(57)【要約】      （修正有）【課題】設計空隙量、使用材料の物性値、及び空隙量理論式に基づいて、ポーラスコンクリートの単位体積当たりの各材料の使用量を算出して、配合設計を行うためのポーラスコンクリートの配合設計方法を提供する。【解決手段】目標とする空隙量を定めた後、この空隙量が得られるように下記の式（１）を用いて配合設計を行うことを特徴とするポーラスコンクリートの配合設計方法。2008308391.tif 000054（式（１）中、Ｖｃはポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）であり、Ｇｇは粗骨材の実積率（％）であり、Ｋｍはモルタル粗骨材空隙比であり、βはポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合である。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標とする空隙量を定めた後、この空隙量が得られるように下記の式（１）を用いて配合設計を行うことを特徴とするポーラスコンクリートの配合設計方法。
【数１】
2008308391.tif 000052
（式（１）中、Ｖｃはポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）であり、Ｇｇは粗骨材の実積率（％）であり、Ｋｍはモルタル粗骨材空隙比であり、βはポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合である。）
【請求項２】
上記の式（１）中のβが、下記の式（２）で表されるものである請求項１に記載のポーラスコンクリートの配合設計方法。
【数２】
2008308391.tif 000053
（式（２）中、βはポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合であり、βｐはポーラスコンクリート中のモルタルを構成するペーストが、βに及ぼす影響の度合いを示す係数であり、βｓはポーラスコンクリート中のモルタルを構成する細骨材が、βに及ぼす影響の度合いを示す係数であり、Ｇｓは細骨材の実積率（％）であり、Ｋｐはペースト細骨材空隙比である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計空隙量、使用材料の物性値、及び空隙量理論式に基づいて、使用材料の配合設計を行うためのポーラスコンクリートの配合設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アスファルト舗装とコンクリート構造物で整備された都市環境と、そこで営まれる化石資源等の消費活動により、都市部のヒートアイランド現象が問題となっている。この原因として、自然地表面をコンクリートで覆った人工地表面の増大による緑被率の減少や、コンクリートが蓄熱した熱の放出による夜間の気温上昇などが挙げられる。地球環境重視の思想が定着してきた現在では、地球環境に負荷を与える材料（例えば、ヒートアイランド現象の原因となるコンクリート等）は、マイナスのイメージが先行しがちである。そこで、都市の持続可能な発展を図るために、環境配慮、環境負荷低減または環境対応などを目的としたエコマテリアルとしてのコンクリートの研究開発が必要不可欠となってきている。
【０００３】
このような背景から、近年、エコマテリアルの一つとして、連続空隙を有するポーラスコンクリートの研究開発が盛んに行われている。ポーラスコンクリートは、大きな空隙を多量に保持することにより、透水性、保水性、および、低騒音性などの環境負荷低減機能や環境保全機能を有している。さらに、ポーラスコンクリートは、植生基盤や水質浄化処理等にも用いることができ、生物共生分野への適用も可能となっている。
【０００４】
ポーラスコンクリートの強度特性や耐久性、付加性能などの性能を支配する要因は、空隙量である。所望の空隙量を有するポーラスコンクリートを得る方法として、例えば、次のような方法が提案されている。
ポーラスコンクリートの空隙量を予め設定する方法としては、例えば、日本コンクリート工学協会の「ポーラスコンクリートの設計・施工方法の確立に関する研究委員会報告書  ２００３」では、粗骨材の実積率に補正係数α（一般的なαの値として０．９５〜０．９８）を乗じる方法が提案されている。
【０００５】
また、ポーラスコンクリートの空隙率に基づいてポーラスコンクリート舗装を行う方法として、初期単位セメント量、単位粗骨材量、ポリマー系混和材を一定量とし、単位水量を所定の範囲で変化させて供試体を作製し、該供試体の質量と該水セメント比との対応関係を求めるとともに、前記水セメント比と計算配合密度との対応関係を求め、前記各対応関係から一意に得られた水セメント比をもとに、所定空隙率が得られる締固め状態を想定したポーラスコンクリートの配合設計を行い、該配合設計に基づく材料から得られた混合物を、所定接地圧のフィニッシャで敷き均して前記空隙率を確保可能な締固めエネルギーを導入して締固めを行うようにしたポーラスコンクリート舗装の構築方法が提案されている(特許文献１）。
また、ポーラスコンクリートの空隙量等を管理する方法として、粒径により骨材を分類し、骨材の周りに結合材が均等に付着したものをモデル化し、シミュレーション中に骨材周りの結合材の変形を考慮できるように拡張し、なおかつ加圧振動締固めも考慮できるように拡張したポーラスコンクリート内の連続空隙を算定できる３次元粒子要素法プログラムをコンピュータにアップロードし、結合材、骨材ならびに型枠のそれぞれの物性値と配合諸量、結合材の無変形量を変数としてシミュレーションを行い、ポーラスコンクリートの骨材・空隙の配置、実積率、連続・独立空隙分布、連続・独立空隙量を管理する方法が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−２００９６４号公報
【特許文献２】特開２００５−４７７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述の従来の方法は、結果に基づく解析がほとんどであり、理論的な解明は不十分である。そのため、理論式に基づいて所要の空隙量を得るためのポーラスコンクリートの配合設計方法は、確立されるに至っていないのが現状である。
【０００７】
本発明は、上述の背景に鑑みて成されたものであって、設計空隙量、使用材料の物性値、および空隙量理論式に基づいて、各材料の配合設計を行うためのポーラス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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポーラスコンクリートにおける粗骨材相互間の空隙内のモルタルの充填状態をモデル化して、空隙量理論式を導き出し、設計空隙量、使用材料の物性値および空隙量理論式に基づいて、各材料の使用量を算出して、ポーラス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、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］及び［２］を提供するものである。
【０００９】
［１］  目標とする空隙量を定めた後、この空隙量が得られるように下記の式（１）を用いて配合設計を行うことを特徴とするポーラスコンクリートの配合設計方法。
【００１０】
【数１】
2008308391.tif 000002
（式（１）中、Ｖｃはポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）であり、Ｇｇは粗骨材の実積率（％）であり、Ｋｍはモルタル粗骨材空隙比であり、βはポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合である。）
【００１１】
［２］  上記の式（１）中のβが、下記の式（２）で表されるものである請求項１に記載のポーラスコンクリートの配合設計方法。
【００１２】
【数２】
2008308391.tif 000003
（式（２）中、βはポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合であり、βｐはポーラスコンクリート中のモルタルを構成するペーストが、βに及ぼす影響の度合いを示す係数であり、βｓはポーラスコンクリート中のモルタルを構成する細骨材が、βに及ぼす影響の度合いを示す係数であり、Ｇｓは細骨材の実積率（％）であり、Ｋｐはペースト細骨材空隙比である。）
【発明の効果】
【００１３】
本発明のポーラスコンクリートの配合設計方法によれば、設計空隙量、使用材料の物性値および空隙量理論式に基づいて、ポーラスコンクリートの単位体積当たりの各材料の使用量を算出して、高い精度で所要の空隙量（具体的には、設計空隙量±１．５％程度の誤差範囲内の空隙量）を有するポーラスコンクリートを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のポーラスコンクリートの配合設計方法は、目標とする空隙量を定めた後、この空隙量が得られるように下記の式（１）を用いて配合設計を行う。
【００１５】
【数３】
2008308391.tif 000004
（式（１）中、Ｖｃはポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）であり、Ｇｇは粗骨材の実積率（％）であり、Ｋｍはモルタル粗骨材空隙比であり、βはポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合である。）
【００１６】
［１．ポーラスコンクリートにおける空隙量の定式化］
［（１）ポーラスコンクリートの空隙状態のモデル化］
図１は、ポーラスコンクリート１を構成する粗骨材２、モルタル３および空隙４の状態を模式化したモデル（以下、「ＰＯＣモデル」と称する。）を示す説明図である。また、図２は、ポーラスコンクリートの２つの限界状態を模式化した説明図であり、（ａ）は粗骨材被覆状態を示し、（ｂ）は空隙充填状態を示す。
上記式（１）の空隙量理論式は、図１に示す、ＰＯＣモデルから導き出すことができる。
粗骨材２のバインダーとなるモルタル３は、粗骨材２の全面を均一の厚みで被覆する部分３ａ（図２（ａ）参照）と、粗骨材２の粒子間に形成される空隙（以下、粗骨材粒子間空隙と称する。）を部分的に充填する部分３ｂ（モルタル３のうち、部分３ａを除く残部；図２（ｂ）参照）とから成り立っていると考えられる。モルタル３が、粗骨材２を均一な厚みで被覆する部分３ａのみからなる場合は、空隙量が最大（最大空隙量）になると考えられる（図２（ａ）の粗骨材被覆状態）。
一方、モルタル３が、粗骨材粒子間空隙に充填されている場合は、空隙量が最小（最小空隙量）になると考えられる（図２（ｂ）の空隙充填状態）。
図１に示したＰＯＣモデルは、粗骨材被覆状態となるモルタル３ａと、空隙充填状態となるモルタル３ｂが混在する状態を表しており、実際のポーラスコンクリートの状態に近いものであると考えられる。本発明者は、最大空隙量となる限界状態（以下、（ａ）粗骨材被覆状態ともいう。）、最小空隙量となる限界状態（以下、（ｂ）空隙充填状態ともいう。）、及び、ＰＯＣモデルにおける空隙量及び単位粗骨材かさ容積を、次のように導き出した。
【００１７】
ここで、単位粗骨材かさ容積Ｒｇとは、コンクリート１ｍ３中の粗骨材のかさの容積である。単位粗骨材かさ容積Ｒｇは、表乾状態の単位粗骨材量Ｇ（ｋｇ）を、表乾状態の粗骨材の単位容積質量Ｔｇ’（ｋｇ／ｍ３）で除した値であり、下記の式（３）で表される。表乾状態の粗骨材の単位容積質量Ｔｇ’（ｋｇ／ｍ３）とは、ＪＩＳ  Ａ１１０４（骨材の単位容積質量及び実積率試験方法）に基づいて得られた粗骨材の単位容積質量Ｔｇ（ｋｇ／ｍ３）に粗骨材の吸水率Ｑｇを乗じた値である。
【００１８】
【数４】
2008308391.tif 000005
【００１９】
［（ａ）粗骨材被覆状態における空隙量および単位粗骨材かさ容積］
粗骨材被覆状態は、モルタルが全くない状態で粗骨材同士が点接触している場合と比べて、粗骨材の全面に均一な厚みのモルタル層が形成されることによって、粗骨材同士の間隔が均等に大きくなる状態であり、その空隙量はモルタルの量に関わらず、同等になると考えられる。そのため、粗骨材被覆状態における空隙量Ｖｃｕ（ｍ３）は、モルタルが全くない場合の粗骨材の空隙量と同等となるので、粗骨材の実積率をＧｇとすると、下記の式（４）に示すように、粗骨材粒子間の空隙量（１−Ｇｇ（ｍ３））で示される。
【００２０】
【数５】
2008308391.tif 000006
【００２１】
次に、粗骨材被覆状態における単位粗骨材かさ容積Ｒｇｕを求める。
粗骨材被覆状態においては、モルタルの被覆厚の増大により、粗骨材粒子間距離は大きくなり、単位粗骨材かさ容積Ｒｇは小さくなるものと考えられる。以下に、この考察を理論式から実証する。
まず、モルタル粗骨材空隙比（以下、Ｋｍとする。）を用いて、粗骨材被覆状態における単位モルタル体積ｍｕ（ｍ３）を求める。
モルタル粗骨材空隙比Ｋｍは、コンクリート１ｍ３中の粗骨材粒子間の空隙量Ｖｇ（ｍ３）に対する単位モルタル体積ｍ（ｍ３）の割合であり、下記の式（５）で示される。
【００２２】
【数６】
2008308391.tif 000007
【００２３】
上記の式（５）を用い、かつ、粗骨材被覆状態における単位粗骨材体積をｇｕ（ｍ３）とすると、粗骨材被覆状態における単位モルタル体積ｍｕ（ｍ３）は、下記の式（６）で求められる。
【００２４】
【数７】
2008308391.tif 000008
【００２５】
また、粗骨材の単位容積質量Ｔｇ（ｋｇ／ｍ３）は、粗骨材の表乾密度ρｇ（ｋｇ／ｍ３）および粗骨材の実積率Ｇｇを用いて、下記の式（７）で示される。
【００２６】
【数８】
2008308391.tif 000009
【００２７】
上記の式（３）に式（７）を代入し、整理すると、単位粗骨材体積ｇｕ（ｍ３）は、下記の式（８）で求められる。
【００２８】
【数９】
2008308391.tif 000010
【００２９】
粗骨材被覆状態における単位モルタル体積ｍｕ（ｍ３）、単位粗骨材体積ｇｕ（ｍ３）、および、粗骨材粒子間の空隙量Ｖｃｕ（ｍ３）の和は、１ｍ３となる（下記の式（９））。
【００３０】
【数１０】
2008308391.tif 000011
【００３１】
上記の式（９）に、上記の式（４）、式（６）および式（８）を代入し、整理すると下記の式（１０）が得られる。下記の式（１０）に示されるように、粗骨材被覆状態における単位粗骨材かさ容積Ｒｇｕは、モルタル粗骨材空隙比の増加に伴い、小さくなることが明らかになった。
【００３２】
【数１１】
2008308391.tif 000012
【００３３】
［（ｂ）空隙充填状態における空隙量および単位粗骨材かさ容積］
空隙を含むポーラスコンクリートの単位体積は１ｍ３であり、空隙充填状態における単位粗骨材かさ容積Ｒｇｌは、ポーラスコンクリートの単位体積と一致する（Ｒｇｌ＝１）。
空隙充填状態における単位モルタル体積ｍｌ（ｍ３）、単位粗骨材体積ｇｌ（ｍ３）、および、粗骨材粒子間の空隙量Ｖｃｌ（ｍ３）の和も１ｍ３となる。
ここで、上記の式（５）を用いると、空隙充填状態における単位モルタル体積ｍｌ（ｍ３）は、下記の式（１１）で示される。
【００３４】
【数１２】
2008308391.tif 000013
【００３５】
また、空隙充填状態における単位粗骨材体積ｇｌ（ｍ３）は、下記の式（１２）で表される。
【００３６】
【数１３】
2008308391.tif 000014
上記の式（１１）及び式（１２）を、単位モルタル体積ｍｌ（ｍ３）、単位粗骨材体積ｇｌ（ｍ３）、および、粗骨材粒子間の空隙量Ｖｃｌ（ｍ３）の和が１ｍ３となる式に代入すると、空隙充填状態における粗骨材粒子間の空隙量Ｖｃｌ（ｍ３）は、下記の式（１３）で表される。
【００３７】
【数１４】
2008308391.tif 000015
【００３８】
［（ｃ）ＰＯＣモデルにおける空隙量および単位粗骨材かさ容積］
図３は、ＰＯＣモデルを示す説明図である。ＰＯＣモデルは、前述のように、バインダーとなるモルタルが粗骨材の全面を均一な厚みで均等に被覆する部分と、この部分によって形成される粗骨材粒子間空隙を部分的に充填する部分とから成り立っているモデルである。
図３に示すように、粗骨材に被覆するモルタルの比率をβ（ベータ）、粗骨材粒子間空隙に部分的に充填するモルタルの比率を（１−β）とする。βは、ポーラスコンクリートの単位体積中の全モルタル量に対する、粗骨材の全面を均一な厚みで被覆するモルタル量の質量割合である。
ＰＯＣモデルにおける単位粗骨材かさ容積を求める際には、粗骨材を被覆するモルタルについてのみ考慮すればよい。
ポーラスコンクリートの単位モルタル体積をｍ（ｍ３）とすると、粗骨材を被覆するモルタルの単位体積はβ×ｍ（ｍ３）となる。そのため、粗骨材を被覆するモルタルのみを考慮したポーラスコンクリートでは、下記の式（１４）が成立することになり、単位粗骨材かさ容積Ｒｇは下記の式（１５）で求められる。この式（１５）から、ＰＯＣモデルにおける単位粗骨材かさ容積は、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍが増加すると小さくなることが分かった。
【００３９】
【数１５】
2008308391.tif 000016
【００４０】
【数１６】
2008308391.tif 000017
【００４１】
ポーラスコンクリートにおける単位モルタル体積ｍ（ｍ３）、単位粗骨材体積ｇ（ｍ３）、及び、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃ（ｍ３）の和は１ｍ３であるから、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃは、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍの分数関数である下記の式（１）から求めることができる。
【００４２】
【数１７】
2008308391.tif 000018
【００４３】
図４に、ＰＯＣモデル及び各限界状態（粗骨材被覆状態及び空隙充填状態）におけるモルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃの関係を示す。
図４に示すように、ＰＯＣモデルにおけるモルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃの関係式は、粗骨材被覆状態と空隙充填状態に挟まれた領域を通る分数関数であり、（０，１−Ｇｇ）及び（Ｇｇ／（Ｇｇ−β），０）を通る。
よって、ポーラスコンクリートの単位粗骨材かさ容積は、目標とする空隙量Ｖｃや粗骨材を被覆するモルタルの比率βが大きいほど、小さくなり、一定ではないこととなる。
以上の結果より、ポーラスコンクリートの空隙量（理論）式の基本形を導き出すことができた。
【００４４】
［（２）粗骨材を被覆するモルタルの比率］
次に、粗骨材を被覆するモルタルの比率であるβについて、検討する。
粗骨材を被覆するモルタルの比率βは、モルタルの流動性により変化する定数と考えられる。ここで、粗骨材を被覆するモルタルに影響を及ぼす要因を細分化するために、モルタルを、さらにペーストと細骨材に分けて検討する。
ＰＯＣモデルにおける粗骨材を被覆するモルタルの単位体積は、β×ｍ（ｍ３）で表すことができる。コンクリート１ｍ３中のモルタルを構成するペーストおよび細骨材の体積割合が、粗骨材を被覆するモルタル比率βに及ぼす影響度合いを示す係数を、それぞれβｐおよびβｓとすると、粗骨材を被覆するモルタルの比率βは、下記の式（１６）で表すことができる。式（１６）は、βｐもしくはβｓが負の値となる場合、モルタル中のペーストもしくは細骨材の割合が増加することにより、粗骨材を被覆するモルタルの比率βが小さくなることを示す。
【００４５】
【数１８】
2008308391.tif 000019
【００４６】
ペースト細骨材空隙比（以下、Ｋｐとする。）は、コンクリート１ｍ３中の細骨材粒子間空隙の単位体積Ｖｓ（ｍ３）に対する単位ペースト体積ｐ（ｍ３）の割合である。ペースト細骨材空隙比Ｋｐは、細骨材の実積率Ｇｓ（％）、単位ペースト体積ｐ（ｍ３）、および、単位細骨材体積ｓ（ｍ３）より下記の式（１７）により求められる。
【００４７】
【数１９】
2008308391.tif 000020
【００４８】
上記の式（１７）および前述の式（５）により、単位ペースト体積ｐ（ｍ３）および単位細骨材体積ｓ（ｍ３）は、それぞれ下記の式（１８）および（１９）により示すことができる。
【００４９】
【数２０】
2008308391.tif 000021
【００５０】
【数２１】
2008308391.tif 000022
【００５１】
上記の式（１６）に、上記の式（１８）および（１９）を代入すると、下記の式（２）が求められる。この式（２）により、粗骨材を被覆するモルタルの比率βは、βｐ＝βｓとなる場合は、ペースト細骨材空隙比Ｋｐに関わらず定数となり、βｐ＝βｓとなる以外の場合は、ペースト細骨材比率Ｋｐの分数関数となる。
【００５２】
【数２２】
2008308391.tif 000023
【００５３】
ＰＯＣモデルにおける単位粗骨材かさ容積Ｒｇ、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃ、および粗骨材を被覆するモルタルの比率βを表１に示す。
表１に示すように、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃ（理論値）は、配合条件であるＫｍ（モルタル粗骨材空隙比）及びＫｐ（ペースト細骨材空隙比）、骨材の実積率であるＧｇ（粗骨材の実積率）およびＧｓ（細骨材の実積率）、実験定数であるβｐ（コンクリート１ｍ３中のモルタルを構成するペーストの体積割合が、粗骨材を被覆するモルタル比率βに及ぼす影響の度合いを示す係数）およびβｓ（コンクリート１ｍ３中のモルタルを構成する細骨材の体積割合が、粗骨材を被覆するモルタル比率βに及ぼす影響の度合いを示す係数）を用いて表すことができる。
【００５４】
【表１】
2008308391.tif 000024
【００５５】
［（３）ポーラスコンクリートの空気泡］
普通コンクリートにおける空気泡には、エントラップトエアとエントレインドエアが存在する。ポーラスコンクリートの空気量は、０．０２５〜０．０３５ｍ３であることが実験により確認されている。また、全ての空隙は連続していることも、微小焦点Ｘ線ＣＴスキャンシステムにより確認されている。また、連続空隙量は、全空隙量より０．０２〜０．０３ｍ３程度小さいことが確認されている。
これらのことから、ポーラスコンクリートにおける全空隙量と連続空隙量の差に空気泡が含まれている可能性があると推察できる。
【００５６】
ここでは、ポーラスコンクリートにおける空気泡の影響について検討する。本明細書において、エントラップトエアおよびエンドレインドエアを「空気泡」とし、その単位容積を「空気量」とする。
ポーラスコンクリート中の空気泡は全てペーストに含まれるものとし、かつ、ペーストに含まれる空気量は、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍやペースト細骨材空隙比Ｋｐにより変動しないものと仮定する。
ポーラスコンクリート中の空気量をＶａ（ｍ３）としたとき、ペーストおよびモルタルの空気量容積比ＡｐおよびＡｍは、それぞれ下記の式（２０）および式（２１）で示すことができる。また、モルタルの空気量容積比Ａｍは、上記の式（１７）および式（２０）を用いて、下記の式（２２）に示すように、ペーストの空気量容積比Ａｐ、ペースト細骨材空隙比Ｋｐ、および、細骨材の実積率Ｇｓで示すことができる。
【００５７】
【数２３】
2008308391.tif 000025
【００５８】
【数２４】
2008308391.tif 000026
【００５９】
【数２５】
2008308391.tif 000027
【００６０】
上記の式（２２）に示したモルタルの空気量容積比Ａｍを用いてポーラスコンクリートにおける空気量の算定を試みる。
ポーラスコンクリートは、粗骨材粒子間に空隙が形成されるので、下記の式（２３）に示すように、空気泡を有するモルタルの単位かさ容積（ｍ／１−Ａｍ）（ｍ３）と単位粗骨材体積ｇ（ｍ３）の和は１未満になる。
【００６１】
【数２６】
2008308391.tif 000028
【００６２】
上記の式（５）および式（１５）を参考に単位モルタル体積ｍ（ｍ３）および単位粗骨材体積ｇ（ｍ３）を求め、上記の式（２３）に代入することにより、下記の式（２４）が求められる。
【００６３】
【数２７】
2008308391.tif 000029
【００６４】
上記の式（２４）は粗骨材粒子間空隙の形成の限界、すなわち、ポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界となるモルタル粗骨材空隙比を示しており、この境界値をＫｍｘとする。
モルタル粗骨材空隙比Ｋｍが、境界値Ｋｍｘ未満である場合のポーラスコンクリート中の単位モルタル体積ｍ（ｍ３）は、上記の式（５）および式（１５）により、下記の式（２５）で求められる。この式（２５）から、ポーラスコンクリートの空気量Ｖａ（ｍ３）は、下記の式（２６）に示すように、粗骨材を被覆するモルタルの比率β、モルタルの空気量容積比Ａｍ、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ、および、粗骨材の実積率Ｇｇより求められる。ポーラスコンクリートの空気泡は、ポーラスコンクリートの空隙に含まれ、独立空隙の一部と考えられる。
【００６５】
【数２８】
2008308391.tif 000030
【００６６】
【数２９】
2008308391.tif 000031
【００６７】
一方、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍが境界値Ｋｍｘ以上である場合の普通コンクリートの空隙量Ａｃ（ｍ３）は、下記の式（２７）で示され、ｙ＝Ａｍを漸近線とする分数関数である。
【００６８】
【数３０】
2008308391.tif 000032
【００６９】
図５に、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ以外の条件が同等であるポーラスコンクリートの、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、空隙量Ｖｃ（ｍ３）、空気量Ｖａ（ｍ３）および普通コンクリートの空気量Ａｃ（ｍ３）との関係を示す。
これらの関係を示す線の交点は、（Ｋｍｘ、（１−Ｇｇ）Ａｍ／{１−（１−Ａｍ）β}）で示すことができる。理論上、普通コンクリートは、Ｋｍ＝Ｋｍｘにおいて最も空気量が小さくなり、その際の空気量は、（１−Ｇｇ）Ａｍ／{（１−（１−Ａｍ）β}（ｍ３）となる。
以上の結果により、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍの範囲により、表２のようにポーラスコンクリートと普通コンクリートを分類できる。
【００７０】
【表２】
2008308391.tif 000033
【００７１】
［２．材料構成に基づくコンクリートの分類］
上述のように、ポーラスコンクリートの空隙に関する理論モデル（ＰＯＣモデル）を考案し、このモデルから空隙量理論式（式（１））を導いた。この空隙量理論式より、ポーラスコンクリートの粗骨材粒子間空隙の形成限界を求め、空隙量Ｖｃと空気量Ｖａの関係から上記の表２に示すように、ポーラスコンクリートと普通コンクリートは、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍの範囲で分類できることを示した。
また、この考え方を細骨材粒子間空隙に適用することにより、ペースト細骨材空隙比Ｋｐを用いて、細骨材粒子間空隙の形成限界を求め、さらに、ペースト細骨材空隙比Ｋｐの範囲でコンクリートを分類することができるものと考えられる。
ポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界値をＫｐｘとすると、細骨材粒子間空隙を含むポーラスコンクリートは、Ｋｐ＜Ｋｐｘの領域、普通コンクリートはＫｐ≧Ｋｐｘの領域になるものと考えられる。
【００７２】
ここでは、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍおよびペースト細骨材空隙比Ｋｐを用いて、ポーラスコンクリートのあるべき位置づけを示し、空隙量理論式について実験的検証を行うポーラスコンクリートの配合条件について検討する。また、ポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界値ＫｍｘおよびＫｐｘについての概念を示す。
【００７３】
図６に、横軸をモルタル粗骨材空隙比Ｋｍ、縦軸をペースト細骨材空隙比Ｋｐとした場合に表されるコンクリートの概念図を示す。
ＫｍおよびＫｐの範囲は０から無限大（∞）であり、ＫｍｘおよびＫｐｘをポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界とした。図６中、ＮＦＣは、細骨材を含まないコンクリート（Ｎｏ−Ｆｉｎｅｓ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）を示す。図６中の各領域を以下に説明する。
横軸（ｘ軸）上は骨材のみを示し、Ｋｍ＝無限大（∞）は細骨材のみを示す。縦軸（ｙ軸）上は粗骨材のみを示す。Ｋｍ＝無限大（∞）線上はモルタルを示し、Ｋｐ＝無限大（∞）はペーストを示す。Ｋｐ＝無限大（∞）線上はＮＦＣを示す。
【００７４】
図６中、領域Ｉは、Ｋｍ≧ＫｍｘおよびＫｐ≧Ｋｐｘの領域であり、骨材粒子間空隙がない通常の（普通）コンクリートを示す。図中の各種コンクリートの位置づけは、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ、ペースト細骨材空隙比Ｋｐ、水セメント比（Ｗ／Ｃ）の概念が含まれていないため、概略の位置関係である。
この領域のコンクリートは、主に強度や耐久性を重視した密実なコンクリートであるが、結合材中に大量の空気泡を含む気泡コンクリートも含まれる。
【００７５】
図６中、領域ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶは、骨材粒子間空隙を含むコンクリートの領域であり、ポーラスコンクリートを示す。
図６中、領域ＩＩは、粗骨材粒子間空隙が残存するため、比較的空隙径の大きい連続空隙を形成することができると考えられる。モルタルの性能改善により強度や耐久性の向上を図ることができるポーラスコンクリートの領域であり、実用化されているポーラスコンクリートは、ほぼこの領域ＩＩに含まれる。空隙量理論式を用いた実施例は、この領域ＩＩに含まれるポーラスコンクリートを対象とすることになる。また、Ｋｐ＝無限大（∞）は、細骨材を含まないポーラスコンクリート（Ｎｏ−Ｆｉｎｅｓ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｃｏｎｃｒｅｒｔｅ、ＮＦ−ＰＯＣ）である。
【００７６】
図６中、領域ＩＶは、細骨材粒子間空隙が残存するため、比較的空隙径の小さい連続空隙を形成することができると考えられる。Ｋｍ＝無限大（∞）は、ポーラスモルタル（ＰＯＭ）である。
図６中、領域ＩＩＩは、領域ＩＩの比較的空隙径の大きい連続空隙と領域ＩＶの比較的空隙径の小さい連続空隙を併せ持つポーラスコンクリートと考えられる。ペースト量が非常に少なくなることから、強度や耐久性を確保することが難しくなると考えられる。
【００７７】
図６に示すように、コンクリートを分類すると、ポーラスコンクリートは、「エントラップトエア及びエントレインドエアなどの空気泡を除く骨材粒子間空隙を有するコンクリート」と定義することができる。
また、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍやペースト細骨材空隙比Ｋｐで、コンクリートを分類する上で、基となる粗骨材や細骨材の分類は非常に重要である。
ポーラスコンクリートの粗骨材としては、通常のコンクリート用細骨材の粒度範囲に含まれる５〜２．５ｍｍ骨材（７号砕石）や、２．５ｍｍ以下の小粒径単粒度砕石を用いることがある。これは、比較的空隙径の大きい骨材粒子間空隙を形成する骨格となる骨材を粗骨材とし、モルタルに含まれる骨材を細骨材として分類する方法である。
【００７８】
以下に示す実施例において、ポーラスコンクリートにおける細骨材は、モルタルを形成する最大骨材寸法が５ｍｍ以下である連続粒度のコンクリート用細骨材とし、これ以外の骨材は粒径の大小にかかわらず全て粗骨材として扱うこととする。
なお、本明細書中において、「連続粒度」とは、下限の粒径を設けず、最大寸法まで連続した粒度分布を有することをいう。
例えば、５ｍｍ以下の粒径からなる単粒度骨材を使用したポーラスコンクリートは、「小粒径粗骨材を用いたポーラスコンクリート」とし、粗骨材を含まない細骨材とペーストからなるポーラスコンクリート（ポーラスモルタル）と区分して扱うこととする。
【実施例】
【００７９】
以下に、「１．ポーラスコンクリートにおける空隙量の定式化」において定式化した空隙量の式（１）について、図６中の領域ＩＩで示されるポーラスコンクリートにおいて、粗骨材の粒度（連続粒度）の範囲、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ及びペースト細骨材空隙比Ｋｐを変化させた実施例により、上記の式（１）の適合性を検証する。
【００８０】
［実施例］
１．実施方法
（１）使用材料
セメント（結合材）としては、普通ポルトランドセメント（密度；３．１６ｇ／ｃｍ３）、混和材・混和剤としては、車道舗装用ポーラスコンクリート専用無機系混和材（Ａｄ１、密度；２．２６ｇ／ｃｍ３）、景観舗装用ポーラスコンクリート専用無機系混和材（Ａｄ２、密度；２．１６ｇ／ｃｍ３）、高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ８ＳＢ（ＳＰ））を使用した。
混和材はセメントの内割、混和剤は水の内割として使用した。
また、使用骨材の物性値を下記の表３に示す。細骨材としては、粒度範囲が０〜５ｍｍのコンクリート用細骨材（ＳＡ,ＳＢ,ＳＣ）を使用した。粗骨材としては、粒度範囲が１３〜５ｍｍの骨材（６号砕石）、および、粒度範囲が５〜２．５ｍｍの骨材（７号砕石）を使用した。また、粒度範囲が１３〜５ｍｍの骨材（Ｇ１３０５Ａ）を１０ｍｍふるいで粒度調整した粒度範囲が１３〜１０ｍｍの骨材、及び粒度範囲が１０〜５ｍｍの骨材も粗骨材として使用した。骨材の物性値を下記の表３に示す。
【００８１】
【表３】
2008308391.tif 000034
【００８２】
（２）配合
ポーラスコンクリートの配合水準を下記の表４に示す。
空隙量の式（１）の解析的検証の便を考慮して、配合設計は、単位粗骨材かさ容積Ｒｇを１．０とし、設計空隙量Ｖｄ’（ｍ３）を、下記の式（２８）を用いて、粗骨材の実積率Ｇｇと、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍより求めた。モルタル粗骨材空隙比Ｋｍを変化させたポーラスコンクリートの配合例を表５（ポーラスコンクリートの示方配合例１（Ｇ１３０５Ａ使用）および表６（ポーラスコンクリートの示方配合例２（Ｇ０５０２使用）に示す。
なお、表４〜表６中、Ｇは単位粗骨材量（ｋｇ）、Ｓは単位細骨材量（ｋｇ）、Ｗは単位水量（ｋｇ）、Ｃは単位セメント量（ｋｇ）、Ｗ／Ｂは水結合材比、Ｗ／Ｃは水セメント比を示す。
【００８３】
【数３１】
2008308391.tif 000035
【００８４】
【表４】
2008308391.tif 000036
【００８５】
【表５】
2008308391.tif 000037
【００８６】
【表６】
2008308391.tif 000038
【００８７】
（３）練混ぜ方法
ポーラスコンクリートの練り混ぜは、強制練りミキサを用いて、粗骨材および細骨材、セメント及び混和材をミキサに投入し、１５秒間空練りを行った後、水を投入して５分間練り混ぜることによって行った。
【００８８】
（４）空隙量の測定方法
ポーラスコンクリートの空隙量を沈下法により測定した。図７に、沈下法によるポーラスコンクリートの空隙量の測定方法を示す。
図７に示すように、振動テーブル５上に、直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの鋼製の型枠６を載置し、この型枠６内に試料７（質量Ｗｔｐ；２．６０ｋｇ）を投入し、該型枠上６に４ｋｇの錘８を載せて、鋼製の型枠６ごと試料７に振動をかけた後、該型枠６内の試料７の高さ及び直径を測定し、ポーラスコンクリートの体積Ｖ（ｍ３）を求めた。振動テーブル５は、振動数３００ｒｐｍ、起振力８２３Ｎのものを用い、加振時間は２分間とした。
配合より、空気が全くないものとして計算したポーラスコンクリートの理論単位体積質量Ｔ（ｋｇ）を用いて、下記の式（２９）によりコンクリート１ｍ３に対する空隙量の実験値Ｖｔ（ｍ３）を求めた。
この試験方法で求められたポーラスコンクリートの空隙量は、同等の振動エネルギーを与えたときのポーラスコンクリートの残存空隙量を示し、加振時間は、ほぼフルコンパクション状態となる時間を設定した。
【００８９】
【数３２】
2008308391.tif 000039
【００９０】
（５）結合材の基本物性試験
上記の表４に示すポーラスコンクリートの結合材となるペーストまたはモルタルの基本物性として、流動性及び空気量を測定した。
ペーストおよびモルタルの流動性を評価する試験として、フロー試験を実施した。試験は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験」に準じて行い、ＪＩＳに準じた１５回の落下運動を与えたフロー値（１５打）と、落下運動を与えないフロー値（０打）を測定した。
また、フレッシュ時のペースト及びモルタルの空気量の測定は、ＪＩＳ  Ａ  １１４２「有機不純物を含む細骨材のモルタルの圧縮強度による試験方法」を参考にして測定した。容器は、ＪＩＳ  Ａ  ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」に示されている、金属製の円筒状の容器を用いた。この容器の容積は、約５００ｃｍ３である。容器の容積は、試験前に、この容器を満たす必要な水の質量を正確に測って算出した。
【００９１】
２．結合材の基本物性
ポーラスコンクリートの結合材となるペースト及びモルタルの基本物性試験の結果を下記の表７に示す。
高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）をＣ×１％使用した場合、ペーストおよびモルタルは非常に硬く、バサバサした状態であり、全く流動性がなかった。空気量の測定においては、締固め不足による空隙が残存しないように、振動台（振動テーブル）で十分に締固めを行った。
混和材Ａｄ１及びＡｄ２を用いた場合、非常に流動性が高い性状を示したが、混和材Ａｄ２を用いたペーストは分離した。
空気量は、０．０２７〜０．０５８ｍ３の範囲とやや大きい結果となった。これは、空気量試験では、振動締固めを行ったが、ペーストやモルタルは非常に粘性が高く、流動性が悪かったため、脱泡できなかったことが原因である。
【００９２】
【表７】
2008308391.tif 000040
【００９３】
３．空隙量の測定結果
図８に、各粗骨材ごとに、各ペースト細骨材空隙比Ｋｐにおける、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）（空隙量実験値Ｖｔおよび空隙量の回帰値（空隙量理論値））との関係を示す。これらの結果を用いて、空隙量式の検証を後述する。
【００９４】
４．粗骨材を被覆するモルタルの比率βの算出
上記の表１に示したＰＯＣモデルの空隙量Ｖｃ（ｍ３）の関係式及び実施例の結果（空隙量実験値）により、最小二乗法を用いて上記の式（１）の形の式で、実施例の結果（空隙量実験値）を回帰し、ポーラスコンクリートの空隙モデルにおける粗骨材を被覆するモルタルの比率βを求めた。
表８に、粗骨材を被覆するモルタルの比率βの算出結果を示す。また、図８に、各粗骨材ごとに、各ペースト細骨材空隙比ｋｐにおける、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、空隙量（空隙量実験値Ｖｔおよび回帰値（空隙量理論値）Ｖｃ）との関係を示す。
図８に示す空隙量実験値と、該空隙量実験値に基づく回帰値の関係により、これらの決定係数（Ｒ２乗値）は、一点（０．７３）を除き、決定係数（Ｒ２乗値）が０．８９以上となっている。このことから、上記の式（９）の関係式は、粗骨材を被覆するモルタルの比率βを定めることにより、十分な精度で実施例の結果（空隙量実験値）を示すことになることが分かった。
また、ペースト細骨材空隙比Ｋｐを小さくすると、粗骨材を被覆するモルタルの比率βが増大する傾向があることから、粗骨材粒子間距離が増大し、単位粗骨材かさ容積が減少することになる。
【００９５】
【表８】
2008308391.tif 000041
【００９６】
５．係数βｐとβｓの算出
上記の表８に示すペースト細骨材空隙比Ｋｐと粗骨材を被覆するモルタルの比率βを用いて、上記の式（２）の形の式で実験結果を回帰し、係数βｐとβｓを求めた。図９に、係数βｐおよびβｓと、粗骨材平均粒径との関係を示す。粗骨材平均粒径は、粗骨材の最大粒径と最小粒径の平均値とした。
図９に示すように、係数βｓは、粗骨材平均粒径が大きいほど小さくなり、係数βｐに比べて４倍以上と非常に大きいことから、粗骨材を被覆するモルタルの比率βは、細骨材量の影響が大きいことが明らかになった。
また、係数βｐに負の値が認められ、ペースト量の増大により、粗骨材を被覆するモルタルの比率βが小さくなる。ただし、前提条件により、βは０以上であり、係数βｐが負の場合には、上記の式（１４）が適用できるペースト細骨材空隙比Ｋｐには、上限値が存在することになる。ペースト細骨材空隙比Ｋｐの上限値をＫｐｌｉｍとすると、Ｋｐｌｉｍでは、粗骨材を被覆するモルタルの比率β＝０となることから、上記の式（１４）により、Ｋｐｌｉｍは、下記の式（３０）で求められる。
Ｋｐｌｉｍ以上では、粗骨材を被覆するモルタルがなく、空隙充填状態と同様に、粗骨材粒子は相互に接触した状態になると考えられる。
【００９７】
【数３３】
2008308391.tif 000042
【００９８】
下記の表９に、各水準におけるＫｐｌｉｍの結果を示す。結合材となるモルタルが同等の場合には、粗骨材平均粒径が大きいほど、Ｋｐｌｉｍは大きくなる傾向にある。
【００９９】
【表９】
2008308391.tif 000043
【０１００】
６．配合条件より求めた空隙量理論値
図１０に、上述のように求めた係数βｐおよびβｓを用いて、上記の表１に示すＰＯＣモデルの式より求めた空隙量理論値Ｖｃ（ｍ３）と、空隙量実験値Ｖｔ（ｍ３）との関係を示す。
図１０に示すように、空隙量の式（１）により求めた空隙量理論値Ｖｃは、空隙量実験値Ｖｔを、ほぼ±１．５％の範囲内の精度で示していた。
また、図１１に、各粗骨材ごとに、各ペースト細骨材空隙比（Ｋｐ）における、モルタル粗骨材空隙比粗骨材（Ｋｍ）と、空隙量（ｍ３）（空隙量実験値Ｖｔおよび空隙量理論値Ｖｃ）との関係を示す。
これらの結果から、空隙モデル（ＰＯＣモデル）より求めた空隙量理論式（式（１））により、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍとペースト細骨材空隙比Ｋｐが、ポーラスコンクリートの空隙量に及ぼす影響を定量的に評価できるものと考えられる。
【０１０１】
７．ポーラスコンクリートの空気泡
次に、ポーラスコンクリート中の空気泡について、粗骨材（Ｇ１３０５Ａ；粒度範囲が１３〜５ｍｍ）および細骨材（ＳＡ；粒度範囲が５〜０ｍｍ）を用いたポーラスコンクリートの結果を用いて解析を行った。
上記の表７に示すように、ペースト細骨材空隙比Ｋｐ＝５におけるモルタルの空気量容積比Ａｍ（空気量）は、０．０５１であることから、表２の式より、ポーラスコンクリートの空気量Ｖａ（ｍ３）およびＫｍｘ（ポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界値となるモルタル粗骨材空隙比）が求められる。
図１２に、空気泡を考慮した結果の一例を示す。図１２は、ペースト細骨材空隙比Ｋｐ＝５における、モルタル粗骨材空隙比（Ｋｍ）と、空隙量または空気量（ｍ３）との関係を示す。また、図１２中に、Ｋｍｘ（ポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界値となるモルタル粗骨材空隙比）の算出結果を示す。
なお、図１２中、Ｖｔは空隙量実験値であり、Ｖｃは空隙量理論値であり、Ｖａはポーラスコンクリートの空気量である。
以上のように、空隙量と空気量を理論的に求めることにより、ポーラスコンクリートの限界（Ｋｍｘ；ポーラスコンクリートと普通コンクリートの境界値となるモルタル粗骨材空隙比）を定量的に評価できると考えられる。
【０１０２】
８．空隙量の理論式の適合性の評価
次に、使用材料や配合条件が空隙量に及ぼす影響を空隙量の理論式（式（１））を用いて定量的に評価する試みを行った。
細骨材の粗粒率の影響
表１０に、本項の適合性の評価で使用した骨材の物性値を示す。粗骨材は、粒度範囲が１３〜５ｍｍである２種類の骨材（６号砕石；Ｇ１３０５Ｃ,Ｇ１３０５Ｄ）を用いた。細骨材は、普通コンクリートに使用する陸砂（ＳＤ）と、粒度の細かい細砂（ＳＥ）を用いた。セメント（結合材）としては、普通ポルトランドセメント（密度；３．１６ｇ／ｃｍ３）を用いた。混和材・混和剤としては、車道舗装用ポーラスコンクリート専用無機系混和材（Ａｄ１、密度；２．２６ｇ／ｃｍ３）を用いた。
表１１に、ポーラスコンクリートの配合水準として、粗骨材と細骨材の組み合わせを示す。また、図１３は、各粗骨材と細骨材との組み合わせにおける、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ペースト細骨材空隙比Ｋｐとの関係を示す。
細骨材として陸砂（ＳＤ）を用いたポーラスコンクリートの空隙量理論値Ｖｃは、同じ混和材（Ａｄ１）及び同じ粒度範囲（１３〜５ｍｍ）の粗骨材（Ｇ１３０５Ｂ）を用いた係数βｐ（βｐ＝０．１３１４）及び係数βｓ（βｓ＝０．５１９９）を用いて算出した（表９参照）。
また、細骨材として細砂（ＳＥ）を用いたポーラスコンクリートの空隙量理論値Ｖｃは、細骨材の粒度範囲が異なるので、まず、上記の「５．係数βｐとβｓの算出」と同様の方法で、係数βｐ（βｐ＝０．１７７７）および係数βｓ（βｓ＝０．１８５３）を算出し、次に、この係数βｐおよびβｓを用いてポーラスコンクリートの空隙量理論値Ｖｃを算出した。
図１４に、各粗骨材と細骨材との組み合わせにおける、空隙量理論値Ｖｃ（ｍ３）と空隙量実験値Ｖｔ（ｍ３）との関係を示す。図１４に示すように、式（１）により求めた空隙量理論値Ｖｃは、空隙量実験値Ｖｔを、ほぼ±１．５％の範囲内の高い精度で示している。このことから、モルタル部の配合条件や使用骨材がほぼ同様であれば、βｓおよびβｐは同じ値を用いてもよいと考えられる。
小粒径細骨材（細砂；ＳＥ）を用いた場合は、係数βｓが低下したが、これは、粗骨材粒子間に存在する細骨材粒子が小さくなるため、粗骨材を被覆するモルタル厚さが小さくなるためと考えられる。
【０１０３】
【表１０】
2008308391.tif 000044
【０１０４】
【表１１】
2008308391.tif 000045
【０１０５】
粗骨材の粒径の影響
表１２に、本項の適合性の評価で使用した骨材の物性値を示す。粗骨材は、同一産地から産出した粒径が異なる５種類のもの（Ｇ２０１３Ｅ,Ｇ１３０５Ｅ,Ｇ１３０８Ｅ,Ｇ０８０５Ｅ,Ｇ０５０２Ｅ）を用い、細骨材は粒度の細かい細砂（ＳＦ）を用いた。セメント（結合材）としては、普通ポルトランドセメント（密度；３．１６ｇ／ｃｍ３）を用いた。混和材・混和剤としては、製品用ポーラスコンクリート専用混和材（Ａｄ３、密度：２．６５ｇ／ｃｍ３）を用いた。
表１３に、ポーラスコンクリートの配合を示す。
【０１０６】
【表１２】
2008308391.tif 000046
【０１０７】
【表１３】
2008308391.tif 000047
【０１０８】
表１３に示す配合のポーラスコンクリートについて、上記の式（１）より導いた下記の式（３１）に、粗骨材の実積率Ｇｇ、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ、および、空隙量実験値Ｖｔを代入して、粗骨材別に、粗骨材を被覆するモルタルの比率βを算出した。
【０１０９】
【数３４】
2008308391.tif 000048
【０１１０】
図１５に、粗骨材平均粒径（ｍｍ）と粗骨材を被覆するモルタルの比率βとの関係を示す。図１５中には、上記の「５．係数βｐとβｓの算出」の３種類の細骨材（ＳＡ,ＳＢ,ＳＣ）をそれぞれ用いたポーラスコンクリート（３種類）と、上記の「８．空隙量の理論式の適合性の評価  （１）細骨材の粗粒率の影響」の細骨材（ＳＥ）を用いたポーラスコンクリートの、ペースト細骨材空隙比Ｋｐが３．９２（Ｋｐ＝３．９２）となるβ（粗骨材を被覆するモルタルの比率）を併記した。
図１５に示すように、細骨材粒度により、粗骨材平均粒径とβ（粗骨材を被覆するモルタルの比率）の関係が乖離した。この理由として、細骨材が均一に粗骨材間に存在し、粗骨材粒子間距離が細骨材粒径の影響を受けると考えた場合、粗骨材粒径が小さくなると接点が多くなり、粗骨材を被覆するモルタルの比率βは増大する。ところが、粗骨材表面積が増大すると考えた場合、締固め前のモルタル被覆厚さは小さく、締まり易くなると考えられ、粗骨材粒子間距離が小さくなり、粗骨材を被覆するモルタルの比率βは減少する。
よって、細骨材の粒度やモルタルの流動性の違いにより、粗骨材平均粒径と粗骨材を被覆するモルタルの比率βとの関係は、異なるものと考えられる。
【０１１１】
９．所要の空隙を有するポーラスコンクリートの配合設計法の提案
次に、設計空隙量となるポーラスコンクリートを得るための配合設計方法を提案する。
主な配合条件は、設計空隙量Ｖｄ、水結合材比Ｗ／Ｂ（または水セメント比Ｗ／Ｃ）、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ、ペースト細骨材空隙比Ｋｐにより定められる。モルタル粗骨材空隙比Ｋｍは、ＰＯＣモデルより、設計空隙量Ｖｄ、粗骨材の実積率Ｇｇ、係数β（粗骨材を被覆するモルタルの比率）を用いた下記の式（３２）から求めることができる。
【０１１２】
【数３５】
2008308391.tif 000049
【０１１３】
ここで、係数βは、ペースト細骨材空隙比Ｋｐ、係数βｓおよびβｐから求められ、係数βｓおよびβｐは、実験により定まる値である。係数β、βｓおよびβｐは、上述の結果（例えば、表８、表９等）を参考に設定することが可能である。また、ペースト細骨材空隙比は、モルタルのダレ落ちの防止、乾燥収縮低減および耐久性向上の観点から定める必要がある。
【０１１４】
（１）配合計算例
表１４に示す材料を用いて、水セメント比Ｗ／Ｃを２０％とし、混和材添加量をＣ×１％（単位セメント量（ｋｇ）に対して１％）とし、設計空隙量Ｖｄを０．１７５ｍ３とし、ペースト細骨材空隙比Ｋｐを７．０とした場合のポーラスコンクリートの配合計算例を示す。
１３〜５ｍｍの粗骨材（６号砕石）とコンクリート用細骨材を用いた場合の係数βｐおよびβｓは、上記の表９より、βｐ＝−０．００５７、βｓ＝０．５３８７であるから、上記の式（２）より、β＝０．１０６５と算出される。設計空隙量Ｖｄが０．１７５ｍ３になるモルタル粗骨材空隙比Ｋｍは、上記の式（３２）により、０．６８と算出される。この値から計算される示方配合を、表１５に示す。
【０１１５】
【表１４】
2008308391.tif 000050
【０１１６】
【表１５】
2008308391.tif 000051
【０１１７】
（２）配合補正方法
空隙量実験値が空隙量理論値と乖離している場合は、配合を補正する必要がある。モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ以外の条件を同等とする場合、係数β（粗骨材を被覆するモルタルの比率）を再計算し、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍを修正する。
例えば、上述の示方配合において、空隙量実験値が０．２００ｍ３と測定された場合、上記の式（３１）より再計算された係数β（粗骨材を被覆するモルタルの比率）は０．１７１１となる。上記の式（３２）により、Ｋｍを０．７７に修正し、配合を再計算することによって、配合を補正することができる。
【０１１８】
１０．まとめ
本発明は、ポーラスコンクリートにおける粗骨材に対するモルタルの被覆状態について、充填性状に着目した理論モデル（ＰＯＣモデル）を考案し、使用材料の物理的性状を考慮して、ポーラスコンクリートの配合設計方法を構築したものである。
その内容は、次のとおりである。
（１）ポーラスコンクリート中のモルタルが粗骨材を被覆する割合に基づいた、充填性状に着目した理論モデル（ＰＯＣモデル）を考案した。このモデルにより、材料構成に基づいた空隙構造を定式化し、粗骨材の実積率（Ｇｇ）、細骨材の実積率（Ｇｓ）、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍ、ペースト細骨材空隙比Ｋｐ、および、モルタルが粗骨材を被覆する比率βを用いた空隙量理論式（式（１））を構築した。
（２）空隙量理論式（式（１））の実験的検証を行い、空隙量理論値（Ｖｃ）は、空隙量実験値（Ｖｔ）をほぼ±１．５％の範囲内の高い精度で示すことと、材料特性や配合条件がポーラスコンクリートの空隙量に及ぼす影響を定量的に評価できることを確認した。
（３）ポーラスコンクリート中の空隙と空気泡に関する検討により、モルタル粗骨材空隙比およびペースト細骨材空隙比を用いたコンクリート概念図を作成した。これにより、普通コンクリートとポーラスコンクリートの領域を明確化し、ポーラスコンクリートが「エントラップトエアおよびエントレインドエアなどの空気泡を除く骨材粒子間空隙を有するコンクリート」であることを示した。
（４）設計空隙量、使用材料の物理的性状および空隙量理論式を用いた、所要の空隙量を有するポーラスコンクリートの配合設計方法を提案した。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】ポーラスコンクリートを模式化したモデル（ＰＯＣモデル）を示す説明図である。
【図２】（ａ）は粗骨材被覆状態を示す説明図であり、（ｂ）空隙充填状態を示す説明図である。
【図３】ＰＯＣモデルを示す説明図である。
【図４】ＰＯＣモデルおよび各限界状態（粗骨材被覆状態および空隙充填状態）におけるモルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃの関係を示す図である。
【図５】モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ポーラスコンクリートの空隙量Ｖｃ（ｍ３）、空気量Ｖａ（ｍ３）および普通コンクリートの空気量Ａｃ（ｍ３）との関係を示す図である。
【図６】モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ペースト細骨材空隙比Ｋｐとの関係により表したコンクリートの概念図である。
【図７】沈下法によるポーラスコンクリートの空隙量の測定方法を示した説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、各粗骨材の各ペースト細骨材空隙比Ｋｐにおける、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、空隙量（ｍ３）（回帰値（空隙量理論値）および空隙量実験値）との関係を示す図である。
【図９】係数βｐおよびβｓと、粗骨材平均粒径との関係を示す図である。
【図１０】空隙量理論値Ｖｃ（ｍ３）と、空隙量実験値Ｖｔ（ｍ３）との関係を示した図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、各粗骨材ごとに、各ペースト細骨材空隙比（Ｋｐ）における、モルタル粗骨材空隙比粗骨材（Ｋｍ）と、空隙量（ｍ３）（空隙量実験値Ｖｔおよび空隙量理論値Ｖｃ）との関係を示す図である。
【図１２】ペースト細骨材空隙比Ｋｐ＝５における、モルタル粗骨材空隙比（Ｋｍ）と、空隙量または空気量（ｍ３）との関係を示す図である。
【図１３】各粗骨材と細骨材との組み合わせにおける、モルタル粗骨材空隙比Ｋｍと、ペースト細骨材空隙比Ｋｐとの関係を示す図である。
【図１４】各粗骨材と細骨材との組み合わせにおける、空隙量理論値Ｖｃ（ｍ３）と空隙量実験値Ｖｔ（ｍ３）との関係を示す図である。
【図１５】粗骨材平均粒径（ｍｍ）と粗骨材を被覆するモルタルの比率βとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１        ポーラスコンクリート
２        粗骨材
３        モルタル
３ａ      粗骨材を均等に被覆する部分のモルタル
３ｂ      粗骨材粒子間空隙を部分的に充填する部分のモルタル
４        空隙
５        振動テーブル
６        型枠
７        試料
８        錘
Ａｃ      普通コンクリートの空気量（ｍ３）
Ａｄ      単位混和材量（ｋｇ）
Ａｍ      モルタルの空気量容積比
Ａｐ      ペーストの空気量容積比
Ｂ        単位結合材量（ｋｇ）
Ｃ        単位セメント量（ｋｇ）
ｇ        単位粗骨材体積（ｍ３）
ｇｌ      空隙充填状態の単位粗骨材体積（ｍ３）
ｇｕ      粗骨材被覆状態の単位粗骨材体積（ｍ３）
Ｇ        単位粗骨材量（ｋｇ）
Ｇｇ      粗骨材の実積率
Ｇｓ      細骨材の実積率
Ｋｍ      モルタル粗骨材空隙比（Ｋｍ＞０）
Ｋｍｘ    コンクリート中の空隙量が０ｍ３となるモルタル粗骨材空隙比
Ｋｐ      ペースト細骨材空隙比（Ｋｐ＞０）
Ｋｐｘ    モルタル中の空隙量が０ｍ３となるペースト細骨材空隙比
Ｋｐｌｉｍ   空隙量式におけるペースト細骨材空隙比の上限値
ｍ        単位モルタル体積（ｍ３）
ｍｌ      空隙充填状態の単位モルタル体積（ｍ３）
ｍｕ      粗骨材被覆状態の単位モルタル体積（ｍ３）
ｐ        単位ペースト体積（ｍ３）
Ｑｇ      粗骨材の吸水率
Ｒｇ      単位粗骨材かさ容積
Ｒｇｌ    空隙充填状態の単位粗骨材かさ容積
Ｒｇｕ    粗骨材被覆状態の単位粗骨材かさ容積
ｓ        単位細骨材体積（ｍ３）
Ｓ        単位細骨材量（ｋｇ）
Ｔ        空気泡および空隙が全くないものとして計算したポーラスコンクリートの理論単位体積質量（ｋｇ／ｍ３）
Ｔｇ      粗骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｍ３）
Ｔｇ’    表乾状態の粗骨材の単位容積質量（ｋｇ／ｍ３）
Ｖ        空隙量測定試験におけるポーラスコンクリートのかさ体積（ｍ３）
Ｖａ      ポーラスコンクリートの空気量（ｍ３）
Ｖｃ      ポーラスコンクリートの空隙量理論値（ｍ３）
Ｖｃｌ    空隙充填状態のポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）
Ｖｃｕ    粗骨材被覆状態のポーラスコンクリートの空隙量（ｍ３）
Ｖｄ      ポーラスコンクリートの設計空隙量
Ｖｄ’    配合から求めたポーラスコンクリートの設計空隙量（＝Ｖｃｌ,ｍ３）
Ｖｇ      粗骨材粒子間空隙の単位体積（ｍ３）
Ｖｓ      細骨材粒子間空隙の単位体積（ｍ３）
Ｖｔ      ポーラスコンクリートの空隙量実験値（ｍ３）
Ｗ        単位水量（ｋｇ）
Ｗｔｐ    空隙量測定試験における試料質量（ｋｇ）
β        コンクリート１ｍ３中の単位モルタル量に対する粗骨材を均等に被覆するモルタルの単位量との割合（０≦β≦１）
βｐ      コンクリート１ｍ３中のモルタルを構成するペーストの体積割合がβに及ぼす影響度合いを示す係数
βｓ      コンクリート１ｍ３中のモルタルを構成する細骨材の体積割合がβに及ぼす影響度合いを示す係数
ρｇ      粗骨材の表乾密度（ｋｇ／ｍ３）
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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