乾燥を受ける早強コンクリートのひび割れ抵抗性に影響を与える配合要因に関する検討

乾燥を受ける早強コンクリートのひび割れ抵抗性に影響を与える配合要因に関する検討
Influence of Composition on Cracking Resistance of Early-Strength Concrete in Drying Condition
佐々木亘

WATARU

SASAKI谷口秀明

HIDEAKITANIGUCHI

樋口正典

MASANORIHIGUCHIPC 上部工で用いられる設計基準強度 40 N/mm2 程度の早強コンクリートのひび割れ抵抗性に影響を与える配合要因について検討するために，粗骨材量または細骨材量を変化させたコンクリートを用いて，水中および気中養生下における圧縮強度，静弾性係数，割裂引張強度，鉄筋拘束による収縮応力，ならびに自己収縮ひずみおよび乾燥収縮ひずみを測定した。その結果，1）圧縮強度およびひび割れ発生材齢には粗骨材量の影響が大きい。2）静弾性係数，自己収縮ひずみ，乾燥収縮ひずみおよび鉄筋拘束試験におけるひび割れ発生応力には単位ペースト絶対容積の影響が大きい。3）収縮によるひび割れに対する抵抗性を高めるためには単位ペースト絶対容積を小さくするのが効果的であることなどが分かった。
キーワード：ひび割れ抵抗性，収縮応力試験，単位粗骨材絶対容積，単位ペースト絶対容積

This paper is meant as study of the influence of composition on cracking resistance of early-strength
concrete for PC members and describes the examination results of compressive strength, Young’s modulus,
split tensile strength, shrinkage stress, autogenous shrinkage and drying shrinkage of early-strength concrete,
where varing quantity of unit coarse or fine aggregate as parameters. The design strength of this concrete
was about 40 N/mm2 for PC superstructures. As a result, the followings were obtained; 1) The content ofcoarse aggregate has significant influence on compressive strength and cracking age in restraint test withreinforcement. 2) The volume content of cement paste has significant influence on Young’s modulus,
autogenous shrinkage, drying shrinkage and cracking stress in restraint test with reinforcement. 3) It iseffective to make the volume of cement paste small to improve the resistance for shrinkage crack.
Key Words: Cracking Resistance, Shrinkage Stress Test, Absolute Volume of Unit Coarse Aggregate,
Absolute Volume of Unit Cement Paste

１．はじめにる。したがって，このようなコンクリートの多様な配合変化に起因するひび割れ抵抗性の変動を把握することは，コンクリート構造物を長期的に供用するためには，ひび割れの発生を抑制し，発生後にはその幅を制御するこコンクリート構造物の高耐久化に資するものとして重要であると考えられる。とが重要である。最近では，天然骨材の品質低下に起因

本稿では，基礎的な検討として，PC 上部工で用いられするコンクリートの収縮ひずみの増加とそれに伴うひびる設計基準強度 40 N/mm2 程度の早強コンクリートのひ割れの発生が問題となり，学協会においてさまざまな議

び割れ抵抗性に与える骨材量などの配合要因の影響につ1)。一方，コンクリート構造物の高耐久化いて把握することを目的とし，水セメント比一定の条件を目的として，材料としてのコンクリートにもさまざまで粗骨材量または細骨材量を変化させたコンクリートをな性能が要求され，例えば高流動コンクリートや短繊維作製し，鉄筋拘束による収縮応力，自己収縮ひずみ，乾補強コンクリートのように，多様な材料や配合のコンク燥収縮ひずみ，圧縮強度，静弾性係数および割裂引張強リートが従来にも増して使用されるようになってきてい度の測定を行った。

論がなされた41

三井住友建設技術開発センター報告

第 12 号

表-1
材料
水セメント

使用材料

種類，物性など

記号
W

水道水
32

早強ポルトランドセメント（密度 3.13 g/cm ，比表面積 4610 cm /g)

C

3

細骨材
粗骨材
混和剤

山砂（表乾密度 2.62 g/cm ，吸水率 1.90%）と砕砂（硬質砂岩，表乾密度 2.61g/cm3，吸水率 1.68%）を容積割合 4:6 で混合
砕石 2005（硬質砂岩，密度 2.64 g/cm3，吸水率 0.96%）

G

高性能 AE 減水剤（ポリカルボン酸エーテル系化合物）

SP

AE 剤（変性ロジン酸化合物系陰イオン界面活性剤）

AE

表-2
水セメ

モルタル

ント比

細骨材

W/C

容積比

(%)

s/mor

H40400.453

G30040G200G0G0-2記号S

細骨材率

コンクリートの配合
単位

単位

単位量 （kg/m3）

ペースト

粗骨材

SP

絶対容積

絶対容積(C×%)(m3/m3)(m3/m3)

43.0

0.297

0.453

51.4

400.454400.453400.552s/a

WC

S

G

0.375

165

413

740

990

0.7

0.338

0.300

188

470

828

792

0.6

64.5

0.392

0.200

218

545

949

528

0.6

100

0.502

0.000

279

698

1185

00.6

100

0.403

0.000

224

560

1443

00.6(%)

ースト絶対容積を G200 と同程度としたものである。高性能 AE 減水剤の使用量は流動性に応じて調整などは行

２．実験概要

わずほぼ一定とし，AE 剤については空気量の目標値を4.5±0.5%として，その使用量を調整した。

（１）コンクリートの条件
コンクリートの使用材料を表-1，配合を表-2 に示す。
以下，各配合については，表-2 に記載した記号で呼ぶ。

（２）測定項目および方法

また，各材料の単位量を記号で表す場合は，表-1 の記ａ）圧縮強度および静弾性係数号を用いて質量を大文字，容積を小文字で表す。

圧縮強度はφ100×200 mm の円柱供試体を使用し，JIS2

コンクリートの配合は設計基準強度 40 N/mm 程度のA 1108「コンクリートの圧縮試験方法」に準じて測定を

PC 上部工で用いられるコンクリートを想定し，水セメン行った。養生方法は標準水中養生および後述する鉄筋拘ト比は 40%とした。使用したセメントは早強ポルトラン束試験と同様の養生（以下，鉄筋拘束同一養生と呼ぶ）ドセメントである。細骨材には山砂と砕砂を容積比率 4:6とした。鉄筋拘束同一養生は打込み直後から材齢 7 日まで混合したものを，粗骨材には砕石 2005 を使用した。一で封かん養生とし，材齢 7 日以降は温度 20℃湿度 60%の般のコンクリートを想定した基本配合である H40 の単位恒温恒湿室に存置した。測定は材齢 7 日，28 日，91 日で333水量は 165 kg/m ，単位粗骨材絶対容積は 0.375 m /m で行った。また，コンプレッソメータを用いて，圧縮強度ある。G300，G200 および G0 は，H40 に対してモルタルと同時に静弾性係数の測定も行った。静弾性係数の測定

細骨材容積比（s/mor, mor = w+c+s）を一定とし，単位粗は JIS A 1149「コンクリートの静弾性係数試験方法」に骨材絶対容積を変化させた。G300，G200 および G0 の単準じて行った。

3333位粗骨材絶対容積は，それぞれ，0.300 m /m ，0.200 m /m ，330.000 m /m である。G300 は高流動コンクリート，G200ｂ）割裂引張強度
割裂引張強度はφ100×200 mm の円柱供試体を使用し，は短繊維補強コンクリートで想定されうる単位粗骨材絶JIS A 1113「コンクリートの割裂引張強度試験方法」に準対容積としている。G0-2 は G0 と同様に単位粗骨材絶対じて測定を行った。養生方法は標準水中養生および鉄筋容積が 0.000 m3/m3 のモルタル配合であるが，細骨材量の拘束同一養生である。測定材齢は標準水中養生では 7 日，影響を検討するため s/mor を 0.1 程度増加させ，単位ペ28 日，91 日，鉄筋拘束同一養生では 7 日，14 日，28 日，42

乾燥を受ける早強コンクリートのひび割れ抵抗性に影響を与える配合要因に関する検討

91 日とした。

90ｃ）鉄筋拘束試験による収縮応力
筋拘束試験は JCI「コンクリートの自己収縮応力測定方法」2)を参考に，打込み直後から材齢 7 日まではポリエステルフィルムにより封かん状態，材齢 7 日で脱型した後は温度 20℃湿度 60%の恒温恒湿室に存置し，6 面乾燥780
圧縮強度 (N/mm2)

鉄筋拘束試験を実施し，収縮応力の測定を行った。鉄材齢(日)2891706050状態で測定を行った。供試体は 100×100×1500 mm であ40り，断面中央に鉄筋の長さ方向の中心 300 mm の範囲で30

節を取り除きコンクリートとの付着を切った D32 鉄筋を養生条件
塗潰し：標準水中
白抜き：鉄筋拘束同一
00.1

0.2

0.30.4

単位粗骨材絶対容積 (m3/m3)

設置し，鉄筋中央部のひずみからコンクリートに生じる応力を算定した。供試体数は 2 体とした。

図-1単位粗骨材絶対容積と圧縮強度の関係ｄ）収縮ひずみ
90

収縮ひずみについては，自己収縮ひずみ，乾燥収縮ひずみおよび鉄筋拘束同一養生における自由収縮ひずみの自己収縮ひずみの測定は，JCI「高流動コンクリートの自己収縮試験方法」3)に準じて行った。100×100×400 mmの角柱供試体を使用し，供試体中央に設置した埋込みひ80
圧縮強度 (N/mm2)測定を行った。

G0-2

706050標準水中養生リエステルフィルムにより封かん状態とし，材齢 1 日で40材齢(日)脱型した後はアルミ箔テープにより封かん状態とした。

30

ずみ計により測定を行った。供試体は打込み直後よりポまた，供試体は温度 20℃湿度 60%の恒温恒湿室に存置

07280.1

0.2

G091
0.3

0.40.50.6

単位ペースト絶対容積 (m3/m3)-6

し，コンクリートの線膨張係数を 10×10 /℃として温度ひずみの補正を行った。

G200

図-2

単位ペースト絶対容積と圧縮強度の関係

乾燥収縮ひずみの測定は 100×100×400 mm の角柱供試体を使用し，JIS A 1129-2「モルタル及びコンクリート粗骨材絶対容積を 0.375 m3/m3 に増加させると，圧縮強度の長さ変化測定方法－第 2 部：コンタクトゲージ方法」

が増加に転じている。

および付属書 A「モルタル及びコンクリートの乾燥による自由収縮ひずみ測定方法」に準じて行った。

圧縮強度が材齢 7 日まで封かん養生，材齢 7 日以降気中養生である鉄筋拘束同一養生での圧縮強度は，全体的鉄筋拘束同一養生における自由収縮ひずみの測定は，な傾向は標準水中養生と同様であるが，いずれの材齢に100×100×400 mm の角柱供試体を使用し，供試体中央おいても標準水中養生より小さく，特に，材齢 28 日以降に設置した埋込みひずみ計により行った。鉄筋拘束試験の強度増進が認められない。と同様に打込み直後よりポリエステルフィルムにより封図-2 は単位ペースト絶対容積と圧縮強度の関係を示かん状態とし，材齢 7 日で脱型した後は温度 20℃湿度したものである。図中の各プロットを結ぶ線は，表-2 に60%の恒温恒湿室内に存置し，6 面乾燥状態とした。

示した配合順にプロットを結んだものである。養生方法

収縮ひずみの測定では，いずれの試験も供試体数は 2体とした。

によって傾向に差異は見られなかったため，この図では標準水中養生のみ示している。G0 に対して G0-2 の圧縮強度は低下しておらず，単位ペースト絶対容積が同程度

３．実験結果および考察である G200 と G0 の比較から，圧縮強度の低下は粗骨材量の増加によって生じていることが推察される。

（１）圧縮強度
図-1 に単位粗骨材絶対容積と圧縮強度の関係を示す。

（２）静弾性係数

図中のいずれの条件でも，単位粗骨材絶対容積が 0.300

単位粗骨材絶対容積と静弾性係数の関係を図-3，単位m3/m3 以下の範囲では単位粗骨材絶対容積が大きくなる

ペースト絶対容積と静弾性係数の関係を図-4 に示す。図と圧縮強度は小さくなる傾向がみられた。しかし，単位-3 より，単位粗骨材絶対容積が大きいほど静弾性係数も43静弾性係数 (kN/mm2)

4038363432302826242220

材齢(日)
72891

養生条件
塗潰し：標準水中
白抜き：鉄筋拘束同一00.10.20.3

静弾性係数 (kN/mm2)

第 12 号

三井住友建設技術開発センター報告

0.44038363432302826242220

材齢(日)
7

単位粗骨材絶対容積と静弾性係数の関係

91養生条件
塗潰し：標準水中白抜き：鉄筋拘束同一0図-4は単位ペースト絶対容積が 0.338 m3/m3（配合 G300）で極小値をとる場合も見られるが，全体的な傾向としては，単位ペースト絶対容積が小さくなるほど静弾性係数は大きくなる傾向にある。単位ペースト絶対容積 0.400 m3/m3
付近にプロットされる G200 と G0-2 の結果に大差がなく，静弾性係数に影響を与える要因としては単位ペースト絶材齢(日)7絶対容積や単位ペースト絶対容積が割裂引張強度に与える影響について，明確な傾向は見出せなかった。標準水中養生と鉄筋拘束同一養生の比較についても，鉄筋拘束同一養生は標準水中養生に比べて割裂引張強度が小さい傾向はみられるものの，圧縮強度や静弾性係数のように

0図-528910.10.20.30.4

単位粗骨材絶対容積と割裂引張強度の関係

6材齢(日)
728915432

明確な低下傾向は見られなかった。さらに，割裂引張強養生条件
塗潰し：標準水中
白抜き：鉄筋拘束同一00.20.40.6

単位ペースト絶対容積 (m3/m3)

度は，鉄筋拘束同一養生だけでなく，標準水中養生であっても，必ずしも材齢の経過に伴って強度の増進がみら

0.6

単位粗骨材絶対容積 (m3/m3)

割裂引張強度 (N/mm2)

す。圧縮強度や静弾性係数の場合と異なり，単位粗骨材

0.5養生条件
塗潰し：標準水中
白抜き：鉄筋拘束同一32（３）割裂引張強度
位ペースト絶対容積と割裂引張強度の関係を図-6 に示

0.44

材では，粒径の違いが静弾性係数に与える影響の度合い

単位粗骨材絶対容積と割裂引張強度の関係を図-5，単0.35対容積が支配的であった．すなわち，本実験で用いた骨に，差異はほとんど見られなかった。

0.2

単位ペースト絶対容積と静弾性係数の関係

6割裂引張強度 (N/mm2)数の差異は比較的大きい。図-4 によれば，条件によって0.1

単位ペースト絶対容積 (m3/m3)

大きくなっているが，単位粗骨材絶対容積 0.000 m3/m3の 2 つのモルタル配合に着目すると，これらの静弾性係

G0-2

28

単位粗骨材絶対容積 (m3/m3)
図-3G200

図-6単位ペースト絶対容積と割裂引張強度の関係れないことが分かる。
が小さくなるほど収縮ひずみも小さくなっており，単位（４）収縮ひずみ

ペースト絶対容積 0.400 m3/m3 付近にプロットされる単位粗骨材絶対容積と各種収縮ひずみの関係を図-7，G200 と G0-2 の結果に大差がないことから，収縮ひずみ

単位ペースト絶対容積と各種収縮ひずみまたは乾燥収縮に対しては静弾性係数の場合と同様に単位ペースト絶対ひずみの関係を図-8 に示す。図-7 よりいずれの収縮ひず容積の影響が支配的であり，細骨材と粗骨材の違いが収みも単位粗骨材絶対容積が大きくなるほど小さくなるこ

縮ひずみに与える影響の度合いに差異はほとんど見られとが分かる。しかし，図-8 では，単位ペースト絶対容積ないことが分かった。

44

乾燥を受ける早強コンクリートのひび割れ抵抗性に影響を与える配合要因に関する検討

乾燥収縮 乾燥182日
自己収縮 材齢7日
自己収縮 材齢182日
鉄筋拘束同一 材齢7日
鉄筋拘束同一 材齢182日

1,200
1,0001,400
収縮ひずみ (×10-6)収縮ひずみ (×10-6)

1,400

800
600
400
200
000.1

0.20.3

1,200
1,000
800
600

000.1

0.2

0.3

0.4

0.50.6

単位ペースト絶対容積 (m3/m3)
図-8単位ペースト絶対容積と収縮ひずみの関係

鉄筋拘束試験におけるひび割れ発生材齢およびひび割れ発生応力
ひび割れ発生材齢ひび割れ発生応力

割裂引張強度（日）(N/mm2)(N/mm2)

H4018.73.51

3.980.88

G300

16.22.59

4.130.63

G20013.02.434.120.59

配合G0-22000.4

単位粗骨材絶対容積と収縮ひずみの関係

表-3G200400

単位粗骨材絶対容積 (m3/m3)
図-7

乾燥収縮 乾燥182日
自己収縮 材齢7日
自己収縮 材齢182日
鉄筋拘束同一 材齢7日
鉄筋拘束同一 材齢182日

応力強度比

G08.3

1.98

3.84

0.52

G0-28.5

2.213.820.58

鉄筋拘束同一養生の収縮ひずみに関して，材齢 7 日まひずみである，200×10-6 程度の差は生じていない。材齢では封かん状態としているため，自己収縮ひずみを測定

7 日での乾燥開始までの養生が，乾燥収縮試験では標準していることになるが，図-7 および図-8 より，材齢 7水中養生であるのに対して鉄筋同一養生では封かん養生日の自己収縮ひずみと鉄筋拘束同一養生の収縮ひずみをであるため，乾燥収縮試験の供試体のほうが乾燥開始時比較すると，鉄筋拘束同一養生の収縮ひずみのほうが 50に湿潤状態にあるものと考えられる。したがって，乾燥-6×10 程度大きい。自己収縮試験では材齢 1 日で脱型し，収縮試験の供試体のほうが，乾燥環境に置かれてから逸アルミ箔テープによる封かん養生を実施しているが，鉄散しうる水の量が多く，材齢 7 日以降では，乾燥収縮試

筋拘束同一養生では材齢 7 日まで脱型をせず，ポリエス験での収縮ひずみのほうが大きくなったため，乾燥 182テルフィルムによる封かん養生としており，このような日の乾燥収縮ひずみと材齢 182 日の鉄筋拘束同一養生の封かん養生の違いが，計測された収縮ひずみの差異を生収縮ひずみの差が小さくなったものと推察される。また，じさせたものと考えられる。

乾燥収縮試験ではコンタクトゲージ法によって表面のひ一方，鉄筋拘束同一養生における材齢 7 日以降は乾燥ずみを測定しているが，鉄筋拘束同一養生による収縮ひ収縮ひずみの測定と同条件である。したがって，材齢 7ずみは埋め込みゲージで測定している。乾燥は供試体表

日以降の鉄筋拘束同一養生による収縮ひずみは，材齢 7面から進行するため，このような測定方法の違いが収縮日までの自己収縮ひずみと乾燥収縮ひずみを足し合わせひずみの測定値に影響している可能性も考えられる。

たものになると考えられる。すなわち，乾燥期間が同程度である乾燥収縮ひずみと鉄筋拘束同一養生による収縮（５）鉄筋拘束試験による収縮応力ひずみを比較すると，材齢 7 日までの自己収縮ひずみの鉄筋拘束試験では，材齢 7 日で脱型し乾燥環境下に置分だけ，鉄筋拘束同一養生による収縮ひずみが大きくないた後，すべての供試体でひび割れが発生した。表-3 にると考えられる。しかし，図-7 および図-8 より，乾燥ひび割れ発生時の材齢とそのときの鉄筋ひずみから算出

182 日の乾燥収縮ひずみと材齢 182 日の鉄筋拘束同一養したコンクリートに生じた引張応力（ひび割れ発生応力

生の収縮ひずみを比較すると，材齢 7 日までの自己収縮と称す）を示す。また，表-3 には，各配合におけるひび45

図-900.10.2

0.30.44.01.23.5

1.0

3.00.82.52.00.6

1.50.41.0

ひび割れ発生応力0.50.00.2

応力強度比00.20.4

応力強度比20181614121086420

第 12 号

ひび割れ発生応力 (N/mm2)

ひび割れ発生材齢 (日)三井住友建設技術開発センター報告

0.60.0

単位粗骨材絶対容積 (m3/m3)

単位ペースト絶対容積 (m3/m3)

単位粗骨材絶対容積とひび割れ発生材齢の関係

図-10 単位ペースト絶対容積とひび割れ発生応力および応力強度比との関係

割れ発生材齢に近い材齢で測定された，鉄筋拘束同一養生での割裂引張強度，ならびに，ひび割れ発生応力と割裂引張強度の比（応力強度比と称す）も併せて示してい４．まとめる。なお，表-3 に併記した鉄筋拘束同一養生での割裂引張強度の測定材齢は，H40，G300 および G200 が 14 日，G0 および G0-2 は 7 日である。

水セメント比 40%一定の条件で粗骨材量または細骨材量を変化させたコンクリートを作製し，鉄筋拘束による

図-9 は単位粗骨材絶対容積とひび割れ発生材齢の関収縮応力，自己収縮ひずみ，乾燥収縮ひずみ，圧縮強度，係を示している。単位粗骨材絶対容積を減じるとひび割静弾性係数および割裂引張強度の測定を行った結果，以れ発生材齢は直線的に小さくなった。単位粗骨材絶対容下の知見を得た。

33

積 0.000 m /m にプロットされている G0 および G0-2 の①

圧縮強度および鉄筋拘束試験におけるひび割れ発

ひび割れ発生材齢にほとんど差異がないことから，ひび生材齢は粗骨材量の影響が支配的であり，単位粗骨割れ発生材齢に与える単位ペースト絶対容積の影響は小材絶対容積が 0～0.300 m3/m3 の範囲では粗骨材量をさく，単位粗骨材絶対容積の影響が支配的であることが増加させると圧縮強度は低下する傾向にあるが，粗分かった。

骨材量が大きくなるとひび割れ発生材齢も大きくなる。

図-10 は単位ペースト絶対容積とひび割れ発生応力および応力強度比との関係を示したものである。ひび割れ②発生材齢の場合と異なり，単位ペースト絶対容積 0.400
3静弾性係数，自己収縮ひずみ，乾燥収縮ひずみお
よび鉄筋拘束試験におけるひび割れ発生応力は単位3m /m 付近にプロットされている G200 および G0-2 のひペースト絶対容積の影響が支配的であり，細骨材とび割れ発生応力ならびに応力強度比の差異が小さく，単粗骨材の違いが与える影響は小さい。単位ペースト位ペースト絶対容積が小さくなるに従って，ひび割れ発絶対容積を減じると自己収縮および乾燥収縮ひずみ生応力および応力強度比は増加している。したがって，は小さくなり，静弾性係数およびひび割れ発生応力

ひび割れ発生応力および応力強度比に対しては細骨材とならびに応力強度比は大きくなる。

粗骨材の違いが与える影響は小さく，単位ペースト絶対③容積の影響が支配的であるといえる。

収縮によるひび割れに対する抵抗性を高めるためには，単位ペースト絶対容積を小さくすることが効

また，ひび割れ発生応力と応力強度比が単位ペースト果的であり，粗骨材量を多くするとひび割れ発生材容積の変化に対して同様の挙動を示しているが，これは齢が大きくなる。

表-3 に示した通り，ひび割れ発生時の割裂引張強度は配合による差異が小さいためである。したがって，単位ペ

参考文献

ースト絶対容積を小さくすることで，割裂引張強度は大1)収縮問題とその対応－委員会報告，2010. 3

きく変化はしないがひび割れ抵抗性を高めることができる。水セメント比が一定の条件下で単位ペースト絶対容2)

日本コンクリート工学協会：コンクリートの自己収縮研究委員会報告書，2002. 9

積を小さくすることは，すなわち単位水量を小さくすることを意味する。

例えば，日本コンクリート工学会：コンクリートの3)

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），1994. 546