論文

遠心成形高強度コンクリートの長期物性に及ぼす養生方法の影響
菅一雅*1・桝田

佳寛*2・石川一真*3

要旨：本研究は，遠心成形した圧縮強度 150N/mm2 級の高強度コンクリートについて，養生方法の違いがコンクリートの長期材齢における物性に及ぼす影響について検討した。成形方法は遠心成形と振動成形の２種類，養生方法は常圧蒸気養生と標準養生の２種類を行った。
そして，遠心成形，養生方法の違い，長期材齢などの要因が圧縮強度，ヤング係数の物性値の変化や細孔径分布の変化に及ぼす影響について比較検討した。その結果，常圧蒸気養生による遠心成形高強度コンクリート物性の長期安定性を確認することができた。
キーワード：遠心成形，高強度コンクリート，長期材齢，常圧蒸気養生，細孔径分布

2. 実験概要

1. はじめに
遠心成形技術に関する研究は，昭和 20 年代か

表－１に実験の要因と水準，表－２に使用材ら昭和 40 年代にかけて多く行われ，電信柱や下料を示す。結合材料として，セメントは早強ポ

水道管，既製コンクリート杭の製造技術に反映

ルトランドセメントとし，混和材は高強度混和されてきた。既製コンクリート杭は，現在年間材とシリカフュームを用いた。また，骨材は既約 300 万ｔ生産され，近年の既製コンクリート

往の超高強度コンクリートの研究で採用されて杭工法の高支持力化に伴い，より強度の高い杭いる安山岩と硬質砂岩の２種類を用いた。

が必要となってきている。

表－１

ところが，100N/mm2 以上の遠心成形したコン

要因
養生条件
材齢
骨材種類
成形条件

クリートに関する研究報告は少なく，かつ常圧蒸気養生後の遠心成形した高強度コンクリートの長期物性に関する研究もされていない。
筆者らは，これまで，100N/mm2 以上の高強度水準
常圧蒸気，標準７日，28 日，91 日
安山岩系，硬質砂岩系
遠心成形，振動成形

表－２

コンクリートについて使用材料や各種調合条件

要因と水準

使用材料
密度 3.14(g/cm3)

が遠心成形性や常圧蒸気養生後の物性についてセメント

早強ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ

検討 1)～2)を行い，150N/mm2 級における遠心成形

細骨材 S1

安山岩系砕砂
表乾密度 2.64(g/cm3),粗粒率 2.66

細骨材 S2

硬質砂岩系砕砂
表乾密度 2.60(g/cm3),粗粒率 2.58

粗骨材 G1

安山岩系砕石表乾密度 2.62(g/cm3),粗粒率 6.32

粗骨材 G2

硬質砂岩系砕石
表乾密度 2.64(g/cm3),粗粒率 6.34

混和材 E

ｴﾄﾘﾝｶﾞｲﾄ系高強度混和材 密度 2.90(g/cm3)

混和材 Si

シリカフューム 密度 2.20(g/cm3)

混和剤 P

ポリカルボン酸系高性能減水剤

可能な使用材料，調合条件を検討してきた。
2

本研究は，常圧蒸気養生による 150N/mm 級の遠心成形した高強度コンクリートの長期材齢における硬化物性について，標準養生や振動成形した場合と比較して，その違いを把握するとともに，常圧蒸気養生による長期物性の安定性について検討を行った。
*1 ジャパンパイル（株）*2 宇都宮大学教授

技術開発部

工学部建設学科*3 ジャパンパイル（株）

技術開発部

(正会員)

工博

(正会員)

表－３

調合条件

単位量（kg/m3）

No.

W/B(%)

s/a(%)

WC

混和材 E

混和材 Si

S1G111744110518

6565782

988

―

―

1.2

21744110518

65

65

――

770996

1.6

表－４

試験項目

S2

混和剤
B×%

G2

[注]B：結合材（C+混和材）

調合条件は，表－３に示すような２種類の調項目

試験方法

試験は表－４に示すように，圧縮強度，単位圧縮強度

JIS A 1108,JIS A 1136
材齢７日,28 日,91 日

容積質量，ヤング係数，細孔径分布を各材齢時

単位容積質量JIS A 1108
材齢７日,28 日,91 日

ヤング係数JIS A 1149
材齢７日,28 日,91 日

細孔径分布

水銀圧入式ﾎﾟﾛｼﾒｰﾀによる計測
材齢７日,28 日,91 日

合とし，フレッシュ時のスランプも 0cm とした。に行った。なお，細孔径分布試験は，調合 No.1
各試験体の中心部から試料を採取し，粗骨材を取り除きながら約 5mm 角に砕き，凍結乾燥後水銀圧入式ポロシメータにより細孔直径 0.003～60(μm）の範囲を測定した。

表－５

成形条件および養生条件を表－５に示す。
遠心成形は最大遠心力を 30G とし，比較用として振動成形を行った。試験体形状は，遠心成形はφ200×h300×t40(mm)の円筒試験体とし，振動成形はφ100×h200(mm)の円柱試験体とした。また，蒸圧蒸気養生は最高温度 70℃とし，養生後脱型し 20℃60%RH の室内に保存した。標項目成形条件条件
1G 420s⇒6G 120s⇒10G 60s⇒30G 120s
試験体形状：φ200mm×h300mm×t40mm

遠心

4G 振動台 : 2 層 各 120s
試験体形状：φ100mm×h200mm

振動常圧
蒸気養生
条件

成形条件および養生条件

前置き
上昇
高温
自然徐冷
30℃ 3h⇒10℃/h 4h⇒70℃ 7h⇒20℃60%RH
湿潤養生
20℃ 24h

標準

標準養生
20℃一定

⇒

準養生は，翌日脱型し標準養生を行った。
2.60

3. 試験結果
各成形・養生条件における単位容積質量の測定結果を図－１に示す。
遠心成形が振動成形より，単位体積質量が大3

単位容積質量（t/m )3.1 各成形・養生条件と単位容積質量の関係

2.55
2.50
2.45

2.35

きくなる傾向を示し，遠心成形により脱泡され，心成形により減少した空隙率を式(1)により算定した。算定結果を図－２に示す。
測定誤差のバラツキはあるが，遠心成形により 1.26～2.18％の空隙が減少した結果となった。
Ａ=(γ2-γ1)×100/γ2 ・・・・・ (1)Ａ:遠心成形による減少空隙率(%)
γ1:振動成形の単位容積質量(t/m3)
γ2:遠心成形の単位容積質量(t/m3)

020406080100

材齢（日）図－１ 各成形・養生条件での単位容積質量
遠心成形による減少空隙率(%)

遠心成形と振動成形の単位容積質量から，遠安山：遠心標準
安山：振動標準
砂岩：遠心標準
砂岩：振動標準2.30

緻密化したことが判った。また，骨材種類，養生，材齢による顕著な差は認められなかった。

安山：遠心蒸気
安山：振動蒸気砂岩：遠心蒸気
砂岩：振動蒸気

2.40

4.0
安山：蒸気安山：標準
砂岩：蒸気
砂岩：標準

3.0
2.0
1.00.0020406080

材齢（日）図－２ 遠心成形による減少空隙率100

2圧縮強度（N/mm ）2圧縮強度（N/mm ）200180160140120100806040

遠心蒸気
振動蒸気

02040

遠心標準
振動標準

6080200180160140120100806040

遠心蒸気
振動蒸気

010020402

遠心蒸気
振動蒸気

02040

遠心標準
振動標準

6080605550454035302520

遠心蒸気振動蒸気

01002040

図－５ 安山岩系骨材のヤング係数の比較

遠心標準
振動標準

6080100

図－６ 硬質砂岩系骨材のヤング係数の比較

20055

180

ヤング係数（kN/mm ）

2100

材齢（日）

材齢（日）

材齢 91 日2

圧縮強度（N/mm ）80

図－４ 硬質砂岩系骨材の圧縮強度の比較
ヤング係数（kN/mm ）2

ヤング係数（kN/mm ）60555045403530252060

材齢（日）

材齢（日）

図－３ 安山岩系骨材の圧縮強度の比較

遠心標準
振動標準160140120100安山：蒸気安山：標準砂岩：蒸気砂岩：標準

材齢 91 日504540安山：蒸気砂岩：蒸気35

安山：標準砂岩：標準30

80
2.482.50

2.522.542.48

3単位体積質量（ｔ/m ）図－７ 圧縮強度と単位容積質量の関係

3.2 各材齢における圧縮強度

2.50
2.52
単位体積質量（t/m 3 ）2.54

図－８ ヤング係数と単位容積質量の関係

岩系骨材の方が硬質砂岩系よりも若干強度が高

各材齢時の圧縮強度を図－３～４に示す。

くなる傾向を示した。

遠心成形した試験体の方が振動成形に比べ，3.3 各材齢におけるヤング係数圧縮強度が高くなる傾向を示した。また，蒸気各材齢時のヤング係数を図－５～６に示す。

養生した試験体は，遠心・振動成形ともに材齢圧縮強度と同様に遠心成形した試験体の方が91 日まで強度増進を示した。一方，標準養生も振動成形に比べ，ヤング係数が高くなる傾向を強度増進するが，材齢 91 日の時点においても蒸示した。また，ヤング係数は材齢 28 日まで増加

気養生の圧縮強度まで達することはなかった。

し，それ以降はあまり増加しない傾向を示した。

これは，養生の違いによる含水率の影響も考え養生の影響をみると，安山岩系の骨材は材齢3)られるが，既往の研究 でも高強度混和材を使用

28 日の時点で，またいずれの骨材も材齢 91 日でした場合，初期に高温履歴を受けた試験体は材は標準養生のヤング係数が高くなる傾向を示し

齢 91 日でも標準養生より強度が高くなることがた。これは，標準養生の方がシリカフュームに報告されており，蒸気養生によって高強度混和よる水和生成物や高強度混和材のエントリンガ材がエトリンガイトなどの水和生成物を生成し，イト生成が長期的に反応するため，形成されるより緻密化されたことも推測される。

内部細孔構造が蒸気養生の場合と違うことが推

骨材種類の違いをみると，蒸気養生では安山測される。

60ヤング係数（kN/mm ）5022

ヤング係数（kN/mm ）60403020

遠心蒸気
振動蒸気
NewRC式

10遠心標準振動標準50403020

遠心蒸気振動蒸気
NewRC式

10006080100120140160

1806020080100180

200

0.025

0.0020

積算細孔容積（ml/g）

遠心蒸気７
振動蒸気70.0015
0.00100.00050.010.1

1

100.015
0.010
0.005
0.000
0.001
0.025

100

細孔直径（μm）

0.0025遠心蒸気91振動蒸気910.00200.00150.00100.00050.010.1

1

10

遠心蒸気７
振動蒸気７0.020

積算細孔容積（ml/g）

細孔容積（ml/g）

160

図－10 硬質砂岩系骨材のヤング係数と圧縮強度の関係

0.00250.00000.001

140

圧縮強度（N/mm ）図－９ 安山岩系骨材のヤング係数と圧縮強度の関係

0.0000
0.001

12022

圧縮強度（N/mm ）細孔容積（ml/g）

遠心標準
振動標準

0.1

110100細孔直径（μm）
遠心蒸気91振動蒸気91

0.020
0.015
0.010
0.005
0.0000.001

1000.010.01

細孔直径（μm）

0.1

1

10100

細孔直径（μm）

図－11 成形条件の違いと細孔容積の関係

3.4 圧縮強度,ヤング係数,単位体積質量の関係

0.0040.002

骨材の影響で NewRC 式より若干小さい傾

10～
60

1～

11～

細孔直径（μm）

全材齢における各成形・養生条件のヤング係数と圧縮強度の関係を図－９，10 に示す。

0.

110.0003～0.

を与えていることが確認できた。

100.000によるコンクリートの緻密差が両物性値に影響0.

ほど高くなる傾向を示し，遠心成形と振動成形

0.00601～

圧縮強度，ヤング係数は単位体積質量が重い

遠心蒸気7
振動蒸気7遠心蒸気91
振動蒸気910.0080.

位体積質量との関係を図－７，８に示す。

細孔容積（ml/g）

材齢 91 日における圧縮強度，ヤング係数と単0.010

図－12 各細孔直径範囲の細孔容積3.5 成形条件と細孔容積の関係

向を示すが，ほぼ同様な増加傾向を示した。ま材齢７，91 日における成形条件の違う各試験

た，圧縮強度の増加に伴い両骨材ともに蒸気養体の各細孔直径の細孔容積と積算細孔容積の試生した場合の方が標準養生に比べ，圧縮強度に験結果を図－11 に示す。また，細孔直径範囲を伴うヤング係数が小さくなる傾向を示した。こ

設定して求めた各直径範囲の細孔容積の関係をのことから，常圧蒸気養生を行った場合，同一

図－12 に示す。

圧縮強度に対するヤング係数の値は，標準養生の場合より小さくなる傾向となった。

各材齢とも遠心成形による効果により，振動成形に比べ細孔直径で 0.01～1 (μm)の範囲にお0.0250.00200.00150.00100.00050.00000.001

0.01

細孔容積（ml/g）

0.00250.1

1

細孔直径（μm）

0.002010

遠心標準７
遠心標準28
遠心標準910.00100.0005

0.01

0.1

110

遠心蒸気７
遠心蒸気28
遠心蒸気91

0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
0.001
0.025

100

0.00150.00000.001

積算細孔容積（ml/g）

遠心蒸気７
遠心蒸気28
遠心蒸気91

積算細孔容積（ml/g）

細孔容積（ml/g）

0.00250.1

110

細孔直径（μm）

0.020

100

遠心標準７
遠心標準28
遠心標準91

0.015
0.010
0.005
0.000
0.001

100

0.01

0.01

細孔直径（μm）

0.1110100

細孔直径（μm）

図－13 材齢，養生の違いと細孔容積の関係ける細孔容積が減少する傾向となっている。

10～60

101～1～0.

10.
01～

細孔直径（μm）

及ぼす量ではない。このことから，単位体積質量の減少は今回測定した範囲以上の大きな空隙

10.0000.ては微量であり，遠心成形による減少空隙量に0.002

1

また，この細孔容積の減少は質量の変化とし0.0040.0を及ぼしていることが判る。

0.00600
3～っており，前述した細孔直径範囲の減少が影響

遠心蒸気7
遠心標準7
遠心蒸気28遠心標準280.008

0.

1(μm)前後の細孔直径から，減少する傾向とな

細孔容積（ml/g）

積算細孔容積をみると，遠心成形したものは0.010

図－14 各細孔直径範囲の細孔容積の減少が影響しているものと考えられる。

により緻密化され長期的に減少していったこと

3.6 材齢，養生の違いと細孔容積の関係が推測される。

材齢，養生の違う各試験体の各細孔直径の細材齢７日から材齢 28 日へ経過したことによる孔容積と積算細孔容積の試験結果を図－13 に示細孔径分布への影響みると，標準養生の場合はす。また，細孔直径範囲を設定して求めた各直細孔容積の多い範囲である細孔直径 0.003～0.1

径範囲の細孔容積の関係を図－14 に示す。

(μm)の細孔容積が減少する傾向となっている。

材齢７日時点での細孔容積をみると，蒸気養前述したように，ヤング係数試験では，材齢 28生したものは標準養生したものに比べ，水和反日の時点で標準養生したものが蒸気養生したも応が先行し細孔直径 0.01～1(μm)の範囲におけのに比べ，ヤング係数が高くなる結果となってる細孔容積が少ない傾向となっている。しかし，おり，この内部組織の変化がヤング係数に反映

細孔直径 0.003～0.01(μm)の範囲の細孔容積が，されたものと推測される。

逆に多くなる結果となった。

3.7 圧縮強度，ヤング係数と全細孔容積の関係

全体の傾向として，蒸気養生，標準養生とも細孔直径 0.003～60(μm）の全細孔容積と圧縮に，材齢が経つほど 0.01(μm)以下の微細孔の減強度，ヤング係数の関係を図－15，16 に示す。

少が顕著な変化となっている。これは，シリカ全体の傾向として，全細孔容積が減少するほフュームのポゾラン活性により生成させた組織ど圧縮強度，ヤング係数ともに増加する傾向と0.0210

なっている。しかし，蒸気養生と標準養生では，全細孔容積の減少に伴う圧縮強度，ヤング係数既往の報告 3)～4)では，ペーストやモルタルの細孔容積と圧縮強度の関係に高い相関を示すことが報告されている。しかし，今回の試験結果

0.0190

全細孔容積(ml/g)との関係は違う傾向を示した。

0.01700.01500.0130では，コンクリート圧縮強度と細孔容積の関係
0.0110100は高い相関を示さなかった。この要因としては，

遠心蒸気７
遠心蒸気28
遠心蒸気91
遠心標準７遠心標準28
遠心標準91120140高強度コンクリート領域における骨材の影響 5)
0.0210はできなかった。

加や圧縮強度，ヤング係数の増加が確認された。
単位体積質量の増加から算定した減少空隙率は0.0190

全細孔容積(ml/g)

心成形効果により脱泡され，単位体積質量の増200

図－15 全細孔容積と圧縮強度の関係推測されるが，今回の試験では明確にすること(1) 遠心成形試験体は，振動成形試験体に比べ遠1802や養生方法の違いによる細孔組織の違いなどが4. まとめ160

圧縮強度(N/mm )0.0170
遠心蒸気７
遠心蒸気28
遠心蒸気91
遠心標準７
遠心標準28
遠心標準910.01500.01300.011035

1.26～2.18％であった。

404550552

ヤング係数(kN/mm )(2) 常圧蒸気養生した遠心成形試験体の長期材

図－16 全細孔容積とヤング係数の関係

齢における物性は，材齢 91 日においても圧縮強影響，日本建築学会大会学術講演梗概集，A-1，度，ヤング係数とも安定し，また細孔容積も減

pp481-482，2004.8.

少して，より緻密化していることを確認した。

2) 菅 一雅，桝田佳寛，小椋仁志：遠心成形す(3) 遠心成形による効果が細孔径分布に及ぼする高強度コンクリートの成形性や各種物性に影響としては，細孔直径 0.01～1(μm)の範囲に及ぼす調合の影響，日本建築学会大会学術講おける細孔容積が振動成形に比べ減少している

演梗概集，A-1，pp543-544，2005.9

ことが判った。

3) 陣内浩，桝田佳寛，早川光敬：初期に高温(4) 遠心成形試験体のヤング係数は，材齢 28 日

履歴を受ける低熱ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ・高強度用結の時点で常圧蒸気養生した場合より標準養生し合材を用いた高強度結合材ペーストの強度た場合の方が高くなる傾向を示し，細孔直径発現性状と微細構造，日本建築学会構造系論

0.003～0.1(μm)の細孔容積の減少がヤング係数

文集第 568 号，pp7-13，2003.6

増加に寄与していることが確認できた。

4) 河上浩司，西本好克，桝田佳寛：高強度コン(5) 遠心成形試験体における全細孔容積と強度クリートの圧縮強度発現と微細構造に関す物性との関係をみると，全細孔容積が減少する

る実験研究，コンクリート工学年次論文集，

ほど圧縮強度，ヤング係数は増加するが，常圧

A-1，pp1075-1080，2005.7

蒸気養生と標準養生では異なる傾向を示した。

5) 桜本文敏，鈴木清孝，武居幸次郎：超高強度コンクリートに関する開発研究（その３骨材参考文献の性質がコンクリートの強度性状に及ぼす

1) 菅 一雅，桝田佳寛，小椋仁志：高強度コン影響），日本建築学会大会学術講演梗概集，クリートの遠心成形に及ぼす単位水量低減のA-1，pp495-496，1990.10