技術研究報告第 44 号

2018.11

戸田建設株式会社

高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの低温環境下でのフレッシュ性状と強度に関する実験的検討
THE EXPERIMENTAL STUDY ON FRESH PROPERTIES AND COMPRESSIVE STRENGTH OF THE
GROUND GRANULATED BLAST FURNACE SLAG HIGH CONTAINING CONCRETE
IN LOW-TEMPERATURE CONDITION
大橋 英紀*1・土師 康一*2・田中 徹*1・椎名 貴快*3
Hideki OHASHI, Kouichi HAZE, Tooru TANAKA, Takayoshi SHIINA
The ground granulated blast furnace slag 70% containing concrete substituted for ordinary portland cement or high-earlystrength cement was used in this paper. It was revealed that fresh properties and compressive strength under low-temperature
condition assumed by winter in several laboratory test contained breeding test and setting test.
The following results were obtained in this study.
1. In case of using ordinary portland cement, setting time was delayed under 5℃ condition compared with 20℃ and 35℃conditions.
2. In case of using high-early strength cement, breeding decreased compared with using ordinary Portland cement.
3. High-early strength cement should be substituted by ordinary portland cement to enhance initial strength and to improve
bleeding and setting characteristics under low-temperature condition.
4. Insulated curing keeping nearly 20℃ is important for the shortening of concrete placing and finishing.
Keywords : blast furnace cement c type, ground granulated blast furnace slag, low-temperature condition, breeding, setting
高炉セメント C 種，高炉スラグ微粉末，低温環境，ブリーディング，凝結

そこで，本稿では高炉スラグ微粉末でポルトランドセメントを 70%置換（高炉セメント C 種相当）した高炉スラグ微粉末高含有コンクリートを用いて，冬期施工を模擬した 5℃の低温環境下で室内実験を実施し，凝結やブリーディングといったフレッシュ特性および圧縮強度発現への影響を確認した実験結果について報告する．

1. はじめに平成 28 年に閣議決定された「地球温暖化対策計画」
1)によると，我が国は 2030 年度までに 2013 年度比で26.0%の温室効果ガスの削減を目標としている．こうした社会情勢の中，建設業界においても他産業と同様に二酸化炭素をはじめとする温室効果ガスの削減が求められている．その取組みの一環として，普通ポルトランドセメントの代替材料として，鉄鋼製造時の副産物である高炉スラグ微粉末や石炭火力発電の際に発生するフライアッシュ等を用いたコンクリー
トが注目されている．
筆者らは，高炉スラグ微粉末は CO2 排出原単位が少ないことに着目し，国立研究開発法人土木研究所が主催した「低炭素型セメント結合材の利用技術に関する研究」（2011～2015）2)に参画し，セメント質量の 70%以上（最大 90%）を高炉スラグ微粉末（写真1）で置き換えた高炉スラグ微粉末高含有コンクリー
ト 3)を実用化し，施工現場への展開を進めている．
一般に，高炉スラグ微粉末を使用したコンクリー
トは，同程度の強度を有する普通ポルトランドセメ
ントを使用したコンクリートと比較して，①水和熱による温度上昇を抑制し，②アルカリシリカ反応が抑制され，③水密性および塩化物イオンの浸透抵抗性に優れ，④長期強度が大きいとされる 4)，5)．しかしながら，低温環境下では凝結の遅延やブリーディングの増加，初期の強度発現が小さいことが，施工時の課題となることが多い．

写真-1

高炉スラグ微粉末

2. 室内試験
2.1 使用材料
表-1 から表-3 に使用材料を示す．本試験では，3 か所のレディーミクストコンクリート工場（A，B，C）
で使用されている骨材を用いて各々試験を行った．
セメントは，普通ポルトランドセメント（OPC）または早強ポルトランドセメント（HPC）を使用した．
高炉スラグ微粉末は，JIS A 6206 に準拠した高炉スラグ微粉末 4000 とし，プラント A および B では無水せっこう，プラント C では二水せっこうをそれぞれ三酸化硫黄（SO3）換算で質量比 2.0%（JIS A 6206：4.0%以下）添加した製品を用いた．なお，せっこうを*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.

*2

戸田建設㈱土木工事技術部

修士（工学）

Civil Engineering Dept., TODA CORPORATION, M.Eng.

*3

西松建設㈱技術研究所

修士（工学）

Technical Research Institute, NISHIMATSU CONSTRUCTION Co., Ltd, M.Eng.

11-1

高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの低温環境下でのフレッシュ性状と強度に関する実験的検討

添加した理由は，スラグの初期反応の促進や初期強度の確保のためである．化学混和剤は，JIS A 6204 に適合したポリカルボン酸系化合物リグニンスルホン酸塩を主成分とした高性能 AE 減水剤を使用した．
なお，高性能 AE 減水剤は 5℃および 20℃環境下では標準形，35℃環境下では遅延形を使用した．練混
ぜ水はすべて上水道水である．

を加えて 90 秒間練混ぜた後，5 分間静置し，排出した．
本試験におけるフレッシュコンクリートの性状は，目標スランプを 21.0±2.0cm，目標空気量を 4.5±1.5%に統一した．
表-1 使用材料（プラント A）
材 料 名
結合材

普ポルトランドセメント

細骨材

通密度(g/cm3)

OPC

3.16

早 強
無水せっこう（2.0%添加）
陸 砂 (70%)

HPC

3.14

BF

2.89

S12.58 (表乾)石灰砕砂 (30%)

S22.69 (表乾)

砕石 2005

G2.69 (表乾)高炉スラグ
微粉末 4000

骨材

2.2 試験方法および配合
表-4 に試験項目を示す．本試験では温度条件として低温環境を想定し，打込み時のコンクリート最低温度である 5℃6)を設定した．フレッシュ性状はスランプ，空気量，コンクリート温度測定，凝結時間，ブリーディングの各試験を行った．なお，スランプ，空気量，コンクリート温度測定については，練上がり直後（0 分）および経時変化（注水完了からの経過時間30，60，90 分）について測定した．また比較のため，20℃と 35℃環境下でも同様の試験を行い，環境温度によるフレッシュ性状および硬化性状への影響も検討した．圧縮強度の確認は標準水中養生および封緘養生の 2 種類で行い，試験材齢は 3，7，14，28，91日とした．
本試験では，フレッシュ性状はプラント B，C について，強度発現はプラント A について考察する．
表-5 に試験で用いたコンクリートの配合を示す．
水結合材比（W/B）は，単位粗骨材かさ容積を固定して，プラント A では 50%と 45%，プラント B およびC では 45%と 32%の各 2 水準とした．細骨材率（s/a）
は 42.0～48.5%の範囲で調整した．
コンクリートの練混ぜは容量 55L の強制練り二軸ミキサを使用し，1 バッチ当たり 30L を練混ぜた．練混ぜ方法は，W/B=50%および 45%の場合，セメント，骨材，高炉スラグ微粉末を 10 秒間空練りした後，混和剤および練り混ぜ水を加えて 90 秒間練り混ぜ，排出した．W/B=32%の場合は細骨材，高炉スラグ微粉末およびセメントを 10 秒間空練りし，混和剤および練混ぜ水を加えて 60 秒間練混ぜた．その後，粗骨材

記号

粗骨材

表-2 使用材料（プラント B）
材 料 名
結合材
骨材

普 通
早 強
無水せっこう
（2.0%添加）山 砂(70%)
石灰砕砂 (30%)
砕石 2005

ポルトランドセメント
高炉スラグ
微粉末 4000
細骨材
（混合砂）
粗骨材

記号

密度(g/cm3)

OPC
HPC

3.16
3.14

BF

2.89

S

2.61 (表乾)G

2.70 (表乾)表-3 使用材料（プラント C）
材 料 名
結合材

普ポルトランド
セメント

骨材

高炉スラグ
微粉末 4000
細骨材
（混合砂）
粗骨材

通記号

密度(g/cm3)

OPC

3.16

早 強二水せっこう（2.0%添加）山 砂(60%)
石灰砕砂 (40%)
砕石 2005 (70%)

HPC

3.14

BF

2.87

S2.62 (表乾)G12.69 (表乾)

砕石 2005 (30%)

G22.69 (表乾)表-4 試験項目
分類試験項目

試験方法

備

スランプ

JIS A 1101

21±2.0cm

空気量JIS A 1128

4.5±1.5%

フレッシュ
コンクリート温度測定 JIS A 1156
性状
JIS A 1147
凝結時間
ブリーディング

JIS A 1123

圧縮強度

JIS A 1108

硬化性状

考
経時変化
0, 30, 60
90 分

材齢 3, 7, 14, 28, 91 日

表-5 コンクリート配合表
セメント種類
配合名

プラント
OPC
○

AO-50%
AH-50%HPC○A

単 位 量 (kg/m3)

混和剤添加率(B×%)

W/B(%)

s/a(%)

WC

BF

S1

S25℃

20℃

35℃

5048.016398

228

591

264

955

1.00

―

―

5048.0

163

98

228

591

264

955

1.00

――

569

254

B

S

G
G1G2

AO-45%○4547.0

163

109

254

955

1.00

―

―

BO-45%○4548.5

170

113

264

836

915

1.10

1.10

1.15

○32

43.0

175

164

383

671

915

1.10

1.00

1.00

BO-32%
B
BH-45%○4548.5

170

113

264

836

915

1.15―

―

BH-32%

○32

43.0

175

164

383

671

915

1.10―

―

CO-45%○4547.5

170

113

264

821

650

278

1.10

1.00

1.05

CO-32%○3242.0

175

164

383

658

650

278

1.00

0.90

0.90

C
CH-45%○4547.5

170113264821

650

278

1.15―

―

CH-32%○3242.0175164383658

650

2781.00――11-2

技術研究報告第 44 号

2018.11

戸田建設株式会社

表-6 フレッシュ性状結果（5℃，練上がり直後）
プラント

配合名

BO-45%
B

BO-32%
BH-45%
BH-32%
CO-45%

C

CO-32%
CH-45%
CH-32%

セメント
種類

コンクリート
温度(℃)
―

スランプ
(cm)
21±2.0空気量(%)
4.5±1.5

21.0

3.7

922.0

3.5

10

22.0

4.8

919.0

4.5

11

OPC

HPC

OPC

HPC

22.0

4.18

22.5

4.6

8

23.0

4.5

7

22.5

4.98

図-1 フレッシュ性状の経時変化（プラント B,5℃）

3. 試験結果および考察
3.1 セメント種類による比較
5℃の低温環境下で，セメントの種類として普通ポルトランドセメント（OPC）および早強ポルトランドセメント（HPC）を使用した場合のフレッシュ性状を確認した．W/B は 45%と 32%とし，プラント B およびプラント C の材料を用いて全 8 配合の試験を行った．
表-6 に各ケースでの練上がり直後（0 分）のフレッシュコンクリート試験の結果を示す．すべてのケースでスランプおよび空気量とも所定の目標値を満足した．なお，環境温度に対してコンクリート温度がやや高いが，これは実際のレディーミクストコンクリート工場から冬期に出荷されるコンクリートの練上がり温度が 9℃前後に設定されていることを考慮したためである．
図-1 および図-2 に，プラント B および C でのスランプと空気量の経時変化量を示す．試験の結果，すべてのケースにおいて，注水完了から 90 分までのフレッシュ性状は所定の目標値を満足する結果であった．ただし，プラント B はプラント C に比べて，注水完了から 30 分以降でのスランプが全体的にやや大きく変化している．特に，セメント種類が早強ポルトランドセメントの場合，普通ポルトランドセメントでの変化量を上回る傾向が見られた．プラント B お
よび C の配合は概ね等しく，使用材料のうち，セメントや水，化学混和剤は同一製品を使用している．化
学混和剤の使用量はプラントや配合によらずほぼ同量であり，混和剤によるフレッシュ性状への影響は小さいと考えられる．このため，プラント B でスランプがやや大きな経時変化を生じた理由として，高炉スラグ微粉末の品質，特にせっこうの化学組成の違い（無水せっこう，二水せっこう）による影響が考えられるが明確ではない．一方で，空気量の経時変化については，プラント B および C ともに大きな変化は確認されず，比較的安定していた．
図-3 に凝結試験結果を示す．凝結の始発・終結時
間は，プラント B および C ともに，早強ポルトランドセメントを用いた方が普通ポルトランドセメント
よりも早く，始発で約 2～4 時間，終結で約 3.5～7 時間短くなった．W/B によらず化学混和剤の添加量は同等であり，フレッシュ性状への影響は小さいと考えられる．低温環境下で高炉スラグ微粉末高含有コ

図-2 フレッシュ性状の経時変化（プラント C，5℃）

図-3 凝結試験結果（5℃）

図-4 ブリーディング試験結果（5℃）

11-3高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの低温環境下でのフレッシュ性状と強度に関する実験的検討

ンクリートを施工する場合，セメントの種類は凝結特性に大きく影響し，凝結時間の短縮には早強ポルトランドセメントの使用が有効であった．
図-4 にブリーディング試験の結果を示す．早強ポルトランドセメントを使用した場合，普通ポルトランドセメントと比較してブリーディング量が減少する傾向となった．また W/B が大きいほど，ブリーディング量が増加し，ブリーディングの始発時間は 2 時間ほど早くなった．一般にブリーディングは使用材料や配合条件等によって異なり， 「建築工事標準仕様書 JASS5 鉄筋コンクリート工事 7)」の水密コンク
リートで 0.3cm3/cm2 以下との規定がある．今回はすべての配合で同規定を満足する結果となった．
3.2 環境温度による比較
環境温度を 5℃，20℃，35℃とした時のフレッシュ性状とその経時変化を確認した．セメントは普通ポルトランドセメント（OPC），W/B は 45%と 32%で，プラント B および C の材料を用いて全 12 配合の試験を行った．
表-7 に各ケースでの練上がり直後（0 分）のフレッシュ性状試験の結果を示す．練上がり直後のフレッシュ性状は，すべてのケースで所定の目標値を満足した．
図-5 および図-6 にスランプと空気量の経時変化量を示す．試験の結果，環境温度 5℃，20℃および 35℃のすべて温度条件で，注水完了から 90 分までのフレッシュ性状は，所定の目標値を満足する結果を得られた．
図-7 および図-8 に凝結試験の結果を示す．プラン
ト B および C ともに W/B が 45%と 32%で凝結時間に差はあるものの，おおよその共通した傾向として5℃環境下では凝結の始発が 18 時間以降に，終結が31 時間以降で極めて遅くなった．一方で，20℃以上

表-7 フレッシュ性状結果（5,20,35℃）
プラント

配合名

BO-45%
BO-32%
B

BO-45%
BO-32%
BO-45%
BO-32%
CO-45%
CO-32%

C

CO-45%
CO-32%
CO-45%
CO-32%

環境
温度(℃)
5203552035スランプ(cm)
21±2.0空気量(%)
4.5±1.5

コンクリート
温度(℃)
―21.0

3.79

22.0

3.5

1022.54.7

2321.04.5

2222.5

4.7

32

22.5

4.9

3222.0

4.18

22.5

4.68

22.5

5.5

2222.55.5

2222.04.83122.55.632

図-5 スランプ試験結果
図-7 凝結試験結果(W/B=45%)

図-6 空気量試験結果

図-8 凝結試験結果(W/B=32%)

11-4

技術研究報告第 44 号

2018.11

戸田建設株式会社

図-11

材齢と圧縮強度の関係(5℃)

図-12

材齢と圧縮強度の関係(20℃)

図-9 ブリーディング試験結果(W/B=45%)

図-10

ブリーディング試験結果(W/B=32%)の環境温度では凝結始発が 7 時間程度，終結が 12 時間程度であった．この結果，低温環境下で普通ポルト
ランドセメントを用いた場合，凝結の始発時間が打込み完了後から半日以上を要するため，施工時の仕上げ作業時間に大きな影響を及ぼす可能性が認められた．
図-9，図-10 にブリーディング試験の結果を示す．
ブリーディング量は，W/B=45%で 0.06～0.11cm3/cm2程度，W/B=32%で 0.02～0.06cm3/cm2 程度で，W/B が大きいほどブリーディング量は多く，また温度が低いほどブリーディングの終結までに時間を要する結果となった．このような傾向は一般の普通コンクリートと同様であるが，特に 5℃環境下では，高炉スラグ微粉末の置換率が 70%と高いため，凝結硬化反応が 20℃や 35℃に比して大きく遅延したことも大きく影響していると考える．また，35℃の場合，ブリーディング量がやや多くなる傾向が見られたが，これは遅延形の混和剤を用いたことによる凝結遅延の影響であると推察される．
3.3 圧縮強度試験結果
高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの圧縮強度発現に対する環境温度（5℃，20℃）や養生方法（封緘養生，標準水中養生）の違いによる影響について確

11-5

図-13

積算温度と圧縮強度の関係(OPC,W/B=50%)

図-14

積算温度と圧縮強度の関係(HPC,W/B=50%)

図-15

積算温度と圧縮強度の関係(OPC,W/B=45%)

高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの低温環境下でのフレッシュ性状と強度に関する実験的検討

認した．セメントは普通ポルトランドセメント（OPC）と早強ポルトランドセメント（HPC）を使用し，W/B50%および 45%では，プラント A の材料を用いた．
図-11 および図-12 に材齢と圧縮強度の関係を示す．
5℃の時に同一配合で標準水中養生と封緘養生を比較した場合，材齢 7 日までの強度に優位な差は見られないが，28 日以降の長期強度は（45%配合を除いて）標準水中養生の方が増加する傾向が認められた．
また 20℃の場合，封緘養生と比較して，標準水中養生の方が強度発現は大きくなり，全体として環境温度が高いほど各材齢での強度は大きい傾向であった．
図-13，図-14 および図-15 に，標準水中養生と封緘養生を行った場合の圧縮強度と積算温度との関係を示す．環境温度に関わらず，いずれの場合も一般の普通コンクリートと同様に圧縮強度は対数軸上で概ね直線的に増加する傾向となった．また，養生方法にかかわらず，20℃の方が 5℃よりも圧縮強度は増加する傾向となった．
以上より，打込み後の温度や水分供給の条件が，強度の発現に大きく影響しており，特に低温条件での施工においては，養生温度をできるだけ高くすることが長期強度の発現に有効であると考えられる．

(4) ブリーディングの発生開始時間は，環境温度 5℃の場合，20℃や 35℃に比べて遅くなる傾向がみられた．これは凝結試験の結果とも一致した．
(5) 圧縮強度は，一般の普通コンクリートと同様に，養生温度が高いほど上昇し，積算温度との関係で整理することができた．
(6) 5℃環境下での強度発現は，初期材齢よりも長期材齢の方が水分供給による養生の効果が現れた．
以上の結果より，低温環境下で高炉スラグ微粉末
高含有コンクリートを施工する場合，本試験の範囲内において，早強ポルトランドセメントを使用した方が凝結やブリーディングの性状を改善し，施工に有利であると考える．また初期の養生温度をできるだけ常温（20℃）に近づけることで，コンクリート打込み面の仕上げに至る時間を大幅に短くできるため，低温環境下での施工においては養生方法に配慮が必要である．
本研究は，（国研）土木研究所が主催した共同研究「低炭素型セメント結合材の利用技術に関する研究」（2011～2015 年）での成果を発展させたものである．
参考文献

4. まとめ本研究では，普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントの 70%を高炉スラグ微粉末4000 で置換した高炉スラグ微粉末高含有コンクリー
トについて，5℃の低温環境下での施工を模擬した室内試験を行い，その性状について確認した．
本試験で得られた結果を以下に示す．
(1) 早強ポルトランドセメントを用いた場合，普通ポルトランドセメントを用いた場合に比べて，凝結の始発および終結時間が短くなり，凝結特性に改善が見られた．
(2) 普通ポルトランドセメントを用いた場合，凝結特性は環境温度に大きく左右され，特に 5℃では始発および終結時間ともに 20℃や 35℃に比べて大きく遅延した．
(3) 早強ポルトランドセメントを用いた場合，ブリーディング量が普通ポルトランドセメントを用いた場合に比べて減少した．なお W/B が大きいほど，ブリーディング量は増大し，ブリーディングの発生開始時間も早くなった．

1)

環境省：地球温暖化対策計画，2016.5

2)(国研)土木研究所・戸田建設(株)・西松建設(株)：共同研究報告書471号，475号

低炭素型セメント結合材の利用技術に関する共同研究報告書，2016.1
3)

椎名貴快，田中徹，小池晶子，中村英佑：暑中環境下での高炉スラグ微粉末高含有コンクリートの基本特性と施工品質評価，コンクリート工学年次論文集，
Vol.39，pp.157～162，20174)

土木学会：コンクリートライブラリー86「高炉スラグ微粉末を用いたコンクリートの施工指針」，1996.6

5)

伊代田岳史：高炉スラグ微粉末を大量使用したコンク
リート，コンクリート工学，52巻，4号，20146)

土木学会：2012年制定コンクリート標準示方書[施工編]，2013.3

7)

日本建築学会：建築工事標準仕様書・同解説JASS5「鉄筋コンクリート工事」，2015.7

11-6