フジタ技術研究報告第 51 号 2015 年

コンクリートの静置、振動下のレオロジー特性が充填性能に与える影響に関する基礎的研究

藤 倉 裕 介概要

コンクリートの施工は振動締固め機を使用して実施することが多く、フレッシュコンクリートの施工性能を評価するためには振動下における性状を評価することが重要である。本研究では振動下におけるコンクリートやモルタルの充填性や分離抵抗性といった施工性能を統一的に評価できる手法を確立することを目的とし、その基礎的な検討としてモルタ
ルの静置下および振動下のレオロジー特性を調べるとともに、振動下における充填性能との関係について検討を行った。その結果、振動下の塑性粘度と充填性能に良好な関係を有することが分かり、施工性能を評価するためには振動下のレオロジー特性が重要であることを確認した。

Basic study into the influence of the rheological properties of fresh concrete
under vibration on filling performance
Abstract
Contractors are required to select appropriate materials, and understand their effect on theperformance of the concrete over time, including placeability, strength development, and long-termdurability.
It is important to estimate the properties of fresh concrete under vibration to better understand its
placeability. In this study, we measured the relationship between the rheological properties of fresh
mortar under vibration and filling performance. As a result, it was found that plastic viscosity underthe vibration had a strong correlation with its filling performance. We showed that understanding therheological properties was very important to estimate placeability.

キーワード： モルタル、レオロジー、振動締め固め、塑性粘度、降伏値、ボックス充填－21－フジタ技術研究報告 第 51 号

§１．はじめに振動下のレオロジー特性を調べるとともに、振動下における充填性能との関係について検討を行ったものである。

公共工事をはじめコンクリート構造物の高品質化、長寿命化への要求が高まっている。コンクリート構造物の品質向§２．実験概要

上のためには、施工者は使用材料であるフレッシュコンクリ
ートの施工性能を評価することが重要である。

2.1 使用材料及びモルタルの配合

土木学会では、施工性能はフレッシュコンクリートの流動使用材料を表 1 に示し、モルタルの配合条件を表 2 に示性と材料分離抵抗性から決定される指標とし、流動性はスす。セメントは普通ポルトランドセメント(N)、高炉セメント B 種

ランプによる評価、材料分離抵抗性は配合上の粉体量によ(BB)、早強ポルトランドセメント(H)、低熱ポルトランドセメント

1)り照査できるシステムが提案されている 。

(L)を使用し、 水セメント比(W/C)を 50％ 、単位水量をしかし、同一のスランプを有するコンクリートであってもバ264kg/m3、279 kg/m3、294 kg/m3 の 3 水準とし、細骨材としイブレータによる加振時の挙動、鉄筋間の間隙通過性や型て山砂を使用した。普通ポルトランドセメント(N)を使用した

枠内の充填性能が異なることも近年指摘されている 2)。また、ケースでは W/C=40％のケース、W/C=50％で砕砂を使用

土木構造物においては高密度な配筋条件の構造物も増加したケースについても実施した。本検討では、近似式を用しており、振動締固めの方法によって表層コンクリートの品いてフロー値が 180 mm（コンクリートのスランプがおおよそ質に影響を及ぼし 3)、現場ではコンクリートの充填不良やジ12cm に相当）の場合の各特性について着目するものとした。

ャンカなどの不具合を生じるケースもある。更にコンクリート近似式を得るため表 2 に示す各配合においてポリカルボン構造物の品質と密接に関連する指標の一つであるブリーデ酸系の高性能 AE 減水剤によりフローを調整し、フローがィングについても、静置条件下と振動履歴を受けたもので150mm～250 mm の範囲で、異なる 3 種類のフローのモルタは全く性状が異なることも報告されている 4)。スランプ試験はルを作製して次項に示す各試験を行った。モルタルのフロワーカビリティの一面である変形性を示す試験ではあるが、ーは JIS R 5201 に従って測定したフロー値（15 打フロー値）

現場では振動締固め機を使用した施工が一般的であることとした。

を考えれば、振動下におけるフレッシュコンクリートの変形性、流動性や材料分離抵抗性といった施工性能を評価で2.2 試験方法きる手法を構築することが重要である。

1） 静置および振動下のレオロジー測定

このようにスランプでは評価できないフレッシュコンクリー

モルタルの塑性粘度の測定については、円筒回転式、トの性能を評価する試験としてタンピング試験や加振ボックス充填試験が提案されている 2)。また、振動下のフレッシュ表 1 使用材料

コンクリートの締固め性を検討した事例 5)，6)も報告されてい記材料る。しかしながら、これらの方法は簡便にフレッシュコンクリ

号

ートの品質を評価できる試験方法として有効ではあるが、実際の施工条件との関連や任意の配合のコンクリートへの適セメント用性について課題を有する。また、振動下におけるコンクリートの充填性能に関するメカニズムや統一的な評価方法が細骨材十分に確立されているとはいえない。
一方、フレッシュコンクリートの流動性を支配する基本的混和剤

種類，産地

密度

吸水率(g/cm3)

(%)
－

N

普通ポルトランドセメント

3.16BB

高炉セメント

3.04－

H

早強ポルトランドセメント

3.14－

L

低熱ポルトランドセメント

3.22－

S1

山砂（千葉県君津産）

2.61

2.17

S2

砕砂（東京都青梅産）

2.60

2.35Ad高性能 AE 減水剤

－

－

細骨材

Adな物性として塑性粘度や降伏値といったレオロジー特性が表 2 モルタルの配合条件挙げられる。フレッシュコンクリートやフレッシュモルタルは非ニュートン流体であるビンガム流体に分類され、流動性を評価するための数値解析においてはこれらのレオロジー特性の評価は非常に重要である 7)。しかしながら、静置下のレセメントの種類

W/C

W(kg/m3)

N，BB，H，L

50

279264

オロジー特性に関する報告は多くあるが、振動下における40レオロジー特性を調べた研究は少ないのが現状である。
以上の背景から、本研究では振動下におけるコンクリート(S1)

279
264

50的とし、その基礎的な検討としてモルタルの静置下および

山砂

264

279
294－22－C×0～
2.0(%)

294

Nの施工性能を統一的に評価できる手法を確立することを目

294

砕砂(S2)

コンクリートの静置、振動下のレオロジー特性が充填性能に与える影響に関する基礎的研究

漏斗式や球引上げ式などの方法が知られている。漏斗タイ
プでは降伏値が比較的大きなモルタルには適用できない場合があり、円筒回転式では試料との界面のすべりが影響錘W（羽根＋錘の質量）
L（沈入時間測定距離）t（沈入時間）8)するため測定が困難であることが指摘されている 。また球沈入引上げ式では球体にモルタルが付着し見かけの直径が大羽根8)きくなるといった問題点がある 。以上の問題点を解決する円筒容器ため、応力制御型のリングせん断試験装置を用いたレオロ

50mm×50mm×3 枚A（羽根全面積）ジー測定法 9)も提案されている。
本研究では静置および振動下のモルタルの塑性粘度とテーブル
バイブレータ

降伏値の測定は水セメントの比の大小に関係なく適用が可能で測定の操作が簡便な羽根沈入型の測定装置 10)を使用した。本試験は図 1 に示すように 3 枚の羽根を有する治具を容器内のモルタルに自重で沈入させて粘度および降伏

図 1 羽根沈入試験装置の概要
せん断速度 v（＝L/t）

値を求めるものである。羽根は薄い金属板でできており移動方向から見た投影面積が小さいため、ペーストやモルタルの付着の影響を極力抑えることができ、回転式粘度計にみられるせん断履歴の影響をほとんど受けない。
試験の方法としては、容器に試料を詰め羽根の上部に設置した錘の質量を段階的に変えて沈入速度を測定した。

測定結果傾き＝1／μ′μ′：みかけの塑性粘度

せん断面積が一定となるように 3 枚の羽根が試料に完全に埋まった状態から沈入させ、羽根が容器の底に到着する寸せん断応力 τ（＝W／A）
降伏値 τf前まで（沈入時間測定距離 L＝180mm）の沈入時間を測定した。そして、図 2 に示すせん断速度 v（＝沈入時間測定距

図 2 塑性粘度と降伏値の算定方法

離(L)／沈入時間(t)）とせん断応力τ（＝羽と錘の質量(W)／羽の全面積(A)）の関係からみかけの塑性粘度μ′と降A室けの塑性粘度と塑性粘度の関係 10)から、モルタルの塑性粘95度を算出した。
レオロジー測定の試験はセメントの物理試験(JIS R 5201)に規定されるテーブルバイブレータ上に容器を固定して行い、振動を全く与えない状況で実施した静置および振動下（振動周波数：約 70Hz）にて行った。

100150300Pa・s のシリコンオイル）を用いた実験により求めたみか

障害 R2 を模擬
D6B室

340

伏値を求め、塑性粘度が既知の流体（塑性粘度が 10～単位：mm

図 3 ボックス充填試験装置2） ボックス充填試験
モルタルの振動下の充填性能を調べる目的で、前項で示すテーブルバイブレータ上でボックス充填試験を実施した。
ボックス充填試験装置の概要を図 3 に示す。この試験装置
は高流動コンクリートの充填試験(JSCE-F 511)で使用するボックス型容器の 1/2 サイズのものを用いた。写真 1 にボックス充填試験装置をテーブルバイブレータ上に設置した状
写真 1 試験装置の設置状況況を示す。ボックス充填試験装置の側面にはテーブルバイブレータ上で試験装置が移動しないように固定板を取り付けた。流動障害については R2 を模擬しφ6mm の鉄筋を 3ブルバイブレータ上に設置した後、A 室に 3 層に分けて突本、均等間隔に設置した。

き棒を用いてモルタルを詰める。A 室上面を均し 1 分おいた試験は以下の手順で実施した。ボックス試験装置をテー後に仕切りゲートを引き上げ、同時にテーブルバイブレー－23－フジタ技術研究報告 第 51 号

タの加振を開始する。加振開始から B 室の充填高さ 95mm9080の経過時間を計測した。充填高さ 95mm から 150mm の移動70時間から移動速度を算出し、これを間隙通過速度
Vpass(mm/s)とした。また、B 室の充填高さ 150mm まで到達した際の時間を完全充填時間とした。

塑性粘度(Pa･s）

および 150mm に到達することを目視により確認し、その際N50-W294-山砂（静置下）N50-W294-山砂（振動下）

60

y = -0.7245x + 195.28
R² = 0.9847

5040

y = -0.0547x + 29.062
R² = 0.7275

302010§３．試験結果および考察

01403.1 レオロジー特性と充填性能の関係

160180200220
モルタルフロー（mm）

240260

図 4 モルタルフローと塑性粘度の関係

静置下および振動下における塑性粘度や降伏値といった900

レオロジー特性がボックス充填試験における充填性能に与える影響について示す。本研究では各配合において混和剤量を調整して 3 種類のフローを作製し各試験を実施して800

N50-W294-山砂(静置下）700

N50-W294-山砂(振動下）

降伏値(Pa）

600

いる。本検討では、同一のモルタルフローにおける結果に着目することとし、以下の図 4～図 6 に示すようにモルタルフローと各試験結果の関係から近似式を求めた。本検討で500

y = -7.5285x + 2047.8
R² = 0.9788

400
300

y = -0.2698x + 167.54
R² = 0.8317

200はこの近似式を用いてモルタルフローが 180 mm に相当（コ100ンクリートのスランプがおおよそ 12cm に相当）する場合の各0140160

試験結果に着目して報告する。
図 4 には静置下および振動下のモルタルフローと塑性粘294kg/m3、細骨材として山砂を使用した配合において静置下で実施した試験結果を N50-W294-山砂（静置下）として示している。図 4 や図 5 に示すように同一の配合の範囲では、モルタルフローの増加に伴って塑性粘度や降伏値は小さくなる傾向にあり、その関係は線形に分布し相関係数も高いことが分かる。また、振動下における塑性粘度は静置時に比べて大きくなるが、モルタルフローが 250 mm を超え

100

完全充填時間(s），V Pass (mm/s)

ンドセメント(N)を使用し、W/C=50％、単位水量 W が260

図 5 モルタルフローと降伏値の関係度の関係の一例を示し、図 5 にはモルタルフローと降伏値の関係の一例を示す。図中の凡例は、例えば普通ポルトラ

180
200220240モルタルフロー（mm）

N50-W294-山砂（完全充填時間）
N50-W294-山砂（Vpass）

8060

y = 0.3463x - 9.483
R² = 0.9799

40y = -0.1538x + 43.202
R² = 0.9788

200140160

180200220240
モルタルフロー（mm）260

図 6 モルタルフローと充填時間，VPass の関係る範囲では逆に小さくなる傾向がみられる。降伏値については振動下では大きく減少することが分かる。
図 6 にはモルタルフローとボックス充填試験結果との関している。図 7 より、静置下における塑性粘度とボックス充填係を示す。モルタルフローの増加に伴って完全充填時間は試験における完全充填時間の関係では明確な傾向が得ら小さくなり、間隙通過速度である VPass は大きくなることが分れていないが、振動下の結果では塑性粘度が大きいほどかる。また、モルタルフローとボックス充填試験結果との関

完全充填時間が大きくなる傾向が全体の分布として得られ係は線形に分布することが分かる。ていることが分かる。これは材料条件ごとにみても同様の傾次に、以上のように近似式を用いて求めたモルタルフロ向を有している。振動下の塑性粘度と完全充填時間は相関ー180mm に相当するレオロジー特性とボックス充填性能とが高く振動下の塑性粘度を評価することでモルタルやコンの関係について示す。図 7 にはフロー180mm における静置クリートの充填性能を評価できるものと考えられる。図 8 では

下および振動下の塑性粘度と完全充填時間の関係を、静置下の降伏値が大きいほど完全充填時間が大きくなる傾W/C や使用材料であるセメントや細骨材の種類ごとに示し、向が得られているが配合ごとの違いが大きい。振動下の降図 8 には降伏値と完全充填時間の関係を同様に示す。図

伏値ではその分布の範囲が小さく、配合ごとに分布の傾向中の凡例は、例えば普通ポルトランドセメント(N)を使用し、が異なっていることが分かる。

W/C=50％、山砂を使用したケースを N50 （山砂）として示－24－コンクリートの静置、振動下のレオロジー特性が充填性能に与える影響に関する基礎的研究

25

25

N50（山砂）BB50（山砂）
L50（山砂）15H50（山砂）10N50(砕砂）N40（山砂）20

完全充填時間(s)完全充填時間(s)N50（山砂）N40（山砂）20BB50（山砂）L50（山砂）15H50（山砂）N50(砕砂）105500020406080

10002040
振動下静置下 塑性粘度（Pa・s）

6080100

塑性粘度（Pa・s）

図 7 静置下，振動下の塑性粘度と完全充填時間の関係（フロー180mm 相当）
2525

N50（山砂）BB50（山砂）
L50（山砂）15H50（山砂）N50(砕砂）10520

完全充填時間(s)完全充填時間(s)N50（山砂）N40（山砂）200N40（山砂）BB50（山砂）

15L50（山砂）H50（山砂）10N50(砕砂）500200

400

600

800

静置下

降伏値（Pa）

1000

1200

0200400

600

800

1000

1200

振動下 降伏値（Pa）

図 8 静置下，振動下の降伏値と完全充填時間の関係（フロー180mm 相当）

前項では図 7 において振動下の塑性粘度と充填性能が非常に高い相関を有することを示した。そこで、本項では振動下における塑性粘度に影響を及ぼす材料的要因について考察を加える。なお、前項と同様にフローが 180mm に相振動下 塑性粘度 (Pa・s)

100

3.2 振動下のレオロジーに関する考察

当する塑性粘度に着目する。
まず、図 9 は単位水量と振動下の塑性粘度の関係を示

N50（山砂）N40（山砂）BB50（山砂）
L50（山砂）H50（山砂）N50（砕砂）80
6040200260

す。使用材料による違いが明確に表れており、単位水量が小さいほど塑性粘度は大きくなることが分かる。
セメントのブレーン比表面積(cm2/g)×セメント量(kg)、単位塑性粘度（Pa・s）

100

山砂のケースと砕砂のケースで分布の傾向が異なることが示されていることが分かる。
図 11 は細骨材のかさ容積（L）（＝細骨材量(kg)/細骨材の密度(g/ cm2)×実績率(%)、山砂の実績率を 60.59(%)、砕振動下総表面積が大きくなるほど振動下の塑性粘度は小さくなり、関係を示す。細骨材かさ容積が大きいほど振動下の塑性粘度が大きくなることが分かる。また、材料条件ごとに非常300

N50（山砂）N40（山砂）BB50（山砂）
L50（山砂）H50（山砂）N50(砕砂）8060
40200100000

砂の実積率を 65.56(%)として算定）と振動下の塑性粘度の280
290
単位水量（kg/m3)

図 9 単位水量と振動下の塑性粘度の関係

図 10 はセメントの違いとしてセメント総表面積（m2）（＝各を m2 に換算）と振動下の塑性粘度の関係を示す。セメント

270

150000200000250000セメント総表面積(m2)300000

図 10 セメント総表面積と振動下の塑性粘度の関係に良い線形的な相関を示している。
以上のように各材料要因と振動下のレオロジー特性とは面積および細骨材かさ容積と非常に良い相関関係が得ら

良い相関があり、今後試験データを積み重ねることでモルれており、これらの材料的要因の影響度やそれぞれの連関タルの振動下のレオロジー定数を評価可能な手法を構築できるものと考えられる。本試験の範囲での結果ではあるが、特に振動下の塑性粘度については単位水量、セメント総表－25－を分析することにより任意の材料におけるモルタルの振動下のレオロジー定数を評価できるものと考える。

フジタ技術研究報告 第 51 号の充填挙動と品質変動に関する実験的研究、コンクリート

振動下塑性粘度（Pa・s）

100

工学年次論文集、Vol.32、No.1、 pp.1325-1330、2010.7

N50（山砂）N40（山砂）BB50（山砂）
L50（山砂）H50（山砂）N50(砕砂）80
60404) 伊達重之、伊藤祐二、長谷川聖史、辻幸和：モルタルの振動下のフレッシュ性状に及ぼす分割練混ぜの効果、コンク
リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集 、 Vol.28 、 No.1 、 pp.1091-1096,
2006.7205) 西川隆之、橋本親典、山地功二、水口裕之：加振装置を用いたフレッシュコンクリートのコンシステンシー評価試験方07008009001000
細骨材かさ容積(L)1100

法の開発、コンクリート工学年次論文集、Vol.22、 No.2、pp.397-401、2000.7

図 11 細骨材かさ容積と振動下の塑性粘度の関係

6) 梁俊、國府勝郎、宇治公隆、上野敦：フレッシュコンクリートの締固め性試験法に関する研究、土木学会論文集 E、§４．おわりにVol.62、No.2、pp.416-427、2006.6

本研究では振動下におけるコンクリートの充填性や分離抵抗性といった施工性能を統一的に評価できる手法を確立することを目的とし、その基礎的な検討してモルタルの静置下および振動下のレオロジー特性を調べるとともに、振動下における充填性能との関係について検討を行った。得ら

7) 森博嗣、谷川恭雄：振動力を受けるフレッシュコンクリートの流動解析法、日本建築学会構造系論文報告集、第 388号、pp.18-26、1988.6
8) 村田二郎ほか：フレッシュコンクリートの物性値測定法に関する共通試験結果、コンクリート工学、Vol.26 、No.8 、れた結果は以下のとおりである。

pp.20-29、1988.8(1) モルタルの静置下および振動下のレオロジー特性とボ

9) 李柱国、李潔勇、飯高稔：フレッシュコンクリートの応力制ックス充填性能の関係において、特に振動下の塑性粘度と御 型 レ オ ロ ジ ー 試 験 法 の 開 発 、 Vol.33 、 No.1 、充填時間は相関が高い結果が得られた。モルタルやコンク

pp.1211-1216、2011.7

リートの充填性能を把握する上で、振動下の塑性粘度を評価することが重要である。

10) 室賀陽一郎、伊達重之、大須賀哲夫：モルタルの粘性評
価試験装置の開発、土木学会第 55 回年次学術講演会、(2) 振動下における塑性粘度と降伏値のそれぞれの値と充V-406、2000.9

填性能の関係だけでなく、振動前後のレオロジー性質の変化程度や降伏値の大小と塑性粘度の大小との関連について詳細に検討する必要がある。

ひ と こ と(3) 振動下における塑性粘度および降伏値に影響を及ぼ

同じスランプでもワーカビリティは全す材料的要因について検討した。その結果、特に振動下く異なる。フレッシュコンクリートの振動の塑性粘度については単位水量、セメント総表面積および下における充填性能を評価し、適切細骨材かさ容積と非常に良い相関関係が得られることが分な締め固め方法を確立することはコンかった。
藤倉 裕介

クリート構造物の高品質化のためには重要なテーマである。

謝辞：本研究は東海大学建設材料学研究室との共同研究の成果の一部を報告したものです。ご指導頂きました伊達重之教授、実験の実施にご協力頂きました大学院生の齊藤拓弥氏に謝意を表します。
参考文献
1) 土木学会：2012 年制定コンクリート標準示方書【施工編】、
20122) 土木学会：コンクリート技術シリーズ 102、コンクリートの施工性能の照査・検査システム研究小委員会第二期委員会
報告書、2013.11
3) 早川健司、加藤佳孝：振動締固めによるかぶりコンクリート－26－