(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法であって、
内部拘束による温度ひずみの発生を無視できる大きさの無筋の高強度コンクリート試験体による、設定した夫々のコンクリート温度下でのひずみ量の計測結果から、自己収縮ひずみとコンクリート温度と有効材齢との関係を表す近似式を導くステップと、
ひび割れを判定すべき上記鉄筋コンクリート部材における断面の平均温度と有効材齢とに基づいて、上記近似式により、上記鉄筋コンクリート部材の自己収縮ひずみを算定し、この自己収縮ひずみが上記鉄筋コンクリート部材中の主筋によって拘束されることにより上記鉄筋コンクリート部材のコンクリートに生じる応力を算定するステップと、
上記鉄筋コンクリート部材の断面における温度分布に基づいて、コンクリートの内部拘束による温度ひずみを算定し、この温度ひずみから応力を算定するステップと、
上記鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの自己収縮ひずみによる応力と、上記内部拘束による温度ひずみによる応力とを足し合わせて求められた初期材齢における上記鉄筋コンクリート部材のコンクリートの表面に生じる引張応力と、上記鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの引張強度とを比較して、上記コンクリートの表面に生じる引張応力が上記コンクリートの引張強度を上回ると、上記鉄筋コンクリート部材の表面にひび割れが生じると判定するステップと
を有することを特徴とする高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法。
【請求項２】
高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定装置であって、
鉄筋コンクリート部材の断面の寸法および配筋と、コンクリートの材料および調合と、コンクリート部材の養生方法と養生期間とに関するデータを入力するための入力手段と、
上記入力されたデータに基づいて、鉄筋コンクリート部材の断面におけるコンクリートの温度を算定する温度算定手段と、
上記コンクリートの温度部分および平均温度に基づいてコンクリートの有効材齢を算定する有効材齢算定手段と、
内部拘束による温度ひずみの発生を無視できる大きさの無筋の高強度コンクリート試験体による、設定した夫々のコンクリート温度下でのひずみ量の計測結果から、予め導いた自己収縮ひずみとコンクリート温度と有効材齢との関係を表す近似式が入力され、上記コンクリートの平均温度および有効材齢に基づいて、上記近似式により鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの自己収縮ひずみを求め、この自己収縮ひずみが鉄筋コンクリート部材中の主筋によって拘束されることによりコンクリートに生じる自己収縮応力を算定する自己収縮応力算定手段と、
上記コンクリートの温度分布および有効材齢に基づいて、鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの内部拘束による温度ひずみを求め、この温度ひずみから鉄筋コンクリート部材のコンクリートに生じる温度応力を算定する温度応力算定手段と、
上記有効材齢に基づいて、鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの引張強度を算定する引張強度算定手段と、
上記自己収縮応力および温度応力とを足し合わせて求められた初期材齢における鉄筋コンクリート部材の表面のコンクリートに生じる引張応力と、上記コンクリートの引張強度とを比較して、上記コンクリート部材の表面のコンクリートに生じる引張応力が上記コンクリート部材の引張強度を上回ると、上記コンクリート部材の表面にひび割れが発生すると判定する判定手段とを有することを特徴とする高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置を用いて、高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置であって、
上記コンクリート部材がひび割れると上記判定手段が判定した場合に、上記養生方法と養生期間とに関するデータを異なるデータに入れ換えるように要求する要求手段を備え、この入れ換えられた養生方法と養生期間とに関するデータに基づいて、上記判定を繰り返して養生方法と養生期間を決定することを特徴とする高強度の鉄筋コンクリート部材の養生方法と養生期間を決定する装置。
【請求項４】
請求項３による高強度の鉄筋コンクリート部材を用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置によって決定された養生方法と養生期間を用いて、高強度の鉄筋コンクリート部材を養生することを特徴とする高強度の鉄筋コンクリートの打設方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法、高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置、高強度の鉄筋コンクリート部材の養生方法と養生期間を決定する装置および高強度の鉄筋コンクリートの打設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高層のＲＣ（鉄筋コンクリート）造やＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）造などの建築物において、３６Ｎ／ｍｍ2以上の圧縮強度を有する高強度コンクリートが多く用いられている。そのような高強度コンクリートは、使用されるセメント量が多く、単位セメント量が大きいので、打設されて硬化する際の水和反応による発熱量が大きい。そのため、高強度コンクリートを打設されてなる部材において、部材の表面に近い部分は上記熱が部材の外部に放出される一方、部材の中央に近い部分は熱が放出され難くくて蓄積されるので、部材の表面部分と中央部分との間で温度差が生じる。しかしながら、コンクリート部材は全ての部分が略同時に硬化するので、コンクリート部材の中央部分は温度上昇による膨張が拘束される。その結果、いわゆる内部拘束による温度ひずみが起こって、コンクリート部材の表面に引張応力が作用してひび割れが生じる。特に、コンクリート打設後２日程度までの若材齢時において、上記温度ひずみによるひび割れが起こりやすい。この温度ひずみによる応力は発生する機構が明らかにされていて、温度ひずみの応力を考慮したひび割れの判定方法が多数提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のひび割れ判定方法は、温度ひずみしか考慮されていないので不正確であるという問題がある。すなわち、高強度コンクリートは単位セメント量が大きいから、水和反応に伴う自己収縮量が大きい。この大きい収縮量がコンクリート部材の鉄筋によって拘束されるので、コンクリート部材のコンクリート部分に引張応力が生じて、ひび割れが起こる。つまり、高強度コンクリートにおいては、自己収縮ひずみもひび割れの原因であるにも拘らず、従来のひび割れの判定方法は温度ひずみしか考慮していなかったので、不正確であった。上記自己収縮ひずみの量は、セメントの種類やコンクリートの調合によって異なることは知られていたが、コンクリートの温度の影響は考慮されておらず、正確な自己収縮ひずみ量は予測されていなかった。
【０００４】
そのような状況において、本発明者は、自己収縮ひずみの量がコンクリートの温度によって変化することを発見し、コンクリートの温度に対応して自己収縮ひずみによる応力を求める方法を見出した。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、コンクリートの温度の影響を考慮して、高強度コンクリートの若材齢におけるひび割れを正確に判定できる判定方法と、その判定方法を利用したひび割れ判定装置、およびその判定結果に基づいた高強度コンクリートの打設方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法は、高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法であって、内部拘束による温度ひずみの発生を無視できる大きさの無筋の高強度コンクリート試験体による、設定した夫々のコンクリート温度下でのひずみ量の計測結果から、自己収縮ひずみとコンクリート温度と有効材齢との関係を表す近似式を導くステップと、
ひび割れを判定すべき上記鉄筋コンクリート部材における断面の平均温度と有効材齢とに基づいて、上記近似式により、上記鉄筋コンクリート部材の自己収縮ひずみを算定し、この自己収縮ひずみが上記鉄筋コンクリート部材中の主筋によって拘束されることにより上記鉄筋コンクリート部材のコンクリートに生じる応力を算定するステップと、
上記鉄筋コンクリート部材の断面における温度分布に基づいて、コンクリートの内部拘束による温度ひずみを算定し、この温度ひずみから応力を算定するステップと、
上記鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの自己収縮ひずみによる応力と、上記内部拘束による温度ひずみによる応力とを足し合わせて求められた初期材齢における上記鉄筋コンクリート部材のコンクリートの表面に生じる引張応力と、上記鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの引張強度とを比較して、上記コンクリートの表面に生じる引張応力が上記コンクリートの引張強度を上回ると、上記鉄筋コンクリート部材の表面にひび割れが生じると判定するステップと
を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項１の発明の高強度コンクリートを用いた部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法によれば、コンクリートの温度と有効材齢とに基づいて、自己収縮ひずみによる応力を求めるので、この応力は正確である。この正確な自己収縮ひずみによる応力と、温度ひずみによる応力とを考慮して、コンクリートに生じる応力が正確に求められる。この応力を上記コンクリートの引張強度と比較して、上記応力が引張強度よりも大きい場合はコンクリートにひび割れが生じると判定する。その結果、上記高強度コンクリートを用いた部材の若材齢時におけるひび割れが、従来の判定方法よりも精度良く判定される。
【０００８】
請求項２の発明の高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置は、高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定装置であって、
鉄筋コンクリート部材の断面の寸法および配筋と、コンクリートの材料および調合と、コンクリート部材の養生方法と養生期間とに関するデータを入力するための入力手段と、
上記入力されたデータに基づいて、鉄筋コンクリート部材の断面におけるコンクリートの温度を算定する温度算定手段と、
上記コンクリートの温度部分および平均温度に基づいてコンクリートの有効材齢を算定する有効材齢算定手段と、
内部拘束による温度ひずみの発生を無視できる大きさの無筋の高強度コンクリート試験体による、設定した夫々のコンクリート温度下でのひずみ量の計測結果から、予め導いた自己収縮ひずみとコンクリート温度と有効材齢との関係を表す近似式が入力され、上記コンクリートの平均温度および有効材齢に基づいて、上記近似式により鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの自己収縮ひずみを求め、この自己収縮ひずみが鉄筋コンクリート部材中の主筋によって拘束されることによりコンクリートに生じる自己収縮応力を算定する自己収縮応力算定手段と、
上記コンクリートの温度分布および有効材齢に基づいて、鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの内部拘束による温度ひずみを求め、この温度ひずみから鉄筋コンクリート部材のコンクリートに生じる温度応力を算定する温度応力算定手段と、
上記有効材齢に基づいて、鉄筋コンクリート部材におけるコンクリートの引張強度を算定する引張強度算定手段と、
上記自己収縮応力および温度応力とを足し合わせて求められた初期材齢における鉄筋コンクリート部材の表面のコンクリートに生じる引張応力と、上記コンクリートの引張強度とを比較して、上記コンクリート部材の表面のコンクリートに生じる引張応力が上記コンクリート部材の引張強度を上回ると、上記コンクリート部材の表面にひび割れが発生すると判定する判定手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２による高強度コンクリートを用いた部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置によれば、入力手段によって入力されたコンクリート部材の断面の寸法および配筋と、コンクリートの材料および調合と、コンクリート部材の養生方法と養生期間とに関するデータとに基づいて、温度算定手段によって、上記コンクリートの温度履歴および温度分布を算定する。上記有効材齢算定手段は、上記コンクリートの温度履歴を用いてコンクリートの有効材齢を算定する。上記自己収縮応力算定手段は、上記有効材齢と、上記温度履歴とに基づいて、所定の時間におけるコンクリートに生じる自己収縮応力を正確に求める。さらに、上記温度応力算定手段は、上記有効材齢と、上記温度分布および温度履歴とに基づいて、コンクリート部材の所定の位置および時間におけるコンクリートの内部拘束によってコンクリートに生じる温度応力を正確に求める。上記引張強度算定手段は、上記有効材齢に基づいて、所定の時間におけるコンクリートの引張強度を求める。そして、上記判定手段は、上記自己収縮応力と内部拘束による温度応力とを足し合わせて正確に求められたコンクリートに生じる応力と、上記コンクリートの引張強度とを比較する。このとき、全てのコンクリート部材と全ての時系列において、コンクリートに生じる応力と引張強度とを比較して、上記コンクリートに生じる応力が引張強度よりも大きいと、上記判定手段はコンクリート部材にひび割れが生じると判断する。その結果、この高強度コンクリートを用いた部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置によって、コンクリート部材におけるひび割れが、従来の判定方法よりも精度良く判定される。
【００１０】
請求項３の発明の高強度の鉄筋コンクリート部材の養生方法と養生期間を決定する装置は、請求項２に記載の高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置を用いて、高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置であって、
上記コンクリート部材がひび割れると上記判定手段が判定した場合に、上記養生方法と養生期間とに関するデータを異なるデータに入れ換えるように要求する要求手段を備え、この入れ換えられた養生方法と養生期間とに関するデータに基づいて、上記判定を繰り返して養生方法と養生期間を決定することを特徴とする高強度の鉄筋コンクリート部材の養生方法と養生期間を決定することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置によれば、上記判定手段が、上記コンクリート部材がひび割れると判断した場合、高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置は、上記養生方法と養生期間とに関するデータを入れ換えるように要求する。すなわち、上記コンクリート部材に関して、例えばコンクリートを打設する際に用いられる型枠の材質や、コンクリートの打設後におけるコンクリート部材の保温方法あるいは冷却方法や、コンクリートを打設してから上記型枠を取り外すまでの時間などといった養生方法と養生期間とに関するデータを入れ換えて、この入れ換えられたデータに基づいて上記判定を繰り返す。その結果、上記判定手段によってコンクリート部材にひび割れが生じないと判断される養生方法と養生期間とに関するデータが得られる。
【００１２】
請求項４の発明の高強度の鉄筋コンクリートの打設方法は、請求項３による高強度の鉄筋コンクリート部材を用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置によって決定された養生方法と養生期間を用いて、高強度の鉄筋コンクリート部材を養生することを特徴としている。
【００１３】
請求項４の高強度コンクリートの打設方法によれば、上記判定手段によってコンクリート部材にひび割れが生じないと判断される養生方法と養生期間とを用いて、コンクリートを打設する。すなわち、コンクリート部材にひび割れが生じないと判断された例えばコンクリートを打設する際に用いられる型枠の材質や、コンクリートの打設後におけるコンクリート部材の保温方法あるいは冷却方法や、コンクリートを打設してから上記型枠を取り外すまでの時間などに従って、実際にコンクリートを打設するので、若材齢時においてひび割れのない高強度コンクリートによる部材が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態における高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置において実行される処理を、フローチャートによって示した図である。
【００１６】
まず、部材断面の寸法・配筋と、コンクリートの材料・調合に関するデータを入力手段によって入力する（Ｓ１）。次に、上記材料・調合のコンクリートを打設してからの養生方法・期間を上記入力手段によって入力する（Ｓ２）。上記入力手段によって入力されたデータに基づいて、数値解析によってコンクリート部材の温度履歴を計算する（Ｓ３）。この温度履歴は、実際にコンクリート部材の温度を計測して求めてもよい。続いて、上記温度履歴から、コンクリート部材の断面の温度分布ならびに部材の断面の平均温度を解析する（Ｓ４）。温度分布や平均温度についても、実際にコンクリート部材を計測して求めてもよい。上記温度履歴に基づいた温度分布および平均温度から、コンクリートの有効材齢を計算する（Ｓ５）。その後、Ｓ５で計算したコンクリートの有効材齢と、Ｓ４で求めた平均温度とに基づいて、自己収縮ひずみ量を算定する（Ｓ６）。一方、上記有効材齢から、その有効材齢におけるコンクリートの引張クリープ係数と、引張ヤング係数を算定する（Ｓ７）。上記自己収縮ひずみ量に基づいて、上記引張クリープ係数と引張ヤング係数とを用いて、自己収縮応力を計算する（Ｓ８）。また、部材の断面における温度分布に基づいて、引張クリープ係数と引張ヤング係数とを用いて、内部拘束による温度応力を計算する（Ｓ９）。上記自己収縮応力と、温度応力とを足し合わせて、コンクリート部材の表面のコンクリートに生じる引張応力σａを求める（Ｓ１０）。このコンクリート部材のコンクリートの引張強度Ｆｔを有効材齢から求めた（Ｓ１１）後、この引張強度Ｆｔの値と上記引張応力σａの値とを比較して、コンクリート部材のひびわれを判定する（Ｓ１２）。すなわち、引張応力σａの値が引張強度Ｆｔの値より大きい場合は、コンクリート部材はひび割れると判断して、引張応力σａの値が引張強度Ｆｔの値より小さい場合は、コンクリート部材はひび割れないと判断する。コンクリート部材がひび割れると判断されると、養生方法・期間に関して、この結果が導かれたデータと異なるデータを入力するように、操作者に促す（Ｓ１３）。養生方法・期間に関する新たなデータが入力されると、Ｓ３に戻って、上記新たなデータに基づいてＳ３からＳ１２までのステップを繰り返す。上記養生方法・期間によってひび割れが生じないと判断されると、Ｓ１４に進んで養生方法・期間が決定して、高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置の処理が終了する。
【００１７】
本実施の形態において、上記Ｓ６のステップで、コンクリート部材の平均温度およびコンクリートの有効材齢に基づいて、コンクリート部材におけるコンクリートの自己収縮ひずみを算定している。このときに用いられる算定式は、以下に説明するような実験によって導いている。
【００１８】
この実験は、高強度コンクリートからなる無筋の試験体を用い、この試験体のコンクリートを打設した後に保持する温度、すなわち養生温度を３種類設定して、夫々の試験体が硬化する際のひずみ量を計測する。この計測されたひずみ量と、コンクリートの温度および有効材齢との関係を、関数によって近似するのである。
【００１９】
上記試験体を形成する高強度コンクリートは、下記の表１に示す材料と、表２に示す調合からなる。
【００２０】
【表１】
0004195176.tif 000002
【００２１】
【表２】
0004195176.tif 000003
表２に示すように、水結合材比（Ｗ／Ｂ）を２２％にして、細骨材率（ｓ／ａ）を３８％にしている。シリカフューム（ＳＦ）は、セメント（Ｃ）の質量に対する１０％を内割りで置換した。コンクリート練り上がり時の目標値は、スランプフロー６０±１０ｃｍ，空気量２±１％としている。
【００２２】
上記試験体の寸法は、ＪＣＩ（日本コンクリート工学協会）超流動コンクリート研究委員会報告書II「高流動コンクリートの自己収縮試験方法（仮称）」に準拠して、１００×１００×４００ｍｍの角柱体とした。この角柱試験体に、温度測定機能付きの埋込み型ひずみ計を取り付けて、試験体に生じるひずみと共に、試験体の温度も同時に測定した。
【００２３】
試験体は、コンクリートを打設した後、水分の逸散および吸水がないように封かん状態にして２０℃で３時間養生して、その後、２０℃と、４０℃と、６０℃の３種類の養生温度で夫々２８日間養生した。以下、上記試験体の名前を、養生温度に対応して夫々Ｔ２０，Ｔ４０，Ｔ６０という。
【００２４】
試験体の凝結時間は、上記と同じ養生を行ったウエットスクリーニングモルタルを用いて、プロクタ貫入抵抗試験によって測定した。
【００２５】
図２は、上記ひずみ計によって計測されたひずみの測定結果である。横軸はコンクリートが凝結を開始した時からの有効材齢であり、縦軸は、ひずみである。上記試験体は、寸法が１００×１００×４００ｍｍで比較的小さいので、試験体の中心部分と表面部分との間で、水和反応に伴う熱による温度の差が殆ど無いと考えても差し支えなく、そのため、内部拘束による温度ひずみも殆ど生じないと考えてよい。すなわち、図２で示されるひずみは、略全てが自己収縮ひずみであるといえる。なお、養生温度が互いに異なる試験体について比較するために、下記の式（１）によって、養生温度に基づいて試験体の有効材齢を求めた。
【００２６】
【数１】
0004195176.tif 000004
ここに、
t：有効材齢(日)、
Δti：温度がＴ（℃）である期間の日数、
Ｔ0＝１℃である。
【００２７】
自己収縮ひずみは、凝結の始発時のひずみをゼロとした。凝結始発での有効材齢は、試験体Ｔ２０で０．３８日，Ｔ４０で０．３５日，Ｔ６０で０．３６日であり、ほぼ同じ材齢であった。線膨張係数は、材齢９１日後において、Ｔ２０の試験体の養生温度を短時間に変化させて、その場合のひずみと温度の関係から求めた値である１１．５×１０-6／℃を用いた。
【００２８】
図２に示した自己収縮ひずみの測定結果に関して、下記の式（２）に示す近似式を導いた。
【００２９】
【数２】
εas＝1/{1＋α・exp(−β・t')}・ε∞・{1−exp(−A・t'B)}・・・（２）
ここに、
εas：自己収縮ひずみ、
ε∞：自己収縮ひずみの終局値、
ｔ'：凝結始発時からの有効材齢(日)、
Ａ,Ｂ：定数、
α,β：定数である。
【００３０】
上記εas、とＡ、βは、下記のように養生温度、すなわちコンクリート温度から求める。
【００３１】
【数３】
ε∞＝−８１．１・（Ｔ+１０）0.506・・・（３）
【００３２】
【数４】
Ａ＝０．００１５・（Ｔ＋１０）＋０．３３２・・・（４）
【００３３】
【数５】
β＝−０．１４５・（Ｔ＋１０）＋２０．８５・・・（５）
ここに，Ｔ：養生温度
また、上記Ｂとαは、本実施の形態のコンクリートの調合において、下記の表３に示すような値になる。上記ε∞とＡ、βの値についても、養生温度に対応して表３に示す。
【００３４】
【表３】
0004195176.tif 000005
図３は、自己収縮ひずみの測定結果Ｔ２０，Ｔ４０，Ｔ６０に、上記式（３）乃至（５）を代入した式（２）による曲線Ｃ２０，Ｃ４０，Ｃ６０を重ねて示した図である。自己収縮ひずみの測定結果から分かるように、養生温度が高いほど自己収縮ひずみの増加の割合が大きく、有効材齢５０日において、Ｔ６０のひずみはＴ２０の約１．７倍になり、Ｔ４０はＴ２０の約１．４倍になる。一方、式（２）による曲線Ｃ２０，Ｃ４０，Ｃ６０は、自己収縮ひずみの測定結果Ｔ２０，Ｔ４０，Ｔ６０と略一致している。すなわち、式（２）によって、若材齢における自己収縮ひずみを、養生温度Ｔに基づいて正確に求めることができる。したがって、本実施の形態における高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置は、ステップＳ６において自己収縮ひずみが正確に算定されて、その結果、Ｓ１２においてコンクリート部材にひび割れが生じるかどうかを従来の判定方法よりも精度よく判断できるのである。
【００３５】
以下、実際の高強度コンクリートによる部材について、本実施の形態における高強度コンクリートの養生方法と養生期間を決定する装置によって養生方法と養生期間を決定する。
【００３６】
このコンクリート部材は、図４に示すような断面を有する。すなわち、このコンクリート部材１は、一辺が１０００ｍｍの正方形断面であり、Ｄ４１（直径４１ｍｍ）の主筋２，２・・・を、コンクリート部材の外周近傍に２０本配置しており、さらに、部材の中心部分に、上記主筋と平行に延びるＤ４１の鉄筋３，３・・・を４本配置している。操作者は、養生方法と養生期間を決定する装置の入力装置を介して、部材断面の寸法と、主筋の径および本数を入力する（Ｓ１）。
【００３７】
また、上記コンクリート部材を形成する高強度コンクリートは、上記養生温度に基づいた自己収縮ひずみの近似式を導いた際の実験で用いたコンクリートと同一のものを用いており、上記表１と同一の材料と、表２と同一の調合である。操作者は、上記の表１および表２に示した材料および調合を、入出力装置を介して養生方法と養生期間を決定する装置に入力する（Ｓ１）。
【００３８】
次に、コンクリートを打設した後のコンクリート部材の養生方法と、養生期間とを入力する。コンクリート部材の養生方法は、厚さ１２ｍｍの合板からなる型枠を使用し、クーリングや保温などによる養生温度の調節は行わない。コンクリート部材の養生期間は、コンクリートを打設してから脱型までの間が、材齢で１日とする（Ｓ２）。
【００３９】
以上のデータに基づいて、温度算定手段によって、コンクリートの温度履歴を算定する。本実施の形態においては、実際にコンクリート部材１に設置した温度センサによってコンクリートの温度履歴を求めた。温度センサは、図１において、部材断面の中央５と、部材断面の角部６と、部材断面の中央と角部との間７の３点に配置した（Ｓ３）。
【００４０】
上記温度履歴を用いて、所定の部材断面における温度分布や平均温度を解析する。本実施の形態においては、温度分布は、コンクリート部材の中心が最高で、コンクリート部材表面が最低の２次曲線形に分布すると考えて、図１の温度センサ位置５、６、７で検知された温度を基にして上記２次曲線を近似している（Ｓ４）。
【００４１】
次に、上記コンクリート部材の温度履歴や平均温度に基づいて、有効材齢算定手段によってコンクリートの有効材齢を算定する。有効材齢算定手段は、上記の式（１）を用いて計算を行っている（Ｓ５）。
【００４２】
そして、上記実験によって求められた式（２）乃至（５）を用いて、上記コンクリートの有効材齢と養生温度とに基づいて、自己収縮ひずみを求める（Ｓ６）。
【００４３】
引き続いて、上記自己収縮ひずみを用いて自己収縮応力算定手段によって自己収縮応力を算定するが、その前に、自己収縮応力を計算するために用いられる引張クリープ係数および引張ヤング係数を算定する（Ｓ７）。
【００４４】
引張クリープ係数は、有効材齢に基づく関数で表され、下記の式（６）によって求められる（萩原伸治ほか、「高強度コンクリートの若材齢における力学特性と圧縮および引張クリープ挙動に関する実験的研究」、コンクリート工学論文集２０００年１月）。
【００４５】
【数６】
φ(t，t0)=εcr／εe・・・（６）
ここに、
εcr＝εcr∞・[1-exp{-α・(t-t0)β}]、
εcr∞＝−１４２．８・Re＋１４２．６  (εcr∞＞０とする)、
Re＝E(t0)/E28、
εe＝１/E28、
φ(t,t0)：有効材齢t0で載荷された有効材齢tでのクリープ係数、
εcr：単位クリープひずみ(×10-6/N/mm2)、
εcr∞：終局の単位クリープひずみ(×10-6/N/mm2)、
t ：着目している有効材齢(日)、
t0：載荷開始有効材齢(日)、
α，β：クリープ進行速度を表す定数であって、α=０．３９４，β=０．５８１、
E(t0)：載荷開始有効材齢t0でのコンクリートのヤング係数(N/mm2)、
εe：単位弾性ひずみ(×10-6/N/mm2)、
Ｅ28：標準養生材齢２８日のコンクリートのヤング係数（＝４７．５kN/mm2）である。
【００４６】
引張ヤング係数もまた有効材齢に基づく関数で表され、下記の式（７）によって求められる（コンクリート工学協会、自己収縮研究委員会報告書、１９９７年６月）。
【００４７】
【数７】
Ｅ(t)＝Ｅ28・exp（Se｛1-（(28-tfs)/(t-tfs)）0.5｝）・・・（７）
ここに、
Ｅ(t)：有効材齢tでのコンクリートのヤング係数(N/mm2)、
Ｅ28：標準養生材齢28日のコンクリートのヤング係数(＝４７．５kN/mm2)、
Se：ヤング係数の発現の速さを表す係数(＝０．０９５)、
ｔ：有効材齢(日)、
ｔｆs：凝結の始発時間(＝０．４１日)である。
【００４８】
そして、上記自己収縮ひずみと、引張クリープ係数、引張ヤング係数を用いて、自己収縮応力算定手段によって自己収縮応力を算定する（Ｓ８）。
【００４９】
本実施の形態において、自己収縮応力の算定は、コンクリートのクリープの重ね合せ原理に基づいたステップ−バイ−ステップ法を用いて、逐次計算によって行う。上記コンクリートのクリープの重ね合せ原理に基づいたステップ−バイ−ステップ法は、具体的には下記の式（８）乃至（１１）を用いる。
【００５０】
【数８】
0004195176.tif 000006
【００５１】
【数９】
0004195176.tif 000007
【００５２】
【数１０】
0004195176.tif 000008
【００５３】
【数１１】
0004195176.tif 000009
ここに、
σ（ｔi+1/2）：ステップｔi+1/2でのコンクリートの応力（N/mm2）、
εc(ｔi+1/2)：ステップｔi+1/2でのコンクリートの実ひずみ（部材に発生する全てのひずみ)、
εcf（ｔi+1/2）：ステップｔi+1/2でのコンクリートの自由ひずみ、
φ（ｔi+1/2，ｔi）：ステップｔiで載荷されたステップｔi+1/2でのクリープ係数、
Ｅ（ｔi）：ステップｔiでのコンクリートのヤング係数（N/mm2）、
Ｅ28：標準養生材齢２８日のコンクリートのヤング係数（＝４７．５kN/mm2）である。
【００５４】
上記式（８）乃至（１１）を用いて自己収縮応力を逐次計算する場合、上記自由ひずみεcfとして、上記実験によって求められた自己収縮ひずみを表す式（２）を代入する。また、上記自己収縮ひずみは、コンクリート部材１の主筋２，３によって拘束されて、そのため、コンクリート部材１の所定の断面において主筋２，３にかかる圧縮力とコンクリートに生じる引張力とが釣り合い、かつ上記主筋２，３とコンクリートとのひずみ量が同一であると考える。この条件を下記の式（１２），（１３）によって表して、逐次計算において実行する。
【００５５】
【数１２】
0004195176.tif 000010
・・・（１２）
【００５６】
【数１３】
0004195176.tif 000011
ここに、
Ａc：コンクリートの断面積（＝０．９６８ｍ2）、
Ａs：主筋の全断面積（＝０．０３２ｍ2）、
Ｅs：主筋のヤング係数（＝１９０kN/mm2）、
εs（ｔi+1/2）：ステップｔi+1/2での主筋の実ひずみ、
εst（ｔi+1/2）：ステップｔi+1/2での主筋の温度ひずみである。
【００５７】
また、自己収縮ひずみは養生温度に基づいて求めているが、養生温度、すなわちコンクリート温度は水和反応が進むにつれて変化するので、養生温度に基づいてひずみを求める式（２）を下記の式（１４）に代入して、逐次計算のステップ毎に、養生温度に基づいてひずみを計算するようにする。
【００５８】
【数１４】
0004195176.tif 000012
ここに、
0004195176.tif 000013
、εas（ｔi，Ｔ’）：ステップｔiのコンクリート温度Ｔ’におけるひずみ、
Ｔ：養生温度、すなわちコンクリート温度である。
【００５９】
自己収縮応力算定手段は、逐次計算によって、コンクリートの有効材齢と養生温度とに基づく自己収縮ひずみの算定（Ｓ６）と、それに基づく自己収縮応力の計算（Ｓ８）を繰り返し実行する。式（１４）を用いて、コンクリート温度に応じて求められた自己収縮ひずみは、図５に示すような曲線Ａになる。図５の縦軸はひずみ量を示し、横軸は有効材齢（日）を示す。図５には、従来の養生温度を考慮しないで求めた自己収縮ひずみを示す曲線Ｂを重ねて示している。図５から分かるように、コンクリートの水和反応による発熱を考慮すると、発熱を考慮しない場合よりもひずみが大きくなる。
【００６０】
一方、内部拘束による温度ひずみを、Ｓ４において求められた２次曲線に近似した温度分布から求める。この温度ひずみと、Ｓ７において求められた引張クリープ係数と引張ヤング係数とに基づいて、温度応力算定手段によって内部拘束による温度応力を算定する（Ｓ９）。
【００６１】
内部拘束による温度応力もまた、コンクリートのクリープの重ね合せ原理に基づいたステップ−バイ−ステップ法によって、上記式（８）乃至（１１）を用いた逐次計算によって求める。式（８）乃至（１１）を用いて温度応力を逐次計算する場合、上記自由ひずみεcfとして温度ひずみを代入する。
【００６２】
上記自己収縮応力算定手段によって求められた自己収縮応力と、上記温度応力算定手段によって求められた温度応力とを足し合わせて、コンクリート部材１に生じる応力を求める。そのようにして求められたコンクリート部材に１に生じる応力を図６に示しており、曲線Ｃはコンクリート部材１の表面に生じる応力を示し、曲線Ｄはコンクリート部材１の中心に生じる応力を示す。図６において、縦軸は発生応力（Ｎ／ｍｍ2）で、横軸が有効材齢（日）である。図６の曲線Ｃが示すように、コンクリート部材の表面に、高強度コンクリートを打設してから材齢約１．５日の初期材齢において最大の引張応力σａが生じる。この最大の引張応力σａが、そのときのコンクリートの引張強度Ｆｔよりも大きいと、コンクリート部材の表面にひび割れが発生する。
【００６３】
なお、図６には、本実施の形態の自己収縮応力算定手段によって算定された自己収縮応力に相当する、自己収縮ひずみが鉄筋により拘束されて生じる応力である鉄筋拘束応力を、曲線Ｅで示している。曲線Ｆは、従来の養生温度を考慮していない鉄筋拘束応力の算定結果を示す曲線であり、曲線Ｇは、実際に鉄筋が拘束している応力を測定した結果である実測値を示す曲線である。曲線Ｅと曲線Ｇとを比較すると、本実施の形態の自己収縮応力算定手段によれば、実際に高強度コンクリートに生じる自己収縮応力を略正確に算定できることがわかる。また、従来における自己収縮応力の算定は、養生温度を考慮していないので、実際に生じる自己収縮応力よりも小さい算定結果になることが分かる。この従来の算定結果をコンクリート部材のひび割れ判定に用いると、危険側、すなわち、実際にはひび割れが起こり得るのに、ひび割れが起こらないという判定をしてしまう場合がある。
【００６４】
上記コンクリートの引張強度Ｆｔは、引張強度算定手段によって有効材齢に基いて求める（Ｓ１１）。
【００６５】
引張強度算定手段は、まず、有効材齢に基づいて下記の式（１５）によってコンクリートの圧縮強度を求める（コンクリート工学協会、自己収縮研究委員会報告書、１９９７年６月）。
【００６６】
【数１５】
0004195176.tif 000014
・・・（１５）
ここに、
Ｆc（ｔ）：有効材齢ｔにおける圧縮強度（N/mm2）、
ｆ28：標準養生材齢２８日における圧縮強度（N/mm2）、
Ｓf：セメントの種類の影響による係数、
ａf：凝固時間の影響による係数（日）、
ｔ：有効材齢（日）である。
【００６７】
次いで、下記の式（１６）によって、式（１５）によって求められたコンクリートの圧縮強度から、所定の有効材齢におけるコンクリートの引張強度Ｆｔを求める（萩原伸治ほか、「高強度コンクリートの若材齢における力学特性と圧縮および引張クリープ挙動に関する実験的研究」、コンクリート工学論文集、２０００年１月）。
【００６８】
【数１６】
Ｆt＝γ・Ｆc0.5・・・（１６）
ここに、
Ｆｔ：引張強度（Ｎ／ｍｍ2）、
Ｆｃ：圧縮強度（Ｎ／ｍｍ2）、
γ：定数（＝０．６１８）である。
【００６９】
そして、判定手段は、このコンクリートの引張強度Ｆｔと、Ｓ１０で求められたコンクリート部材表面に生じる引張応力σａとを比較する（Ｓ１２）。
【００７０】
図６には、上記式（１６）によって求められたコンクリートの引張強度Ｆｔを示す曲線Ｈを重ねて示している。図６に示すように、曲線Ｃのコンクリート部材表面に生じる引張応力が、曲線Ｈの引張強度Ｆｔを上回る部分（有効材齢約１．５日）があると、判定手段は、コンクリート部材にひび割れが生じると判定する（Ｓ１２）。
【００７１】
上記判定手段において、コンクリート部材にひび割れが生じると判定されると、要求手段が養生方法と養生期間とを再入力するように操作者に要求する（Ｓ１３）。
【００７２】
操作者が、例えば型枠の材質を異なる材質にする、あるいは型枠を脱型する有効材齢日を異なる日数にするなどの新たな養生方法と養生期間に関するデータを入力すると、このデータに基づいて、再びＳ３からＳ１２までの処理ステップを繰り返す。上記新たな養生方法および養生期間のデータに基づいた判定結果が、ひび割れが生じないという判定になると、Ｓ１４に進んでそのデータの養生方法および養生期間に決定されて、高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置の処理が終了する。
【００７３】
この高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置によって決定された養生方法と養生期間とに基づいて、実際に高強度コンクリートを打設すると、実際にひび割れを生じることなく所定のコンクリート部材を得ることができる。
【００７４】
上記実施の形態においては、上記高強度コンクリートを用いた部材の養生方法と養生期間を決定する装置は、Ｓ１３の新たな養生方法および養生期間を入力するように要求する要求手段を備え、ひび割れが起こらない養生方法と養生期間が求められるまでＳ３からＳ１２までの処理を繰り返したが、Ｓ１３の要求手段を設けずに、単に所定のコンクリート部材にひび割れるかどうかを確認するようにしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れの判定方法によれば、コンクリートの温度と有効材齢とに基づいて、自己収縮ひずみを算定し、この自己収縮ひずみから応力を算定するステップを有するので、この応力を正確に求めることができる。この正確な自己収縮ひずみによる応力と、温度ひずみによる応力とを考慮するので、若材齢時における高強度コンクリートを用いた部材のコンクリートに生じる応力を正確に求めることができて、この応力とコンクリートの引張強度とを比較することによって、従来の判定方法よりも精度よく高強度コンクリート部材のひび割れを判定することができる。
【００７６】
請求項２の発明の高強度の鉄筋コンクリート部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置によれば、有効材齢算定手段によって求められた有効材齢と、温度算定手段によって求められた上記温度履歴とに基づいて、所定の時間におけるコンクリートに生じる自己収縮応力を求める自己収縮応力算定手段を備えるので、上記自己収縮応力が正確に求められる。この正確に求められた自己収縮応力と、コンクリートの内部拘束によってコンクリートに生じる温度応力とで、コンクリート部材のコンクリートに生じる応力を正確に求め、この応力とコンクリートの引張強度とを比較して、コンクリート部材のひび割れを判定するので、コンクリート部材のひび割れを従来の判定方法よりも精度よく判定することができる。
【００７７】
請求項３の発明の高強度の鉄筋コンクリート部材の養生方法と養生期間を決定する装置によれば、判定手段によってコンクリート部材がひび割れると判断されると、養生方法と養生期間とに関するデータを入れ換えるように要求する要求手段を備えるので、コンクリート部材にひび割れが生じない養生方法と養生期間を、従来よりも精度よく得ることができる。
【００７８】
請求項４の発明の高強度の鉄筋コンクリートの打設方法によれば、請求項３の養生方法と養生期間を決定する装置によって定められた養生方法と養生期間とを用いてコンクリートを打設するので、若材齢時において、従来よりもひび割れが生じない高強度コンクリートによる部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態における高強度コンクリートを用いた部材の若材齢時におけるひび割れ判定装置の概略動作を示すフローチャートである。
【図２】  互いに異なる養生温度で高強度コンクリートの試験体を養生した場合に試験体に生じるひずみを、試験体の温度と共に示した図である。
【図３】  互いに異なる養生温度で養生された試験体に生じた自己収縮ひずみと、養生温度に基づいて自己収縮ひずみを求める算定式の算定結果とを示した図である。
【図４】  １実施の形態において、ひび割れ判定を行ったコンクリート部材の断面を示す図である。
【図５】  １実施の形態の養生方法と養生期間を決定する装置において、養生温度に基づいて算定された自己収縮ひずみAと、従来の養生温度を考慮せずに算定された自己収縮ひずみBとを示した図である。
【図６】  １実施の形態の養生方法と養生期間を決定する装置において、コンクリート部材の表面に生じる引張応力Cが、コンクリートの引張強度Hを上回って、コンクリート部材の表面にひび割れが生じると判定される場合を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ１  入力手段によって部材断面の寸法・配筋と、コンクリートの材料・調合を入力するステップ、
Ｓ２  入力手段によって養生方法・期間を入力するステップ、
Ｓ３  数値解析などによってコンクリート部材の温度履歴を計算するステップ、
Ｓ４  コンクリート部材の断面の温度分布および平均温度を解析するステップ、
Ｓ５  コンクリート部材の温度分布および平均温度に基づいてコンクリートの有効材齢を計算するステップ、
Ｓ６  コンクリートの有効材齢と、Ｓ４で求めた平均温度とに基づいて、自己収縮ひずみ量を算定するステップ、
Ｓ７  Ｓ５で求めた有効材齢に基づいて、コンクリートの引張クリープ係数と、引張ヤング係数を算定するステップ、
Ｓ８  Ｓ６で求めた自己収縮ひずみ量に基づいて、Ｓ７で求めた引張クリープ係数と引張ヤング係数とを用いて自己収縮応力を計算するステップ、
Ｓ９  コンクリート部材の断面における温度分布に基づいて、内部拘束による温度応力を計算するステップ、
Ｓ１０  Ｓ８で求めた自己収縮応力と、Ｓ９で求めた温度応力とを足し合わせて、コンクリート部材の表面に生じる引張応力σａを求めるステップ、
Ｓ１１  有効材齢に基づいて、コンクリートの引張強度Ｆｔを求めるステップ、
Ｓ１２  Ｓ１０で求めた引張応力σａの値とＳ１１で求めた引張強度Ｆｔの値とを比較して、コンクリート部材のひびわれを判定するステップ、
Ｓ１３  ひび割れが生じると判定されて、養生方法および養生期間に関して、データを再び入力するステップ、
Ｓ１４  ひび割れが生じないと判定されて、養生方法および養生期間が決定されるステップ。
【図１】
0004195176.tif 000015
【図２】
0004195176.tif 000016
【図３】
0004195176.tif 000017
【図４】
0004195176.tif 000018
【図５】
0004195176.tif 000019
【図６】
0004195176.tif 000020