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空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響
坂本

恭裕*1・川崎佑磨*2・福山 智子*3・金侖美*4

2. 空練りが各フロー値に与える影響

スランプフロー値差は20cmを超過している。
これは，JIS A

2.1 実験概要

5308にも記載されているコンクリートのスランプフロー60cm

本項では，本報において記述する全ての実験において共の場合の規定である±10cmよりも大きい。

通の概要を示す。実験対象とした設計基準強度80N/mm2のこのスランプフロー値差が生じた要因としては，粗骨材投高強度コンクリートの配合を表−1に示す。本研究では，この入後の練混ぜではなく空練りが寄与していると考えられる。

配合から，使用したミキサでの練混ぜ可能量である36L当たりその理由として，①既報 3 ）で空練りがモルタルフローに大きくの必要材料値を計算して後述する各試験を行った。使用材

スランプフロー値差と寄与していること，②ミキサA・Bともに，料を表−2に示す。

空練り時間の増加に伴うフローの増加率は同程度であることが挙げられる。

混和剤は単位セメント量に対して添加した。添加量は，各試

要旨：高強度コンクリートの施工の増加が見込まれており，製造技術も対応していく必要がある。高強度コンクリートの流動性は，同配合・同環境でも，練混ぜ条件によって大きく異なる場合がある。本研究では，2軸強制練りテストミキサによる高強度コンクリート配合の練混ぜにおいて，空練り（練混ぜ初期における細骨材とセメントの練混ぜ）による流動性変化に着目した。
その結果，空練りによるスランプフロー値差を確認し，Cryo-SEM，混和剤吸着量の分析から，空練りを行うことでフロックが形成され，その後に吸着する混和剤の量やタイミングに変化を生じさせ，流動性に差異が生じると考察した。

験当日にコンクリート配合で行った予備試験の結果から，配合しかし，2 軸強制練りテストミキサのモルタルフロー値差は調整を行った値に設定した。使用ミキサは，それぞれ材料の動3cmと既報 3 ）に比べて小さいことから，コンクリートの流動性きが異なるように設計された羽根高さが異なる2 種類（以下，に寄与するモルタルの特徴はフロー値では表すことができなを使用し，試験A，Bとする）の2軸強制練りテストミキサ（60L）
環境は温度20±2℃，湿度50%以上の一定環境下の室内でい性状であるとの仮説をたて，以降の実験で検証することとした。

試験を行った。
2.2 空練りの有無および空練り時間による影響

フロック形成，Cryo-SEM，混和剤吸着キーワード：高強度コンクリート，2軸強制練りミキサ，空練り，

表−2

使用材料

図−1

練混ぜ方法

（1）概要

図−1は練混ぜ方法について図示したものである。予備

１．はじめにその原因の一つとしてセメントに対することも知られており1），

現在，我が国における社会問題として，「 地球温暖化対セメント量が多くなる高る混和剤の吸着が挙げられている2）。

策としていかに低炭素社会を実現するか」，「 人口減少に伴強度コンクリートでは，通常のコンクリートよりもその影響が大う作業などの効率化をどのように促進するか」，「 高齢化社きくなる。
しかし，高強度コンクリートを対象とした配合におい会における技術継承をどのように効率よく行うか」など，様々て，上記影響の程度やメカニズムの解明を試みた事例は少な課題が挙げられている。

なく，練混ぜ条件の違いに伴う流動性の相違の解明は急務

その中で，近年の自然災害の激甚化，頻発化等を踏まえ，であり，今後の高強度コンクリートの安定的な供給に寄与できると考える。

より高強度化した建造物の建設など，防災・減災やインフラ実験によるミキサの動力データから，空練り時間を含んだモルタル練混ぜを7 分，粗骨材を投入してからのコンクリート練混ぜを3 分の合計 10 分の練混ぜを行った。
細骨材の表面水とセメントによる初期吸着の影響を確認するため，空練りを行い，その後に細骨材および粗骨材の表面水分を差し引いた練混ぜ水と混和剤を投入して練混ぜる方法でモルタルを製作した。
なお，湿潤状態の細骨材における表面水率は3%に統一した。

老朽化対策等の国土強靭化といった政策から，今後，高強そこで本研究では，練混ぜ初期における細骨材とセメントまた，空練りの有無および空練り時間による影響を確認す

度コンクリートの施工は増加すると考えられる。
また，日本全の練混ぜ（以下，空練り）の有無や時間に着目して，高強度るため，モルタルの合計練混ぜ時間は7 分に固定したまま，体の人口減少や建設業界における担い手不足といった問コンクリートの流動性に空練りが与える影響を考察した。既各ミキサによる空練り時間を0 ，30 ，60 ，90 秒の4 パターンに題から，工期削減などに伴い，プレキャストコンクリート製品のホバートミキサ（報 3 ）として，設定し，空練り時間に応じて練混ぜ水を投入した後のモル利用が促進されると予想する。
さらに，JIS A 5308の改正

5L ）でのモルタルにおける空練りの影響およびメカニズムについて報告したが，本報では，2における趣旨にも，高強度コンクリートの利用を推進（ 2019 ）軸強制練りテストミキサを用いてより実務に近い形で複数のてフレッシュコンクリートを製作した。モルタル練混ぜ後とフするためと明記されていることから加速的に利用増加が見実験を実施した。各空練り条件におけるモルタルフロー値とレッシュコンクリート練混ぜ後のそれぞれのタイミングでフロー込まれる。

コンクリートのスランプフロー値や，既存の研究でも重要な指測定に必要な量のサンプリングを行い，モルタルフローおよびこのような背景から，高強度コンクリートの施工はさらに増標であった細骨材の表面水や混和剤に着目し，Cryo-SEMスランプフローの比較を行った。

加し，施工技術だけではなく，バッチャープラントでの製造にを用いた物理的考察，混和剤吸着の化学的考察も加えて，おいても，その対応が求められる。

流動性の差異が生じる理由について考察した。

を図−2に示す。
ここで，空練り時間 30 秒のスランプフロー値とは，空練り30 秒で作製したモルタルに粗骨材を投入した場

高強度コンクリート『80-60-20L 』の配合合のフローを意味している。

(kg/m3)
(mm)

(cm)

(%)

(%)

2060.021.4

2.0（2）実験結果および考察
各空練り時間のモルタルフロー値およびスランプフロー値

一方で，練混ぜ条件がコンクリートの流動性に影響を与え
表−1

タル練混ぜ時間を変更した。
そのモルタルに粗骨材を投入し(%)

WCSGPc44.4

175818650815

8.18

ミキサA・B 共に空練り時間の増加に伴い，モルタルフローおよびスランプフローが大きくなった。
モルタルフローに着目すると，2 軸強制練りテストミキサで作製したモルタルの空練り30 秒と90 秒ではモルタルフロー
これに対し，既報 3 ）のホバートミキ値の差は約 3cmであった。

*1 日工（株） 技術本部 開発部 （正会員）*2 立命館大学 理工学部 環境都市工学科 准教授 博士（工学） （正会員）*3 立命館大学 理工学部 建築都市デザイン学科 准教授 博士（工学） （正会員）*4 立命館大学 総合科学技術研究機構 助教 博士（工学） （正会員）2024│NO.005

ホバートミサでのモルタルフロー値差は約 10cm 程度であり，キサと2軸強制練りテストミキサでは違いがあった。
また，スランプフローにおいては，空練り時間が増加するほどフローが伸びており，同一配合にも関わらず各ミキサで

図−2

空練りによるフロー

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

─ 9 ─

─ 10 ─

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2.3 モルタル性状差による影響

赤外線多成分計による測定対象は色の波長とし，空練り（1）概要後の材料表面における波長から吸光度を測定した。
なお，（2）実験結果および考察

空練り時間が増大すれば細骨材の表面水による影響から，ミキサごとの各空練り時間に対して測定した色吸光度の前節の検討により推察した，モルタルフロー値差では表す

細骨材の表面水と炭酸カルシウムの本来の色では波長差ことができないモルタル性状差の存在をより明確にするためが生じにくい。そこで，炭酸カルシウムとの色波長差をより明に，図−3のような練混ぜを行うこととした。
モルタルをA・Bそ

各吸光度は，数値が大きくなるにつれて，着色箇所が多確にするために，絶乾状態の細骨材に表面水 3%となるようれぞれのミキサで練混ぜ，そのモルタルをミキサ Aに移し替に食紅で着色させた水を吸収させた。

いことを示す。空練り時間の増加に伴ってミキサAでは吸光各材料の計量値は，表−1に示した基準配合から36L当えることで粗骨材投入後の練混ぜ機構を一定とし，その際たりの必要材料値を計算した。測定条件は，空練り時間をのスランプフロー値を評価した。

30 ，60 ，90 秒の3パターンとして，本練りを行う前の空練りのモルタルの空練り時間は0 ，30 ，60 ，90 秒の4パターンとし，移し替えによる条件を一定にするために，一貫して同じミキみを測定対象とし，試料の採取場所は，図−5に示すようサで練混ぜを行うパターンにおいても，一度排出し，入れ戻に，ミキサ平面に対して対角箇所と中心の3 箇所から採取しす作業を行った。モルタルの移し替えに要する時間に関してた。空練り直後の材料をステンレス製のバットに移し，表面をも一定となるように，管理して実験を行った。
その他の試験条平滑に調整した後，その容器内を図−6に示すように6 区分

件は，前節と同様の条件で実施した。に分割した。各区分中央の表面色波長の測定を3回ずつ行（2）実験結果および考察

い，1バッチ当たり計54回の測定を行った。

モルタル移し替え試験の各空練り時間に対するフロー値

フロック形成が大きくなることで，比表面積差が生じることが結果を図−7に示す。

確認できた。
また，500 倍率のSEM 画像からは，目視確認でもフロックの大きさが確認できる結果となった。

度が高くなり，炭酸カルシウムの着色箇所が多くなっている。
一方ミキサ Bでは，空練り時間の増大に伴う炭酸カルシウム

図−10は比表面積差の結果に基づき考察したモルタル中のフロックを模式化したものである

への着色箇所の増加は確認できず，逆に炭酸カルシウムが着色した表面水を覆う結果となった。
ミキサによって色吸光度の変化傾向が違うため，フロックの形成過程が異なることが推測される。
図−8は吸光度の結果に基づき考察したフロックの形成過程を模式化したものである。
ミキサ Aでは，空練り時間が増大すると細骨材の表面水

図−6がセメントに移りフロックを形成していることを示している。一吸光度測定箇所

方ミキサBでは，空練り時間が増大することで，セメント粒子の結果を図−4に示す。前節と同様に，モルタルフローにつが表面水を保持した細骨材の表面に付着しフロックを形成いては，ミキサによって差がないことが確認された。
しかし，そしていることを示す。
フロックの形成過程が異なるどちらのミれぞれ違うミキサによって練混ぜた同じフロー値のモルタルキサでも，目視の結果から，空練り時間の増加につれてダマを，ミキサ Aに移しコンクリートの練混ぜを行った場合では，が多くなることは確認できた。

一貫して同じミキサで練混ぜたスランプフロー値と異なる結また，空練り時間の増加に伴って，各測定箇所のバラつき果となった。

は小さくなっており，フロックが均一に形成していることが読

この結果から，モルタルフロー値では表すことができないモルタルの性状差が空練りで生じていることが推測できる。
また，このモルタル性状差が，空練りによるスランプフロー値差

図−3

モルタル移し替え試験方法

み取れる。
3.2 セメントフロックの形成に関する実験（1）概要につながっていると推測できる。
そのモルタル性状差を確認するために，空練りで生じていセメントは加水されると水和反応によってセメント粒子の表ると考えられる，細骨材表面水のセメント粒子への移動やフ面に正の電荷が発生して不安定となり粒子同士がくっついロック形成，混和剤吸着量差を次章で検討した。てフロックを形成する。そこで本報では，空練り時間に応じ

図−7

空練り時間における色吸光度て，細骨材の表面水がセメント粒子に移動している影響を確
3. 空練りが流動性に与える影響認するため，Cryo-SEMを用いて，フロック形成量を定量化

2 章における結果から，空練りによってモルタルフローではした。

表すことができない性状差がスランプフローに影響している

測定方法は，空練りを行い作製したモルタル試料を練上ことが確認できた。
そこで本章では，物理的試験として，細骨がり直後に液体窒素を用いて瞬間冷凍を行い，その試料の材の表面水がセメント粒子に対してどのような影響を及ぼし切断面を，冷凍状態で観察することのできるCryo-SEMにているのか，またその表面水で生じるフロックの形成について断面を250 倍と500 倍で観察する。同時に，250 倍のSEMて確認実験を行った。
さらに，化学的試験として，流動性に画像に対し，細骨材の主成分であるSiとセメントの主成分で大きく影響を及ぼす混和剤吸着量の測定を行った。

あるCaのマッピングも行うことで，細骨材とセメントの区別を

3.1 細骨材の表面水移動に関する実験

図−4（1）概要

モルタル移し替え試験におけるフロー空練り時間に応じて，細骨材の表面水がどのようにセメン各ミキサで空練り時間は30 ，90 秒の2パターンとし，それぞれ250 倍率のSEM 画像から画像解析により，比表面積を算ト粒子に吸着および移動しているかを定量化するために，赤出した。フロックは，セメントの平 均 粒 形 以 上とするため，外線多成分計を用いて試験を行った。実験に用いる材料

15µm以上の直径を持つ粒子をフロックとして観察した。

は，セメントの代用として白色の粉体である炭酸カルシウム（2）実験結果および考察と細骨材を用いた。炭酸カルシウムを用（密度：2.71g/cm 3 ）各ミキサによる空練り時間に対するモルタルのSEM 画像

いることにより，水との反応もなく，粉体と細骨材の純粋な吸およびマッピング画像について図−9，また，画像から算出し着の評価につなげることが可能と考えたためである。
セメントの比表面積に対して，3000 cm 2 /gと同等であるため，水分たフロックの比表面積の結果を表−3に示す。
図−5の移動を評価するにあたっては影響ないと判断した。
2024│NO.005できるようにした。

サンプリング箇所

前節の表面水移動の実験結果からも想定できる通り，

図−8

空練りによるフロック形成メカニズム

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響─ 11 ─

─ 12 ─

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3.4 空練りが流動性に与える影響解明
各試験結果から，空練りを行うことにより，細骨材の表面水がセメント粒子と接触することでフロック形成され，比表面積が小さくなることで，混和剤吸着量が減少する結果を得ることができた。練混ぜ初期にフロックとなる量が多いと，本練りにおいて投入される水とセメント粒子が接する量が少なくなるため，先行吸着する混和剤量が減少したと考えられる。
以上の結果から，空練りの有無，空練り時間がモルタルの性状に影響を与えることが明らかとなった。特に，細骨材の表面水とセメント粒子によってフロック形成することで，混和剤の吸着量が変化し，練混ぜ直後のフロー値が異なることから，フロック形成量をコントロールすることで，練混ぜ直後のスランプフロー値を制御できると推測する。
ただし，空練り時間を長くすることが重要ではなく，本練り時に投入される混和剤の吸着を受け入れる状態が空練りで整えられているか，が重要であると考える。
また，3.1で行った表面水移動の結果からもわかるように，ミキサによってフロック形成過程が異なることも明らかとなった。
これらの結果から，このフロック形成における最適な状態を造るためには，例えばミキサの性能などが影響すると考え
図−9

空練り時間におけるモルタルのSEM 画像およびマッピング画像

3.3 混和剤吸着量に関する実験

図−12は混和剤吸着量の結果に基づき考察したフロッ（1）概要ている。
4. まとめ本研究で得られた知見について，以下にまとめる。

クと混和剤の関係を模式化したものである。

フロー値では現れな（ 1 ）2 軸強制練りテストミキサにおいて，表−3 フロックの比表面積い，フロック形成量といったモルタルの性状差が，その後3.1および 3.2から，細骨材の表面水の影響によりフロックを形成することが明らかとなった。そこで，本項では，空練りのコンクリートのスランプフロー値に大きく寄与している。
（ 2 ）空練りについては，同じ配合・環境においてもモルタルの段階によるフロック形成が混和剤の吸着にどの程度影響を性状に影響を与えていることが確認できた。そのメカニ及ぼすのか確認するため，空練り時間に応じた混和剤吸着ズムとして，混和剤が投入される前に，細骨材の表面水量の測定を行った。各材料の計量値は，表−1に示した基とセメントの接触時間が増加することでセメント粒子がフ準配合から36L当たりの必要材料値を計算して作製したモ

ロック形成されることにより，比表面積が小さくなり，混和ルタルおよびフレッシュコンクリートを用いた。

混ぜにおけるフレッシュコンクリートにおけるスランプフ析することで，液相中の混和剤の残存量を測定した。

ロー値の増加に寄与する。

測定条件は，各ミキサそれぞれにおいて，空練り時間を0 ，（ 3 ）練混ぜ機構による材料の動き方によって，空練り時のフ30 ，90 秒の3パターンとした。作製したモルタルおよびフレッ

空練りによる混和剤吸着量差メカニズム参考文献
１） 安田和弘，近松竜一，十河茂幸：高性能 AE 減水剤を用いた高流動モルタルの練混ぜに関する一実験，土木学会第53回年次学術講演会，1998.10
日比野誠，大内雅博，岡村甫：高性能 AE 減２） 菅俣匠，水剤の作用効果に及ぼす練混ぜ方法の影響，
コンク
リート工 学 年 次 論 文 報 告 集 ，Vo l . 2 0 ，N o . 2 ，pp.325-330，1998.7
３） 坂本恭裕，川崎佑磨，福山智子，金侖美：高強度コ
ンクリートを対象とした空練りがモルタルフローに与える影響，
コンクリート工学年次論文集，Vol.44 ，No.1 ，pp.850-855，2022.6

筆者紹介

SAKAMOTO Yasuhiro

剤吸着量が減少する。その余った混和剤がその後の練遠心分離機で液相と固相に分離し，抽出した液相を熱分

図−12

坂本恭裕

2012 年入社
開発部 開発 2 課

ロック形成過程が異なる。

シュコンクリートのモルタル分から分離したそれぞれの液相を採取して，各 6回ずつ測定を行った。
（2）実験結果および考察
ミキサごとの各空練り時間に対して作製したモルタルおよびフレッシュコンクリートからの混和剤残存量の結果を図−11に示す。各残存量の結果から，どちらのミキサにおいても，空練り時間が増加するに伴って，液相に残る混和剤量が多くなる傾向にあることがわかった。そのことから，空練り時間が短い場合は，固相への混和剤吸着量が大きく，空練り時間が長い場合は吸着量が小さくなる結果を得た。混和剤が余ることで，後添加で見られるような，その後の流動性が図−10向上すると考察できる。
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空練りによる比表面積差メカニズム

図−11

空練り時間における混和剤残存量

空練りによるフロック形成が高強度コンクリートのスランプフローに与える影響

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