フジタ技術研究報告第 47 号 2011 年

コンクリート施工の高品質化、省力化への取り組み
藤 倉 裕 介概要

近年、特に公共工事ではコンクリート構造物の高品質化、長寿命化に関しての提案型発注が増加している。また、性能照査型設計への移行、環境負荷低減の観点から、各種の混和材料を組み合わせて使用するケースも増加している。このように使用材料の多様化が進む中、施工者は適切な材料選定を行うとともに、コンクリートの施工性、強度発現性および長期耐久性といった時間軸で要求される性能を満足することを計画段階で把握することが必要である。
本報では、養生方法に関する昨年度の報告に引き続き、コンクリート施工の高品質化、合理化へ向けた取り組みについて、低コストで高品質なコンクリートの配合例、コンクリートの打ち込み状況のリアルタイムビジュアル化を実現したセンサーの開発内容とその適用事例を紹介する。

Application of low-cost, high-performance concrete and visualization of construction situation
for the purpose of affordable, high-quality concrete construction

Abstract

The ongoing shift to performance-oriented design has allowed more freedom of material
selection and proportioning according to the performance requirements of structures. In addition, the useof industrial byproducts as supplementary cementing materials has been increasing as waste disposal
and reduction of CO2 emissions become increasingly important. Amid such changes in the environment
for cementitious materials, contractors are required to select appropriate materials, and understand theireffect on the performance of the concrete over time, including workability, strength development, andlong-term durability.
This report examines application of low cost high-performance concrete and visualization ofconstruction situation for the purpose of affordable, high-quality concrete construction

キーワード： コンクリート施工 高品質コ
ンクリート 合理化施工－77－

フジタ技術研究報告 第 47 号

§１．はじめに
近年、特に公共工事ではコンクリート構造物の高品質化、長寿命化に関しての提案型発注が増加している。また、性能照査型設計への移行、環境負荷低減の観点から、各種の混和材料を組み合わせて使用するケースも増加 1)している。このように使用材料の多様化が進む中、施工者は適切
写真 1 高密度配筋の事例な材料選定を行うとともに、コンクリートの施工性、強度発現性および長期耐久性といった時間軸で要求される性能を満足することを計画段階で把握することが必要である。また、実際のコンクリート施工は現場で打ち込み、締め固めを行う
ため、その品質は作業員の経験や熟練度、施工者の管理方法に大きく影響される。施工時に初期欠陥を生じた場合にはコンクリート構造物が早期に劣化する事例も多く指摘されている。このようなコンクリート打ち込み時の作業員の熟練度の影響を軽減する対策としては、自己充填型（高流動）写真 2 PC 橋のシース管周辺の状況

コンクリートを採用することもその解決へ向けた一手段である。近年、高機能な混和剤が開発され、安定したフレッシュ性状を有する高流動コンクリートを手軽に使用できる環境が整いつつある。これは化学分野の進歩、開発の恩恵ともいえよう。同様に他分野に目を向ければ、ICT 技術の進歩、高度化は目まぐるしく、これらの技術を応用することで施工時の不具合を防ぐとともに、作業員の熟練度の影響を低減できるものと考えられる。
そこで、本報告では昨年度の養生方法に関する報告 2)に引き続き、コンクリート施工の高品質化、合理化へ向けた取図 1 柱の高さ全域の水セメント比の分布 4)

り組みについて、コンクリートの配合および打ち込みについての実施例、開発事例を紹介する。

選択し、発注機関と協議することも必要であると考える。
高品質なコンクリート構造物を造る情熱、施工会社として§２．高品質・低コスト高流動コンクリートの適用の専門知識と経験を駆使し、施工時の不具合が生じないような施工計画を立案することは、施工者の責務であると

2.1 施工性能および材料分離抵抗性を有するコンクリート配合選定の重要性も考えられる。
近年、土木学会より発刊された指針 3)では、施工条件

近年、耐震基準の改定による高密度配筋化、構造物や施工方法に応じて、コンクリートのスランプを選定できるの要求性能の多様化や複雑な形状の採用により、従来の手法が提案されており、これに基づいて施工者はシステ

一般土木構造物で用いられてきたスランプ 8ｃｍのコンクリマチックにスランプの選定を行うことができるようになってートでは十分な締め固めが困難なケースも多々ある。写いる。しかし、一方でコンクリート配合を適切に選定しフレ真 1 には高密度配筋の事例を示す。また、写真 2 には PCッシュ性状を見極める技術も必要である。土木構造物で橋のシース管周辺の状況を示す。これらの構造物では、は施工者が JIS 規格外の配合を提案する場合もあり、材設計段階のコンクリートスランプは 8cm または 12cm が採料や配合設計に関する知識も必要とされる。

用されており、充填が困難であることが容易に想定される

このように施工性能に応じてスランプを選定して、より高が、施工性能を考慮した配合設計がなされていないのがスランプのコンクリート配合を選定すると、流動性や充填現状である。将来的には設計段階で施工性能を考慮した性は向上する一方でブリーディングや締め固めによる骨コンクリート配合の選定手法が確立され設計に盛り込まれ材の沈下など、部材内のコンクリートの不均一性が生じやることが望ましいが、実際に施工を請負う施工者が材料をすくなるものと考えられる。図 1 には、ブリーディングによっ－78－

コンクリート施工の高品質化、省力化への取り組みて部材上部のコンクリートの含水量が多くなり、下方のコ

表 1 コンクリートの配合単位量(kg/m3)

ンクリートよりも品質が悪くなる例を水セメント比で示したもＷ/Ｃ(%)のである。スランプ 8cm から 18cm のコンクリートでは、スラs/a(%)

ＷＣＳ混和剤G

ンプ試験時のコンクリートの崩れ方や形状を目視確認する程度であり、一般にはブリーディング対策がきちんとな①②2.033.85－
微量

ケース1 （RC巻き立て耐震補強工事の例）
ベース配合：30-12-20N
高流動配合：30-550-20N

されていない。一方、近年コンクリート構造物のより一層の高品質化が求められており、高スランプ化することで生じ5050

やすいブリーディングや材料分離への対策も重要であると考えられる。

45.349.3

169
175338350

8368861007
917

6588461089856※

ケース2 （PC桁の例）
ベース配合：40-12-25H
高流動配合：40-600-25H

2.2 高品質・低コスト高流動コンクリートの配合例
このようにコンクリートの施工性能のみならず、打ち込

37.0
37.0

み後に生じるブリーディングによる柱部材の不均一性を低減するための対策を考慮すると中流動コンクリートや高38.0
50.0151160409433※

4.096.93※－－

ケース3 （橋脚フーチング部の高密度配筋箇所の例）
ベース配合：27-10-20BB
高流動配合：27-500-20BB

流動コンクリートを用いることが望ましいと考えられる。これ
ら高流動コンクリートでは流動性を有しつつも材料分離抵53.853.8

抗性を保持するために、粉体量（セメントなどの粉体）を確保するか、増粘材等の添加により粘性を向上させるような

46.551.4

164175305
325840
903

996
883

3.054.55※－備考）W:水、C:セメント、S：細骨材、G：粗骨材、混和剤①：AE
減水剤、※高性能AE減水剤、混和剤②：不分離性混和材

工夫を行っており、ブリーディングについても極めて少ないコンクリートとなる。つまり、流動性を有していても材料分離抵抗性が低ければポンプ圧送性に影響し閉塞の原因となるし、コンクリートの性状確認として実施されるフロ
ー試験時に水分が浮いたり、骨材とペーストの分離が生じれば分離抵抗性を有しないものと判定され改善策が検討される。これは、言い換えれば配合設計段階で材料分離やブリーディングの対策を十分に検討していることとなる。しかしながら、高流動コンクリートは設計基準強度に

写真 3 フレッシュ試験の状況対してハイスペックな強度を有する結果となり、またコスト面においても非常に高価となるような問題もあり、一般土累計ブリーディング量（cm ）木構造物では採用されにくい傾向にある。そのような背景
3から、高スランプの JIS 配合をベースにして流動性を増加させることで、決してハイスペックにならずに安価に中流
動、高流動コンクリートを適用した例を以下に紹介する。
表 1 に 3 つの現場ケースにおけるコンクリートの配合を示す。各ケースともに上段に当初の設計配合を示し、下段に高流動コンクリートの配合を示す。また、各ケースともに設計配合はスランプ 10cm、12cm であり高密度配筋の部位、コンクリート打ち込み時の締め固め状況の目視確100.090.0

プレーン配合（ケース1）（ブリーディング率 3.96 ％）80.0
70.060.0

ケース1（ブリーディング率1.90％）

50.0
40.030.020.0

ケース310.00.0（ブリーディング率1.85％）

0

認が困難な場合あるいは振動締め固め機によるコンクリ

12345678910経過時間（ｈ）

ートの確実な充填が困難であることを想定して高流動コンクリートの適用を検討したものである。高流動コンクリート

図 2 ブリーディング試験結果の配合設計にあたってのコンセプトは以下のようである。
① ハイスペックな配合として扱わないよう、高スランプ以上に基づき、試験練りを行って配合を決定する。実JIS 配合に基づいて流動性を増加させる。

際に製造する生コンプラントや生コン組合の理解と協力② ベース配合とセメントの種類、W/C は同一とする。

が不可欠であるが、ベース配合の価格に対して 10～15％③ 単位水量の上限値（175kg/m3)以下とする。

程度のコストアップでの実現が可能である。ケース 1 につ－79－フジタ技術研究報告 第 47 号

いては、材料分離抵抗性を向上させる目的で非常に微量の不分離性混和材を添加している。プラント添加を行1っているが、微量であるため他の出荷への影響は無いこ

1とを確認している。なお、写真 3 にはケース 3 において実1施したフロー試験、U 型充填試験の状況を示す。また、図12 にはケース 1 における設計配合およびケース１、ケース13 における高流動コンクリートのブリーディング試験結果を示す。高流動コンクリートのブリーディング量が少ないこと

11§３．コンクリート打ち込み状況のビジュアル化

1180

フレッシュ
コンクリート80

180

180

18080

合計

180

14

1

コンクリート構造物の品質向上のためには、まだ軟らかい

1ケーブル

113.1 開発の背景と目的計測センサー

11が分かる。

1円筒80(a)646(b)

フレッシュコンクリートを隅々に充填させ均一に締め固めることが重要であるが、コンクリートの充填状況の目視確認が合計

図 3 計測原理の概要

困難な箇所も多く、このような部位には圧力センサーや温度センサーを補助的に設置することでコンクリートの充填状況の確認を行っている。しかし、これらのセンサーではセン
静電容量(pF)

サーを設置した位置の点情報しか得られず、コンクリートの充填状況を線的あるいは面的に、しかも連続的に把握できるものではない。このような現状から、型枠内に打ち込まれるコンクリートの充填状況を連続的に把握しビジュアル化す

60.0

計測結果（1回目）

50.0

計測結果（2回目）

40.0
30.0
20.0

ることで品質管理を行う手法を新たに開発した。本項では本手法の原理および方法について示すとともに耐震補強

10.0

工事の現場に適用した事例について示す。

0.0020406080

100

充填高さ(cm)

3.2 本手法の原理と方法
本手法は、計測センサーケーブルを型枠内に設置し、型

図 4 充填高さと静電容量の関係

枠内に打ち込まれるコンクリートの充填に伴って変化する静電容量を連続的に計測することによりコンクリートの打込み計測センサー高さを把握する。計測原理の概要を図 3 に示す。図 3(a)は円ケーブル

タグ

iPad やスマートフォン

筒に計測ケーブルを鉛直に設置した状況を示す。計測センでチェック

サーケーブルは一定の間隔を持った 2 本の線により構成されており、この間には静電容量が存在する。一般の空気中では比誘電率は小さく、計測センサーケーブル全体の静電鉄筋

Wi-Fi容量は少ない。コンクリートの打ち込まれていない円筒の場合、静電容量の合計値は 14 である。一方、水などの液体を計測ボックス

はじめフレッシュコンクリートでは一般に比誘電率が大きくなパソコンでデータ収集り（本例では空気の 80 倍）、図 3(b)に示すように約半分まで型枠コンクリートが打ち込まれると、その合計値は 646 となる。すなわち、コンクリートの打ち込み高さと静電容量の関係を事コンクリート打設前に調べておくことにより、コンクリートの打ち込み高さを連続的に検知できるわけである。

図 5 システムの概要－80－

コンクリート施工の高品質化、省力化への取り組み

次に、図 4 に円筒容器にコンクリートを充填して計測した結果の例を示す。図 4 に示すように、コンクリートの充填高さの上昇に伴って静電容量はほぼ線形的に増加することが分かる。コンクリートの充填高さと静電容量の関係を事前に把握しておくことにより、静電容量の計測結果を充填高さに換算して示すことができる。
次に本手法を実際の建設現場のコンクリート打ち込み施工時において適用する場合のシステムの概要を図 5 に示す。図 4 に示すように計測センサーケーブルを型枠内に鉛直に設置する。計測センサーケーブルの設置方法としては、型枠内の鉄筋あるいは別途用意した鉄筋に沿わせて設置
写真 4 計測用センサーケーブルする。
写真 4 に計測センサーケーブルを示す。計測センサーケ

約 4ｍ

ーブルはコンクリート中に埋め込むケーブル部分と計測結果の値を計測ボックスに無線で転送するタグとで構成されている。ケーブル部分は打ち込み高さ 9.0ｍ程度までに対厚さ応可能な長さとしている。タグ部分については、厚さ 1cm200mm

既設橋脚
タグで４cm×４cm 程度の大きさでケーブル部分に接続できるココンクリートネクターが付いており、コンクリートの所定打ち込み高さよりも上面に出しておき計測終了後に回収する。また、タグ部

高さ打ちあがり面3.6m分は内蔵電池により数年間転用して使用可能である。
図 5 に示すように計測ボックスで回収したデータは直ちに解析され、打ち込み高さを示すグラフや打ち込み状況をビジュアル化して表示する。また、計測結果の情報は、コンクリートWi-Fi 機能を使ってパソコンやスマートフォンなどの各種端計測センサーケーブル末へ無線で転送することが可能であり、コンクリート打ち込み箇所から離れた場所でも計測状況を把握することが可能

図 6 既設橋脚の耐震補強工事への適用例

である。
本システムを用いてコンクリート打ち込み時の品質管理を行う上での特徴として、以下が挙げられる。

コンクリート打設箇所① 一つの計測センサーケーブルで充填状況を線的にしかも連続的に検知が可能である。
② 本手法では無線を介して計測データを取得できるシステムを組み合わせているため、施工現場から離れた場所において施工状況の確認が可能である。
③ コンクリートの充填状況をリアルタイムでビジュアルに把握するとともに、コンクリート打設速度や打設量の把握が可能である。
④ 打ち込み後からの時間を表示または色分けすることが可能であり、コールドジョイントといった施工時に生じる不具合を未然に防ぐことができる。
コンクリート打ち込み時の充填状況の目視確認が困難で、しかも鉄筋量が多い場合や振動締め固め

写真 5 遠隔での確認状況

機の使用が困難な部位の打ち込み状況の把握、品質管理に有効である。

－81－フジタ技術研究報告 第 47 号を未然に防ぎ、作業労力の少ないコンクリート施工により、3.3 建設現場への適用事例
建設現場への適用事例として既設橋脚の耐震補強工事

トータルの施工コストの低減、省力化も実現できるものと考える。の事例を紹介する。この工事は、直径約 4ｍの円柱型の既設橋脚の周りに鉄筋コンクリートを巻き立てる耐震補強工事

参考文献である。1 回の施工でのコンクリート打ち込み高さが 3.6ｍ、厚さが 200ｍｍと非常に薄い壁状の構造物であり、鉄筋も配置されていることから型枠内へのコンクリート打ち込み状況

1)

土木学会：コンクリート技術シリーズ 74、混和材料を使の目視確認が困難であり、本システムの適用を行ったもの

用したコンクリートの物性変化と性能評価研究小委員会である。図 6 に本工事の概要と適用状況を示す。計測用セ（333 委員会）報告書、20072)

ンサーケーブルを型枠内に複数本設置し、計測結果を組

藤倉裕介：コンクリートの高品質化を目的とした材料・養み合わせてコンクリートの打ち込み状況をリアルタイムでビ生方法の現場適用と検証、フジタ技術研究報告、第 46ジュアルに表示した。写真 5 にはスマートフォンを用いて遠号、2010
3)隔にて打ち込み状況を把握している状況を示す。打ち込み

施工指針（案）、コンクリートライブラリー126、2007

状況のビジュアル画面では円周状の施工部位の半円部分を表示している。このようにコンクリートの打設状況をビジュアルに把握できることで、工程の進捗状況

土木学会：施工性能にもとづくコンクリートの配合設計・4)

社団法人コンクリート工学協会：コンクリート便覧［第二版］、p.218、1996

を遠隔で確認できるとともに、予期せぬ施工上のトラブルへの対応、打設が中断された際に生じるコールドジョイントなどの不具合への対策にも状況を把
ひ と こ と握して対応できるものと考えられる。

提案型発注をはじめ、コンクリート構造物の高耐久化、高品質化に対するニーズは高い。しかし、高コストな対策§４．おわりにが望まれているわけではない。高機
実際のコンクリート施工は現場で打ち込み、締め固めを能な材料や ICT 技術などを応用しコ行うため、その品質は作業員の経験や熟練度、施工者の管ンクリート施工に活用することで、低コ理方法に大きく影響される。作業員の経験や熟練度に左右されず、コンクリート構造物の品質をより一層向上させる目的で、コンクリート配合および打ち込み時の取り組みついて紹介した。近年ではコンクリート材料を取り巻く環境が変化し、使用材料の多様化、高度化や環境負荷低減を考慮した材料開発も進められている。自己充填型コンクリート（高流動コンクリート）についても、高機能な混和材料の使用により低コストで適用可能なものとなりつつある。
一方、今回開発したセンサーケーブルの適用により、コンクリートの打ち込み状況を線的あるいは面的に、しかも連続的に把握でき、複数本の計測結果を合わせることで打ち込み状況をビジュアル的に表示させることも可能となった。
本報告の前半で紹介したような流動性が高く充填性に優れ、締め固めによる作業労力の少ないコンクリートと ICT 技術を用いた本システムを併用することにより、コンクリート施工の合理化、省力化を実現できるものと考えている。今後もコンクリートの配合や施工方法の工夫、改善方法を提案していくとともに、他分野で活用されている技術を建設分野で利用できるように改善し、コンクリートの高品質化に努めていきたいと考える。また、施工時に生じる初期欠陥

－82－

藤倉 裕介

ストで高品質化が実現できるものと考える。