別紙―２
平成24年度

非破壊試験によるコンクリートの品質検査に関する基礎的検討（独）土木研究所寒地土木研究所耐寒材料チーム○水田真紀
吉田 行
田口史雄
コンクリートの品質に及ぼす施工の影響を把握し、出来上がりコンクリートの品質検査方法の確立を目的として、超音波法と表層透気試験（Torrent法）の2種類の非破壊試験方法の品質検査方法としての適用性を検討した。各試験を実施したコンクリート供試体では、品質に影響する外的要因として養生条件、内的要因として配合条件（セメント種類とW/C）を考慮した。その結果、いくつかのケースで、養生や配合条件に影響された品質の相違を確認することができ、本研究で検討した2種類の非破壊試験方法でコンクリートの品質を評価できる可能性があることが示唆された。
キーワード：長寿命化、品質検査、透気係数、超音波伝播速度

1. はじめに表-1 供試体一覧

2. 試験概要

供試体
名N50-20S5N50-20W
N50-5S5
N50-5S7
N50-5W
N45-20S3
N45-20S5N45-20W
N45-5S5
N45-5S7
N45-5W
B50-20S7
B50-20W
B50-5S7
B50-5S12
B50-5W
B45-20S5
B45-20S7
B45-20W
B45-5S7
B45-5S12
B45-5W(1) 試験計画
本研究では、コンクリートの品質に影響を与える要因として、内的要因と外的要因の2種類を考慮し、実験を計画した。内的要因はコンクリート配合条件として、セコンクリート標準示方書（施工編）1)で規定されているように、コンクリートに求められる基本的な品質には、均質性、ワーカビリティー、強度、耐久性、水密性、ひび割れ抵抗性等がある。そして、コンクリート構造物の要求性能が満足されるためには、これらの品質が保証されていることが不可欠である。このように、コンクリー
トの品質は、構造物の要求性能を満たす絶対条件であり、建設物が設計で規定した性能を保有していることを竣工時に検証するシステムの確立が望まれている。このような背景を鑑み、およそ10年前から、土木学会で、コンクリートの表層品質を定量評価する研究活動が始まり、一定の成果2)を上げている。
そこで本研究では、コンクリートの品質に及ぼす施工の影響を把握し、出来上がりコンクリートの品質検査方法の確立を目的として、超音波法と二重チャンバー方式の表層透気試験（Torrent法）の2種類の非破壊試験方法について、品質検査方法としての適用性を検討した。そして、各試験方法が、養生条件および配合条件の異なるコンクリートの品質をどの程度評価することができるかを確認した。

Maki Mizuta, Susumu Yoshida, Fumio Taguchi

ｾﾒﾝﾄ種類

W/C

養生
温度
20℃

50%
5℃
普通ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ
(S)

20℃
45%
5℃
20℃
50%
5℃

高炉ｾﾒﾝﾄ
B種(B)

20℃
45%
5℃

養生
条件
湿布5日
水中28日
湿布5日
湿布7日
水中28日
湿布3日
湿布5日
水中28日
湿布5日
湿布7日
水中28日
湿布7日
水中28日
湿布7日
湿布12日
水中28日
湿布5日
湿布7日
水中28日
湿布7日
湿布12日
水中28日

気中湿布
湿布

圧縮試験
超音波法
透気試験

水中
011cm

材齢（日）

28
図-220cm60cm

養生条件

表-2 コンクリート配合

ｼﾘｰ
ｽﾞ

N
B

W/C(%)
50
45
50
45s/a(%)

44
44

単位量(kg/m3)
W
145
145

C

S

G

290
322
290
322

844
832
840
827

1077
1072
1074
1057

SP1(C×%)

SP2
(C×%)

0.15
0.25
0.15
0.20

0.00750.00520.00950.0093

強度
上透気
上中性
上強度
中透気
中中性
中強度
下透気
下中性
下

図-3

コア採取位置
上下方向1点

高さ方向

N50
N45
B50
B45ｾﾒﾝﾄ種
類

11cm

15×4=60cm

パターン1
パターン2
パターン3点※SP1：AE減水剤（リグニンスルホン酸塩系）
SP2：AE剤（樹脂酸塩系）

9

表-3 使用材料の物理特性
60cm

材料
ｾﾒﾝﾄ

骨材

物理特性
普通ﾎﾟﾙﾄﾗﾝﾄﾞｾﾒﾝﾄ（N）：
密度3.16g/cm3、比表面積3,340cm2/g
高炉ｾﾒﾝﾄB種（B）：
密度3.05g/cm3、比表面積3,750cm2/g
細骨材（S）：苫小牧樽前産海砂
除塩済み、密度2.67g/cm3、吸水率0.87％、粗粒率2.85
粗骨材（G）：小樽見晴産砕石
密度2.68g/cm3、吸水率1.45％、最大骨材寸法25mm

20cm

11@5cm=55cm

2.5cm

受振子

発振子
透過法（厚さ方向）（5cm刻みで12点×上中下）

測点（表面）

図-4

メント種類（普通ポルトランドセメントと高炉セメントB種）と水セメント比（以下、W/C）を取り上げた。そして、外的要因は養生条件とし、各要因を適宜組み合わせた供試体を製作した。すべての供試体名とともに、内的および外的要因の組み合わせを表-1に示す。ここで、供試体名は、セメント種類、W/C、養生温度、養生条件の順に記号を並べて表している。
図-2に、養生方法と各測定項目の組み合わせパターンを示す。パターン1では、設定した日数の湿布養生後、材齢28日まで気中養生し、各種試験を行った。そしてパターン2では設定した日数の湿布養生後、さらにパター
ン3では28日間の水中養生後、すぐに各種試験を実施した。したがって、パターン3では、各種試験を実施する
ときのコンクリートは飽水状態である。さらに、パター
ン1および3では、材齢28日に各種試験を行い、パターン2では、供試体毎に材齢が異なる。
Maki Mizuta, Susumu Yoshida, Fumio Taguchi

測点（裏面）

超音波伝播速度の測定(2) 供試体作製
供試体は、形状と寸法の異なる3種類とし、円柱供試体φ10×20cm、壁状供試体幅60×高さ60×奥行き20cm、角柱供試体20×20×20cmとした。ここで、脱型時期は、20℃養生ではセメント種類に拘らず材齢1日、5℃養生では普通セメントで材齢2日、高炉セメントで材齢3日とし、封緘状態で静置した。ただし、壁状供試体のみ、普通セメントでは養生温度に拘らず材齢2日、高炉セメントでは20℃養生で材齢3日、5℃養生で材齢4日とした。よって、湿布養生あるいは水中養生の期間は、脱型までの封緘状態の期間を含んでいる。また、脱型後の湿布養生期間については、コンクリート標準示方書（施工編）1)の湿潤養生期間の標準を参考に、3、5、7、12日から選定した。

4.5
普通セメント高炉セメント

4.3

φ10×20cmコア供試体の測定位置(cm)超音波伝播速度(km/sec)

4.43.704.24.14y = 0.0133x + 3.7431
R² = 0.7237

3.9
3.80102030
圧縮強度(N/mm 2)4050

超音波伝播速度(km/s)
3.9
4.1
4.3

4.5

壁コア供試体2セメ
養生 湿布
ント W/C 温度 養生

420℃ 5日
5日
5℃
7日
45% 5℃ 5日
50% 20℃ 7日
7日
5℃
高炉
12日
45% 5℃ 7日
普通 50%

681012

材齢28日で測定

14161820超音波伝播速度(km/s)

壁上部
4.5

壁中部

普通セメント

4.4
4.2
4.1
4.0
3.9
3.8
5日

養生温度

20℃

水セメント比

5日

7日
5℃

50%

普通高炉セメント

4.3

湿潤養生日数

高炉

壁下部

5日

7日

5℃

20℃

45%

7日

12日
5℃

50%

7日5℃
45%

(3) コンクリート配合
コンクリートの配合を表-2に、使用したセメントと骨材の物理特性を表-3に示す。単位水量を一定とし、W/Cは50%と45%の2水準として配合を決定した。また、目標とするスランプと空気量をそれぞれ8±2.5cm、4.5±1.0%とし、すべての配合のコンクリートで同程度のワーカビリティーが得られるように表-2に示す量のAE減水剤とAE剤を添加した。

した。供試体の形状毎の測定箇所を図-4に示す。
c) 透気係数
非破壊でコンクリート表層の透気性を評価するため、二重チャンバー方式の表層透気試験（Torrent法）3)を行い、透気係数を測定した。本試験は、壁状供試体と角柱供試体について実施した。この方法によれば、シングルチャンバー法で課題であった、コンクリートのごく表層にある脆弱層の影響を排除できるとされている。

3. 結果および考察(1) 超音波法によるコンクリート品質の評価
本節では、各コンクリート供試体について、透過法による超音波伝播速度を測定した結果を考察した。
a) 圧縮強度との関係
図-5に、超音波伝播速度と圧縮強度の関係を示す。ここで、超音波伝播速度は図-4に示す圧縮載荷方向の結果であり、圧縮強度は壁状供試体から採取したコア供試体(4) 測定項目を除く、すべての円柱供試体から得られた結果である。
本研究では、超音波伝播速度と透気係数を測定する
また、図-2に示す時期に両試験を行ったため、供試体にため、2種類の非破壊試験を実施した。さらに、コンクよって材齢、含水状態が異なっているが、超音波伝播速リートの圧縮強度を得るための破壊試験も行った。各試度結果に対して含水率の補正を行っていない。
験の概要を以下に説明する。
図より、本研究で想定した配合条件と養生条件の範囲
a) 圧縮強度
内では、圧縮強度と超音波伝播速度の間には良い相関が円柱供試体φ10×20cmと壁状供試体から採取したコ見られた。したがって、本研究で想定した配合条件と養ア供試体φ10×20cmについて、JIS A 1108に準拠した圧生条件の範囲内であれば、コンクリートの基本的品質の縮強度試験を実施した。そして、円柱供試体では3本の一つである圧縮強度を、透過法で測定した超音波伝播速平均値を圧縮強度とし、壁状供試体では図-3に示す部位度から推定することは可能であると考えられる。
毎の圧縮強度を測定した。
b) 供試体高さ方向の品質の違いb) 超音波伝播速度
高さ方向の超音波伝播速度の違いを把握するため、壁
円柱供試体φ10×20cmと壁状供試体から採取したコ状供試体の各位置（上、中、下）の結果を比較した。セア供試体φ10×20cmに対して、発振子と受振子で試料を挟む透過法によって超音波伝播速度を測定した。また、 メント種類毎に、配合条件、養生条件とともに図-6に示す。ここで、全ての結果は材齢28日での測定値である。
壁状供試体については、コア採取前、供試体の高さ3水図より、普通セメントを使用した場合、配合条件、養準に対する厚さ（20cm）方向の超音波伝播速度を測定
Maki Mizuta, Susumu Yoshida, Fumio Taguchi

湿潤養生後、材齢28日まで気中養生し測定

1010.10.01
0.0010.001
上中

湿潤養生日数

5日

養生温度

20℃

下

上

下

上

5日

中

下

上

中

7日

下50%

0.0010.001
上中

5℃

養生温度

20℃

水セメント比0.01

下

上

中

下

上

7日

中

下

上

12日

中

下

7日

5℃

5℃

50%

45%

湿潤養生後、材齢28日まで気中養生
湿潤養生直後に測定

1000.1

普通セメント高炉セメント1010.1
0.01
0.001
0.001

0.0010.001
上中

湿潤養生日数

5日

養生温度

20℃

水セメント比0.0145%1

コア採取高さ0.1

7日

普通セメント101

コア採取高さ

湿潤養生後、材齢28日まで気中養生湿潤養生直後に測定

100

普通セメント高炉セメント10

湿潤養生日数

5日5℃

水セメント比透気係数（×10‐16m2）

中透気係数（×10‐16m2）

コア採取高さ

湿潤養生後、材齢28日まで気中養生し測定

100

普通セメント透気係数（×10‐16m2）

透気係数（×10‐16m2）

100

下上中下上

5日

中下上

中7日

下5℃

図-8

上中

湿潤養生日数

7日

5℃

養生温度

20℃

45%

水セメント比5日50%

コア採取高さ下上中下上7日
5℃50%

中12日

下上中

下7日
5℃
45%

壁状供試体の透気係数

生条件の違いは明確にならなかった。これは、圧縮強度と比較し、超音波伝播速度の発現傾向は早いとの報告4)があり、配合条件や養生条件の違いが明確な差として生じなかったと考えられる。一方、高炉セメントを用いた
場合、養生温度が高いほど、あるいはW/Cが低いほど、超音波伝播速度が速くなった。これは、高炉セメントの硬化過程に関する研究5)、6)も精力的に行われているが、高炉セメントの場合、水和物相組成や空隙構造が普通セメントの水和反応で形成されるものと大きく異なっているためと推察される。このため、長期強度発現性が良好な高炉セメントを用いたコンクリートの場合、材齢28日までの超音波伝播速度は、配合や養生条件の違いを反映する可能性があり、今後さらに、測定時期を考慮した超音波法による品質評価方法を検討していく必要がある。
次に、各供試体の高さ方向の超音波伝播速度を比較すると、壁上部、つまり打設面に近い方が壁中部や下部と比べて超音波伝播速度が小さくなる傾向が見られた。また、この傾向は、いずれのセメントを用いた場合も同様であった。このような供試体高さ方向の超音波伝播速度の違いは、コンクリートの構成材料の比重差により、ブリーディングが生じた影響が表れたものと考えられる。
つまり、コンクリートの超音波伝播速度はセメントペーストよりも速いとの既往の研究結果7)にあるように、ブリーディングにより骨材が沈降し、上部の骨材量が少なくなったことによるものと考えられる。
c) 供試体表面と内部の品質の違い
図-7に、壁状供試体から水平方向に採取したコア供試体に対して、直径方向に透過した超音波伝播速度の結果
Maki Mizuta, Susumu Yoshida, Fumio Taguchiを示す。ここで、図のy軸の0および20cmは壁状供試体表面（型枠面）に対応している。
図より、セメント種類、配合条件、養生条件に拘らず、超音波伝播速度は表面近くで最も遅くなり、内部になるほど速くなる傾向があった。つまり、供試体内部と表面でコンクリートの品質が異なることが分かった。本研究で検討したコンクリートの超音波伝播速度は圧縮強度と相関があったこと、さらに、音波伝播速度が遅くなる範囲が、コンクリートの乾燥が圧縮強度に及ぼす影響を検討した既往の研究結果8)とほぼ同程度であったことから、乾燥による品質低下を超音波法で評価できると考えられる。
(2) 透気係数による評価
本節では、各コンクリート供試体について、表層透気試験を実施した結果を考察した。
a) 供試体高さ方向の品質の違い
図-8に壁状供試体の透気係数について、配合条件、養生条件とともに示す。ここで、上図は所定期間の湿布養生後に材齢28日まで気中養生を行い、透気係数を測定した結果、下図は所定の期間、湿布養生を行った直後に測定した結果であり、供試体の表裏1点ずつ、計2点の平均値を示している。また、透気係数の算出では、含水率の補正を行っていない。
図より、いくつかの供試体に例外はあるものの、全体的には供試体上部より下部の方が透気係数が小さくなり、高さ方向の傾向を捉えることができた。これは、ブリーディングにより、供試体上部の空隙量が多くなった影響

100

材齢28日で測定（測定面 1：打設面、2：型枠側面）

普通セメント

10透気係数（×10‐16m2）

透気係数（×10‐16 m2 ）

10010.10.0112

湿潤養生日数5日

養生温度20℃

122

17日

2128日

215日

5℃

2

15日

20℃

27日

5℃

50%

0.10.01

測定面

養生温度

20℃

透気係数（×10‐16m2）

0.10.01

湿潤養生日数

5日

養生温度

20℃

12

15日7日
5℃

50%

2

125日

12

15日

20℃

27日

5℃
45%

図-9

12

17日

212日

12

128日

5℃

27日

12

112日

20℃

27日

5℃

50%

100

12

27日

普通セメント11

水セメント比45%

10水セメント比1

湿潤養生日数湿潤養生直後に測定（測定面 1：打設面、2：型枠側面）

100

透気係数（×10‐16m2）

15日

水セメント比0.001
0.001
測定面高炉セメント

100.0010.0010.0010.001
測定面

材齢28日で測定（測定面 1：打設面、2：型枠側面）

45%

湿潤養生直後に測定（測定面 1：打設面、2：型枠側面）

高炉セメント10
10.10.010.0010.001
測定面

12

湿潤養生日数7日

養生温度

20℃

水セメント比

1217日

212日
5℃
50%

1228日

127日

12

112日

20℃

27日

5℃
45%

角柱供試体の透気係数

件による影響を見ると、いずれのセメントの場合でも、を受けたものと考えられる。
養生温度が高いほど透気係数が小さくなったが、他の条次に、養生条件、配合条件の違いによる影響を見てみ件の違いによる影響は明確にはならなかった。
ると、普通セメントを用いた場合については、材齢28日
次に、湿布養生直後に測定した結果である下図によるの測定結果（上図）に明確な差はなかったが、湿布養生と、上図の結果よりも、特に普通セメントを用いた場合直後（下図）では養生温度が高いほど、湿布養生期間がで測定面の違いが大きくなった。そこで、型枠面の測定長いほど、W/Cが小さいほど、透気係数が小さくなる傾結果に着目すると、普通セメントを配合したコンクリー向が見られた。一方、高炉セメントを用いた場合、同様
トの場合、養生温度が高いほど、湿布養生期間が長いほの傾向が、湿布養生直後（下図）だけでなく材齢28日
ど、W/Cが小さいほど、透気係数が小さくなる傾向が観（上図）でも観察された。
察された。一方、高炉セメントの場合には、湿布養生期以上より、普通セメントあるいは高炉セメントを配合間、W/Cによる影響は見られず、養生温度による影響のしたコンクリートの場合、材齢28日までに透気係数を測みが顕著であった。
定すれば、表層部コンクリートの養生による影響を評価
以上より、測定面の違いは明らかにならなかったが、できる可能性がある。
b) 測定面の違いによる影響
前項と同様、普通セメントあるいは高炉セメントを配合したコンクリートでは、材齢28日までに透気係数を測定
角柱供試体20×20×20cmについての透気係数の結果をすれば、表層部コンクリートの養生による影響を評価で図-9に示す。ここでは、打設面と型枠側面の2面に対して、表面透気試験を実施した。なお、上図は所定期間のきる可能性が示唆された。
湿布養生後に材齢28日まで気中養生を行い、透気係数を4. まとめ測定した結果、下図は所定の期間、湿布養生を行った直後に測定した結果であり、いずれも2個の角柱供試体の本研究では、コンクリートの品質に影響を与える要因平均値である。また、透気係数の算出では、含水率の補として、養生条件と配合条件（セメント種類、W/C）を正を行っていない。
考慮し、各コンクリート供試体に対して、超音波法と表材齢28日の測定結果である上図によると、測定面の違いが与える影響は小さいと考えられる。前項の結果より、 層透気試験を実施した。得られた結果は、以下のとおりである。
打設面での測定はブリーディング等の影響を受けると考(1) 本研究で想定した養生条件、配合条件の範囲内では、えられるが、ここで検討した角柱供試体の高さが、壁状コンクリートの圧縮強度と超音波伝播速度の間には、供試体に比べて小さかったため、測定面による差があま良い相関が見られた。よって、透過法で測定した超り生じなかったと推察される。また、養生条件、配合条
Maki Mizuta, Susumu Yoshida, Fumio Taguchi

音波伝播速度から圧縮強度を推定することは可能であると考えられる。
(2) 高炉セメントを用いたコンクリートの場合、材齢28日までの超音波伝播速度は、配合や養生条件の違いを反映する可能性がある。
(3) コンクリート表層部の乾燥による品質低下を超音波法で評価できると考えられる。
(4) 普通セメントあるいは高炉セメントを配合したコンクリートでは、材齢28日までに透気係数を測定すれば、表層部コンクリートの養生による影響を評価できる可能性がある。

3)

4)

5)

6)

7)参考文献1)2)

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8)
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講演概要集」，2012.

Maki Mizuta, Susumu Yoshida, Fumio Taguchi

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