様式Ｃ－１９
科学研究費助成事業（科学研究費補助金）研究成果報告書
平成２４年６月１9 日現在
機関番号：３２２０１
研究種目：基盤研究（C）
研究期間：2009～2011
課題番号：２１５６０４８９
研究課題名（和文）高温条件下における各種セメントの自己収縮の実用評価式
研究課題名（英文）Prediction model for autogenous shrinkage of various type of cement
under high-temperature研究代表者
宮澤 伸吾（MIYAZAWA SHINGO）
足利工業大学・工学部・教授
研究者番号：10157638
研究成果の概要（和文）：コンクリート構造物の硬化過程におけるひび割れの発生危険度を推定するためには、セメントと水の化学反応によって発生するコンクリートの収縮を推定することが重要である。本研究では、コンクリートの材料、配合、温度条件を要因とした収縮の予測式を構築することを最終的な目標とした研究であり、予測式のベースとなる貴重な収縮データを実験によって取得することができた。
研究成果の概要（英文）：It is important to predict shrinkage of concrete due to hydration of cement in order toestimate cracking probability of concrete structures on hardening stage. The purpose ofthis study is to provide a prediction model for shrinkage as a function of materials, mix
proportion and temperature history of concrete.

Important shrinkage data, on the basis ofwhich a prediction model will be provided, could be obtained from the experiments in thisstudy.
交付決定額（金額単位：円）2009 年度
2010 年度
2011 年度
総 計

直接経費
1,300,000
700,000
1,000,000
3,000,000

間接経費
390,000
210,000
300,000
900,000

合計
1,690,000
910,000
1,300,000
3,900,000

研究分野：土木工学
科研費の分科・細目：土木材料・施工・建設マネジメント
キーワード：マスコンクリート、温度応力、高炉セメント、温度ひび割れ、水和熱、自己収縮、コンクリートダム
１．研究開始当初の背景の際、構造物の温度分布の経時変化を反映しセメントの水和発熱に起因する温度ひびたコンクリートの物性値を用いる必要があ

割れ発生の危険度を予測するために、温度応り、断熱温度上昇特性や強度発現特性につい力解析を行うことが一般的となっている。こては、土木学会標準示方書において設計用値の整備が進められている。しかし、高温条件度だけでなく終極値も大きることが分った。

下のおける自己収縮については実験データ

また、環境条件によって打込み温度や温度上が不足しており、示方書等の自己収縮予測式昇量が異なっても、コンクリートの自己収縮においても、適用範囲が普通ポルトランドセ

ひずみは温度変化を受けるコンクリートのメントや 20℃一定温度条件に限定されたも最高温度によって概ね予測できることが推のとなっている。

察された。

２．研究の目的
本研究では、各種セメントおよび幅広い温度条件(部材寸法および施工時期)に適用可能な自己収縮予測式を構築することを目的とする。
３．研究の方法
各種セメントを用いたコンクリートについて断熱温度上昇試験を実施し、その結果を

図-1 自己収縮ひずみの経時変化用いて打込み温度の異なる壁状構造物について FEM 温度解析を行い、壁中心部の温度履歴を推定する。その温度履歴を参考にして、高温履歴条件下で自己収縮試験、一拘束応力試験、力学特性試験を実施する。実験結果に基づいて、自己収縮ひずみを定式化し、温度応力解析を実施して一軸拘束応力試験結果を比較検討する。これらの結果をもとに、自己収縮予測式の妥当性を検証する。
４．研究成果(1) 普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートの自己収縮および温度応力に及ぼす部材寸法および施工時期の影響について実験により検討を行った。すなわち、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリート(2) 普通ポルトランドセメント、高炉セメン
ト B 種及び低発熱・収縮抑制型高炉セメントを用いた場合について、高温履歴条件下で自己収縮ひずみの計測を実施した。自己収縮の試験にあたっては、一般に使用されている100×100×400mm 角 柱 供 試 体 の ほ か に 、400×400×400mm 供試体を用いて、供試体の形状寸法が試験結果に及ぼす影響についても検討した。
その結果、初期材齢における膨張過程においては供試体の形状寸法の影響が見られたが、最大膨張時以降の収縮ひずみで比較すると、供試体による差は小さかった。また、実験結果から JCI 指針の自己収縮予測式の妥当供試体について、種々の打込み温度および最高温度を設定し、高温履歴条件下での自己収縮ひずみを測定し、20℃一定の場合と比較検討を行った。そして、得られた測定値を日本コンクリート工学協会(JCI)「マスコンクリー
トのひび割れ制御指針 2008」の予測式による計算値と比較検討した。また、自己収縮ひずみの測定を簡単に行うために、円柱供試体による縦型供試体を用いる新たな試験方法について、従来の角柱供試体による試験方法と比較検討を行った。
以上の実験の結果、高温履歴を受けるコンクリートの自己収縮ひずみは、20℃一定条件の場合と比較して、初期材齢における増加速

図-2 最高温度と自己収縮の関係性が概ね確認できた。
(3) 混合セメントの利用を拡大していくこと

は、資源の有効利用およびセメント製造過程における CO2 削減に極めて有効である。これ

pp.1487-1495, 2010.6(査読有り)
2)

谷田貝敦・二戸信和・宮澤伸吾、低発熱・を実現するためには、混合セメントを建築物収縮抑制型高炉セメントの膨張・収縮挙に積極的に利用することが重要である。そこ動の予測に関する検討、コンクリート工で、鉱物組成を調整したクリンカを用いた高学 年 次 論 文 報 告 集 、 Vol.33 、 No.1 、炉セメントに着目し、それを用いたコンクリ

pp.497-502、2011(査読有り)

ートの自己収縮特性について実験により把3)

H. Sato, S. Miyazawa and A. Yatagai,

握し、既往の自己収縮予測式の適合性についAutogenous shrinkage of dam concreteて検討を行った。

and its influence on thermal stress,

実験結果から、クリンカー中のエーライト

RILEM

ConferenceonAdvancesin

量を 58～69%の範囲で増加させた場合、初期Constructionの自己収縮量は変化しないが、材齢１ヶ月以Science and Engineering, 2011.9(査読

降の自己収縮の増加が大きくなった。高炉ス有り)

ラグを 20%混入で自己収縮は長期にわたり4)

Materials

through

谷田貝敦・二戸信和・宮澤伸吾、低発熱・増加し、最終値は２倍以上となった。一方、収縮抑制型高炉セメントの膨張・収縮挙エーライト量が多い高炉セメントでは高温動に及ぼす高炉スラグ微粉末の置換率

条件下で自己収縮がそれほど大きくならな

および SO3 量の影響、コンクリート工学

い結果となった。

年 次 論 文 報 告 集 、 Vol.34 、 No.1 、 pp.

以上の検討結果から、自己収縮ひずみを予382-387、2012(査読有り)

測するためには、クリンカの鉱物組成が自己収縮ひずみの経時変化に及ぼす影響を評価〔学会発表〕（計９件）する必要がある。特に、クリンカ組成、スラ1)

栗崎和也、下條あきら、宮澤伸吾、コン

グ分量、温度条件の影響について評価する必クリートの自己収縮予測式と温度応力要があることが示唆された。の評価、JCI 関東支部栃木地区研究発表会、2010.32)

宮澤伸吾、鯉渕清、廣島明男、大友健、
高炉セメントの温度ひび割れ抵抗性の改善に関する研究、第 37 回セメント・コンクリート研究討論会、2010.113)

石井雅大、小林正典、宮澤伸吾、鯉渕清、
化学組成を調整した高炉セメント A 種を用いたコンクリートの特性、JCI 関東支部栃木地区研究発表会、2011.3

図-3

C3S 量と自己収縮の関係

4)

石川良、吉住啓輔、宮澤伸吾、マスコン
クリートの温度応力に関する実験的研
究、JCI 関東支部栃木地区研究発表会、

５．主な発表論文等（研究代表者、研究分担者及び連携研究者に2011.35)

谷田貝敦、二戸信和、宮澤伸吾、低発熱・は下線）

収縮抑制型高炉セメントにおける初期〔雑誌論文〕（計４件）

材齢の膨張を含む自己収縮予測に関す

1)

S. Miyazawa, K. Koibuchi, A. Hiroshima,

る検討、土木学会第 65 回年次学術講演

T. Ohtomo and T. Usui, Control of会、2011.9

thermal cracking in mass concrete with6)

金田和浩、吉岡拓也、宮澤伸吾、坂井悦

blast-furnace slag cement, Proc. of郎、鯉渕清、クリンカー組成の異なる高the 6th International Conference on

炉セメントを用いたコンクリートの諸Concrete under Severe Conditions,

特性、JCI 関東支部栃木地区研究発表会、

2012.37)

垂石裕貴、宮澤伸吾、マスコンクリートの自己収縮ひずみ予測式に関する研究、JCI 関 東 支 部 栃 木 地 区 研 究 発 表 会 、
2012.38)

谷田貝敦、二戸信和、宮澤伸吾、坂井悦郎、鉱物組成を調整したクリンカーを用いた高炉セメントの特性、セメント技術大会、2012.59)

谷田貝敦、二戸信和、宮澤伸吾、高温履
歴条件下における高炉セメントの拘束応力に及ぼす自己膨張・収縮の影響、土木学会第 65 回年次学術講演会、2012.9

６．研究組織(1)研究代表者
宮澤伸吾（足利工業大学・工学部・教授）
研究者番号：１０１５７６３８