技報 第 7 号（2009 年）

超高強度コンクリ－ト部材の初期応力・初期ひび割れ抑制に関する研究
技術研究所

１．はじめに鈴木雅博

自己収縮ひずみ抑制

コンクリ－ト構造物の長寿命化，橋梁における低桁高および建築における高層化が求められている．超高強度コンクリ－トは，高い圧縮強度を有するばかりでなく，硬化体の組織が緻密化することから高耐久化にもつながるため，実構造物

セメント
系材料

化学的に膨張ひずみを付与

毛細管張力の低減

膨張材

収縮低減剤

水分補給による自己乾燥防止への適用化より，社会的要請に対する 1 つの方策になると考えられる．しかし，超高強度コンクリ－トは，若材齢時に自己収縮ひずみが大きくなることが知られており，鉄筋などで拘束されることにより，ひび割れに対するリスクが大きくな

高ビ－ライ
ト系セメントる．また，昨今の研究では，自己収縮ひずみにより構造特性

軽量骨材
SAP

図－１ 自己収縮ひずみの低減方法にも阻害を与えることが報告されている．このため，超高強度コンクリ－トの特性を活かすことができない可能性があり， ２．実験概要
超高強度コンクリ－トの初期応力や初期ひび割れを抑制することが極めて重要となる．

2.1 使用材料・配合
セメントには，低熱ポルトランドセメント(記号 L)を使用し自己収縮ひずみの発生機構として有力とされている説に，た．混和材には，シリカフュ－ム(記号 SF)，標準使用量毛細管張力説がある．すなわち，組織の緻密化により，空隙20kg/m3 の石灰系低添加型膨張材(記号 EX)を使用した．なお，形成速度が水の移動速度を上回る場合には間隙水が不飽和とセメント種類 L と混和材 SF を混合する配合では，L の重量なり，空隙の相対湿度が低下し，自己乾燥が生じる．この自の 10.3%を混和材 SF にあらかじめ置換したプレミックス材

己乾燥により，間隙水にメニスカスが形成され，毛細管現象(記号 SFLC，密度 3.08g/cm3，比表面積 6210cm2/g)を使用し張力による負圧が発生し，硬化体が収縮するとされている．

た．収縮低減剤(記号 RA)には，低級アルコ－ル系を使用した．

これまでに提案されている自己収縮ひずみの低減方法を図

廃瓦粗骨材(記号 GK)は島根県江津産を使用した(写真－１)．

－１に示す．自己収縮ひずみの低減方法は，鉱物組成からみGK はカオリン粘土を焼成して作製した瓦の不適合品を破砕て自己収縮が小さくなる高ビ－ライトセメント(低熱ポルトラしたものである．配合を表－1 に示す．検討する配合は 5 種類ンドセメント)の使用，膨張材による化学的膨張ひずみの付与，とし，水結合材比は全て 15%とし，単位水量は同一量の収縮低減剤による表面張力の低下を抑制する方法，軽量骨材155kg/m3 とした．配合 G20 と G20-EX10-R では，それぞれや高吸水性のポリマ－(Super-absorbent polymers (SAP))を粗骨材全容積を廃瓦粗骨材でそれぞれ 20%容積置換した．配用いた内部養生方法を用いる方法およびこれらを組み合わせ合 G40 では，それぞれ粗骨材全容積を廃瓦粗骨材で 40%容積ことによる方法などが提案されている．内部養生方法は，自置換した．

己乾燥によるモルタル部の湿度低下することを利用し，含水2.2 供試体

率の高い軽量骨材あるいは SAP からモルタル部への水分移動

供試体寸法は自己収縮ひずみにおいて 100×100×400mm

により毛細管張力を抑制し，自己収縮ひずみを低減する方法とし，自己応力供試体において 100×100×1400mm とした．

である．しかしながら，膨張材と収縮低減剤の水結合材比 20%

自己応力供試体の鉄筋比は 1.7%とした．

を下回る超高強度コンクリ－ト(本研究では水結合材比 15%)

2.3 養生方法の適用例がほとんどない．また，軽量骨材や SAP の場合には使用量が多くなると圧縮強度の低減が報告されている．

供試体の養生は温度 20℃の室内にて打設し，材齢 1 日で脱枠を行い，温度 20℃，湿度 60%の室内にて封緘養生した．

そこで本研究では，膨張材と収縮低減剤および高含水率であり，軽量骨材と天然骨材との中間的な破砕値を有する多孔３．実験結果および考察性の廃瓦粗骨材を用いた内部養生方法を用いた低収縮超高強3.1 圧縮強度度コンクリ－トを提案することを目的とした．最終目的は，各配合の圧縮強度発現を図－２に，各配合の配合 SFLC に初期応力・初期ひび割れの抑制であることから，拘束応力試対する圧縮強度比を図－３にそれぞれ示す．全ての配合にお験もあわせて行い，拘束応力の観点からも検討を行った．

いて，圧縮強度は材齢 364 日において 150N/mm2 を超える結果となった．また，粗骨材容積の 40%を廃瓦粗骨材に置換し技報 第 7 号（2009 年）
表－１ 配合表
単位量(kg/m3)
SP**/(SFLC* D***/(SFLC(W+RA)/*(SFLC+ EX)
W SFLC EXSGGK RA+ EX)+ EX)
B
0.15
155 1033
435 9440.023
0.00002
G400.15155 1033
435 566 264
0.023
0.00002
G200.15155 1033
435 755 147
60.0230.00002
G20-EX10-R
0.15
149 1023 10
435 755 147
60.0230.00002
EX20-R0.15
149 1013 20
435 94460.0230.00002*：SFLC は低熱ポルトランドセメントとシリカフュ－ムとのプレミックス材**：SP は高性能 AE 減水剤，***：D は消泡剤
配合名

写真－１ 廃瓦粗骨材

SFLC
G40
G20
G20-EX10-R
EX20-R

膨張400

圧縮強度(N/mm 2)

175
150125100SFLC
G40
G20
G20-EX10-R
EX20-R

7550
250091182
材齢(日)

273

図－２ 圧縮強度発現

364

1.05
材齢364日自己収縮ひずみ (x10 -6)

各配合圧縮強度/SFLC圧縮強度

200

1.00

0.950.90
SFLCG401.5

拘束応力 (N/mm 2)

1.8

たことによりモルタル部の強度が高まったことが考えられる．

0.6
0.30.0

おいて圧縮ひずみが生じることにより発揮している．ただし，

-0.6
1
圧縮

廃瓦粗骨材が多い場合に顕著となった．これを抑制するため

3.3 自己応力
各配合の自己収縮ひずみ発現を図－５に示す．G20-EX10-R
は，拘束応力を概ね 0 とすることができ，本研究において最も初期応力を低減する結果を得た．有効材齢 10 日以降における拘束応力の増進が大きくなる理由として，クリ－プによる

10100
有効材齢 (t+1日)

1000

図－５ 自己応力発現に廃瓦粗骨材の容積置換率を 20％とし，さらに膨張材と収縮とができた．

1000

0.9-0.3

低減剤をいれることにより，収縮ひずみを大幅に低減するこ

10100
有効材齢(t+1日)

1.2を混入した内部養生による収縮低減効果は，有効材齢 1 日に有効材齢 1 日以降において収縮ひずみ側に転じ，その傾向は

-800

SFLC
G40G20G20-EX10-RE20-R2.1

各配合の自己収縮ひずみ発現を図－４に示す．廃瓦粗骨材-600

図－４ 自己収縮ひずみ発現

内部養生効果による水分移動により未反応の結合材が反応し3.2 自己収縮ひずみ

-400

1

引張も圧縮強度が低下した．

-200

収縮た場合においても圧縮強度の低下がなく，G40 と G20 の圧縮

なお，膨張材と収縮低減剤を混入した場合には，SFLC より0-1000

G20 G20- EX20
EX10 -R-R

図－３ 材齢 365 日における圧縮強度比強度は SFLC より大きくなる結果を得た．この理由として，

200

５．おわりに本稿は，筆者が博士後期課程の在籍期間に行った“超高強度コンクリ－ト部材の初期応力・初期ひび割れ抑制に関する研究”の一部を概説したものである．筆者の入学を許可して頂き，5 年間にわたる株式会社ピ－エス三菱の皆様のご協力，ご支援に対して深謝致します．

応力緩和が期待できないことやコンクリ－トのヤング係数がKey Words：廃瓦粗骨材，内部養生方法による収縮低減方法，大きいことなどが考えられる．

低収縮超高強度コンクリ－ト，拘束応力，自己収縮ひずみ

４．結論
廃瓦粗骨材による内部養生方法，膨張材および収縮低減剤を併用することにより，超高強度コンクリ－トの耐久面と構造面を阻害する自己応力を低減する方策が提示できた．このことより，長寿命 PC 構造物を構築できる可能性を示した．

鈴木雅博