(57)【要約】  【課題】  膨張コンクリートの硬化途上に拘束が加えられた状態の膨張コンクリートのヤング係数を測定することができるとともに、拘束開放後のひずみ変化量を測定することができる、膨張コンクリートのヤング係数測定用拘束治具を提供することを課題とする。  【解決手段】  膨張コンクリートの硬化途上において該膨張コンクリートに拘束を加えるための拘束鋼材の一端側に、一方の端板が固定して取り付けられ、且つ前記拘束鋼材の他端側に他方の端板が着脱可能に取り付けられて拘束治具が構成されていることである。【選択図】  図１
2005091198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張コンクリートの硬化途上において該膨張コンクリートに拘束を加えるための拘束鋼材（１）の一端側に、一方の端板（２）が固定して取り付けられ、且つ前記拘束鋼材の他端側に他方の端板（３）が着脱可能に取り付けられていることを特徴とする膨張コンクリートのヤング係数測定用拘束治具。
【請求項２】
請求項１記載の拘束治具の拘束鋼材（１）と両端板（２），（３）とで包囲される充填部（４）内に膨張コンクリートを充填し、次に拘束鋼材（１）の他端側に着脱可能に取り付けられた他方の端板（３）を前記拘束鋼材（１）から取り外し、拘束解放時の拘束鋼材（１）のひずみ変化量（ε１）と前記充填部（４）内に充填された膨張コンクリートのひずみ変化量（ε２）を測定し、測定された拘束鋼材（１）のひずみ変化量（ε１）と膨張コンクリートのひずみ変化量（ε２）を下記式（１）に代入し、拘束解放時の膨張コンクリートのヤング係数（Ｅｅ）を算出して該膨張コンクリートのヤング係数（Ｅｅ）を測定することを特徴とする膨張コンクリートのヤング係数の測定方法。
【数１】
2005091198.tif 000010
（式（１）中、Ａｃはコンクリートの断面積、Ａｓは拘束鋼材の断面積、Ｅｓは拘束鋼材のヤング係数である）
【請求項３】
拘束開放時のひずみ量を増大させ、且つ膨張コンクリートのヤング係数の測定精度を高めるべく、拘束鋼材（１）の直径を変化させて、前記膨張コンクリートのヤング係数を測定することを特徴とする請求項２記載の膨張コンクリートのヤング係数の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張コンクリートの硬化途上において該膨張コンクリートに拘束を加えた場合のヤング係数を測定するための拘束治具と、その拘束治具を用いた膨張コンクリートのヤング係数の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、膨張材は、土木・建築分野における場所打ちコンクリート、およびコンクリート製品の収縮補償やケミカルプレストレス導入のために、コンクリートの混和材として使用され、所定の効果を発揮している。その効果が広く認められていることから、近年、わが国においてコンクリート製造量が減少しているにもかかわらず、膨張材の使用量はほぼ一定となっている。
【０００３】
このような膨張材の用途の１つに、場所打ちＰＣ（プレキャストコンクリート）床版が挙げられる。現在、国内で建設中の場所打ちＰＣ床版を有する鋼橋は、合理化、省力化を目的に主桁本数が少なく、床版支間が長くなっており、その場所打ちＰＣ床版は、従来のＲＣ（鉄筋コンクリート）床版に比べ床版の厚さが厚い。また、早強ポルトランドセメントを用いた高強度コンクリートが使用されており、セメントの水和熱に起因する有害な温度ひび割れが発生するおそれがある。このような理由から、場所打ちＰＣ床板として膨張コンクリートが用いられているのである。
【０００４】
ところで、このような膨張コンクリートを場所打ちＰＣ床版に用いる場合、そのＰＣ床版の温度応力をＦＥＭ解析（有限要素法）等により精度良く推定する必要があり、さらに、そのような場合に膨張コンクリートのヤング係数を正確に求めておく必要がある。
【０００５】
膨張コンクリートのヤング係数は、下記非特許文献１に記載されているように、円柱供試体に荷重を載荷して円柱供試体のひずみを測定し、荷重から求めた応力とひずみの関係から求められている。
【０００６】
しかし、この方法は、硬化途上に拘束が加えられた状態で膨張コンクリートのヤング係数を直接測定しているわけではなく、上述のように円柱供試体に荷重を載荷して円柱供試体のひずみを測定し、そのひずみと、荷重から求めた応力との関係から算出して、間接的に膨張コンクリートのヤング係数を求めているにすぎない。従って、特にＰＣ床版の温度応力解析において若材齢時の膨張コンクリートに適切な値であるかは検討の余地がある。      
【０００７】
一方、膨張コンクリートの硬化途上に拘束が加えられた状態から、拘束が解放された拘束開放後にはひずみが変化し、その拘束開放後のひずみ変化量は、収縮ひずみを相殺する方向に作用するので、多少なりとも膨張コンクリートのひび割れ発生の低減に寄与することが期待できる。従って、拘束開放後のひずみ変化量を精度よく測定することは、温度ひび割れの対策を立案する上でも必要となる。
【非特許文献１】日本工業規格：コンクリートの静弾性係数試験(JIS A 1149:2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、硬化途上に拘束が加えられた状態の膨張コンクリートのヤング係数を測定することができるとともに、拘束開放後のひずみ変化量を測定することができる、膨張コンクリートのヤング係数測定用拘束治具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するために、膨張コンクリートのヤング係数測定用拘束治具、及びその拘束治具を用いた膨張コンクリートのヤング係数の測定方法としてなされたもので、膨張コンクリートのヤング係数測定用拘束治具としての特徴は、膨張コンクリートの硬化途上において該膨張コンクリートに拘束を加えるための拘束鋼材の一端側に、一方の端板が固定して取り付けられ、且つ前記拘束鋼材の他端側に他方の端板が着脱可能に取り付けられていることである。
【００１０】
また、膨張コンクリートのヤング係数の測定方法としての特徴は、上記のような拘束治具の拘束鋼材１と両端板２，３とで包囲される充填部４内に膨張コンクリートを充填し、次に拘束鋼材１の他端側に着脱可能に取り付けられた他方の端板３を前記拘束鋼材１から取り外し、拘束解放時の拘束鋼材１のひずみ変化量（ε１）と前記充填部４内に充填された膨張コンクリートのひずみ変化量（ε２）を測定し、測定された拘束鋼材のひずみ変化量（ε１）と膨張コンクリートのひずみ変化量（ε２）を下記式（１）に代入し、拘束解放時の膨張コンクリートのヤング係数（Ｅｅ）を算出して該膨張コンクリートのヤング係数（Ｅｅ）を測定することである。
【数１】
2005091198.tif 000003
（式（１）中、Ａｃはコンクリートの断面積、Ａｓは拘束鋼材の断面積、Ｅｓは拘束鋼材のヤング係数である）
【００１１】
この場合において、拘束開放時のひずみ量を増大させ、且つ膨張コンクリートのヤング係数の測定精度を高めるべく、拘束鋼材１の直径を変化させて膨張コンクリートのヤング係数を測定することも可能である。一般には、拘束鋼材の直径は11mmを標準とするが、例えば、9.2mm 、13mm等に拘束鋼材１の直径を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の拘束治具は、上述のような構成からなり、その拘束治具を用いて上述のように拘束鋼材のひずみ変化量と膨張コンクリートのひずみ変化量を測定し、その測定された拘束鋼材のひずみ変化量と膨張コンクリートのひずみ変化量から拘束解放時の膨張コンクリートのヤング係数を算出して求めるため、従来のような供試体の載荷による方法のように間接的ではなく、硬化途上に拘束が加えられた膨張コンクリートのヤング係数を直接的に測定することができるという効果がある。
また、拘束解放時のヤング係数を測定した供試体について、拘束解放後のコンクリートひずみ変化量の測定が可能となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
一実施形態の拘束治具５は、図１に示すように、拘束鋼材１の一端側に、一方の端板２が固定して取り付けられ、且つ前記拘束鋼材１の他端側に他方の端板３が着脱可能に取り付けられた構成からなるものである。
【００１４】
より具体的に説明すると、拘束鋼材１の一端を厚さ30mmの一方の端板２に溶接により固定し、他端をねじ込み式で30mmの他方の端板３に固定しているので、所定の材齢で拘束鋼材１と端板３の取外しが可能となっている。そして、拘束鋼材１と両端板２，３とで包囲される空間部が、コンクリートの充填部４として形成されている。
【００１５】
次に、上記構成からなる拘束治具５を用いて、膨張コンクリートのヤング係数及び拘束開放後のひずみ変化量を測定する方法の実施形態について説明する。  
【００１６】
先ず、予め拘束鋼材１の中央にひずみゲージ（図示せず）を貼付し、さらに拘束開放時の拘束鋼材１とコンクリートとの付着を除くため、拘束鋼材１にビニールテープ（図示せず）を１重に巻き付け、さらに厚さ0.5mm のフッ素樹脂製のシート（図示せず）を４重に巻き付ける。
【００１７】
次に、図２に示すように、四方を包囲した矩形状の型枠６内に、前記拘束治具５を設置する。この場合、型枠６を取り外した後に供試体を覆い、水分の逸散を防ぐため、ポリエステルシート（図示せず）を予め型枠６内に設置する。また、拘束開放時にコンクリートとの付着を除き、拘束治具５の取外しが容易になるように、両端板２，３の内側に予めグリースを塗布する。
【００１８】
次に、上記のように拘束治具５を設置した型枠６内に、図３に示すように膨張コンクリートを打込む。この結果、型枠６内の前記拘束鋼材１と両端板２，３とで包囲される充填部４内に、膨張コンクリートが充填されることとなる。そして、打込み面（型枠６で包囲されている上面）をビニールシートで仮に覆い、保護する。
【００１９】
そして、コンクリートの沈下が落ち着く１〜２時間後に表面仕上げを行い、その後、打込み面をポリエステルシートで完全に覆い、封緘状態とする。
【００２０】
次に、拘束鋼材に貼付したひずみゲージのケーブルをデータロガーに繋ぎ、測定を開始する。この場合、型枠の拘束をなるべく除くため、凝結始発時間において一軸拘束供試体（打ち込まれた膨張コンクリートが硬化したもの）と型枠測面を固定しているボルトを緩め、そのまま静置して最初の試験材齢（拘束を解放し、膨張コンクリートのヤング係数を測定する材齢）において型枠６を取外す。
【００２１】
そして、所定の試験材齢の３時間前より、供試体の４側面を覆っているポリエステルシートの一部を切り取り、供試体（コンクリート）にひずみゲージを貼付する。                
【００２２】
この状態で、図４に示すように、取外し側の他方の端版３を抜き取り、拘束解放時の拘束鋼材１のひずみ変化量（ε１）とコンクリートのひずみ変化量（ε２）を測定する。        
【００２３】
この拘束鋼材のひずみ変化量（ε１）とコンクリートのひずみ変化量（ε２）を下記式に代入し、拘束解放時のコンクリートのヤング係数（Ｅｅ）を下記式から算出する。ここで、下記式において（Ａｃ）はコンクリートの断面積、（Ａｓ）は拘束鋼材の断面積、（Ｅｓ）は拘束鋼材のヤング係数である。
【００２４】
【数１】
2005091198.tif 000004
【００２５】
次に、固定側の端板２及び拘束鋼材１を、供試体から抜き取る。そして、端板２及び拘束鋼材１からなる拘束治具５を取外した供試体を、再び封緘状態とし、供試体の４側面に貼付したひずみゲージによりコンクリートひずみを測定し、拘束解放後のひずみ変化量を測定する。
【００２６】
以上のようにして、上記拘束治具５により、コンクリートのヤング係数と拘束解放後のコンクリートのひずみ変化量が直接的に測定されることとなるのである。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２８】
上記のような拘束治具を用いて上記のような方法により、膨張コンクリートのヤング係数の経時変化を試験し、また拘束解放後のコンクリートのひずみ変化量の経時変化を試験した。コンクリートとしては、早強セメントを含むものと低熱セメントを含むものの２種類について試験した。
【００２９】
試験材齢は、セメントの種類による強度発現性状を考慮して、早強セメントを含むコンクリートを用いた場合で0.75日、１日、1.5日、２日、及び３日で行い、低熱セメントを含むコンクリートを用いた場合で２日、３日、４日、及び７日とした。
【００３０】
１材齢の供試体は３本とし、そのうち２本は試験材齢で拘束を解放した１時間後に圧縮載荷を行い、また残りの１本はクリープ回復ひずみ及び再膨張ひずみをひずみゲージにより１週間継続して測定した。１つの配合に対する試験は、少なくとも２回実施し、ひずみの測定誤差がヤング係数に及ぼす影響をなるべく抑えた。
【００３１】
上記拘束治具を用いて測定した早強セメントを含む膨張コンクリートのヤング係数の経時変化を図５に示し、低熱セメントを含む膨張コンクリートのヤング係数の経時変化を図６に示す。また比較のため、従来の円柱供試体に荷重を載荷して測定する方法についても試験した。
【００３２】
図５からも明らかなように、早強セメントを含む膨張コンクリートの場合は、材齢２日までは、従来の測定方法におけるヤング係数の方が高かったが、材齢３日では、上記拘束治具を用いた測定方法におけるヤング係数の方が高かった。
このような現象が生ずる理由については定かではないが、一応次のように推定される。膨張時には拘束鋼材はもとより骨材もセメントマトリックスの膨張を拘束するので、その反力として骨材にも引張力が作用する。拘束解放時には拘束鋼材の拘束はほぼ完全に解放されるが、骨材による拘束は完全には解放されず、ある程度残存し内的な力の釣合を満足する。その際、膨張ひずみのばらつきで一部外力を負担できない要素は、骨材とセメントマトリックスの界面、いわゆる遷移帯に多く存在すると言われている。したがって、拘束解放時においてもセメントマトリックスを拘束する反力として骨材に引張力が残存するため、骨材界面に存在する一部外力を負担できない要素との間には上述の引張力によるポアソン効果で要素間の接触による力の伝達が阻害される。これに対して、比較例（従来の方法）における円柱供試体の載荷時には骨材にも圧縮力が作用し、そのポアソン効果により骨材界面に存在する一部外力を負担できない要素との間に接触による力の伝達が生じ、より多くの要素で外力を負担するのでヤング係数が大きくなる。すなわち、拘束解放時のヤング係数はセメントマトリックス内の膨張ひずみのばらつきで生じた一部外力に抵抗する要素の影響をより強く受けて、載荷時のヤング係数より小さくなると推定される。
一方材齢が一定期間経過すると、水和の進行に伴い、膨張ひずみのばらつきがもたらした欠陥を埋めていく、あるいは水和生成物が補償するので、初期ひずみのばらつきが小さい微小構成要素の生成が卓越してくる。したがって、拘束治具を用いた拘束解放時のヤング係数は比較例の載荷時ヤング係数とほぼ同等になるものと推定される。この同等になる時期の材齢が上記図５の試験結果では約2.5日程度と認められ、この材齢を超えると、拘束治具を用いたヤング係数が急激に高くなるのである。
【００３３】
また、図６からも明らかなように、低熱セメントを含む膨張コンクリートの場合は、材齢４日までは、従来の測定方法におけるヤング係数の方が高かったが、材齢７日では、上記拘束治具を用いた測定方法におけるヤング係数の方が高かった。このような現象が生ずる理由も上記図５の試験結果の場合と同じ理由で説明することができるが、低熱セメントを含む膨張コンクリートの場合、水和の進行が緩やかなので、拘束治具を用いて測定したヤング係数が従来の測定方法によるヤング係数より高くなる材齢が７日と遅くなっているのである。
【００３４】
さらに、上記拘束治具を用いた早強セメントを含む膨張コンクリートの拘束開放後のひずみ変化量の経時変化を図７に示し、低熱セメントを含む膨張コンクリートの拘束開放後のひずみ変化量の経時変化を図８に示す。
【００３５】
図７からも明らかなように、早強セメントを含む膨張コンクリートの場合は、拘束開放後のひずみ変化量の経時変化は、拘束開放後の材齢日数によってさほど変わらなかった。      
【００３６】
これに対して、低熱セメントを含む膨張コンクリートの場合は、図８からも明らかなように、拘束開放後のひずみ変化量の経時変化は、拘束開放後の材齢日数によって著しく相違があった。具体的には、拘束開放後の材齢日数が短いほど、拘束開放後のひずみ変化量が大きかった。ただし、経時的な変化はいずれの材齢日数の場合もさほど認められなかった。
【００３７】
尚、試験に用いた膨張コンクリートには、セメント、膨張材、細骨材、粗骨材、混和剤が含有されており、その種類や物性は、表１乃至表４のとおりである。
【００３８】
【表１】
2005091198.tif 000005
【表２】
2005091198.tif 000006
【表３】
2005091198.tif 000007
【表４】
2005091198.tif 000008
【００３９】
また、各材料成分の配合量は、表５のとおりである。
【００４０】
【表５】
2005091198.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、膨張コンクリートのヤング係数を測定するための拘束治具であり、土木・建築分野における場所打ちコンクリート、およびコンクリート製品の収縮補償やケミカルプレス導入のために使用される膨張材を混合した膨張コンクリートのヤング係数測定用として広く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態の拘束治具の断面図。
【図２】型枠内に拘束治具を設置した状態の平面図。
【図３】コンクリートを打ち込んだ状態の断面図。
【図４】他方の端板を取り外した状態の断面図。
【図５】早強セメントを含む膨張コンクリートのヤング係数の経時変化を示すグラフ。
【図６】低熱セメントを含む膨張コンクリートのヤング係数の経時変化を示すグラフ。
【図７】早強セメントを含む膨張コンクリートの拘束開放後のひずみ変化量の経時変化を示すグラフ。
【図８】低熱セメントを含む膨張コンクリートの拘束開放後のひずみ変化量の経時変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４３】
１…拘束鋼材          ２…端板
３…端板              ４…充填部
【図１】
2005091198.tif 000011
【図２】
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【図３】
2005091198.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005091198.tif 000017
【図８】
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