コンクリート工学年次論文集，Vol.32，No.1，2010

論文

高炉セメントを用いたコンクリートの施工初期に発生するひび割れに対するフライアッシュの効果に関する実験的研究
大野誠徳*1・渡辺健*2・横手晋一郎*3・石井光裕*4

要旨：高炉セメント B 種を用いたコンクリートにおける初期ひび割れの顕在化が指摘されている。本研究では，フライアッシュを混入することによって，施工初期に発生するひび割れの低減効果を検討することを目的とし，沈下ひび割れ，乾燥収縮および温度ひび割れに関して実験的に検討を行った。実験の結果，フライアッシュ混入による効果は，フライアッシュを細骨材代替で 10%混入することにより，沈下ひび割れおよび乾燥収縮が低減される傾向を示した。また，潜在的な温度ひび割れについて，非破壊検査手法の一つである
AE 法によって，その発生を確認することができた。
キーワード：施工初期，ひび割れ，AE 法，フライアッシュ，高炉セメント B 種
1. はじめ部に潜在的に発生する温度ひび割れの評価の可能性に

近年，高炉セメント B 種を用いたコンクリートの初期ついても検討を行った。

強度は，同一水セメント比において，普通ポルトランドセメントと同等の強度を発現するようになった。これは2. 実験概要

高炉セメント B 種のブレーン値を大きくしたためである

2.1 使用供試体および評価方法

1)。そのため，高炉セメント B 種が本来持つ温度ひび割(1) 沈下ひび割れについてれ低減の能力が失われ，高炉セメント B 種を用いたコン

沈下ひび割れの測定に関しては，渡辺らの研究 2）を参クリートの施工初期に発生するひび割れが顕在化して考にし，図－1 に示すような 900×600×200mm のスラブ型いることが指摘されている。

枠内に，3 本の異形鉄筋（D22）を鉄筋中心間隔 150mm

本研究では，高炉セメント B 種を用いたコンクリートで設置した。この型枠にコンクリートを打設し，その後に，潜在水硬性のないフライアッシュを混入することに鉄筋直上に発生する沈下ひび割れを測定した。沈下ひびよって，温度ひび割れを抑制することができると考えた。

割れはかぶりが小さいほど，発生しやすく，本研究におまた，フライアッシュを用いたコンクリートは伸び能力

いては，沈下ひび割れの発生が顕著に現れるように，かが高く，沈下ひび割れを抑制することが知られているたぶりを 15mm に統一して評価を行った。また，測定には2）

め ，フライアッシュは施工初期に発生する温度ひび割

沈下ひび割れ発生の不規則性，ひび割れ幅や深さのばられや沈下ひび割れ等の初期ひび割れを低減することがつき等を考慮しなければならない。したがって，図－2できると考えられる。したがって，本研究では高炉セメに示すように 3 本の鉄筋直上の A，B，C の領域に，そント B 種にフライアッシュを混入することによって，初れぞれに 50mm 間隔で 17 箇所，合計 51 箇所の測定点を

期ひび割れの低減効果を実験的に検討し，フライアッシ設け，鉄筋に垂直な直線と沈下ひび割れが交差する点にュの有効利用について検討することとした。

おけるひび割れ幅の測定を行うこととした。また，材齢具体的には, 4 種類の配合の供試体を作製し，温度ひび1 日で測定した沈下ひび割れ幅は，それ以後大きな拡大割れの測定，沈下ひび割れの測定，乾燥収縮の測定におや変化をしないことから，その発生状況や発生時間に関いて，フライアッシュの有無及びその混入率，セメント係なく，材齢 1 日で測定を行うことにより，統計的に沈代替と細骨材代替における違いを比較検討する。また，下ひび割れの評価を行うこととした。測定にはクラック

温度ひび割れの評価方法において，従来の目視による評スケールを用いた。更に，沈下ひび割れは，ブリーディ価方法に対し，本研究では非破壊検査手法の一つであるング量と密接な関係を持つことが指摘されており 4)，本

アコースティック・エミッション法 3）（以下，AE 法）を研究において，ブリーディング量について測定を実施し用いることによって，目視では確認することが困難な潜た。

在的かつ微細な温度ひび割れを検出し，コンクリート内*1 徳島大学大学院

先端技術科学教育部*2 徳島大学大学院

ソシオテクノサイエンス研究部助教*3 阿南生コンクリート工業株式会社*4 株式会社四国総合研究所

知的力学システム工学専攻(正会員)

博士 (正会員)

(正会員)

(正会員)

-209-

200mm

恐れがあるため，測定期間中は，供試体全体をテントで上面覆い，供試体端部はブルーシートによりセンサに直接降

150mm

合板雨があたらないように対策を行った。

600mm
150150mmmm(4) AE 法について
AE とは，個体材料内部の微細な破壊，あるいはそれ150mm

異形鉄筋（D22)と同様なエネルギー解放過程によって発生する弾性波動現象のことである 3）。この弾性波を AE センサによっ900mmて検出し，AE 発生挙動を解析することによって構造物

15mm

図－1の破壊性状や劣化度の評価をするのが AE 法である。

スラブ型枠の寸法形状

900mm

350mm
50 50mm mm

図－3150mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617

150mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617
CAEセンサ鉄筋（D22)600mm150mm

B350mm150mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617

100mm

埋込み型
ひずみ計

50mm＠18＝900A

400mm

1800mm50mm

測定点

壁供試体の寸法形状

2.2 使用材料および配合
本研究に用いた供試体の配合を表－1 に示す。供試体

図－2

スラブ供試体上に設けた測定点箇所の種類は，高炉セメント B 種を用いたコンクリート（以下，BBFA0），高炉セメント B 種を用いたコンクリート(2) 乾燥収縮についてに，フライアッシュⅡ種をセメント代替として 20%混入

乾燥収縮に関しては，100×100×400mm の角柱供試体したもの（以下，BBFA20），フライアッシュⅣ種を細骨を配合ごとに 3 本採取し，JIS A 1129「モルタル及びコン材代替として 10%混入したもの（以下，BBFA10），普通クリートの長さ変化試験方法」に準じて乾燥収縮の測定

ポルトランドセメントを用いた普通コンクリートにフを行い，配合ごとの違いについての検討を行った。測定

ライアッシュⅡ種をセメント代替として 20%混入したも日は，材齢 14 日における供試体の測定値を基長とし，の（以下，NFA20）の 4 種類を作製した。

以後，3，7，14，21，28，56，74，91，180 日での測定

セメントは高炉セメント B 種（密度 3.04g/㎤）と普通を行うこととした。また，供試体の養生方法についてはポルトランドセメント（密度 3.15g/㎤）を使用した。細水中養生とした。

骨材は砕砂（表乾蜜度 2.57g/㎤, 粗粒率 2.95%）と海砂（表乾蜜度 2.57g/㎤, 粗粒率 2.00%）を混合して使用し(3) 温度ひび割れについてた。粗骨材は砕石 2010（表乾蜜度 2.57g/㎤，実績率

温度ひび割れの測定に用いた壁供試体の寸法形状を61.0%）と砕石 1505（表乾蜜度 2.57g/㎤， 実績率 61.0%）

図－3 に示す。1800×900×400mm の壁供試体（底面をを混合したものを使用した。フライアッシュはフライア拘束した状態）に異形鉄筋（D22）を底面から 50mm のッシュⅡ種（密度 2.28g/㎤）とフライアッシュⅣ種（密位置に埋設し，その両端に AE センサ（60kＨz 共振型）

度 2.20g/㎤）を使用した。混和剤はポリカルボン酸系のを取り付け，測定を行った。鉄筋には，コンクリートの高性能 AE 減水剤および AE 剤を用いた。

拘束効果およびコンクリート内部に生じる微細なクラ本研究における配合は，実際のコンクリートの使用状ックによる AE を伝達する効果を期待した。また，埋込態を想定し，28 日強度をそろえるように調整を行った。

型ひずみ計も供試体の上部，中部，下部の 3 箇所に，セ強度に関しては，φ100×200mm の円柱供試体を供試体パレータに結束線で固定することにより埋設し，温度変ごとに 12 本採取し，材齢 3，7，28，91 日で圧縮強度試化およびひずみの測定を同時に行った。測定はコンクリ験を行うこととした。

ート打設後から脱型までの約 3 日間と脱型後約 3 日間行った。降雨や風による雑音によって測定に支障をきたす

-210-

表－1
供試体名

Gmax(mm)BBFA0
BBFA20BBFA1020NFA20Slump(cm)Air(%)

104.5±±2.01.5

配合表
単位量 (kg/m3)

W/C(%)

s/a(%)

WC

FAS

GAD

AE5446.5

166308-8229463.08

1.544644.5

162

282

71766

953

3.53

4.59

54

45.5

164

304

68727

969

3.04

5.32

4644.5

164

286

71766

953

3.573.93

3. 実験結果

12 回の計量を行い，ブリーディング量を求めた。

3.1 圧縮強度試験

表－2 に沈下ひび割れの平均ひび割れ幅を，図－5 に材齢ごとの圧縮強度試験の結果を図－4 に示す。材齢ブリーディング量と時間の関係を示す。表－2 における28 日における圧縮強度は，4 供試体ともに 30N/mm2 前後

サンプルとは，ひび割れ幅測定器と同様の測定点におけの値となった。図－4 から，フライアッシュおよび高炉る平均ひび割れ幅を，クラックスケールを用いて求めたセメント B 種による長期強度増進の効果が見られる。ま時の値とする。

た，フライアッシュを混入したことによる影響は，

表－2 から，クラックスケールとひび割れ幅測定器のBBFA0 と BBFA20 にはあまり違いが見られないが，測定結果には値に多少の違いは見られるが，供試体ごとBBFA10 に関しては，初期強度がやや高く，強度の伸びの傾向についてはほぼ同様の結果を示した。サンプルに方も 4 供試体の中で最良の結果となった。

ついても同様のことが言えるが，ひび割れ幅測定器の値

材齢3日

材齢7日

材齢28日とやや異なる値を示しているのは，サンプルにおけるク材齢91日

45

ラックスケールの測定値が測定点一箇所であるのに対圧縮強度（ N/mm²）4035

し，ひび割れ幅測定器の測定値は測定点を中心にした 830㎜四方の測定範囲内におけるひび割れの平均値である25ためである。したがって，ひび割れ幅測定器の測定値と20クラックスケールの測定値はやや異なる値を示したと15考えられる。

105結果については，高炉セメント B 種を用いたコンクリ

0BBFA0BBFA20BBFA10ートにフライアッシュを混入したことによる沈下ひび

NFA20

配合名

図－4

割れの抑制は，BBFA10 に関してはひび割れ幅を抑制する効果が見られたが，BBFA20 に関しては，BBFA0 より圧縮強度試験の結果もひび割れ幅が大きくなるという結果になった。

3.2 沈下ひび割れの測定
沈下ひび割れの測定はコンクリート打設後 1 日でクラックスケールを用いて行った。供試体一体につき 17＠3＝51 箇所の測定点を設け，平均ひび割れ幅を算出する。
なお，測定点に複数のひび割れが生じている場合には，その平均値を用いた。また，追加測定として，市販の詳細ひび割れ幅測定器（以下ひび割れ幅測定器とする）による測定も行った。測定方法は，図－2 の B の領域で 3，5，7，9，11，13，15 の 7 つの点で測定を行うこととした。なお，ひび割れ幅測定器に関してはコンクリート打設後１日での測定ではなく，本研究における参考データとして測定を行うこととする。ブリーディングについて
は，円柱供試作製後，JIS A 1123「コンクリートのブリーディング試験方法」に基づき，コンクリート表面に浮水してくるブリーディング水を 10 分ごとに計量し，計量60 分後からは 30 分ごとに計量する。240 分まで，合計BBFA20 と NFA20 を比較することにより，フライアッシュをセメント置換した場合，普通セメントに比べて高炉セメント B 種で沈下ひび割れが大きくなる傾向があると考えられる。これらの結果より，フライアッシュを混入したことによる効果は見られなかったことが分かる。
ブリーディングについては，最終ブリーディング量が多いほど沈下ひび割れの発生しやすいこと 3）をふまえ，
図－5 の結果を見ると，BBFA0 および NFA20 の最終ブリーディング量が多く，BBFA10 および BBFA20 の方が少ないという結果になっていることが分かる。BBFA20 以
外の結果に関しては，クラックスケールにより測定した沈下ひび割れの結果と相関性があるが，BBFA20 は最終ブリーディング量が少ないにも関わらず，ひび割れ幅は大きいという結果になった。この原因としては，フライアッシュを高炉セメント B 種とセメント置換した場合，その伸び能力が発揮されない可能性があるなどの原因-211-

が考えられる。
表－2

較しても，その効果は確認できたといえる。
1000

沈下ひび割れの平均ひび割れ幅（mm）

900
800

0.340.55

0.220.30

サンプル

0.34

0.71

0.240.47

ひび割れ幅測定器

0.30

0.390.210.31-6

クラックスケール

収縮ひずみ（ 10 ）BBFA0 BBFA20 BBFA10 NFA20

測定方法

700600500400BB FA0300

BB FA20200BB FA1010020.0707142128

測定日（日）

図－60.06

長さ変化率試験の結果

0.050.04

3.5

BBFA00.03
0.020.01

BBFA203BBFA102.5

NFA20

質量減量率（％）

累積ブリーディング量（㎝0.08

N FA2000.093/cm ）0.100.00
010 20 30 40 50 60 90 120 150 180 210 240
時間（min）

図－5

ブリーディング量と時間の関係

21.5BB FA01BB FA20BB FA100.5

N FA20003.3 乾燥収縮の測定

7142128

測定日（日）

乾燥収縮に関しては，JIS A 1129「モルタル及びコンク

図－7リートの長さ変化試験方法」に準じて乾燥収縮についての評価を行った。環境条件を考慮し，室温 20℃，湿度60%に保たれた実験室にて測定を行うこととした。長さ変化率試験の結果を図－6 に，質量減量率の結果を図－7に示す。本研究は，施工初期に発生するひび割れを想定しているため，図－6 および図－7 には 28 日までの測定結果を示している。
一般に，高炉セメント B 種を用いたコンクリートは乾燥収縮が普通コンクリートより大きくなることが知られており，図－6 においてもその傾向が現れている。
フライアッシュの影響については，図－6 において，BBFA0 以外の乾燥収縮が抑制されていることが分かる。
図－7 においても，フライアッシュ混入コンクリートの質量減量が抑制されるという結果になった。
また，図－6 の BBFA10 と BBFA20 を比較すると，ほとんど違いが見られないことから，単位セメント量の多い BBFA10 の方がよりフライアッシュの効果を得ていると考えられる。更に，図－7 における BBFA10 の質量減量率は，他のフライアッシュ混入コンクリートと比較しても，明らかに低い値を示している。これもフライアッシュによる効果だと考えられる。水セメント比が大きいといこともあるが，同じ水セメント比の BBFA0 と比質量減量率の結果3.4 温度ひび割れの測定
温度ひび割れの測定は，AE 法による測定とともに目視観察およびひび割れ幅測定器による測定も行った。図－8 から図－11 に，それぞれ BBFA0，BBFA20，BBFA10，NFA20 の，AE 法による測定結果と外気温およびコンクリート内部の温度変化の関係を示し，図－12 から図－15に AE 法による測定結果とひずみの関係を示す。なお，
ここでいう累積 AE ヒット数とは，ひび割れ数の累積とし，ひずみについては温度補正を行った実ひずみの値を示している。また，AE については，発生が明確なもので評価し外部からのノイズを削除するため，2 つのセンサ（ch1，ch2）がほぼ同時に認識したひび割れのみをプロットすることとした。本研究において，センサの同時認識の基準は，AE 発生時に 2 つのセンサが受信した時間差が 0.001 秒以内であることとする。また，4 種類それぞれの累積 AE ヒット数が大きく違っていたため，本研究では AE の発生挙動を定性的に評価することで，温度変化との相関性を検討することができると考えた。また，各配合間において AE ヒット数が大きく違った原因としては，センサを取り付ける鉄筋端面の状態やセンサと鉄筋間の接触具合が影響したと考えられるが，詳細に-212-

ついては不明であり，今後検討していくこととした。

CH1外気温コンクリート温度（中部）

図－11 および図－15 の上部温度，上部ひずみは実験の結果になることが予想される。
図－8 から図－11 において，温度変化に関しての傾向は，4 種類とも上部，中部，下部において，同様の傾向を示した。また，AE に関しては，4 種類全てに，コンク

8070605040302010060504030201000

リート打設後 20～30 時間の間に AE が急増している。こ20406080100120140160

経過時間（ｈ）の間でのコンクリートの温度変化に着目すると，図－8から図－11 より，20～30 時間の間は，水和熱によりコ温度変化(℃）

ないが，その他の上部温度，上部ひずみの傾向から同様累積AEヒット数上の都合で測定することができなかったため，示していCH2
コンクリート温度（上部）コンクリート温度（下部）BBFA0 の AE 法による測定結果と温度の関係

図－8

ンクリート温度が上昇した後に，温度が低下する過程であることが分かる。また，図－12 から図－15 において，

CH1
外気温
コンクリート温度（中部）分かる。このことから，コンクリート底面および鉄筋による拘束が影響していると考えられ，温度ひび割れが発生し易い状態であることが分かる。これらのことより，時間経過が 20～30 時間の間で発生した AE は潜在的かつ累積AEヒット数

よび中部のひずみに比べ，下部のひずみが小さいことが微細な温度ひび割れであると考えられる。

60180160140120100806040200504030201000

フライアッシュ混入による影響については，図－8 か20406080100120140160

経過時間（ｈ）

ら図－11 の温度変化において，フライアッシュによる温度上昇の抑制効果は確認できなかった。また，AE 法に

CH2
コンクリート温度（上部）コンクリート温度（下部）温度変化(℃）

コンクリート下部におけるひずみに着目すると，上部おBBFA20 の AE 法による測定結果と温度の関係

図－9

おいても，フライアッシュの効果を明確に判断することができるようなデータは得られなかった。しかし，図－CH1
外気温
コンクリート温度（中部）

9 から図－11 のフライアッシュを混入した供試体においない箇所で生じており，経過時間が 20～30 時間の間で発生した AE とは，発生メカニズムが異なると考えられる。これらの AE の発生が，フライアッシュを混入したことによる影響であるかの断言はできないが，BBFA0 に800700600500400300200100060504030201000はその発生傾向が見られないことから，フライアッシュ温度変化(℃）

ことが分かる。これらの AE については，温度変化が少累積AEヒット数て，脱型後の約 70 時間以降に，AE が急増する所がある

CH2コンクリート温度(上部）コンクリート温度（下部）20406080100120140160

経過時間（ｈ）

が何らかの影響を示している可能性がある。
また，目視による温度ひび割れを観察したところ，BBBBFA10 の AE 法による測定結果と温度の関係

図－10FA0 には 3 箇所，BBFA20 には 4 箇所，BBFA10 には 3CH1外気温
コンクリート温度（下部）できなかった。ひび割れについては，図－3 の壁供試体
いるひび割れで，壁供試体を貫通していると思われるものを温度ひび割れとして認識した。ここで，NFA20 には目視によるひび割れの確認ができなかったが，NFA20 でもコンクリート内部において他の 3 供試体と同様に微細なひび割れが発生し，それを AE 法によって検出するこ

累積AEヒット数

において，壁供試体の下端部付近から縦方向に発生して1400

601200501000

4080030600

2040010200000とができたと考えている。

-213-

20406080100120140160

経過時間（ｈ）

AE 法による測定の結果，4 つの供試体において同様に20～30 時間の間で AE が発生していることから，微細なCH2
コンクリート温度（中部）温度変化(℃）

箇所のひび割れが確認でき，NFA20 にはひび割れが確認

図－11

NFA20 の AE 法による測定結果と温度の関係

80706050403020
100

温度ひび割れを AE 法によって検出できる可能性が示さ

CH2ひずみ（中部）れたが，各配合での再現性なども含め，今後更なる検討300が必要である。

2001000-100ひずみ（10 －6 ）累積AEヒット数

CH1
ひずみ（上部）ひずみ（下部）

20406080

100 120 140 160（1）沈下ひび割れに関しては，フライアッシュによる認できたが，BBFA20 にはフライアッシュを混入してい経過時間（ｈ）ないものよりも，ひび割れ幅が大きくなるという結果にBBFA0 の AE 法による測定結果とひずみの関係

図－12

本研究の範囲で得られた結果を以下に示す。
ひび割れの抑制効果は，BBFA10 にはその抑制効果が確-20004. まとめなった。

CH1ひずみ（上部）
ひずみ（下部）

効果が，フライアッシュを混入した供試体全てにおいて

300

1000-100確認できた。
）

200－6180160140120100806040200フライアッシュを混入したことによる乾燥収縮の抑制

CH2ひずみ（中部）

ひずみ（10累積AEヒット数（2）乾燥収縮に関しては，測定２８日までの範囲で，20406080

温度ひび割れの発生を確認することはできたが，フライアッシュによるひび割れの抑制効果を評価するまでには至らなかった。しかし，フライアッシュを混入したコンクリートの AE の発生傾向は，フライアッシュ無混和-2000（3）温度ひび割れに関しては，AE 法によって潜在的な100 120 140 160の供試体と異なる可能性がある。

経過時間（ｈ）

BBFA20 の AE 法による測定結果とひずみの関係

図－13

謝辞

た。また，研究を遂行するにあたり，徳島大学の正木祐300
200
1000-100介氏の協力を受けたことを付記し，深く感謝の意を表す。
）

800
700
600
500
400
300
200
1000

に関する技術開発支援制度による助成を受けて実施しCH2
ひずみ(中部)－6CH1
ひずみ(上部)ひずみ(下部)

ひずみ（10累積AEヒット数

本研究は，（社）四国建設弘済会の 2009 年度建設事業

参考文献
1)

2040

クリートライブラリー126（資料編），pp.34-35，2007
2)

60 80 100 120 140 160
経過時間（ｈ）

渡辺健，橋本親典，水口裕之，上田隆雄：フライアッシュⅣ種混入コンクリートを用いた RC スラブ

BBFA10 の AE 法による測定結果とひずみの関係

図－14

コンクリート委員会：施工性能にもとづくコンクリートの配合設計・施工指針（案），コン-2000

土木学会の沈下ひび割れ特性に関する検討，土木学会論文集，
Vol.767，No.64，pp.131-141，2004

ひずみ（下部）

1200
1000

2008001006000400
200-1000

図－154)-20002040

大津政康：アコースティック・エミッションの特性と理論第 2 版，森北出版，p2，2005300）

ひずみ（中部）

3)－6CH2

ひずみ（10累積AEヒット数

1400

CH160 80 100 120 140 160
経過時間（ｈ）

NFA20 の AE 法による測定結果とひずみの関係-214-

源島良一，徳光義治，牧角龍憲：コンクリートの沈みひび割れに関する実験的研究，第 37 回土木学会
年次学術講演会講演概要集Ⅴ，pp.215-216，1982