コンクリート工学年次論文集，Vol.31，No.1，2009

論文

高強度および超高強度コンクリートを対象とした二次製品用コンクリートの振動充填性に関する基礎的研究
御領園悠司*1・渡辺健*2・橋本親典*3・伊藤祐二*4

要旨：高強度および超高強度コンクリートを対象に二次製品用コンクリートの振動充填性について実験的検討を行った。その結果以下のことが明らかになった。通常の二次製品用コンクリートでは，粗粒率の小さい細骨材の使用や，フライアッシュをセメント代替として一部置換することにより，流動性の向上や動的材料分離の抑制効果によって振動充填時間を短縮できる。高強度コンクリートでは，振動エネルギーを大きくすることによりモルタルの塑性粘度に依らず，振動充填時間を短縮できる。スランプフロー50cm 以上の超高強度コンクリートでは，微弱な振動を与えることで材料分離せずに振動充填時間を短縮できる。
キーワード：振動充填性，ボックス形充填試験機，超高強度コンクリート，粗粒率，フライアッシュ
1. はじめに施工条件やコンクリートを構成する材料，産地，モルタ

近年，構造物の高層化や居住空間の拡充，耐久性の向ルの塑性粘度に着目し，振動締固め性能に及ぼすフレッ上といった観点から，低水結合材比で設計基準強度がシュ性状の影響を定量的に評価することを目的とした。

2100N/mm を超えるような超高強度コンクリートの需要が高まっている。これに伴い，二次製品においても現場

2. 実験概要

施工同様，使用される鉄筋の高強度化，高密度化が進ん

2.1 使用材料でいる。そのため，高い変形性，流動性を持った高流動(1) 早強ポルトランドセメント

コンクリートによって施工される。また，一般にコンク土木用コンクリート二次製品を想定し，セメントは Aリートの打設においては特殊な場合を除いて，現場打設，社製早強ポルトランドセメント（密度 3.14g/cm3）を使プレキャストコンクリートの製造いずれにおいても振用した。

動締固めが主流である。この作業が不十分であると，ジ(2) シリカフュームセメント

ャンカや剥落というような不具合を引き起こす。密実か建築用超高強度コンクリートを想定し，A 社製シリカ

つ均一な構造物の構築のためには対象構造物に使用さフュームセメント（密度 3.07g/cm3）および B 社製シリれるコンクリートに適した締固めを行う必要がある。

カフュームセメント（密度 3.01g/cm3）を使用した。
(3) フライアッシュ

一方，環境面への配慮から産業廃棄物の有効利用が積流動性の改善を目的として，C 電力のフライアッシュ極的に行われている。中でも，石炭火力発電所で発電時に発生する石炭灰は 2006 年現在で年間 1000 万トン以上（密度 2.29g/cm3）を使用した。

発生している 1)。フライアッシュはその化学的，物理的(4) 骨材性質から数多くの分野で利用されており，更なる有効利細骨材は静岡県大井川産砕砂（密度 2.64g/cm3，吸水用のため様々な研究が行われているが，コンクリートの率 1.31%）および徳島県阿讃山系砕砂（密度 2.57g/cm3，一部を置換した場合の充填性に関する検討は十分とは吸水率 1.97%）を，粗骨材は静岡県大井川産砕石（密度2）2.65g/cm3，吸水率 0.83%）および徳島県鳴門市撫養産砕言い難い 。
また建設コストの低減や騒音による周辺環境への負石（密度 2.65g/cm3，吸水率 2.23%）を使用した。
(5) 高性能 AE 減水剤

荷低減といった観点から少ないエネルギーで短時間で充填が可能なコンクリートが求められている。このよう

高性能 AE 減水剤は JIS A 6204 高性能減水剤（Ⅰ種）

なコンクリートの施工性能に基づく配合設計を可能とに規定されているもので，土木用には D 社製（密度するためには，振動締固め性能とコンクリートの特性を1.04g/cm3）のものを，建築用には E 社製のもの（密度把握しておく必要がある。

1.00g/cm3）を使用した。
(6) 空気量調整剤

本研究では，土木用二次製品および建築用二次製品の*1 日本シーカ㈱技術研究所

基盤技術グループ

工修

(正会員)

*2 徳島大学大学院

ソシオテクノサイエンス研究部エコシステムデザイン部門助教

博(工)

(正会員)

*3 徳島大学大学院

ソシオテクノサイエンス研究部エコシステムデザイン部門教授

工博

(正会員)

*4 石川島建材工業㈱セグメント土木事業部

新事業推進部-1657-部長

工修(正会員)配合

W/C(%)

s/a(%)

N
N-FM
N-FA

40.8

49

配合

W/C(%)

H35-0
H35-25
H35-50H25-0
H25-25
H25-50s/a(%)

354725配合

W/C(%)

s/a(%)

SF-PC50
SF-PC60
SF-PC70
SF-CS60

1536.5条件

表－１ 土木用二次製品用配合Air
単位量 (kg/m 3 )(%)
WC
FASGSP

380

911

951

2.28266114893
表－２ 高強度コンクリート配合
Air
単位量 (kg/m 3 )
(%)
WCFAS
4300853322108837215215
820
150
2.06000787
450
150763300
300740表－３ 超高強度コンクリート配合
Air
単位量 (kg/m 3 )
(%)
WCS
G

933

2.58

G973
954
935
897
861
844

SP
2.58
2.58
2.58
4.20
4.00
3.60

SP
9.00
10.00
15.00
25.00

AE

2.0

155

2.01501000

表－４ 振動エネル ギー水準
振動エネルギ ー2(m/s )
00
0
30
0.35
8.9
30
0.76
16.0
50
0.48
24.7
50
0.68
34.5
50
1.00
44.4

周波数 (Hz) 振幅 (m m)

無振動
AB
C
DE

Bh (mm)

0483

848

467

837

0.05
0.10

ワイヤーゲージ
フロート
流動障害

680mm

過剰に混入される空気量を調整するために E 社製空340mm

気量調整剤（密度 1.00g/cm3）を使用した。

Ａ室2.2 コンクリートの配合
本研究で使用した配合を以下に示す。土木用二次製品

35mm

振動方向を想定した配合を表－１に，建築用高強度および超高強190mm

Ｂ室

側面図200mm

流動障害部正面図

度二次製品を想定したものを表－２，表－３に示す。
図－１

2.3 試験方法

ボックス型試験装置および障害部分

各配合において 60 リットルの二軸強制練りミキサを使用し練り混ぜを行った後，以下に示す試験を行い，各種特性を評価した。1 度目の計測を行った後，コンクリートを練り板に戻し，経時変化によってスランプロスさせ，2 度目以降同じく測定を繰り返し，1 配合につき 3～4 水準のスランプにおいて測定を行った。
表－３に関しては，配合名における数字がそれぞれの目標スランプフローを示しており，各スランプフローを得るために高性能減水剤を用いて調整をおこなった。
(1) フレッシュ性状に関する試験
練り上がり直後にフレッシュコンクリートのスラン
写真－１ 振動台上に設置したボックス形
充てん試験容器（Ｂ室側から撮影）

プと空気量を，スランプ試験(JIS A 1101)および空気量試
験(JIS A 1128)に従い測定した。
(2) 圧縮強度試験
表－２の高強度コンクリートにおいては脱型後およ(3) 振動下におけるボックス充填試験び各養生条件における強度特性を把握するため圧縮強度試験方法(JIS A 1108)に従い圧縮強度を測定した。

コンクリートの振動下での締固め性能を評価するため，高流動コンクリートの間隙通過性を評価する際に用-1658-

いられる図－１および写真－１に示すボックス型容器 3)
およびＦ社製振動加振式打設機｛周波数：1～100Hz(分解能 1Hz)，振幅:0.05mm～5.00mm(分解能±0.01mm)｝をA：50mm×50mm用いた試験を行った。容器は，土木学会規準「高流動コ×3 枚錘

ンクリートの充てん装置を用いた間げき通過性試験方法(案)（JSCE-F 511-2007）」のボックス形容器と同寸法である。流動障害は，D13 鉄筋を 3 本配置した障害 R2 である．この試験は図－１に示す異形棒鋼 D13 を 3 本柵状

羽根部分拡大図に配置した流動障害 (R2)を有するボックス型容器にコ試験器

ンクリートを満たし，設定した振幅と周波数の振動を与えると同時にシャッターを開け，左側の A 室にコンクリ
図－２ートを詰めておき，右側の B 室に高さ 300mm 以上になるまで充填を行う。流動障害部分をコンクリートが通過試験器の概要である。
1 試料につき数種類の錘の重量 W を用いて試験を行う

するのに要した時間によって，型枠に充填されるコンクことにより，沈入距離 L と沈入時間 T の関係から、せんリートの締固め性を評価するものである。
充填試験における加振源として，容器内部に棒バイブ

断速度 L/T とせん断応力度 τ＝W/A の関係が得られる。

レーターを挿入し，充填高さと累積加速度により充填性得られた試験結果をグラフ上にプロットし，それらのデを評価する事例 4)が報告されているが，本研究ではコンータから求めた回帰線の傾きの逆数を見かけの塑性粘クリートの二次製品の充填を想定し，型枠全体へ振動を度とし，x 切片の値を降伏値とした。

与える方法を用いた。実際の製品工場の振動レベルを想流体の中で物体が重力の基に沈降する場合，物体の質定して，基本振動レベルを周波数 50Hz，振幅 1.0mm と量，重量，浮力，流体抵抗の関係から物体は一定速度の設定し，周波数と振幅を調整し，表－４に示す無振動か運動をする。よって羽根の沈入速度は L/T となり，せんら振動条件 E までの 6 条件によって試験を行った。ボッ

断速度をモルタルのせん断領域の幅 h で除した値 L/(T・クス試験機に作用する加速度と振動台上面における加h)がせん断ひずみ速度 γ となる。しかし，このせん断領速度を等しくするためにボックス試験機は振動台と剛域の幅 h は塑性粘度の増大に伴い，増加する値で，計算結した。また周波数と振幅の関係から得られる加速度を，に忠実に反映させるのは困難であり，経験的には誤差に与える振動エネルギーとした。関係式を以下に示す。

よる影響は少ないことから，ｈ＝一定＝1.0 とした。
なお，本試験ではモルタル中を沈降する羽根の質量，a = ( 2π f ) 2 A
a : 加速度(m / s 2 )f : 周波数
A : 振幅( Hz )( mm )

浮力が沈降中，常に一定になるように，また，せん断面積が一定になるように，羽根がモルタルに完全に埋まった状態から沈降させた。羽根が取付けられている軸の影響は非常に小さいと考えられるため無視した。

充填時間は図－１中の充填高さ（以後 Bh と示す）が振得られた値と既知の流体(シリコンオイル:塑性粘度 10

動開始および充填完了後の影響を受けないよう充填開～300Pa・s)を用いた実験結果と比較する方法により塑性

始時間を Bh＝10cm に達するまでに要した時間，充填完粘度を算出した。

了時間を Bh＝30cm に達するまでに要した時間とし，その差の時間を本研究における充填時間の定義とした。
(4)

3. 実験結果および考察

振動下におけるボックス充填試験で得られたボック

塑性粘度試験

ウェットスクリーニングによって得られたモルタル

ス充填時間を振動締固め性の指標として，充填時間に及の粘度の測定には，比較的水セメント比が小さく，漏斗ぼすフレッシュ性状の影響を評価した。配合等の要因ごもしくは管方式では閉塞して測定できないようなモルとに充填時間とスランプ，塑性粘度，加速度の関係から

5)

タルにも適応可能で操作が簡便な羽根沈入型粘度計 を検討を行った。

用いて見かけの塑性粘度と降伏値を計測した。

3.1 粗粒率が充填時間に及ぼす影響

本粘度計の概要を図－２示す。練り上がったコンクリ

表－１の配合における実験結果を図－３に示す。N をートをウェットスクリーニングによってモルタルと粗基本配合(F.M.=2.54)とし，N の配合に対し，細骨材の粒骨材とに分ける。図－２に示す，3 枚の羽根に錘をのせ度調整を行い， N に比べ細骨材の粗粒率が低いもの

自重により所定の長さ沈入させて粘度を測定するもの(F.M.=2.32)を N-FM， N の配合に対し，フライアッシュ-1659-を内割で 30%置換した配合を N-FA とした。

25

N に比べ N-FM は同程度のスランプでも充填に要する少なく，骨材間の摩擦や衝突が相対的に少なくなったた
め，流動性の改善に寄与したものと考えられる。さらに微粒分が増加することにより，材料分離抵抗性も増加し，充填時間 (s)時間が短くなっていることがわかる。これは，粗粒率が小さいため，粒径の大きな細骨材が含まれている割合がN
N‐FM2015105

振動下における動的材料分離を抑制した効果もあるの0ではないかと考えられる。さらに N-FA の配合において0も同様の結果が得られた。これも，フライアッシュの動的材料分離抑制効果が顕著に現れているものと考えらしも評価することはできないことが確認され，細骨材の70

粗粒率，フライアッシュの添加により振動充填性が向上

60

塑性粘度と充填時間には相関があることが分かる。また
粗粒率が低い配合の方が，塑性粘度が低くなっている理充填時間 (s)する結果が得られた。

由として，モルタルの塑性粘度測定時に羽根と細骨材の100

SL20‐
SL15‐
SL10‐
SL5‐

5040302010摩擦，衝突が相対的に少なかったことが挙げられる。

0

また N と N-FA の実験結果を 20cm から 5cm まで各ス

0

ランプレベルにまとめ，与えた振動エネルギーと充填時間の関係で整理したものをそれぞれ図－５，図－６に示10

図－５す。N の配合ではスランプが小さい場合，与える振動エ2030よる充填時間の差がほぼなくなっていることが分かる。

40

充填時間 (s)50302010合においても充填時間の短縮がさほど見られないこと

0から，高スランプ時には充填性向上効果は期待できない0ことが考えられる。またＮの配合において振動条件別にスランプと充填時間の関係にまとめたものを 図－７ に

10

図－６20304050
加速度 （m/s 2)
加速度と充填時間の関係（N-FA）

7030N25N‐FM20B‐16.0
C‐24.7
D‐34.5E‐44.460
50N‐FA

充填時間 (s)充填時間 (s)SL20‐
SL15‐SL10‐SL5‐60

プレベル 10cm 以上の場合において，スランプの違いにベルが大きくなると，フライアッシュを一部置換した場

5070がわかる。しかしながら，N-FA の配合の場合，スランる充填性の向上が認められる。しかしながらスランプレ

40

加速度 (m/s 2)
加速度と充填時間の関係（N）

ネルギーが小さくなる程充填に時間を要していること

ここからもフライアッシュを一部置換することによ150

塑性粘度 (Pa･s)
塑性粘度と充填時間の関係

図－４れる。以上のことから振動充填性はスランプのみで必ず続いて，塑性粘度と充填時間の関係を図－４に示す。

501510540302010000510152025010152025

SL (cm)SL (cm)

図－３5

スランプと充填時間の関係

図－７-1660-

スランプと充填時間の関係（加速度別）

35

与える振動エネルギーが小さい場合，スランプに依存30して充填に時間を要していることがわかる。しかしながら，34.5m/s2 および 44.4m/s2 のようなエネルギーの大きな振動条件になると，スランプに関わらず，ほぼ一定の時間で充填できる傾向にある。

充填時間 (s)示す。

H35‐0H35‐25
H35‐50H25‐0
H25‐25252015103.2 高強度コンクリートにおける充填性評価
W/C=35% を下回るような高強度コンクリートを対象

5に充填性の評価を行った。フライアッシュを一部セメン00トに置換することにより低水セメント比のコンクリー

510

図－８めに，W/C=35%の配合に対し，内割で 25%および 50%，また W/C=25%の配合に対し，内割で 25%フライアッシ

120ュを置換し振動充填性試験を行った。その結果を図－８100間を要している。これはアーチングによる骨材が動的な条件において材料分離を起こしているためであると考えられる。しかしながら，フライアッシュを 25%および50%添加した場合，高スランプ時においてもアーチング

高強度コンクリートの充填性試験結果

28日気中
28日気中(5日水中)

8060
4020の影響を受けず，素早い充填が可能であることがわかる。

0H35‐0 H35‐25 H35‐50

これはフライアッシュの添加が動的材料分離を抑制し図－９

シュを 25%添加した場合と 50%添加した場合では，充填時間に差がないことから，フライアッシュ添加による充の向上効果が少ないことがわかる。W/C=25%の場合粉体量が多いにも関わらず，充填時間が短いのは W/C=35%

充填時間 (s)填性向上の効果には限界があるものと考えられる。
が短い結果となった。フライアッシュ添加による充填性の場合と比較して骨材容積が小さいことが考えられ，今後検討を行う必要がある。
またフライアッシュを添加していることから強度のSF‐PC50
SF‐PC60
SF‐PC70
SF‐CS60010

図－１０る際に重要な指標となる脱型時，効率的な生産を可能に35するため気中養生 28 日間後，初期の水中養生が強度に充填時間 (s)28 日強度で，約 5%程度の強度低下にとどまっている。

304025201510W/C=25%の場合においては約 13%程度の低下である。

550%置換した場合にはどちらの場合も 27%程度の強度低0下がみられた。また，養生別に比較すると，W/C=35%の超高強度コンクリートの充填性試験結果
無振動
A‐8.9
B‐16.0C‐24.7
D‐34.530

及ぼす影響を評価するために初期の 5 日間のみ水中，残シュを添加した場合 W/C=35%の場合 25%置換のものは20加速度(m/s2)

圧縮強度を測定した。養生条件として，型枠から脱型すで比較を行った。その結果を図－９に示す。フライアッ

圧縮強度試験結果

50454035302520151050

低下が懸念されるため，その程度を把握しておくためにりの材齢を気中で計 28 日間養生する 3 種類の養生方法

H25‐0 H25‐25 H25‐50配合た結果であると考えられる。しかしながら，フライアッ

W/C=25%の場合，W/C=35%の場合と比べて充填時間

25脱型強度

圧縮強度 (N/mm2)ない配合においては，高スランプにも関わらず充填に時20SL (cm)

トの振動充填性がどのように変化するかを評価するたに示す。W/C=35%の場合，フライアッシュを混入してい150100

図－１１-1661-

300

400

500

塑性粘度 (Pa・s)

場合 20～30%程度の強度低下，W/C=25%の場合 4～11%の強度低下という結果になった。

200

塑性粘度と充填時間の関係

600

振動充填性，強度ともにフライアッシュの産地や品質に時間がかかる傾向があり，整合性が確認できる。しか等の影響を受けるものと考えられため更なるデータのしながら振動エネルギーが大きい場合，塑性粘度が高い蓄積が必要である。にも関わらず、早い充填が可能であることがわかる。

3.4 超高強度コンクリートにおける充填性評価

超高強度コンクリートを用いた非常に高密度配筋の4. まとめ

コンクリート二次製品を対象として，表－３に示す水結本実験の範囲内で，得られた結果を以下にまとめる。

合材比が 15%の高流動かつ高粘性なコンクリートを想定

・ 細骨材の粗粒率を小さくすることで振動下における充填性を向上する。

した。また骨材や，セメントの物性値の違いにより施工性は大きく異なることが予想される。本研究では，高流・ フライアッシュを一部置換することで，動的骨材分動コンクリートにおける充填性を評価すると共に骨材離を抑制し，充填性の向上を図ることができる。

産地，セメントの種類によって大きく変化すると思われ・ 配合に応じた振動エネルギーを加えることにより，低スランプであっても高スランプ時と同等の時間る充填性を，ボックス型試験機を用いて比較した。
スランプフローが 60cm である SF-PC60 を基本配合とでの締固めが可能である。

してスランプフローが 50cm，70cm の場合で比較した。

・ 一定の振動エネルギーを与えると，塑性粘度が高い

また基本配合において，骨材の産地を変更し比較した。にも関わらず，早い時間で締固めが可能である。

与えた振動エネルギーと充填時間の関係を 図－１０ に示す。SF-PC 配合において振動エネルギーが大きい場合，謝辞：本研究の一部は，日本学術振興会平成 20 年度科

どのスランプフローにおいてもほぼ同じ時間で充填が学研究費補助金の基盤研究(B)(2)（課題番号 20360193，可能であるが，加速度が小さくなるとスランプフロー研究代表者：橋本親典）に基づき実施されたものである。

50cm 前後の配合においては，充填に時間を要することがここに付記し，深く感謝の意を表します。

分かるが，スランプフローが 60 ㎝を超えると，流動性が向上し，低加速度の場合でも十分素早い充填が可能で参考文献あることが分かる。一般的に高流動コンクリートを使用

1) 長谷川登：フライアッシュを混和材として用いたコし施工する際には材料分離等が懸念されることから，振ンクリート，アース＆eco コンクリートマガジン，第動を加えずに施工されるが，本研究において SF が 60 を1 号，pp.61-62，2008．5

超えるような配合であれば微弱であっても振動を加え2)

橋本 親典ほか：振動充てん時間を用いたフライアることにより，素早い充填が可能であることが明らかにッシュコンクリートの施工性能の評価に関する基礎なった。

的研究, セメント·コンクリート研究討論会論文報告

しかしながら，SF-CS の配合において SF-PC の基本配合における結果と比較すると，最大で 30 秒以上多く充集(論文)，Vol.35，pp.19-24, 20083)

填に時間を要していることがわかる。

土木学会：高流動コンクリートの充てん装置を用いた間げき通過性試験方法（案），コンクリート標準示
方書（規準編），pp.195-197，2007

使用した骨材の粗粒率，実績率を表－５に示す。使用した骨材の粗粒率，実積率はほぼ同じであることから，

4) 加賀谷誠ほか：ボックス型充てん装置を用いた加速使用したセメントおよび混和剤に関して更なる検討が度計測による普通コンクリートの締固め性評価，土木学会論文集，No.788，V-67，pp.1-11，2005必要である。
また塑性粘度と充填時間の関係で整理したものを 図

5)

室賀陽一郎ほか：モルタルの粘性試験装置の開発，－１１に示す。塑性粘度と振動の伝導性の関係から，塑

土木学会年次学術講演概要集，Vol.55，部門 5，V-406，

性粘度が高くなると，振動のエネルギーが伝わりにくく

2000

6）

なり充填に時間を要することが知られている 。

6) 伊達重之ほか：コンクリートの振動充てん性能に及振動エネルギーが小さい場合，塑性粘度が高い程充填

ぼすフレッシュ性状の影響コンクリート工学年次論文集，Vol.29，No.2，pp.25-30，2007

表－５

骨材試験結果

細骨材
粗骨材配合
F.M.
F.M. 実績率
産地
産地
SF-PC 大井川産 2.54 大井川産 6.92
62.8
阿讃山 2.57
SF-CS
63.0
撫養産 6.82-1662-