JP7352529B2

JP7352529B2 - コンクリートの配合設計方法

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Publication number: JP7352529B2
Application number: JP2020166929A
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Inventors: 悟士渡邉
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Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2040-10-01
Also published as: JP2022059285A

Description

本発明は、コンクリートの配合設計方法に関する。

コンクリートは密実に充填される必要がある。そのため、狭小箇所で施工する場合、あるいは閉所で振動機による締固めが困難な場合等において、コンクリートには極めて高い流動性が求められる。

コンクリートの流動性を評価するための最も一般的な試験方法としては、コンクリートのスランプ試験方法（ＪＩＳＡ１１０１）が存在しており、通常、標準的仕様であるレディーミクストコンクリート（ＪＩＳＡ５３０８）の普通コンクリートのスランプは、８ｃｍ～２１ｃｍ（基準値）としなければならないことが定められていた。
しかし、２０１９年の改正で、上記基準値を越える、スランプフロー（コンクリートのスランプフロー試験方法［ＪIＳＡ１１５０］に定めるスランプコーンの引上時におけるコンクリートの広がり）が６０ｃｍまでの流動性の高いコンクリートに関しても、標準的仕様のレディーミクストコンクリートの対象となった。これは、近時、閉所等の締固めが困難な場合だけでなく、労務削減を目的として締固め作業を不要又は低減したいという要望が強くなってきていることなどに起因している。

ところで、一般的に、コンクリートの流動性を高くした場合には、セメントペースト部分及び細骨材で構成されるモルタル部分の粘性が低下する傾向にある。そのため、充分な対策を講じなければ、上記部分と粗骨材の一体性が損なわれることによる材料分離、さらには豆板などの充填不良の危険性が高まることになる。そこで、上記材料分離のための対策として、特殊な材料を使用した高流動コンクリート（以下、「特殊高流動コンクリート」という。）が開発されている。

特殊高流動コンクリートには、粉体系高流動コンクリート、増粘剤系高流動コンクリート及び併用系高流動コンクリートの３種類が存在している。
粉体系高流動コンクリートは、セメント又はその他の粉体材料の量を多くすることで粘性を確保している。しかし、セメントは、コンクリートの構成材料の中では比較的高価であり、混和材である石灰石微粉末なども、通常、生コンクリート工場で使用されていない構成材料であることから高価とならざるを得ず、製造費用の上昇につながってしまっていた。また、増粘剤系高流動コンクリートは、特殊な混和材料である増粘剤を添加することで粘性を確保するため、やはり製造費用の上昇につながってしまっていた。さらに、併用系高流動コンクリートは、粉体量を多くすることに加え、増粘剤を使用するため、上記と同様に製造費用が高価となってしまっていた。

特殊高流動コンクリートによらずに、コンクリートの材料分離抵抗性を向上させる方法としては、粗骨材量を少なくし、細骨材率（骨材全体に占める細骨材の体積比率）を大きくする方法が考えられる。このとき、細骨材率を大きくした場合には、スランプが小さくなる傾向にあるため、流動性と分離抵抗性を両立できる配合設計とする、つまり各構成材料の単位量を適切に設定する必要がある。ところが、骨材の種類により、両者の関係の傾向が異なるため、その評価方法が問題となりうる。
この点に関し、流動性については一定の目安が示されているが、分離抵抗性については明確な目安はなく、その定量的な評価方法が求められている。

このような分離抵抗性の評価方法として、例えば、スランプ試験を行ったコンクリート試料に対し、スランプフローが基準径になるまで振動を与える第一工程と、スランプフローが基準径となったコンクリート試料の上面の形状を確認する第二工程と、を備えるコンクリートの評価方法であって、スランプ試験を行う前にコンクリート試料の上面を着色しておき、第二工程において、コンクリート試料上面の着色部分の外縁形状が円形に保持されていない場合にはフレッシュコンクリートの粘性が不足していると評価する方法が開示されている（特許文献１）。

また、本発明に関連するコンクリートの設計方法として、暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、当該モルタル試料における塑性粘度又は降伏値に基づいて、コンクリート試料における鋼繊維の分離特性を判定するとともに、当該コンクリート試料の鋼繊維に関する分離指数が所定値以下となるようにモルタル試料の塑性粘度又は降伏値の値を決定する設計方法が開示されている（特許文献２）。

特開２０１５－１２１５１１号公報特開平１１－２７８８９２号公報

しかし、従来の分離抵抗性の評価方法及びコンクリートの設計方法では、当初定めた配合に基づいてコンクリートを試し練りして、その分離抵抗性等を事後的に、より詳細に評価することを技術内容としており、製造前に事前に行う配合設計には適用が難しいという問題点を有していた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、設計時における合理化及び省力化に資する、高流動性を有するコンクリートの配合設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のコンクリートの配合設計方法（以下、「本配合設計方法」という場合がある。）は、セメントを含有する粉体材料と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、さらに、必要に応じて鋼繊維とを含み、それらの各構成材料を混練したコンクリートに関し、求められる配合強度及び耐久性を発現できるように水粉体材料比を決定し、次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、上記水粉体材料比と、上記単位水量から単位粉体材料量を決定し、さらに、求められる上記耐久性と施工性を考慮して細骨材量及び粗骨材量を決定し、所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定し、続いて、設定配合で定めた粉体材料量Ｖpに、材料分離抵抗性に有効な細骨材量Ｖs’（以下、「有効微小細骨材粒量」という場合がある。）を加算することにより求められる、下式（１）で定められる評価用微小粒量Ｖfpと、使用する上記化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合において、上記化学混和剤量を考慮して、上記設定配合で定めた水量Ｖwを補正した、下式（２）で定められる評価用水量Ｖwo（化学混和剤量を考慮した、設定配合で定めた水量Ｖwの補正値）に関し、上記評価用水量Ｖwoの上記評価用微小粒量Ｖfpに対する容量比（以下、「分離抵抗性評価値」という。）である分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出し、上記粉体材料の種類ごとに予め定められている分離抵抗性評価値上限値Ｒmax（以下、「分離抵抗性評価値上限値」という。）以下か否かを判定し、上記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が上記分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下である場合には、その設定配合を採用し、上記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が上記分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxを超える場合には、上記各構成材料の設定配合を修正して、上記同様の検討を行うコンクリートの配合設計方法であって、上式（１）における上記材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Ｖs’は、上記材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径の上限値に基づいて算出され、上記細骨材の種類に応じて予め求められている、上記細骨材量に対する上記材料分離抵抗性に有効な細骨材量の割合である低減係数Ｋsに、設定配合で定めた上記細骨材量Ｖsを乗じて算出するものであり、所定の粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を１００で除した値を用いて算定した各上記低減係数Ｋｓを使用して、上記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出した中から、材料分離を生じる臨界値の境界値における最もばらつきがない低減係数Ｋsを上記低減係数Ｋsとするとともに、上記最もばらつきがない低減係数Ｋsにおける分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を上記分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxとして用いるものであること、を特徴としている。
Ｖfp ＝Ｖp ＋Ｖs’ 式（１）
Ｖwo ＝Ｖw ／ (1 －Ｋad × ＡＤ) 式（２）
但し、Ｖp ：設定配合で定めた上記粉体材料量
Ｖs'：材料分離抵抗性に有効な上記細骨材量（有効微小細骨材粒量）
Ｖs ：設定配合で定めた上記細骨材量
Ｖw ：設定配合で定めた上記水量
Ｋad：上記化学混和剤の上記粉体材料に対する質量比が１％のときの、上記
化学混和剤の減水率
ＡＤ：上記化学混和剤の上記粉体材料に対する質量比

上記評価用水量Ｖwoに関して、使用する化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合には式（２）を用いることが望ましい。しかし、使用する化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じ水量で得られるスランプが直線的に増加する場合には、上記本配合設計方法において、上記評価用水量Ｖwoを、上記式（２）に代えて、式（３）で定めることが望ましい。
Ｖwo ＝Ｖw × (1 ＋Ｋ’ad × ＡＤ) 式（３）
但し、Ｖw ：設定配合で定めた上記水量
Ｋ’ad：化学混和剤の粉体材料に対する質量比が１％のときのスランプ増加
量に対応する増水率（下記で詳説する）
ＡＤ：上記化学混和剤の上記粉体材料に対する質量比

上記評価用水量Ｖwoに関して、式（２）及び式（３）のいずれの式を採用するかは、化学混和剤の実験データ等により判断することになる。但し、標準的な添加量の範囲では、いずれについても概ね直線的な関係になる場合が多いことから、通常は、式（２）を使用することで対応が可能である。

本発明の配合設計方法は、ＪＩＳＡ５３０８に規定される一般的な構成材料を使用して製造されるレディーミクストコンクリート、及び当該レディーミクストコンクリートに鋼繊維を混入して製造される鋼繊維補強コンクリートであり、高流動性を有するコンクリートを主な対象とするものであるが、上記特殊高流動コンクリートを対象とするものではないことを前提としている。

さらに、ここで、「設定配合で定めた各構成材料量」とは、配合設計を行う際の初期時点において各構成材料量として定める初期値、及び分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が、分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxより大きい場合に、改めて、構成材料ごとに定め直す構成材料量の修正値をいう。

また、粉体材料には、セメントの他、高炉スラグ微粉末などの混和材を含むものであってもよい。
また、減水性能を有する化学混和剤（以下、「化学混和剤」という。）とは、コンクリートの流動性を維持しながら練り混ぜ水量を減少させるために添加される混和剤であり、減水剤、ＡＥ（Air Entraining）減水剤、高性能減水剤及び高性能ＡＥ減水剤等、その効果を奏するものであれば、種々の混和剤を使用することができる。なお、化学混和剤は、減水率に関する事項を含めて、ＪＩＳＡ６２０４で定められている。

また、鋼繊維は、必要に応じて添加される任意の構成材料であり、その種類及び仕様等に制限はない。なお、言うまでもないが、鋼繊維は、構成材料として用いられている場合にのみ本配合設計方法により、その添加量を定めるものである。

本発明によれば、所定の配合条件に関し、分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出し、分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下か否かを判定することで、材料分離抵抗性（分離抑制）と流動性（施工の容易性）の両者を満たすコンクリートを配合設計することができる。そのため、配合設計の後、試し練りを繰り返して性能確認を行うことなく、配合設計の段階で、コンクリート性状の簡易評価が可能となる。したがって、試し練りに先立ち、広範囲な配合検討が可能になるため、配合案の精度の向上が期待できる。その結果、試し練りの回数を必要最小限に削減できることになることから、配合設計の合理化及び省力化に寄与することとなる。

本発明によれば、設計時における合理化及び省力化に資する、高流動性を有するコンクリートの配合設計方法を提供することができる。

本発明のコンクリートの配合設計方法のフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本配合設計方法の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、数式に基づく説明では、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［本配合設計方法の考え方］
本配合設計方法は、ＪＩＳＡ５３０８に規定される一般的な構成材料を使用して製造されるレディーミクストコンクリート、及び当該レディーミクストコンクリートに鋼繊維を混入して製造される鋼繊維補強コンクリートを主な対象としている。したがって、本配合設計方法の対象とするコンクリートは、セメント及びその他の混和材を含む粉体材料と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、水を必須の構成材料とし、必要に応じて添加される鋼繊維が混合されるものであってもよい。

本発明をするにあたり、発明者は、実証実験を繰り返すことで、下記方法を用いることにより、机上において、材料分離抵抗性と流動性の適切なバランスを考慮したコンクリートの配合設計を行うことができることを見出した。

すなわち、本配合設計方法では、流動性を評価するための指標として、設定配合で定めた水量Ｖwに対する化学混和剤量を考慮した補正値である、評価用水量Ｖwo（Ｌ／ｍ^３）を選択する。一方、材料分離抵抗性を評価するための指標として、粉体材料量Ｖpに、細骨材のうち材料分離抵抗性に有効な微小粒径である有効微小細骨材粒量Ｖs’を加えた評価用微小粒量Ｖfp（Ｌ／ｍ^３）（材料分離抵抗性を有する構成材料量）を選択する。そして、評価用水量Ｖwoの評価用微小粒量Ｖfpに対する容量比である分離抵抗性評価値（Ｖwo／Ｖfp）が、分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下となるように、粉体材料量、水量、細骨材量、粗骨材量及び化学混和剤量、及び、鋼繊維量（構成材料となっている場合）を定めることで、要求される材料分離抵抗性と流動性を満たすコンクリートの配合を定めることができることを見出したものである。

具体的には、評価用水量Ｖwoの、評価用微小粒量Ｖfpに対する容量比である分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が、粉体材料の種類ごと（さらに粗骨材の種類ごとであってもよい）に、予め定められている分離抵抗性評価値上限値Ｒmax（式Ａ）となるように、粉体材料量、水量、細骨材量、粗骨材量、化学混和剤量、及び、繊維量（構成材料となっている場合）を定めることとした。
Ｖwo / Ｖfp ≦ Ｒmax 式（Ａ）
但し、Ｖwo：評価用水量
Ｖfp：評価用微小粒量
なお、分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxの定め方の一例は、第１実施例で説明する。

ここで、上記評価用微小粒量Ｖfpは、設定配合で定めた粉体材料量Ｖpに、有効微小細骨材粒量Ｖs’を加算することにより求められる（式（１））。
また、材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Ｖs’は、低減係数Ｋsに、設定配合で定めた細骨材量Ｖsを乗じて算出する。
Ｖfp ＝Ｖp ＋Ｖs’ 式（１）
但し、Ｖfp：評価用微小粒量
Ｖp ：設定配合で定めた粉体材料量
Ｖs'：材料分離抵抗性に有効な細骨材量（有効微小細骨材粒量）
（＝Ｋs × Ｖs)
Ｋs ：低減係数
Ｖs ：設定配合で定めた細骨材量

通常、コンクリートの流動性を高くすると、水量の増加に起因して、粉体材料と水を混練した粉体材料ペーストの部分の粘性が低下する。また、少ない水量で高い流動性を得る目的で化学混和剤が使用されるが、その添加量の増加は前述の水量の増加と同様に、粉体材料ペースト部分の粘性の低下を生じさせる。

そのため、粉体材料量を多くすることで粘性の向上、すなわち分離抵抗性への寄与が期待できる。さらに、細骨材率を大きく（細骨材量を多く）することで分離抵抗性への寄与が期待できる。しかし、細骨材の粒径は、最大で５ｍｍ程度の骨材が含まれるため、すべての細骨材量が微小粒である粉体材料と同様に分離抵抗性に寄与すると判断することは過大評価となる。したがって、式（１）では、設定配合で定めた細骨材量Ｖsに低減係数Ｋsを乗じることにより有効微小細骨材粒量Ｖs’を算出し、粉体材料量Ｖpに加算することで、評価用微小粒量Ｖfpを求めることとしたものである。

上記低減係数Ｋsは、細骨材の種類に応じて予め求められている、全細骨材量に対する、材料分離抵抗性に有効である細骨材量の割合として定められる設定値であり、０より大きく１より小さい値として定められる（０＜Ｋs＜１）。したがって、低減係数Ｋsは、材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径（以下、「有効微小細骨材径」という。）の上限値に基づいて算出されることになる。
なお、適用にあたり、低減係数Ｋsは、骨材種類ごとに、ふるい分け試験（ＪＩＳＡ１１０２）における特定の呼び寸法のふるいを通過する質量分率（又は体積分率）ごとに、事前試験を行った上で、設定することが好適である。

また、上記のとおり、コンクリートの流動性は、水量及び化学混和剤量により、大きく左右されることになる。
一般に、化学混和剤の性能は、当該化学混和剤を不使用とした場合を基準として、化学混和剤を不使用とした場合のコンクリートの水量Ｖ０と、所定の添加量（例えば、粉体材料に対する質量比が１％）で化学混和剤を使用した場合であって、化学混和剤を不使用とした場合と同じスランプとなるコンクリートの水量Ｖ１の差（低減された水量［Ｖ０－Ｖ１］）のコンクリート水量Ｖ０に対する割合である「減水率」として表される。

そのため、式（２）では、設定配合で定めた水量Ｖwを、化学混和剤により低減される水量により補正することで、上記評価用水量Ｖwoを求める。
Ｖwo ＝Ｖw ／ (1 －Ｋad × ＡＤ) 式（２）
但し、Ｖwo：評価用水量
Ｖw ：設定配合で定めた水量
Ｋad：化学混和剤の粉体材料に対する質量比が１％のときの、当該化学混和
剤の減水率
ＡＤ：化学混和剤の粉体材料に対する質量比

ところで、実務上は、化学混和剤の性能を、当該化学混和剤を使用した場合を基準として、所定の添加量（例えば、粉体材料に対する質量比１％）で化学混和剤を使用した場合のコンクリートの水量Ｖ1’と、化学混和剤を不使用とした場合であって、化学混和剤を使用した場合と同じスランプとなるコンクリートの水量Ｖ０’の差（増加した水量［Ｖ０’－Ｖ１’］）のコンクリートの水量Ｖ1’に対する割合である「スランプ増加量に対応する増水率」として表すことも可能である。
なお、スランプ増加量に対応する増水率は、ＪＩＳ規格等において定められているものではなく、スランプの増加量を見かけの増水量に換算して算出する評価値である。

この場合には、上記式（２）に代えて、設定配合で定めた水量Ｖwを、化学混和剤の増水率Ｋ’adにより補正する式（３）を用いて、上記評価用水量Ｖwoを定めることができる。
Ｖwo ＝Ｖw × (1 ＋Ｋ’ad × ＡＤ) 式（３）
但し、Ｖwo ：評価用水量
Ｖw ：設定配合で定めた水量
Ｋ’ad：化学混和剤の粉体材料に対する質量比が１％のときのスランプ増加
量に対応する増水率
ＡＤ：化学混和剤の粉体材料に対する質量比

ここで、上記評価用水量Ｖwoの定め方であるが、使用する化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合には式（２）、同じ水量で得られるスランプが直線的に増加する場合には式（３）を採用することが望ましく、これは、実験データにより判断することになる。但し、標準的な添加量の範囲では、いずれについても概ね直線的な関係になる場合が多いことから、通常は、式（２）を使用することで対応が可能である。

なお、上記のとおり、分離抵抗性評価値上限値Ｒmax、及び細骨材に関して低減係数Ｋsを設定するための有効微小細骨材径の上限は、事前の実験データをもとに把握しておく必要がある。粉体材料の粉末度及び鉱物組成等が異なれば粉体量が同じでも分離抵抗性が異なることが想定される。そこで、精度を高めるためには、粉体材料を構成するセメントの種類、及び、骨材の種類等ごとに定める必要がある。

［本配合設計方法］
上記考え方の下、本配合設計方法の具体的適用方法について説明する（図１）。
まず、求められる配合強度及び耐久性を発現できるように、水粉体材料比を決定する。次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、水粉体材料比と、単位水量から単位粉体材料量を決定する。さらに、要求される耐久性と施工性を考慮して、細骨材量及び粗骨材量を決定し、最後に、所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定する。

続いて、分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出し、分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下か否かを判定する。そして、上記条件を満たしている場合には、その配合を採用し、設計時における配合設計を完了する。一方、上記条件を満たしていない場合には、再度、上記の配合条件を修正（各構成材料の設定配合値を修正）して、再度、同様の検討を行うことになる。

［本配合設計方法の作用効果］
本発明によれば、机上で定めた配合条件に関し、分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出し、分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下か否かを判定することで、材料分離抵抗性と流動性の両者を満たすコンクリートを配合設計することができる。そのため、配合設計の後、試し練りを繰り返して性能確認を行うことなく、配合設計の段階で、コンクリート性状の簡易評価が可能となる。したがって、試し練りに先立ち、広範囲な配合検討が可能になることから、試し練りのための配合案の精度の向上が期待できる。その結果、試し練りの回数を削減できることになり、配合設計の合理化及び省力化に寄与することになる。
また、本配合設計方法を使用することにより、最適な配合となるコンクリートを提案することができるため、経済的なコンクリートの製造が可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態を説明した。しかし、上記実施形態は一例であり、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各要素に関して、適宜設計変更が可能である。特に、上記実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するためにその内容を例示するものであって、技術的範囲を限定するものではない。
なお、本配合設計方法は、化学混和剤を、一般的な添加量の範囲内で使用する場合を想定しているため、当該化学混和剤の過剰添加による減水効果の低減及び粘性の増大等の影響は考慮していない。

［１］第１実施例
第１実施例では、分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxの設定方法の一例について説明する。
配合条件は、水粉体材料比（水セメント比）（Ｗ／Ｃ）５０％及び後記骨材Ａを使用した場合を基本条件とする（配合名Ａ５０）（なお、配合名は、使用骨材の種類を示すアルファベットと、水粉体材料比（％）の数字を使用して記載しているものであり、以下、「配合名」の記載を省略する場合がある）。そして、骨材の影響を捨象して、水粉体材料比の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比４０％及び骨材Ａの配合（Ａ４０）を採用する。また、水粉体材料比の影響を捨象して、骨材の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比５０％及び後記骨材Ｂの配合を採用する（Ｂ５０）。
以上３水準の配合条件に基づき（表１－１）、コンクリートの試し練りを行い、その性状を確認した。

上記骨材Ａは、細骨材Ａと粗骨材Ａを混合したものであり、細骨材Ｂは、細骨材Ｂと粗骨材Ｂを混合したものである。
細骨材Ａ及び細骨材Ｂは、ともに天然砂と砕砂から形成される混合砂であるが、粒度分布が相違している（表１－２）。すなわち、細骨材Ｂは、細骨材Ａと比較して、２．５ｍｍのふるいを通過する質量分率が大きく（２．５ｍｍ以下の割合が大きく）なっている。
また、粗骨材Ａ及び粗骨材Ｂは、表乾密度は異なるが、ともに、砕石２００５（ＪＩＳＡ５００５）である（表１－３）。

なお、低減係数Ｋsは、「材料分離抵抗性に有効な最大寸法以下の細骨材量の、全細骨材の総量に対する割合として定められる設定値」である。本実施例では、算定を容易に行うために、表１－２に示されている、ふるいの呼び寸法を細骨材の有効微小細骨材径の基準とし、同表における粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を１００で除した値を用いて、低減係数Ｋsを算定することとした。

その他の構成材料及びその性状は、表１－３に記載するとおりである。粉体材料は、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）のみを使用した。また、化学混和剤は、高性能ＡＥ減水剤（マスターグレニウムＳＰ８ＳＶ）を使用した。
なお、表１－４に記載されている試験結果の各構成材料の単位量（１ｍ^３における質量［ｋｇ］）の表記には、記載スペースの関係から、表１－３の構成材料の（）内に記載されている各構成材料の記号表記を使用している。

上記３水準の配合において、他の配合条件を不変として、化学混和剤量を増加させ、材料分離が生じる配合条件を求めた。材料分離の有無は、日本建築学会「高流動コンクリートの材料・調合・製造・施工指針（案）・同解説」に従い、スランプ試験及びスランプフロー試験後の中央・周辺部における粗骨材又は粉体材料ペーストの偏在の有無により判定した。
なお、表１－４の試験結果において、配合名における「－」の後の枝番号の「１」は、「材料分離の直前」の場合を、「２」は、「材料分離の直後」の場合をそれぞれ示している。

各配合名のコンクリートについて、各ふるいを通過する細骨材の質量分率をもとに設定した上記低減係数Ｋsを用いて、上記式（１）及び上記式（２）に基づき、分離抵抗性評価値（Ｖw₀/Ｖfp）を算出した結果は、表１－５のとおりである。

式（１）の算出において、設定配合で定めた粉体材料量Ｖpは、表１－４に示す単位粉体材料量Ｃ（Ｌ/ｍ^３）を用いるとともに、設定配合で定めた細骨材量Ｖsは、表１－４に示す単位細骨材量ＳＡ及びＳＢ（Ｌ/ｍ^３）を用いた。
また、式（２）の算出において、設定配合で定めた水量Ｖwは、表１－４に示す単位水量Ｗ（Ｌ/ｍ^３）を、化学混和剤の粉体材料に対する質量比ＡＤ（％）は、表１－４に示す値を、それぞれ用いるとともに、高性能ＡＥ減水剤の減水率Ｋadは、「０.１８」とした。なお、化学混和剤量は、表１－４のＡＤ（％）に、同表の粉体材料量（Ｃ）を乗じた値である。

分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxは、本配合設計方法における基準値であり、種々の配合において、安定した定常値となる必要がある。上記結果によれば、３水準の配合のコンクリートに関し、材料分離を生じる臨界値（表１－４に示す材料分離の有無の境界値）における分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）に関して、最もばらつきが少ない低減係数Ｋsは、呼び寸法が２．５ｍｍのふるいを通過する細骨材の質量分率とした場合である。したがって、低減係数Ｋsに対応する分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxを「０．５５」とすることが最適であると判断することができる。

なお、第１実施例は、３水準の配合のコンクリートのみについての結果を示したものである。しかし、粉体材料として、普通ポルトランドセメントを使用するとともに、ＪＩＳ規格に基づいた一般的な骨材を用いていることから、水粉体材料比（Ｗ／Ｃ）が５０％～３０％（設計基準強度３０（Ｎ／ｍｍ^２）～６０（Ｎ／ｍｍ^２））のコンクリートに関しては、分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxを「０．５５」として、分離抵抗性を評価可能となる。

［２］第２実施例
第２実施例では、本発明の有効性を検証するために、表１－１と同じ構成材料を使用して、第１実施例とは異なる４種類の配合条件に基づき（表２－１）、コンクリートの試し練りを行い、その性状を確認した。

配合条件は、水粉体材料比（Ｗ／Ｃ）４５％及び上記骨材Ａの場合を基本としている（Ａ４５）。骨材の影響を捨象して、水粉体材料比の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比３０％及び上記骨材Ａの配合を採用した（Ａ３０－１，Ａ３０－２）。なお、Ａ３０－１において、分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）は「０．５５」であり、Ａ３０－２において、分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）は「０．５６」である。

また、水粉体材料比の影響を捨象して、骨材の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比４５％及び上記骨材Ｂの配合を採用した（Ｂ４５）。
なお、Ａ４５及びＢ４５では、分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxは、「０．５５」とした。

さらに、各４種類の配合名のコンクリートに関し、鋼繊維を混入した場合のスランプ及び材料分離の有無を確認するために、直径０．５５ｍｍ、長さ３５ｍｍの両端フック付き鋼繊維を１．０％（体積％）混入した鋼繊維補強コンクリートを作製した。なお、分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxは、Ａ３０－２を除いて、「０．５５」とし、Ａ３０－２では、「０．５６」とした。

上記４種類の配合名のコンクリートに関して試し練りを行い、その性状を確認した。なお、鋼繊維を構成材料とする各配合の鋼繊維補強コンクリートに関して、測定したスランプは、表２－２のスランプの＜＞内に示す。

上記結果（表２－２）によれば、Ａ３０－２以外の各コンクリートとも、いずれも材料分離を生じずに、スランプ２４．０ｃｍ～２５．５ｃｍの極めて高い流動性を有する結果となり、本配合設計方法が有用であることが確認された。

一方、Ａ３０－１のコンクリートに対して細骨材量を少なくし、分離抵抗性評価値上限値Ｒmax（０．５５）を上回るように配合設計したＡ３０－２のコンクリートにおいて、スランプフロー試験を行った結果、中央部にモルタル部分との一体性を失った粗骨材が残り、周辺部には粗骨材を含まないモルタル及びセメントペーストの偏在が生じるなど、材料分離が生じることが確認された。

また、各配合の鋼繊維補強コンクリートでは、鋼繊維の混入によりスランプが、約５ｃｍ～７ｃｍ低下した。しかし、スランプの最低値は、１７．０ｃｍにとどまるものであり、本配合設計方法により、分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下となるように設定することで、鋼繊維の混入前の高流動性が確保されるとともに、鋼繊維の混入後も建築分野で一般的に使用されているスランプ１８ｃｍ程度が得られることが確認された。このように、鋼繊維補強コンクリートへの適用においても本配合設計方法の有効性を確認することができた。

以上の結果から、セメント（粉体材料）の種類が同じであれば、細骨材の種類や水粉体材料比などの条件に想定される変動があった場合であっても、同一の分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxを用いて、簡易に分離抵抗性を評価可能であることが確認された。

Claims

セメントを含有する粉体材料と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、さらに、必要に応じて鋼繊維とを含み、それらの各構成材料を混練したコンクリートに関し、
求められる配合強度及び耐久性を発現できるように水粉体材料比を決定し、
次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、前記水粉体材料比と、前記単位水量から単位粉体材料量を決定し、
さらに、求められる前記耐久性と施工性を考慮して細骨材量及び粗骨材量を決定し、
所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定し、
続いて、設定配合で定めた粉体材料量Ｖpに、材料分離抵抗性に有効な細骨材量Ｖs’を加算することにより求められる、下式（１）で定められる評価用微小粒量Ｖfpと、
使用する前記化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合において、前記化学混和剤量を考慮して、前記設定配合で定めた水量Ｖwを補正した、下式（２）で定められる評価用水量Ｖwoに関し、
前記評価用水量Ｖwoの前記評価用微小粒量Ｖfpに対する容量比である分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出し、前記粉体材料の種類ごとに予め定められている分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下か否かを判定し、
前記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が前記分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下である場合には、その設定配合を採用し、
前記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が前記分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxを超える場合には、前記各構成材料の設定配合を修正して、前記同様の検討を行うコンクリートの配合設計方法であって、
前記式（１）における前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Ｖs’は、
前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径の上限値に基づいて算出され、前記細骨材の種類に応じて予め求められている、前記細骨材量に対する前記材料分離抵抗性に有効な細骨材量の割合である低減係数Ｋsに、
前記設定配合で定めた前記細骨材量Ｖsを乗じて算出するものであり、
所定の粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を１００で除した値を用いて算定した各前記低減係数Ｋｓを使用して、前記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出した中から、材料分離を生じる臨界値の境界値における最もばらつきがない低減係数Ｋsを前記低減係数Ｋsとするとともに、前記最もばらつきがない低減係数Ｋsにおける分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を前記分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxとして用いるものであること、を特徴とするコンクリートの配合設計方法。
Ｖfp ＝Ｖp ＋Ｖs’ 式（１）
Ｖwo ＝Ｖw ／ (1 －Ｋad × ＡＤ) 式（２）
但し、Ｋad：前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比が１％のときの、前記
化学混和剤の減水率
ＡＤ：前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比
セメントを含有する粉体材料と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、さらに、必要に応じて鋼繊維とを含み、それらの各構成材料を混練したコンクリートに関し、
求められる配合強度及び耐久性を発現できるように水粉体材料比を決定し、
次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、前記水粉体材料比と、前記単位水量から単位粉体材料量を決定し、
さらに、求められる前記耐久性と施工性を考慮して細骨材量及び粗骨材量を決定し、
所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定し、
続いて、設定配合で定めた粉体材料量Ｖpに、材料分離抵抗性に有効な細骨材量Ｖs’を加算することにより求められる、下式（１）で定められる評価用微小粒量Ｖfpと、
使用する前記化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じ水量で得られるスランプが直線的に増加する場合において、前記化学混和剤量を考慮して、前記設定配合で定めた水量Ｖwを補正した、下式（３）で定められる評価用水量Ｖwoに関し、
前記評価用水量Ｖwoの前記評価用微小粒量Ｖfpに対する容量比である分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出し、前記粉体材料の種類ごとに予め定められている分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下か否かを判定し、
前記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が前記分離抵抗性評価値上限値Ｒmax以下である場合には、その設定配合を採用し、
前記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）が前記分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxを超える場合には、前記各構成材料の設定配合を修正して、前記同様の検討を行うコンクリートの配合設計方法であって、
前記式（１）における前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Ｖs’は、
前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径の上限値に基づいて算出され、前記細骨材の種類に応じて予め求められている、前記細骨材量に対する前記材料分離抵抗性に有効な細骨材量の割合である低減係数Ｋsに、
前記設定配合で定めた前記細骨材量Ｖsを乗じて算出するものであり、
所定の粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を１００で除した値を用いて算定した各前記低減係数Ｋｓを使用して、前記分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を算出した中から、材料分離を生じる臨界値の境界値における最もばらつきがない低減係数Ｋsを前記低減係数Ｋsとするとともに、前記最もばらつきがない低減係数Ｋsにおける分離抵抗性評価値（Ｖwo/Ｖfp）を前記分離抵抗性評価値上限値Ｒmaxとして用いるものであること、を特徴とするコンクリートの配合設計方法。
Ｖfp ＝Ｖp ＋Ｖs’ 式（１）
Ｖwo ＝Ｖw × (1 ＋Ｋ’ad × ＡＤ) 式（３）
但し、Ｋ’ad：前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比が１％のときのスラ
ンプ増加量に対応する増水率
ＡＤ：前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比