(57)【要約】【課題】高流動コンクリートの材料分離、および構造物に対する閉塞の危険度を判定することで、実際に施工する高流動コンクリートによる未充填箇所の発生を抑制することができる。【解決手段】流下速度測定装置を用い、配合を変化させた高流動コンクリートの流下時間と最大せん断ひずみ速度を測定し、流下時間と最大せん断ひずみ速度との関係を示すコンクリート分離限界特性を求め、実際に充填する実施高流動コンクリートの性状および構造物の形状に基づいて流動解析を行い実施最大せん断ひずみ速度を算出し、構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの実施流下時間を求め、実施流下時間における実施最大せん断ひずみ速度の分布とコンクリート分離限界特性とを比較し、判定基準に基づいて実施最大せん断ひずみ速度の分布から実施高流動コンクリートにおける材料分離および閉塞の危険度を判定するようにしたコンクリート評価方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高流動コンクリートを構造物に対して充填する際に用いるコンクリート評価方法であって、
流下速度測定装置を用いて、配合を変化させたときの高流動コンクリートの流下時間および最大せん断ひずみ速度を測定し、前記最大せん断ひずみ速度をコンクリートの材料分離を示す分離限界点と仮定し、前記流下時間と前記最大せん断ひずみ速度との関係を示すコンクリート分離限界特性を求める第１工程と、
前記構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの性状、および前記構造物の形状に基づいて数値計算や流動解析を行い、実施最大せん断ひずみ速度を算出する第２工程と、
前記流下速度測定装置によって前記構造物に実際に充填する前記実施高流動コンクリートの実施流下時間を求める第３工程と、
該第３工程で求めた前記実施流下時間における前記第２工程で求めた前記実施最大せん断ひずみ速度の分布と、前記第１工程で得られた前記コンクリート分離限界特性と、を比較し、予め設定されている判定基準に基づいて前記実施最大せん断ひずみ速度の分布から前記実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および前記構造物に対する閉塞の危険度を判定する第４工程と、
を有することを特徴とするコンクリート評価方法。
【請求項２】
前記判定基準は、前記実施最大せん断ひずみ速度が前記コンクリート分離限界特性以下であるときに、前記実施高流動コンクリートによる施工性を良好とすることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート評価方法。
【請求項３】
前記第４工程において、前記実施最大せん断ひずみ速度が前記コンクリート分離限界特性より大きくなるに従って、前記実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度および閉塞の危険度が大きくなると判定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート評価方法。
【請求項４】
前記コンクリートの流下時間ＴＶと前記最大せん断ひずみ速度γＶとの関係を示すコンクリート分離限界特性は、（１）式により求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンクリート評価方法。ここで、（１）式におけるｍは、流下速度試験による実験定数である。
【数１】
2013170833.tif 000005
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば粒子法によるコンクリート流動解析を用いて材料分離や閉塞の危険度を判定するコンクリート評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、実際に使用するコンクリートの特性を評価する方法として、トラックアジテータに積載したフレッシュコンクリートの特性を評価する手法がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、トラックアジテータの回転数および駆動圧力とフレッシュコンクリートの特性との対応関係を予め調べておき、実際に使用するフレッシュコンクリートを所定量積載した場合に、トラックアジテータの回転数および駆動圧力を検出し、この検出値に基づき、前記対応関係を参照して実際に使用するフレッシュコンクリートの特性を評価する方法について開示されている。
【０００３】
また、高流動コンクリートの流動解析を用いた施工性の評価の１つとして、実大規模の型枠や充填箇所の流動挙動を予測し、流動勾配や未充填箇所を検討する手法が知られている。この場合、マクロな挙動の追跡が目的であるため、必ずしもコンクリートの材料をすべて正確にモデル化する必要はなく、骨材の運動などを考慮しなくても、高流動コンクリートを連続体と仮定して評価することが可能である。
【０００４】
そして、近年では、数値解析手法および計算機性能の発達に伴い、大変形問題に適した解析手法として、粒子法の一種であるＭＰＳ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｅｍｉ−ｉｍｐｌｉｃｉｔ）法が提案され、ニュートン流体を液層とする実現象をよく再現できることが報告されている。このＭＰＳ法は、非圧縮性流れを解析する有力な解析法の１つであり、セルや要素を必要とせずに自由境界の大変形を容易に表現できる手法である。このような利点に基づき、ビンガム流体と仮定した高流動コンクリートを対象として、ＭＰＳ法による三次元流動解析を適用すれば、高流動コンクリートの充填性を評価することが可能となるものと考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７４３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のコンクリート評価方法では、以下のような問題があった。
すなわち、ＭＰＳ法による三次元流動解析に基づいてコンクリートの充填性を評価して、流動勾配や未充填箇所を検討する手法では、高流動コンクリートの構成則上、均一な粘性流体と仮定するので、材料（高流動コンクリート）の均一性が維持されたものとされ、材料に充填圧を付与すればコンクリート全体が流動して一様に充填されることとなり、材料分離や閉塞は生じない解析結果となる。
しかし、実際には、障害物や間隙を通過する場合、強制的なせん断力が生じる場合、或いは高速での流動が生じる場合のような動的な状態では、材料の均一性に関して限界状態があるものと考えられている。そのため、ある一定以上の大きなせん断応力やせん断ひずみ速度となる変形領域では、実際の高流動コンクリートにおいて材料分離や断面変化が生じる部分での骨材のアーチングなどが発生することから、流動停止や閉塞が生じるおそれがあった。したがって、実際に施工するコンクリート構造物に未充填箇所が発生するという問題があることから、上記のようなコンクリートの材料分離や閉塞を判定する具体的な解析手法が求められており、その点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高流動コンクリートの材料分離、および構造物に対する閉塞の危険度を判定することで、実際に施工する高流動コンクリートによる未充填箇所の発生を抑制することができるコンクリート評価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】
上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート評価方法では、高流動コンクリートを構造物に対して充填する際に用いるコンクリート評価方法であって、流下速度測定装置を用いて、配合を変化させたときの高流動コンクリートの流下時間および最大せん断ひずみ速度を測定し、最大せん断ひずみ速度をコンクリートの材料分離を示す分離限界点と仮定し、流下時間と最大せん断ひずみ速度との関係を示すコンクリート分離限界特性を求める第１工程と、構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの性状、および構造物の形状に基づいて数値計算や流動解析を行い、実施最大せん断ひずみ速度を算出する第２工程と、流下速度測定装置によって構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの実施流下時間を求める第３工程と、第３工程で求めた実施流下時間における第２工程で求めた実施最大せん断ひずみ速度の分布と、第１工程で得られたコンクリート分離限界特性と、を比較し、予め設定されている判定基準に基づいて実施最大せん断ひずみ速度の分布から実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度を判定する第４工程と、を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明では、流下速度測定によって得られた高流動コンクリートの最大せん断ひずみ速度をコンクリートの材料分離を示す分離限界点と仮定して境界条件を設定し、コンクリート分離限界特性を求めておくことで、実際に構造物に充填する実施高流動コンクリートの数値計算や流動解析により算出した実施最大せん断ひずみ速度の分布と前記コンクリート分離限界特性とを比較し、流下速度測定によって得られた限界値に対する実施最大せん断ひずみ速度を位置付けすることで、実施高流動コンクリートの施工性の良否を判定することができる。つまり、予め設定されている判定基準に基づいて、実際の構造物の形状に対する実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度を判定することが可能となる。
そのため、実際に施工する構造物に障害物が存在する場合や、強制的なせん断力が生じる場合、或いは高速での流動が生じる場合であっても、高流動コンクリートの材料分離や骨材のアーチングなどを防止することができ、コンクリートの流動停止や閉塞による未充填箇所の発生を抑制することができる。したがって、高流動コンクリートの性状、圧入速度や断面形状などが施工性に及ぼす影響を考慮し、コンクリートの充填性を定量的に評価することができる。
【００１０】
また、前記判定において、材料分離や閉塞の危険度を有する判定がなされた場合には、高流動コンクリートの施工条件や配合を変更し、前記コンクリート評価を繰り返し実施することが可能である。そして、前記危険度が安全側となる判定となった場合には、実際に構造物に対して高流動コンクリートを充填することで、未充填箇所のない確実な施工を行うことができる。
【００１１】
また、本発明に係るコンクリート評価方法では、判定基準は、実施最大せん断ひずみ速度がコンクリート分離限界特性以下であるときに、実施高流動コンクリートによる施工性を良好とすることが好ましい。
【００１２】
本発明のコンクリート評価方法によれば、実施最大せん断ひずみ速度が流下速度測定によって得られた高流動コンクリートの限界値を超えることがないので、実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度が小さく、安全側であるものと判定することができ、未充填箇所のない確実な施工を行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係るコンクリート評価方法では、第４工程において、実施最大せん断ひずみ速度がコンクリート分離限界特性より大きくなるに従って、実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度および閉塞の危険度が大きくなると判定されてもよい。
【００１４】
また、本発明に係るコンクリート評価方法では、コンクリートの流下時間ＴＶと最大せん断ひずみ速度γＶとの関係を示すコンクリート分離限界特性は、（１）式により求めることが好ましい。ここで、（１）式におけるｍは、流下速度試験による実験定数である。
【００１５】
【数１】
2013170833.tif 000003
【発明の効果】
【００１６】
本発明のコンクリート評価方法によれば、高流動コンクリートの材料分離、および構造物に対する閉塞の危険度を判定することで、実際に施工する高流動コンクリートによる未充填箇所の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態によるＶ漏斗流下試験によって得られた最大せん断ひずみ速度を示す図である。
【図２】Ｖ漏斗流下時間とせん断ひずみ速度の最大値の関係を示す図である。
【図３】コンクリート評価方法を示すフロー図である。
【図４】コンクリート流動解析に用いるコンクリート充填鋼管の形状を示す図であって、（ａ）は側断面図、（ｂ）は水平ダイヤフラムの平面図である。
【図５】流動解析に用いるコンクリート充填鋼管の粒子モデルを示す斜視図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、流動解析結果を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、流動解析結果によるせん断ひずみ速度の分布状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態によるコンクリート評価方法について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
本実施の形態によるコンクリート評価方法は、高流動コンクリートを構造物に対して充填する際に用いる評価方法である。
具体的にコンクリート評価方法は、例えばＶ漏斗試験装置（流下速度測定装置）を用いて、配合を変化させたときの高流動コンクリートの流下時間および最大せん断ひずみ速度を測定し、最大せん断ひずみ速度をコンクリートの材料分離を示す分離限界点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図１参照）と仮定し、流下時間と最大せん断ひずみ速度との関係を示すコンクリート分離限界特性Ｐ（図２参照）を求める第１工程と、構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの性状、および構造物の形状に基づいて数値計算や流動解析を行い、実施最大せん断ひずみ速度を算出する第２工程と、Ｖ漏斗試験装置によって構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの実施流下時間を求める第３工程と、第３工程で求めた実施流下時間における第２工程で求めた実施最大せん断ひずみ速度の分布（図２に示す符号Ｓの点）と、第１工程で得られたコンクリート分離限界特性Ｐと、を比較し、予め設定されている判定基準に基づいて実施最大せん断ひずみ速度の分布から実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度を判定する第４工程と、を有している。
【００２０】
（第１工程）
第１工程では、高流動コンクリートが自重で変形し、流動する際に生じるせん断ひずみ速度分布を実験的に求め、そのうちの最大せん断ひずみ速度と流下時間との関係を示す高流動コンクリート分離限界特性Ｐ（図２）を求める。
先ず、図３に示すように、ステップＳ１では、高流動コンクリートの使用材料、配合、および製造方法などの条件に基づいて高流動コンクリートの物性を設定する。ここでは、複数の配合（ここでは３種類の配合）からなる高流動コンクリートを設定する。そして、それら複数種の高流動コンクリートのそれぞれにおいてＶ漏斗試験装置を使用してＶ漏斗試験（流下速度試験）を行って（ステップＳ２）、各配合の高流動コンクリート毎のＶ漏斗流下時間Ｔｖを算出する（ステップＳ３）。なお、Ｖ漏斗試験装置は、鉛直下方に自重で流動する高流動コンクリートが流動する流路の断面が急激に変化する周知の試験装置が用いられている。
【００２１】
上記３種類の配合からなる高流動コンクリートは、骨材とモルタルの体積比率を示すＶｇ／Ｖｍが０．４で粘性を表すＶ漏斗流下時間が４．１秒の第１コンクリートＣ１（図１で記号「○」）と、Ｖｇ／Ｖｍが０．５でＶ漏斗流下時間が６．１秒の第２コンクリートＣ２（図１で記号「△」）と、Ｖｇ／Ｖｍが０．６でＶ漏斗流下時間が１２秒の第３コンクリートＣ３（図１で記号「◇」）と、である。
【００２２】
ここで、図１は、上記Ｖ漏斗試験の結果に基づいて、流動中の経過時間と、粗骨材の閉塞の危険性を表すせん断ひずみ速度との関係を示す分布をグラフにした一例である。このグラフによれば、３種類の配合（Ｖｇ／Ｖｍ）の高流動コンクリートのそれぞれにおけるせん断ひずみ速度を示している。これによると、Ｖ漏斗流下時間が小さい高流動コンクリートほど、発生するせん断ひずみ速度の最大値も大きくなり、最大で１０／ｓ程度であることがわかる。
【００２３】
ここで、流下時間やせん断ひずみ速度は、高流動コンクリートの変形性能に対応して変化する。このため、例えばＶ漏斗流下時間１２秒で発生したせん断ひずみ速度の最大値が略２／ｓの高流動コンクリートに対して１０／ｓ程度のせん断ひずみ速度が生じるようなせん断力等を付与した場合には、材料分離や閉塞などの危険度が上昇することになる。そこで、Ｖ漏斗試験装置内に発生するせん断ひずみ速度の最大値（図１中のγＶの最大値）を分離限界点と仮定し、これを上回るせん断ひずみ速度が与えられた場合には材料分離や閉塞等の危険度が上昇するものと判定する。
【００２４】
そして、ステップＳ４において、配合を変化させた高流動コンクリートにおける流下時間ＴＶと最大せん断ひずみ速度γＶとの関係を示すコンクリート分離限界特性Ｐ（図２参照）を求める。このコンクリート分離限界特性Ｐは、（２）式より求められる。
具体的には、Ｖ漏斗試験装置のＶ漏斗中を流下する高流動コンクリートの挙動をせん断変形の連続であるものと仮定することで、図２に示す分布曲線（コンクリート分離限界特性Ｐ）とともに、この曲線を示す（２）式を求める。なお、（２）式における３９．８は実験定数ｍであり、この実験定数ｍは３９．８に限定されることはなく、他のコンクリート材料の使用などによって変化する場合があるので，異なる値としてもよい。
【００２５】
【数２】
2013170833.tif 000004
【００２６】
（第２工程）
第２工程では、図３に示すように、構造物に実際に充填する実施高流動コンクリートの性状、および構造物の形状といった施工条件に基づいてモデル化し（ステップＳ５）、このモデルを用いて流動解析を行い（ステップＳ６）、実施最大せん断ひずみ速度γＳを算出する（ステップＳ７）。
【００２７】
図４乃至図７は、コンクリート流動解析の一例を示している。
本コンクリート流動解析では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、構造物として内部に円形の開口部２ａを有する水平ダイヤフラム２を備えた角型のコンクリート充填鋼管１を使用し、このコンクリート充填鋼管１内に高流動コンクリート３を下方より圧入して充填する施工を対象としている。このコンクリート流動解析では、コンクリート充填鋼管１の内側の各辺寸法を３６０ｍｍとし、水平ダイヤフラム２の開口部２ａの内径寸法を１６０ｍｍとし、水平ダイヤフラム２を挟んだ上下方向で４００ｍｍを解析領域Ｒとし、充填する高流動コンクリート３を粒子とし、図５に示すように可視化モデルを用いた。
【００２８】
図６および図７は、上記流動解析の結果を示しており、図６（ａ）は高流動コンクリート３（粒子）の圧入を開始してから３．５秒後の状態であり、このときのせん断ひずみ速度を可視化したものを図７（ａ）に示している。また、図６（ｂ）は高流動コンクリート３（粒子）の圧入を開始してから５．５秒後の状態であり、このときのせん断ひずみ速度を可視化したものを図７（ｂ）に示している。なお、図７（ａ）、（ｂ）において、水平ダイヤフラム２の開口部２ａで色の濃い部分（図７で符号Ｎの部分）は、せん断ひずみ速度の大きな部分を示している。
【００２９】
（第３工程）
第３工程では、Ｖ漏斗試験装置によって構造物（図４のコンクリート充填鋼管１）に用いる実施高流動コンクリートの実施流下時間Ｔｖを求める。
【００３０】
（第４工程）
さらに、第４工程では、第３工程で求めた実施最大せん断ひずみ速度γＳの分布（図２に示す符号Ｓの点）と、第１工程で得られたコンクリート分離限界特性Ｐと、を比較し、予め設定されている判定基準に基づいて実施最大せん断ひずみ速度の分布から実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度を判定する（ステップＳ９）。
【００３１】
ここで、判定基準としては、実施最大せん断ひずみ速度γＳがコンクリート分離限界特性Ｐ以下であるときに、実施高流動コンクリートによる施工性を良好とする判定基準を採用する。すなわち、実施最大せん断ひずみ速度γＳがＶ漏斗試験によって得られた最大せん断ひずみ速度γＶ以下（γＳ≦γＶ）であるかを判定する。
なお、判定基準において、実施せん断ひずみ速度γＳがコンクリート分離限界特性Ｐ（最大せん断ひずみ速度γＶ）より大きくなるに従って、実施高流動コンクリートの材料分離の危険度および閉塞の危険度が大きくなると判定するようにしてもよい。
【００３２】
具体的な判定方法の一例として、例えば、上記流動解析により得られたせん断ひずみ速度が４．５〜５．０／ｓで、このときの高流動コンクリートのＶ漏斗流下時間が１２秒であった場合、図１に示すように分離限界点Ｐ３は略２／ｓであり、流動解析結果でのせん断ひずみ速度が前記分離限界点Ｐ３の２倍程度となるため、閉塞等の危険性が大きいものと判定することができる。
【００３３】
一方、高流動コンクリートのＶ漏斗流下時間が４秒と非常に速い配合であった場合には、図１より分離限界点Ｐ１は略１０／ｓであり、流動解析結果でのせん断ひずみ速度が前記分離限界点Ｐ１の半分以下となることから、閉塞等の危険性が小さいと判断することができる。
【００３４】
次に、上述した構成のコンクリート評価方法の作用について、詳細に説明する。
図２に示すように、本実施の形態のコンクリート評価方法では、流下速度測定によって得られた高流動コンクリートの最大せん断ひずみ速度をコンクリートの材料分離を示す分離限界点と仮定して境界条件を設定し、コンクリート分離限界特性を求めておくことで、実際に構造物に充填する実施高流動コンクリートの数値計算や流動解析により算出した実施最大せん断ひずみ速度の分布と前記コンクリート分離限界特性とを比較し、流下速度測定によって得られた限界値に対する実施最大せん断ひずみ速度を位置付けすることで、実施高流動コンクリートの施工性の良否を判定することができる。つまり、予め設定されている判定基準に基づいて、実際の構造物の形状に対する実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度を判定することが可能となる。
【００３５】
そのため、実際に施工する構造物に障害物が存在する場合や、強制的なせん断力が生じる場合、或いは高速での流動が生じる場合であっても、高流動コンクリートの材料分離や骨材のアーチングなどを防止することができ、コンクリートの流動停止や閉塞による未充填箇所の発生を抑制することができる。したがって、高流動コンクリートの性状、圧入速度や断面形状などが施工性に及ぼす影響を考慮し、コンクリートの充填性を定量的に評価することができる。
【００３６】
また、図３に示すステップＳ９の前記判定において、材料分離や閉塞の危険度を有する判定がなされた場合（ステップＳ９：Ｎｏ）には、ステップＳ１、Ｓ５に戻って、高流動コンクリートの施工条件や配合を変更し、前記コンクリート評価を繰り返し実施することが可能である。そして、前記危険度が安全側となる判定となった場合には、実際に構造物に対して高流動コンクリートを充填することで、未充填箇所のない確実な施工を行うことができる。
【００３７】
また、判定基準として、実施最大せん断ひずみ速度がコンクリート分離限界特性以下であるときに、実施高流動コンクリートによる施工性を良好とする場合（図３のステップＳ９：Ｙｅｓ）には、実施最大せん断ひずみ速度が流下速度測定によって得られた高流動コンクリートの限界値を超えることがない。そのため、実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および構造物に対する閉塞の危険度が小さく、安全側であるものと判定することができ、未充填箇所のない確実な施工を行うことができる。
【００３８】
上述のように本実施の形態によるコンクリート評価方法では、高流動コンクリートの材料分離、および構造物に対する閉塞の危険度を判定することで、実際に施工する高流動コンクリートによる未充填箇所の発生を抑制することができる。
【００３９】
以上、本発明によるコンクリート評価方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明のコンクリート評価方法では流下速度測定装置としてＶ漏斗試験装置を採用しているが、この装置に限定されることはなく、他の流下速度を測定可能な他の測定装置を採用することも可能である。
【００４０】
また、実施高流動コンクリートにおける材料分離の危険度、および前記構造物に対する閉塞の危険度を判定する判定基準についても、本実施の形態に限定されることはない。例えば、さらに安全側とするために、求めたコンクリート分離限界特性よりもさらに小さい値を判定基準としてもよい。
さらに、本実施の形態では第２工程において流動解析を用いて実施最大せん断ひずみ速度を算出する方法を一例としているが、この他に適宜な数値計算を用いて実施最大せん断ひずみ速度を算出する方法を採用することもできる。
【００４１】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  コンクリート充填鋼管（構造物）
２  水平ダイヤフラム
３  高流動コンクリート
Ｐ  コンクリート分離限界特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013170833.tif 000008
【図４】
2013170833.tif 000009
【図５】
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【図６】
2013170833.tif 000011
【図７】
2013170833.tif 000012