技術研究報告第 45 号 2019.11

戸田建設株式会社

構真柱用コンクリートの初期材齢圧縮強度の推定に関する実験的研究
EXPERIMENTAL STUDY OF EARLY AGE COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE USINGTEMPORARY STEEL COLUMNS TO CAST-IN-PLACE CONCRETE PILE

右 田 周 平*1, 梅 本 宗 宏*1
Shuhei MIGITA and Munehiro UMEMOTO

In order to understand the compressive strength of concrete used for temporary steel columns to cast-in-place concrete piles at an early age, we used thecement manufactured by several manufacturers for Fc 42N/mm 2concrete and the compressive strength test was performed from 12 hours to 24 hours afterinitial placement. The results are summarized by the accumulated temperature (TOT), and it was found that the early age compressive strength and theaccumulated temperature have a uniform relationship regardless of the cement maker and the curing temperature. In addition, it is possible to estimate theinitial age compressive strength of concrete using the integrated temperature (TOT), and to estimate with sufficient accuracy using strength management bychanging the experimental constant.The method managing concrete strength using the accumulated temperature (TOT) was proposed.
Keywords : Compressive strength,Eearly age,Maturity,Strength estimation,Temporary steel column to cast-in-place concrete pile
圧縮強度，初期材齢，積算温度，強度推定，構真柱

1. はじめにについては，直接推定することは困難であり，養生温度による管近年の建設工事では，生産性向上の観点から，コンクリート工理が合理的である。コンクリート強度と養生温度の関係について事における施工速度の向上が求められており，コンクリートの打はこれまでに多くの研究がなされており，積算温度で概ね推定で込みからせき板の取外し，部材の取付け等の一連の工事を所定のきるとされている例えば 1～4)。そこで本研究では，構真柱に用いる普時間以内に行なうというタイムスケジュールが要求されること

通ポルトランドセメントを用いた設計基準強度 42N/mm2 のコンもある。その際，コンクリートの初期材齢圧縮強度が推定できれクリートについて，セメントメーカーや養生温度の違いを条件とば，脱型時期や必要な圧縮耐力を得るのに要する材齢の決定等でして，初期材齢の圧縮強度を測定し，更に，積算温度から架台の合理的な計画や管理ができる。コンクリート強度については，型取り外しに必要な圧縮強度の推定を試みた。本報では，その実験

枠脱型後であれば非破壊や微破壊による推定が可能であるが，脱結果と，初期材齢圧縮強度の推定方法，更に現場での強度管理方

型前や，例えば構真柱用コンクリートのような地中にある構造物法の提案について報告する。

表 1 各工場の使用材料
A 工場

B 工場

C 工場

D 工場

E 工場

普通ポルトランド
セメント A
密度：3.16 g/cm3

普通ポルトランド
セメント B
密度：3.16 g/cm3

普通ポルトランド
セメント C
密度：3.16 g/cm3

普通ポルトランド
セメント D
密度：3.16 g/cm3

普通ポルトランド
セメント E
密度：3.16 g/cm3

S1

君津産陸砂
表乾密度：2.61g/cm3

富津産陸砂
表乾密度：2.60g/cm3

君津産陸砂
表乾密度：2.60g/cm3

君津産陸砂
表乾密度：2.60g/cm3S2

佐野産砕砂
表乾密度：2.63 g/ cm3

八戸産砕砂
表乾密度：2.69 g/ cm3

吾川産砕砂
表乾密度：2.66 g/ cm3

混合砂
表乾密度：2.64g/cm3
富津産陸砂（55%）
津久見産砕砂（45%）

佐野産砕砂
表乾密度：2.67 g/ cm3

粗骨材

G

津久見産砕石
表乾密度：2.71 g/ cm3

八戸産砕石
表乾密度：2.69 g/ cm3

吾川産砕石
表乾密度：2.70 g/ cm3

美称産砕石
表乾密度：2.70 g/ cm3

峩朗産砕石
表乾密度：2.70 g/ cm3

混和剤

SP

高性能 AE 減水剤
標準形 A

高性能 AE 減水剤
標準形 A

高性能 AE 減水剤
標準形 A

高性能 AE 減水剤
標準形 B

高性能 AE 減水剤
標準形 A

工場名
セメント

S水W

細骨材

つくば市上水道水*1 戸田建設㈱技術開発センター 修士（工学）Research and Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

11-1

多数回繰り返し変形を受ける RC 造柱梁接合部の劣化

表 2 コンクリートの品質目標値および調合
品質目標
工場単位量（kg/m3）

W/Cs/a（％）

（％）

W

C

S1S2G1SP

呼び強度

スランプ

空気量

（N/mm2）

（cm）

（%）

A

46

23

2.5

42.0

49.6

175417

650

216

913

5.42

B

47

23

3.0

41.8

49.0

170

407

606

259

920

5.29

C

48

23

3.0

39.5

49.5

175

443

504

346

891

4.43

D

47

23

3.0

42.7

48.4

170

398

940

5.37

E

46

23

3.0

42.8

49.3

170398

566

924

5.77

24728〇〇861305

表 3 圧縮強度試験条件
養生

経過時間（h）
12141618

材齢(日)
20

標準
封かん養生

○○

○

○

簡易断熱養生（A 工場のみ）

○○

○

○*

○

○

試験方法

JASS 5T-603
JASS 5T-606*：10℃のみ

2. 実験概要

表 4 試験項目（フレッシュコンクリート）

2.1 実験の要因と水準
実験は冬期および標準期を想定し，コンクリートの練混ぜおよび養生を，10℃および 20℃の環境下の恒温室で実施した。各使用

試験項目

試験方法

スランプ

JIS A 1101

スランプフロー

材料については，環境温度と同じになるように温度調整して使用フロー時間（50cm/停止）した。また，セメントによるばらつきを想定し，製造者が異なる，5 種類の普通ポルトランドセメントを使用した。
2.2 コンクリートの使用材料および調合

JIS A 1150

空気量JIS A 1128

コンクリート温度JIS A 1156

表 1 に各工場の使用材料を，表 2 に各工場の品質目標値および調合を示す。コンクリートは設計基準強度 42N/mm2 相当とし，実際に各工場が出荷しているコンクリートと同様のものとするため，調合の他，骨材や化学混和剤等の使用材料も含め，各工場が取得した大臣認定に従うこととした。
2.3 試験項目
表 3 に圧縮強度試験条件を，表 4 にフレッシュコンクリートの試験項目を示す。圧縮強度試験については，標準養生，封かん養生，簡易断熱養生供試体それぞれについて，所定の材齢毎に圧縮強度試験を実施した。簡易断熱養生には，発泡スチロール製の養生箱を使用した。供試体端面の仕上げは硫黄キャッピングとしたが，強度が十分出ていると判断されたものについては研磨仕上げとした。フレッシュコンクリートについては，練上がり直後にスランプ，スランプフロー，空気量，コンクリート温度の測定を行った。なお，経過時間の基点は注水時刻とし，簡易断熱養生につい

図 1 簡易断熱養生の中心部温度履歴ては A 工場でのみ実施した。
2.4 試験結果

温度の履歴を図 1 に，材齢 24 時間までの初期材齢での圧縮強度

フレッシュコンクリートの試験結果および材齢 7 日，28 日の圧試験結果を図 2 に示す。フレッシュコンクリートの試験結果につ

縮強度試験結果を表 5 に，簡易断熱養生時の中心部コンクリート

いて，スランプは 22.0～23.5cm，空気量は 2.2～3.8%であり，と11-2

技術研究報告第 45 号 2019.11

戸田建設株式会社

表 5 フレッシュコンクリートの試験結果および圧縮強度試験結果
環境
温度

20℃

10℃

工場

スランプ
（cm）

スランプ

空気量

フロー（%）

コンクリート

圧縮強度

温度（N/mm2）

（℃）

7日

28 日

A

22.0

39.2

3.3

21

47.4

58.2

B

23.0

41.6

2.4

21

47.6

59.8

C

23.0

41.6

2.6

2150.8

64.0

D

23.0

40.6

3.7

2147.9

61.5

（cm）

E

22.5

40.4

3.0

21

50.3

63.5

A23.541.32.7

1450.0

64.9

B23.0

41.6

2.2

1348.6

63.6

C23.5

44.6

3.7

1248.862.3

D23.039.4

3.8

1248.963.2

E23.039.9

2.6

1151.565.6

図 2 初期材齢圧縮強度試験結果

もに目標値を満足する結果となった。また，練上がりのコンク度となった。環境温度 10℃では，材齢 12 時間で 0.2～0.5N/mm2

リート温度は，環境温度 20℃では 21℃，環境温度 10℃では 12℃程度，材齢 24 時間で 3～5N/mm2 程度となった。環境温度 20℃で程度となった。なお，環境温度 10℃において，A 工場，B 工場のは，材齢 12 時間から 24 時間まで，ほぼ直線的に強度が増加してコンクリート温度が若干高くなっている。これは，実験を 20℃かいるのに対し，環境温度 10℃では，材齢 20 時間までは強度の増ら 10℃という順番で行なったが，コンクリートミキサの温度が十加が小さく，材齢 20 時間以降に強度の増加が大きくなる傾向と分に冷える前に 10℃での実験を開始したためと考えられる。簡易なった。また，いずれの温度でも C，E 工場は比較的強度が高く，断熱養生時の中心部コンクリート温度履歴について，環境温度D 工場は強度が低くなる傾向となった。材齢 7 日，28 日の圧縮強20℃では，材齢 15 時間 30 分で最高温度 50.1℃に達した。また，度については，いずれの工場でも，材齢 7 日で 50N/mm2 程度，材環境温度 10℃では，材齢 18 時間で最高温度 32.7℃であった。

齢 28 日で 60N/mm2 程度であり，呼び強度と比較して十分な強度各工場の初期材齢での圧縮強度について，環境温度 20℃では，が発現していることが確認できた。また，初期材齢での結果と異

材齢 12 時間で 2～3N/mm2 程度，材齢 24 時間で 10～14N/mm2 程11-3

多数回繰り返し変形を受ける RC 造柱梁接合部の劣化

y = 2 10−5  x 2 + 0.0258  x − 4.405

なり，環境温度 10℃の方が，環境温度 20℃よりも圧縮強度が高くなる傾向となった。

3. 初期材齢圧縮強度の推定
3.1 積算温度（TOT）の検討
コンクリートの圧縮強度について，積算温度から概ね推定できることが知られていが，特に笠井は，材齢 3～5 時間での極初期

R2=0.92における圧縮強度も含め，積算温度（TOT）を用いることで推定できるとしている 1)。そこで，算温度（TOT）と圧縮強度の関係について検討を行った。積算温度（TOT）は，注水からの経過時間（T）と仮想養生温度（OT）の積であり，以下の式（1）により表される。

T O T = T  (t +  )(1)
図 3 圧縮強度と積算温度（TOT）の関係

ここに，

f C = a T OT

T：注水からの経過時間（h）

n(4)t：コンクリートの平均養生温度（℃）

α：養生温度の仮想原点で，以下の式（2）による。

a，n：使用材料毎に異なる実験定数であり，普通ポルトランド
セメントを使用した場合，笠井は以下のように定めている。

 = t − 20 / m(2)TOT≦265 の場合，a=2.439×10-6，n=2.729
265＜TOT≦720 の場合，a=1.254×10-3，n=1.611

m：養生温度によって定まる定数で，以下による。

720＜TOT≦1440 の場合，a=6.960×10-2，n=1.0000℃＜t＜20℃の場合，m=520℃≦t≦40℃の場合，m=2式（3）において，材齢 3 日での圧縮強度試験結果が必要であるが，本実験では実施していない。そこで，既往の実験結果 5)を各工場の材齢 24 時間までの初期材齢における圧縮強度と積算

参考に，養生温度 20℃における材齢 7 日に対する材齢 3 日の圧縮温度の関係を図 3 に示す。なお，養生温度については，環境温度強度の割合を 0.66 と仮定し，環境温度 20℃における各工場の材齢または簡易断熱養生での中心部コンクリート温度とした。各工場

7 日での圧縮強度の平均値 48.8N/mm2 から，
F1440＝32.2N/mm2 と定の圧縮強度と近似式を比較すると，寄与率は 0.92 と高い相関があめて初期圧縮強度の推定を行なった。

る。また，工場毎の標準偏差は 0.5～1.0N/mm2 程度であり，セメ各工場での初期圧縮強度試験結果と推定式の比較を図 4 に示す。

ントのばらつきや養生温度に関わらず，初期材齢圧縮強度と積算

本実験結果において，いずれの工場でも，250TOT 程度までは，推温度（TOT）には一様な関係にあることが確認できた。

定式の方が若干強度が高くなる傾向にあるものの，試験結果と良3.2 積算温度（TOT）を用いた推定式

く合っている。しかしながら，250TOT を超えてからは，試験結果積算温度（TOT）を用いた初期材齢での圧縮強度推定式についと推定式に乖離が生じ始め，試験結果と比較して，推定式は強度て，笠井は材齢 3 日での圧縮強度を基準として，以下の式（3）1)

が低くなる傾向となった。これは，昭和 40 年代の実験結果からを提案している。

定めた推定式を使用しているが，本実験では，当時使用していたAE 減水剤ではなく，高性能 AE 減水剤を使用したことや，その添

FC = 0.01  f C  F1440

加量が異なることが原因と考えられる。そこで，TOT≦720 の範囲(3)における実験定数 a，n について，現場での管理のため，圧縮強度試験結果と，出来るだけ安全側で合うように，以下のように修正

ここに，し，再度比較を行った。

FC：コンクリートの初期圧縮強度（N/mm2）
F1440：1440TOT（20℃養生，材齢 3 日に相当）におけTOT≦265 の場合，a=3.105×10-9，n=3.842

る圧縮強度（N/mm2）

265＜TOT≦720 の場合，a=6.210×10-5，n=2.149

fC：初期圧縮強度百分率（%）であり，以下の式（4）による。

11-4

技術研究報告第 45 号 2019.11

戸田建設株式会社

図 4 若材齢圧縮強度試験結果と推定式の比較

R2=0.81R2=0.89R2=0.59

R2=0.96R2=0.56

R2=0.83

図 5 若材齢圧縮強度試験結果と修正推定式の比較

若材齢圧縮強度試験結果と，実験定数を修正した修正推定式と以下と低いが，他工場は 0.8 以上となった。また，各工場の圧縮の比較を図 5 に示す。推定式が安全側となるように実験定数を修強度と推定式の差は最大でも 3N/mm2 程度，標準偏差は 0.5～正しているため，比較的強度が高い C・E 工場は，寄与率が 0.6

2.2N/mm2 程度で，概ね試験結果と合っている。以上のことから，
11-5

多数回繰り返し変形を受ける RC 造柱梁接合部の劣化現場管理において，同様の材料，調合であれば，一つの推定式で初期材齢圧縮強度を概ね評価できると考えられる。

4. 強度管理方法の提案および管理結果
当社施工の建築工事現場にて，構真柱用コンクリートの強度について，積算温度（TOT）による管理を行なった。本工事において，コンクリートに建込んだ構真柱の架台の取外すには，コンクリートの圧縮強度が 5N/mm2，積算温度で 357TOT が必要であった。
そこで，構真柱先端に熱電対を取付け，コンクリート断面中心部の温度を測定し，積算温度から架台取外し時間を決めることとした。図 7 にコンクリート断面中心部の温度履歴および積算温度の一例を示す。また，表 7 に，その時に採取したコンクリート供試体（20℃封かん養生）の初期材齢圧縮強度試験結果，積算温度，圧縮強度の推定値を示す。杭断面中心部の積算温度は，コンク

図 7 コンクリート中心部温度履歴および積算温度

リート打込み翌日の午前 9 時の時点（材齢約 16 時間）で 540TOT

表 7 初期材齢コンクリート圧縮強度を超えており，架台を取り外しても問題無いことが確認された。

圧縮強度（N/mm2）

材齢

積算温度

また，コンクリート供試体の圧縮強度は，材齢 16 時間（320TOT）

（h）

O

（T T）

推定値

試験結果

で 5.6N/mm2，材齢 20 時間（400TOT）で 8.0N/mm2 と，推定値と16320

4.25.6同等の強度が発現しており，コンクリートの初期材齢圧縮強度に20400

7.88.023460

10.510.2

ついて，積算温度を用いることで十分管理できることが確認できた。
2)

強度発現に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文報

5. まとめ告集，p1-6，355 号，1985.9

構真柱に用いる Fc42N/mm2 のコンクリートを対象とした，若材
齢圧縮強度に関する本実験により得られた知見を以下に示す。
(1)3)

1986.9に，環境温度 10℃では，材齢 18 時間で，最高温度 32.7℃で4)進性状，セメントコンクリート論文集，p360-365，No.44，

若材齢での圧縮強度について，環境温度 20℃では，材齢 1219905)する実験的研究（その 4 膨張剤と収縮低減剤を併用したコ

0.5N/mm2 程度，材齢 24 時間で 3～5N/mm2 程度となった。

ンクリートの膨張特性に及ぼす環境温度の影響），日本建築

若材齢での圧縮強度について，セメントのばらつきや養生学会学術講演梗概集 p839-840，2018.9が確認できた。
笠井が提案した推定式について，250TOT 以降は実験結果と合っていないが，これは化学混和剤の種類やその添加量が異なるためと考えられる。
(5)

実験定数を修正することによって，積算温度（TOT）を用いることで，養生温度等に依らず，若材齢圧縮強度を評価できる。

(6)

積算温度（TOT）を用いて，養生温度からコンクリートの圧縮強度を管理する手法を提案した。

参考文献1)

長井智哉他：コンクリートの乾燥収縮ひずみ制御方法に関となった。また，環境温度 10℃では，材齢 12 時間で 0.2～温度に関わらず，積算温度（TOT）と一様の関係を示すこと(4)

鎌田英治他：各種セメントを用いたコンクリートの強度増あった。
時間で 2～3N/mm2 程度，材齢 24 時間で 10～14N/mm2 程度(3)洪悦郎他：ロジスティック曲線を応用したコンクリート強度推定式の提案：日本建築学会構造系論文集，p1-7，367 号，

簡易断熱養生した際の中心部コンクリート温度について，環境温度 20℃では，材齢 15 時間 30 分で，最高温度 50.1℃(2)

金武漢他：モルタルおよびコンクリートの積算温度と圧縮

笠井芳夫：コンクリートの初期圧縮強度推定方法，日本建築学会論文報告集，p1-10，141 号，1967.11

11-6