を行わなくても、フレッシュコンクリートの施工性を評価することができる。

２．コンクリートの配合設計
呼び強度が２７Ｎ／ｍｍ^２で、平均粗骨材量変化率が１５％以下になるコンクリートの配合設計を、以下の（１）〜（４）の順に実施した。
（１）目標とするコンクリートの暫定配合の決定
過去に報告されているコンクリートの配合に基づき、コンクリートの暫定配合の値を決定した。その配合を表５に示す。なお、細骨材の粗粒率は２．７４、粗骨材の粗粒率は６．６６である。

（２）間隙通過速度と平均粗骨材量変化率の算出工程
表５の配合の値と、前記（１）式および（２）式を用いて間隙通過速度と平均粗骨材量変化率の予測値を算出した。その結果、間隙通過速度は３．８ｍｍ／ｓ、平均粗骨材量変化率は２３．６％となった。この結果、平均粗骨材量変化率は、前記目標値である１５％以下を満たさないため、平均粗骨材量変化率が１５％以下になるように配合の値の修正が必要になった。

（３）暫定配合の修正工程
平均粗骨材量変化率が１５％以下になるように配合を修正するためには、前記（２）式から、間隙通過速度を大きくする必要があった。そして、間隙通過速度を大きくするには、前記（１）式から、細骨材率を高くするか、単位セメント量を増やすことが考えられた。そして、これらの考えに従って、細骨材率を高く修正した配合は表６中のＮｏ．２、単位セメント量を増やした配合は表６中のＮｏ．３である。

（４）間隙通過速度と平均粗骨材量変化率の２回目の算出工程
表６の配合の値と、前記（１）式および（２）式を用いて間隙通過速度と平均粗骨材量変化率の予測値を再度算出した。その結果、間隙通過速度および平均粗骨材量変化率は、Ｎｏ．２ではそれぞれ７．０ｍｍ／ｓと１３．３％、Ｎｏ．３では４．２ｍｍ／ｓと２１．３％になった。この結果、平均粗骨材量変化率がより小さく、前記目標値（１５％以下）を満たすＮｏ．２の配合を採用した。

Claims (3)

1. 下記（１）式を用いて間隙通過速度（Ｖ）の予測値を求め、該予測値から施工性を評価する、フレッシュコンクリートの施工性評価方法。
   Ｖ＝０．３４Ｃ＋０．７９（ｓ/ａ）−４．４０（ｆ_Ｓ・ｆ_Ｇ）−５０．６０ ・・・（１）
   ただし、（１）式中のＶは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、Ｃはコンクリート中の単位セメント量（ｋｇ/ｍ^３）を表し、ｓ/ａは細骨材率（％）を表し、ｆ_Ｓは細骨材の粗粒率を表し、ｆ_Ｇは粗骨材の粗粒率を表す。
2. さらに、前記間隙通過速度（Ｖ）の予測値と、スランプ（Ｓ_Ｌ）の目標値と、下記（２）〜（４）式を用いて、平均粗骨材量変化率（Ｓ_ｇ）の予測値を求め、該予測値から施工性を評価する、請求項１に記載のフレッシュコンクリートの施工性評価方法。
   Ｓ_ｇ＝α・Ｖ^β ・・・（２）
   α＝１．１８Ｓ_Ｌ＋７３．１０ ・・・（３）
   β＝０．０２３Ｓ_Ｌ−１．１２ ・・・（４）
   ただし、（２）式中のＳ_ｇは平均粗骨材量変化率（％）を表し、Ｖは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、（３）式および（４）式中のＳ_Ｌはコンクリートのスランプ（ｃｍ）を表す。
3. 目標とするコンクリートの暫定配合の値を定め、配合の値から算出される間隙通過速度および／または平均粗骨材量変化率の値が適正な値になるまで、下記（Ａ）算出工程と（Ｂ）修正工程を繰り返す、コンクリートの配合設計方法。
   （Ａ）配合の値と下記（１）〜（４）式を用いて間隙通過速度および／または平均粗骨材量変化率の値を算出する算出工程
   （Ｂ）前記算出した値の妥当性を検討し、該検討結果に基づきコンクリートの配合の値を修正する修正工程
   Ｖ＝０．３４Ｃ＋０．７９（ｓ/ａ）−４．４０（ｆ _Ｓ ・ｆ _Ｇ ）−５０．６０ ・・・（１）
   ただし、（１）式中のＶは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、Ｃはコンクリート中の単位セメント量（ｋｇ/ｍ ^３ ）を表し、ｓ/ａは細骨材率（％）を表し、ｆ _Ｓ は細骨材の粗粒率を表し、ｆ _Ｇ は粗骨材の粗粒率を表す。
   Ｓ _ｇ ＝α・Ｖ ^β ・・・（２）
   α＝１．１８Ｓ _Ｌ ＋７３．１０ ・・・（３）
   β＝０．０２３Ｓ _Ｌ −１．１２ ・・・（４）
   ただし、（２）式中のＳ _ｇ は平均粗骨材量変化率（％）を表し、Ｖは間隙通過速度（ｍｍ/ｓ）を表し、（３）式および（４）式中のＳ _Ｌ はコンクリートのスランプ（ｃｍ）を表す。
   

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