(57)【要約】      （修正有）【課題】マスコンクリート内部の熱環境を模した試験を行い、簡便に線膨張係数を求めることができる線膨張係数試験方法を提供する。【解決手段】断熱材による断熱養生容器の内部に、軽量型枠２４内にセメント硬化体２０を打設した供試体２を複数配置する。そして、供試体２のうち少なくとも１つには、セメント硬化体２０内に温度計２３とひずみ計２１を埋設し、セメント硬化体２０内部で生じる水和熱による温度とひずみ量の継時変化を測定する。測定された温度とひずみ量の継時変化から、セメント硬化体２０の線膨張係数を求める。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材を用いた断熱養生容器の内部に、温度計とひずみ計を埋設したセメント硬化体による供試体を配置し、
前記セメント硬化体内部で生じる水和熱による温度とひずみ量の継時変化を測定し、これにより前記セメント硬化体の線膨張係数を算出することを特徴とする線膨張係数試験方法。
【請求項２】
前記断熱養生容器の内部には、セメント硬化体を型枠に打設した供試体が複数配置され、
複数の前記供試体のうち少なくとも１個で、温度計とひずみ計がセメント硬化体に埋設されることを特徴とする請求項１に記載の線膨張係数試験方法。
【請求項３】
前記断熱養生容器の内部に配置するセメント硬化体の総量を、以下の式で定めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線膨張係数試験方法。
Ｖ≧−０．６２・Ｒ＋２２
ここで、
Ｖ；セメント硬化体の総量（Ｌ）
Ｒ；断熱材の熱抵抗値（ｍ２・Ｋ／Ｗ）
【請求項４】
前記断熱養生容器内の中央により近い位置にある供試体と、中央からより遠い位置にある供試体のそれぞれで、温度計およびひずみ計がセメント硬化体に埋設されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の線膨張係数試験方法。
【請求項５】
前記断熱養生容器内の前記供試体以外の空間に、断熱材を配置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の線膨張係数試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート等の線膨張係数を求めるための線膨張係数試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート造などの構造物では、断面寸法の大きいマスコンクリート部材を用いた場合に、セメントの水和熱に起因するコンクリートの温度上昇、低下によって温度ひび割れが生じることが問題となっている。
【０００３】
このような温度ひび割れに大きな影響を及ぼすコンクリートの物性として、線膨張係数がある。線膨張係数は、温度が１℃変化した際に生じる長さ変化量を意味し、値が小さいほど温度ひび割れは生じにくい。一般的なコンクリートの線膨張係数は１０μ／℃程度であるが、骨材やセメントの種類、調合などの影響を受け大きくばらつくことが明らかになっており、マスコンクリート部材の施工に際しコンクリートの線膨張係数を把握しておくことは重要である。
【０００４】
線膨張係数を測定する方法としては、例えば、JIS A 1325 「建築材料の線膨張率測定方法」として定められているものがある。また、実構造物や実大レベルの模擬試験体内部に、周囲との縁を切る無応力容器の中にひずみ計を設置したものを埋め込み、コンクリートの水和熱による温度上昇、低下の過程における温度とひずみ量の挙動から線膨張係数を算出する方法もある。これにより、マスコンクリートの温度ひび割れに直接的に影響する線膨張係数が得られる（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、特許文献１には、外面が空気層形成体に覆われ、かつ内部空間に水硬性材料を流し込んで養生、固化させるための型枠と、型枠の内部空間に設けた温度計とひずみ計とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出装置が記載されている。
【０００６】
ところで、前記したようなマスコンクリートの内部では、コンクリート材料から生じる水和熱のみがコンクリートの加熱源となる。このような状態を模擬した例として、特許文献２には、断熱材壁で密閉した内部空間中に混練後のコンクリート供試体を配置し断熱養生を行うことが記載されており、特許文献３には、打設直後の小型供試体を断熱材で包覆して断熱し、大断面コンクリート構造体に近い温度履歴を与えて小型供試体の強度を測定し、構造体強度を推定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】志垣隆浩、船本憲治、寺原学、亀谷哲章、津田智弘、伊集院博敏、黒岩秀介：低熱ポルトランドセメントを用いた建築物の温度・応力計測、日本建築学会学術講演梗概集、Ａ−１、材料施工、４９７−５０２、２００８．７
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−５８３２６号公報
【特許文献２】特開平６−２０１５４８号公報
【特許文献３】特開平２−３００６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の線膨張係数測定方法は、実務レベルで適用することが困難であるという問題がある。例えば、JIS A 1325「建築材料の線膨張率測定方法」では、環境温度を変動させる特殊な機器が必要となる。また、非特許文献１のように実大レベルの模擬試験体等を用いる方法では、大規模な実験空間が必要となる。従って、これらの方法を、建設現場やレディーミクストコンクリート工場において実務レベルで使用することは難しい。
【００１０】
一方、特許文献１の線膨張係数算出装置は、水和熱のみが加熱源となるマスコンクリート内部の熱環境を模したものではなく、特許文献２、３ではコンクリートを断熱状態で養生しているが、コンクリートの線膨張係数を測定できるものではなかった。
【００１１】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、マスコンクリート内の熱環境を模した試験を行い、簡便に線膨張係数を求めることができる線膨張係数試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するための本発明は、断熱材を用いた断熱養生容器の内部に、温度計とひずみ計を埋設したセメント硬化体による供試体を配置し、前記セメント硬化体内部で生じる水和熱による温度とひずみ量の継時変化を測定し、これにより前記セメント硬化体の線膨張係数を算出することを特徴とする線膨張係数試験方法である。
【００１３】
本発明では、高い断熱性能を有する断熱養生容器を用いることにより、水和熱のみが加熱源となるマスコンクリート内部の熱環境を再現するので、容器自体の小型化を図るとともに、少量のセメント硬化体の水和熱で実大レベルの模擬試験体内部と同程度の温度履歴を与えることが可能になる。こうしてセメント硬化体の水和熱による温度上昇、低下の過程における温度とひずみ量を測定することで、建設現場やレディーミクストコンクリート工場などで簡便に試験を実施し、線膨張係数を求めることができる。また、試験装置の小型化により室内での試験が可能となることから、外気温の影響を受けず精度の高い評価が可能になる。以上より、本発明によれば、実務レベルで実施可能である低コストかつ簡便な線膨張係数試験方法が実現され、マスコンクリートの温度ひび割れについて高精度の解析が可能であり、マスコンクリートのひび割れ低減に有効なコンクリートの調合選定などが可能になる。
【００１４】
前記断熱養生容器の内部には、セメント硬化体を型枠に打設した供試体が複数配置され、複数の前記供試体のうち少なくとも１個で、温度計とひずみ計がセメント硬化体に埋設されることが望ましい。
【００１５】
セメント硬化体を型枠に打設した供試体を用いることで、試験を容易に行うことができる。また、複数の供試体を置いて断熱養生容器内でのセメント硬化体の数量を増やすと、単独の供試体を配置する場合に比べ、水和熱による顕著な温度上昇を得ることができる。
【００１６】
前記断熱養生容器の内部に配置するセメント硬化体の総量を、以下の式で定めることが望ましい。
Ｖ≧−０．６２・Ｒ＋２２
ここで、
Ｖ；セメント硬化体の総量（Ｌ）
Ｒ；断熱材の熱抵抗値（ｍ２・Ｋ／Ｗ）
【００１７】
断熱養生容器では、より高い断熱性能を有する断熱材を用いるほど、必要なセメント硬化体の量を低減でき、断熱養生容器の小型化が図れる。必要なセメント硬化体の量は、断熱材の熱抵抗値により異なり、上記のように定めることで、実大レベルの模擬試験体と同程度の温度履歴が得られる。
【００１８】
前記断熱養生容器内の中央により近い位置にある供試体と、中央からより遠い位置にある供試体のそれぞれで、温度計およびひずみ計がセメント硬化体に埋設されることが望ましい。
【００１９】
これにより、断熱養生容器内での供試体の配置条件による試験結果の違いを踏まえて線膨張係数の評価が行える。例えば複数の供試体での結果を平均等すると、線膨張係数の評価がより好適に行える。
【００２０】
前記断熱養生容器内の前記供試体以外の空間に、断熱材を配置することが望ましい。
【００２１】
断熱養生容器内に供試体を配置した残りの空間に、発泡スチロール製のビーズなどの断熱材を詰めると、更に断熱性能を向上させることができ、より好適に線膨張係数試験が行える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、マスコンクリート内部の熱環境を模した試験を行い、簡便に線膨張係数を求めることができる線膨張係数試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】断熱養生容器１の斜視図
【図２】断熱養生容器１の断面図
【図３】供試体２の断面図
【図４】セメント硬化体２０の温度とひずみ量の継時変化を模式的に示す図
【図５】本実施形態の別の例を示す図
【図６】実施例１について説明する図
【図７】実施例１について説明する図
【図８】実施例２について説明する図
【図９】実大レベルの模擬試験体３０を示す図
【図１０】断熱養生容器４０を示す図
【図１１】セメント硬化体の温度履歴、およびセメント硬化体の温度とひずみ量の継時変化の一例を示す図
【図１２】実施例２について説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
（１．断熱養生容器）
図１を用いて、本実施形態の線膨張係数試験方法で用いる断熱養生容器１について説明する。図１は断熱養生容器１の斜視図であり、図１（ａ）は蓋部１３を空けた状態、図１（ｂ）は蓋部１３を閉じた状態である。
【００２６】
図１に示すように、断熱養生容器１は、上部を開口とした函状の本体部１１と、蓋部１３により構成される。本体部１１の各面と蓋部１３にはそれぞれ断熱材が用いられる。断熱材には、例えば発泡スチロール、発泡ウレタン、真空断熱材などの高い断熱性能を有するものを用いる。
【００２７】
（２．供試体）
図２は断熱養生容器１の断面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）の線Ｂ−Ｂに沿った水平方向の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ−Ａに沿った鉛直方向の断面図である。図２に示すように、本体部１１の内部空間には、供試体２が複数配置される。図の例では縦３列、横３列で計９個配置される。
【００２８】
図３は供試体２の鉛直方向の断面を詳細に示す図である。図３（ａ）に示すように、供試体２は、軽量型枠２４の内部に混練後のセメント硬化体２０を打設して詰めたものである。軽量型枠２４は、例えばブリキ製やプラスチック製などの、上部を開放した円筒状の型枠である。
【００２９】
セメント硬化体２０は、コンクリート、モルタル、セメントペーストなどであり、結合材にポルトランドセメント、またはこれに加えて高炉スラグやフライアッシュなど混和材を添加したものなどを用いた、水和熱による温度上昇が期待できるもの全般を指す。
【００３０】
供試体２のうち少なくとも１つでは、図３（ｂ）に示すように、セメント硬化体２０の内部にひずみ計２１と温度計２３が埋設される。ひずみ計２１は例えばひずみゲージであり、温度計２３としては例えば熱電対が用いられる。本実施形態では、容器内の中央にある供試体２ａ（図２（ａ）参照）で、セメント硬化体２０の内部にひずみ計２１と温度計２３が埋設される。
【００３１】
（３．線膨張係数試験方法）
線膨張係数試験としては、図１（ｂ）に示すように断熱養生容器１の蓋部１３を閉じた状態とし、ひずみ計２１および温度計２３を用いて、セメント硬化体２０の打設直後からの水和熱による温度上昇、低下の過程における、セメント硬化体２０の温度とひずみ量の継時変化を計測する。
【００３２】
図４に、セメント硬化体２０の温度とひずみ量の継時変化を模式的に示す。本実施形態では、図に示す継時変化から、温度低下時のひずみ量変化を直線近似し、その傾きを線膨張係数として算出することができる。
【００３３】
なお、複数の供試体２でひずみ計２１および温度計２３を設けることもできる。この場合、少なくとも、断熱養生容器１内の中央により近い位置にある供試体２と、中央からより遠い位置にある供試体２で、ひずみ計２１および温度計２３を設けるとよい。例えば、図２（ａ）で中央にある供試体２と隅角部にある供試体２、あるいは側辺の中央部にある供試体２と隅角部にある供試体２にてひずみ計２１および温度計２３を設ける。
【００３４】
これにより、断熱養生容器１内での供試体２の配置条件による試験結果の違いを踏まえて線膨張係数の評価が行える。例えば、各供試体２におけるセメント硬化体２０の線膨張係数を平均等すると、線膨張係数の評価がより精度よく行える。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、高い断熱性能を有する断熱養生容器１を用いることにより、水和熱のみが加熱源となるマスコンクリート内部の温度条件を再現するので、容器自体の小型化を図るとともに、少量のセメント硬化体２０の水和熱で、実大レベルの模擬試験体内部と同程度の温度履歴を与えることが可能になる。こうしてセメント硬化体２０の水和熱による温度上昇、低下の過程における温度とひずみ量を測定することで、建設現場やレディーミクストコンクリート工場などで簡便に試験を実施し、線膨張係数を求めることができる。また、試験装置の小型化により室内での試験が可能となることから、外気温の影響を受けず精度の高い評価が可能になる。
【００３６】
以上より、実務レベルで実施可能である低コストかつ簡便な線膨張係数試験方法が実現され、マスコンクリートの温度ひび割れについて高精度の解析が可能であり、マスコンクリートのひび割れ低減に有効なコンクリートの調合選定などが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では、軽量型枠２４にセメント硬化体２０を詰めたものを供試体２として用いることで、容易に試験が行える。また、供試体２を容器内に複数配置して、セメント硬化体２０の数量を増やすと、単独の供試体２を配置する場合に比べ、水和熱による顕著な温度上昇を得ることができる。これは、後述する実施例においても確認されている。
【００３８】
ただし本発明はこれに限らず、例えば図５（ａ）に示すように、断熱養生容器１の内部全体にセメント硬化体を打設して供試体２とすることもできる。また、図５（ｂ）に示すように、断熱養生容器１内の供試体２以外の空間に発泡スチロール製のビーズなど断熱材２５を詰めることにより、更に断熱性能を向上させることができ、より好適に線膨張係数試験が行える。
【００３９】
次に、本発明の線膨張係数試験方法について検討を行った結果を、実施例として説明する。ただし、本発明がこれに限られることはない。
【実施例】
【００４０】
［実施例１；断熱材の熱抵抗値とセメント硬化体数量の関係］
実施例１では、断熱養生容器の断熱材の熱抵抗値と、セメント硬化体の数量との関係について、最適な値を検討するための試験を行った。
【００４１】
実施例１では、断熱材の熱抵抗値、およびセメント硬化体の数量について、異なる複数の水準を用意し、セメント硬化体打設直後から内部温度を測定して、最高温度の比較を行った。供試体としては、図３等で説明した軽量型枠に、図６（ａ）に示す調合のセメント硬化体ＢＬを打設して用い実験を行った。
【００４２】
断熱養生容器としては、図６（ｂ）に示すように、断熱材の熱抵抗値が異なる３つの断熱養生容器Ａ、Ｂ、Ｃを用意した。また、セメント硬化体の数量は、断熱養生容器内に配置する供試体の本数を変えて、図６（ｂ）に示すように４通りに変化させた。
【００４３】
また、比較例として、縦１０００ｍｍ×横１０００ｍｍ×高さ８００ｍｍの大きさのセメント硬化体を型枠内に打設した模擬試験体を用意した。セメント硬化体内には温度計を配置し、打設直後からの内部の温度履歴より得られる最高温度を真の値とした。
【００４４】
結果を図６（ｂ）の項目「最高温度」に示す。各断熱養生容器内の供試体のセメント硬化体の最高温度は、模擬試験体の最高温度に概ね近い値となっており、実大レベルの模擬試験体のセメント硬化体内部の温度履歴を、断熱養生容器内の供試体によって良好に模擬できていることがわかった。
【００４５】
なかでも、図６（ｂ）のＮｏ．１、２、５、６、７、９、１０で示した条件でのセメント硬化体の最高温度は、模擬試験体での最高温度に対し９０％以上の値となっており、特に良好であることがわかる。
【００４６】
以上の結果を、断熱材の熱抵抗値を横軸、セメント硬化体の数量を縦軸としたグラフで示したものが図７である。図７の丸で記載したプロットは、上記のＮｏ．１、２、５、６、７、９、１０のデータを示し、四角で示したプロットはそれ以外のＮｏ．３、４、８、１１、１２のデータを示す。
【００４７】
ここで、グラフ中の直線は両データを分ける条件を示し、下記の式（１）
Ｖ＝−０．６２×Ｒ＋２２…（１）
で表されることがわかった。Ｖはセメント硬化体の数量（Ｌ）であり、Ｒは断熱材の熱抵抗値（ｍ２・Ｋ／Ｗ）である。
【００４８】
以上のように、実施例１の試験結果から、断熱材の熱抵抗値Ｒが大きく、セメント硬化体の数量Ｖが大きいほど、実大レベルの模擬試験体に近い温度履歴が得られ、本発明において特に好ましい条件は、Ｖ≧−０．６２×Ｒ＋２２で表されることがわかった。
【００４９】
［実施例２；線膨張係数の精度検証］
実施例２として、本発明の線膨張係数試験方法によって求められる線膨張係数の精度を検証するための試験を行った。
【００５０】
実施例２では、図８に調合を示す３種類のセメント硬化体ＮＳ、ＮＬ、ＢＬを試験に用いた。各セメント硬化体につき、実大レベルの模擬試験体を用いた線膨張係数試験から求められる線膨張係数を真値とし、これと本発明の線膨張係数試験から求められる線膨張係数とを比較した。
【００５１】
図９に実大レベルの模擬試験体３０を示す。図９（ａ）は図９（ｂ）の線Ｄ−Ｄに沿った水平方向の断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿った鉛直方向の断面図である。模擬試験体３０は、縦１０００ｍｍ×横１０００ｍｍ×高さ８００ｍｍのセメント硬化体とし、これを型枠（不図示）内に打設した。模擬試験体３０の上下面には断熱材として発泡スチロール３２を配置した。
【００５２】
模擬試験体３０内部には、周囲のセメント硬化体との縁を切る無応力容器３１の中に温度計とひずみ計（不図示）を設置したものを、図に示す位置に埋め込んだ。そして、セメント硬化体の水和熱による温度上昇、低下の過程における温度とひずみ量の継時変化から、温度低下時の線膨張係数を求めた。
【００５３】
実施例２で用いた断熱養生容器４０を図１０に示す。図１０（ａ）は図１０（ｂ）の線Ｆ−Ｆに沿った水平方向の断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の線Ｅ−Ｅに沿った鉛直方向の断面図である。
【００５４】
実施例２では、本体部４１と蓋部４３で構成される横３５０ｍｍ×縦２５５ｍｍ×高さ３００ｍｍの断熱養生容器４０を用いた。断熱養生容器４０の各面には、２５ｍ２・Ｋ／Ｗの熱抵抗値を有する断熱材を用いた。
【００５５】
断熱養生容器４０内には、直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍの上部を開放した円筒状の軽量型枠にセメント硬化体を打設した６本の供試体５０を図のように配置した。セメント硬化体の数量は計９．４Ｌとなった。
【００５６】
実施例２では、横方向（図の左右方向に対応する）の側辺に沿って配置された３本の供試体５０ａ〜５０ｃのそれぞれに温度計とひずみ計を配し、セメント硬化体の打設直後からの温度とひずみ量を測定した。温度計には熱電対を用い、ひずみ計にはひずみゲージを用いた。
【００５７】
供試体５０のセメント硬化体の温度履歴と、温度とひずみ量の継時変化の一例を図１１（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。実施例２では、図１１（ｂ）に示す温度とひずみ量の継時変化を用いて、セメント硬化体の温度低下時の線膨張係数を、図１１（ｂ）の点線に示す直線の傾きにより算出した。図の例では線膨張係数が直線の傾きより９．０９（約９．１）μ／℃と算出された。
【００５８】
実施例２の結果を、図１２の表中項目「試験結果」に示す。模擬試験体３０（比較例）については、２つの無応力容器３１（図９参照）内のそれぞれに配置した温度計とひずみ計により求められた最高温度と線膨張係数、およびそれらの平均値を示した。
【００５９】
供試体５０（本発明例）については、３つの供試体５０ａ〜５０ｃのそれぞれのセメント硬化体の最高温度と線膨張係数、およびそれらの平均値を示した。
【００６０】
図に示すように、本実施例２において、供試体５０のセメント硬化体の最高温度は実大レベルの模擬試験体３０と同程度の結果であり、線膨張係数の値も同等の値が得られた。以上から、本発明により、実大レベルの模擬試験体と同等の最高温度及び線膨張係数が得られることが確認された。
【００６１】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６２】
１、４０………断熱養生容器
２、５０………供試体
２０………セメント硬化体
２１………ひずみ計
２３………温度計
２４………軽量型枠
２５………断熱材
３０………模擬試験体
【図１】
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【図２】
2014163770.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014163770.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014163770.tif 000011
【図１０】
2014163770.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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