技術研究報告第 48 号

2022.11

戸田建設株式会社

Fc150N/mm2 級超高強度コンクリートを用いた
CFT 柱の落し込み工法に関する実験的研究
EXPERIMENTAL STUDY ON DROP METHOD OF CFT COLUMNS USING Fc150N/mm2 CLASSULTRA-HIGH-STRENGTH CONCRETET

右 田 周 平*1, 端 直 人*2, 梅 本 宗 宏*1, 久 須 美 真 悟*1
Shuhei MIGITA, Naoto HASHI, Munehiro UMEMOTO and Shingo KUSUMI
We have confirmed the construction method for CFT columns using ultra-high-strength concrete exceeding Fc100 N/mm2 in full-scale construction
experiments. Construction experiments were also conducted using the press-in method and, in some cases, the drop-in method, but the drop-in methodtended to reduce the filling performance of the lower part of the diaphragm. Therefore, to ensure top filling performance of CFT columns using ultra-highstrength concrete of Fc150N/mm2 class even with the drop-in method, we conducted component experiments using small test specimens and CFT mock-up
columns. The results confirmed that the diameter of the hose attached to the concrete bucket and the speed of launching have a significant effect on the fillingrate at the bottom of the diaphragm. Furthermore, the filling performance was confirmed through full-scale construction experiments, and a drop-in method
for CFT columns using Fc150N/mm2 class ultra-high-strength concrete was established.
Keywords : Concrete filled Steel tube Columns, Ultra-high-strength Concrete, Drop method, Filling ratio under Diaphragm, Placing speed
CFT 柱，超高強度コンクリート，落し込み工法，ダイアフラム下充填率，打上がり速度

1. はじめにコンクリート充填鋼管構造（以下 CFT 造）は，その優れた剛性・認するために，モルタルを使用した小型実験を実施した．図 1 に試耐力・変形性能・耐火性能から，多くの大規模建築物で採用されて験体図を示す．小型試験体はφ150mm×高さ 300mm の円柱試験体

おり，近年，充填コンクリートの高強度化例えば 1)が進んでいる．筆者

を使用し，上部にダイアフラムを模擬したアクリル製の板を取り付らも，設計基準強度（以下 Fc）100N/mm2 を超える超高強度コンクけた．モルタルは試験体上部から漏斗で打込み，ダイアフラムに達リート CFT 造柱の実用化を目的に，実大施工実験を通して施工法した後に，φ40mm の棒状バイブレーターで振動を与え，気泡の動を確認し，Fc150N/mm2 級の超高強度コンクリートを使用した CFTきをビデオ撮影し観察した．なお，使用したモルタルは，後述する

1)~3)している．

管理強度 157N/mm2 の超高強度コンクリートから，粗骨材を抜いて造柱の圧入工法についても実大施工実験結果を報告

これらの実験では，落し込み工法による実験も一部で実施しているモルタルとしたものである．

が，充填コンクリートの強度性状は問題ないものの，ダイアフラム2.2 実験結果

下部の充填率は，圧入工法に比べ落し込み工法が低い結果となってモルタルはパドル型モルタルミキサを使用し，粉体および細骨材おり，コンクリートの粘性が高くなると充填性が低下する可能性がを投入し空練りをした後，練り混ぜ水および混和剤を投入し，6 分考えられた．
本研究では，Fc150N/mm2 級超高強度コンクリートを使用した
CFT 柱の落し込み工法について，充填性に与える影響を確認し，ダイアフラム下部充填率を確保できる施工方法を検討するため，モルタルを使用した小型実験や模擬試験体による要素実験により充填率を確認し，実大施工実験によって施工法の妥当性を確認した．本報では，一連の実験結果について報告する．

2. モルタル実験
2.1 実験概要
Fc150N/mm2 超高強度コンクリートを用いた CFT 柱について，落し込み工法による充填性能やダイアフラム下部の気泡の動きを確

図 1 試験体概要図*1 戸田建設㈱技術研究所 修士（工学）Research and Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*2 戸田建設㈱技術研究所 博士（工学）Research and Development Center, TODA CORPORATION, Dr.Eng.

*3 国立研究開発法人建築研究所 博士（工学）

Building Research Institute, Dr.Eng.

多数回繰り返し変形を受ける RC 造柱梁接合部の劣化

攪拌，5 分静置，1 分再攪拌して製造した．0 打フロー（JIS R 5201

3. 要素実験Ⅰに準拠し，フローコーンを持ち上げた直後のフロー値）は，255mm

3.1 実験概要～275mm であった．図 2 にモルタルの打上がりおよび気泡の状況

具体的な充填率改善方法を検討するために，図 4 に示すような，を示す．モルタルは，まず始めに打設孔周辺部がダイアフラムに達柱の 1/4 部分を模擬した試験体による要素実験Ⅰを実施した．使用

し，その後，気泡は外縁部に向かって移動し，空気抜き孔から上昇したコンクリートについて，
表1 に使用材料を，表 2 に調合を示す．

していく動きが確認された．また，図 3 に示すように，バイブレー

コンクリートは管理強度 157N/mm2 の超高強度コンクリートを使用

ターによる振動を与えることで，空気抜き孔から気泡が抜けていくした．セメントはシリカフュームプレミックスセメントとし，強度5)にある通り，スランプ 21cm のコンクリーや流動性の改善を目的に，混和材として半顆粒状シリカフュームをトを使用した CFT 柱の落し込み工法において，バイブレーターの5%内割で添加した．コンクリートの水結合材比（W/B）は 13.1%と使用はコンクリートの充填性向上に効果的であるが，スランプフし，目標スランプフローは 65±10cm，目標空気量は 2.0±1.5%としロー管理のコンクリートにおいても，充填性向上に寄与することがた．収縮低減剤は練り混ぜ水の一部として計量した．なお，以降の分かった．

実験でも同様のコンクリートを使用している．試験体のコンクリー様子が確認された．
既報

ト打設孔はφ325mm 相当とし，空気抜き孔の径はφ40mm とした．
コンクリートの充填には 0.3m3 のバケットを使用し，底部には，試験体サイズを考慮し，φ100mm のホースを取り付けた．表 3 に実験条件を示す．空気抜き孔の個数やバイブレーター使用の有無を要因
表 1 使用材料

図 2 モルタル打上がりおよび気泡の状況

セメント

シリカフュームプレミックスセメント
密度：3.08g/cm3

細骨材

千葉県富津市産山砂
表乾密度：2.62g/cm3，粗粒率：2.64 g/cm3

粗骨材

茨城県桜川産砕石
表乾密度：2.64g/cm3，実績率：60.0%

混和材

シリカフューム（ロシア産）
密度：2.20 g/cm3
高性能減水剤（Ⅰ種）：ポリカルボン酸系

混和剤

収縮低減剤：ポリエーテル誘導体

表 2 コンクリートの調合
W/B

図 3 バイブレーターによる気泡の動き

s/a

単位量 kg/m3(%)

(%)

WCSFS

G

SRA

13.1

27.3

160

1160

61298

808

10

W：水，C：セメント，S：細骨材，G：粗骨材，SF：シリカフューム，SRA：収縮低減剤

表 3 実験条件
No.

バイブレーター

空気抜き孔

1有り

2個2有り

1個

3有り3個

4無し

2個

5

ダイアフラム直下無し

2個

表 4 測定項目
フレッシュ
コンクリート打込み中の測定

図 4 試験体概要図

硬化後の測定スランプフロー（JIS A 1150）
空気量（JIS A 1128）
打上がり速度
コンクリートの充填状況（カメラ撮影）ダイアフラム下充填率
目標値：90%

技術研究報告第 48 号

2022.11

戸田建設株式会社

として実験を行った．バイブレーターは，φ40mm のものをコンクえられる．No.1～No.3 を比較すると，空気抜き孔の個数が 1 個と 2リート打設孔の中心付近に配置し，過去の実験結果 5)を参考に，イ個では充填率に大きな違いは無かったが，3 個とすることで，充填ンバーターで周波数を半分にして使用した．充填方法はコンクリー率が 90%以上となった．また，ダイアフラム直下でバイブレーター

トを打込み中常時使用する場合（有り）と，ダイアフラム下 10cmを使用しなかった No.5 も，90%以上の充填率となった．

程度まで使用し，コンクリートがダイアフラムを通過する際は使用しない（ダイアフラム直下無し）2 パターンとした．測定項目を表

4. 要素実験Ⅱ4 に示す．フレッシュコンクリートの試験の他，充填状況や打上が4.1 実験概要

り速度，ダイアフラム下充填率（柱断面積に対する，空隙等の未充要素実験Ⅱでは，バイブレーターの影響やバケットに取り付ける填部を除いた充填部の面積の割合）を測定した．

ホース径の影響を確認するために，模擬柱試験体による実験を行っ

3.2 実験結果た．試験体概要を図 6 に，実験条件を表 7 に示す．□580mm×高さ

表 5 に，各試験体に打ち込んだコンクリートのフレッシュ試験結1200mm の模擬柱試験体による落し込み施工実験を行った．また，果を示す．各試験体に打ち込んだコンクリートについて，いずれも柱断面サイズによる影響を確認するために，□1700mm×高さ目標値を満足し，また，試験体毎に大きな違いは無かった．ダイア600mm の大断面の模擬柱についても実験を行った．コンクリート

フラム下充填率および打上がり速度を表 6 に示す．空気抜き孔の個の充填には 1.5m3 のバケットを使用し，底部に取り付けるホース径数が同じである No.1 と No.4 を比較すると，バイブレーターを使用はφ200mm とφ150mm の 2 水準とした．
バイブレーターはφ40mmした No.1 は，充填率が大きく低下する結果となった．図 5 のダイのものを使用し，ホースの先端より 200mm 程度深い位置にバイブアフラム下打上がり状況を見ると，充填率の高い No.4 では，コンレーターの先端がくるように配置した．

クリートが，流出孔から外縁部に向かってダイアフラムに密着して4.2 実験結果いく動きが見られた．一方，バイブレーターを使用した No.1 では，

表8 に各試験体に打ち込んだコンクリートのフレッシュ試験結果

コンクリート天端が水平になり，コンクリート全体が一様にダイアを示す．No.1~No.6 に打ち込んだコンクリートは，他の実験結果とフラムに密着するような動きが見られた．バイブレーターを使用す比較すると若干スランプフローが小さかったが，目標値を満足するることで，コンクリート内の気泡を上昇させる効果はあったものの，結果となった．表 9 に打上がり速度およびダイアフラム下充填率の空隙を外に押し出すような動きが無くなり，充填率が低下したと考測定結果を示す．ダイアフラム下の充填率について，ホース径φ

表 5 フレッシュコンコンクリートの試験結果
No.

スランプ
フロー(cm)50cm フロー
到達時間(s)

空気量(%)

174.5

12.8

1.1

2~374.0

12.2

1.5

4~570.0

12.6

1.5

150mm の方が，充填率が大きくなる傾向となった．φ200mm のホースでは，打込み中にホース内にコンクリートが密実に詰まっておら

表 6 ダイアフラム下充填率・打上がり速度

No.

No.

充填率(%)

打上がり速度(cm/min)

184.5

18288.7

13394.920498.5

13597.213
図 6 試験体概要図

打上がり状況

表 7 実験条件14

図 5 ダイアフラム下打上がり状況

No.

バイブレーター1

ダイアフラム直下無し

2有り

3無し

4ダイアフラム
直下無し

5有り

6無し

7無し

ホース径(mm)

試験体

φ200mm□580mm

φ150mm□1700mm多数回繰り返し変形を受ける RC 造柱梁接合部の劣化ず，ゆとりがあったのに対し，φ150mm のホースはコンクリートが外側で 170N/mm2 となった．材齢 28 日標準養生供試体の圧縮強度詰まった張りのある状態を維持していた．ホース径を相対的に小さ160N/mm2 と比較しても十分大きな圧縮強度を発現しており，CFTくし，打込み中のホース内にコンクリートが詰まっている状態に柱における充填コンクリートの強度補正値は，0N/mm2 でも問題ななっていたことで，巻き込まれる空気が減少し，ダイアフラム下のいことを確認した．表 12 にコンクリートの打上がり速度と充填率充填率が向上したと考えられる．バイブレーターの影響については，を，図 10 にダイアフラム下充填状況の例を示す．No.1 および No.2

要素実験Ⅰと同様，使用することで充填率が低下する傾向となった．の試験体について，高い充填率を示し，バケットに取り付けるホー

また，大断面である No.7 については，打上がり速度が非常に低く，ス径を小さくし，打上がり速度を抑えることで充填率が向上するこ

また，ダイアフラム下に気泡は殆ど無かった．柱断面サイズが大きとを確認できた．一方，試験体寸法が小さく，打上がり速度の速かっくなることで打上がり速度が低下したことが，充填率の向上につながった可能性があるとえられる．

5. 実大施工実験
5.1 実験概要
これまで実施した小型実験，要素実験Ⅰ，Ⅱの結果を踏まえ，落し込み工法を確立するために，再度実大施工実験を実施した．実大試験体（試験体 No.1）概要図を図 7 に，ダイアフラムを図 8 に示す．
更に，柱断面サイズの影響を確認するため，要素実験Ⅱの No.1~6と，試験体形状およびダイアフラムが相似形状で，柱断面サイズが□1000mm（試験体 No.2）と□600mm（試験体 No.3）の模擬柱試験体 2 体についても実験を行った．コンクリートの打込みには，1.5m3のコンクリートバケットを使用した．バケット底部には，要素実験Ⅱの結果を踏まえ，更に径の小さいφ125mm のホースを取り付け，ホース先端が常にコンクリート内に埋まるように打ち込んだ．測定
項目は，表 4 の他，経過時間変化（打込み開始から 120 分後），O 漏斗流下時間（JSCE-F 512）
，標準養生供試体（材齢 7，28，56，91 日）およびコア供試体（材齢 56 日，91 日）による圧縮強度試験（JIS A1107，JIS A 1108）とした．なお，要素実験の結果から，バイブレーターは使用しないこととした．
5.2 実験結果
表 10 にフレッシュコンクリートの試験結果を示す．いずれも経過時間変化で大きな変化は無かった．図-9 に実大試験体の，材齢 56日および 91 日の抜き取り高さ毎のコア供試体圧縮強度を，表-11 に標準養生およびコア供試体の圧縮強度の平均値を示す．材齢 91 日

図 7 試験体概要図

におけるコア供試体の圧縮強度の平均値は，柱の内側で 181N/mm2，表 8 フレッシュコンクリートの試験結果
No.

スランプ
フロー(cm)50cm フロー
到達時間(s)

空気量(%)

1~667.0

19.9

1.2

772.0

15.11.5

表 9 打上がり速度および充填率
No.

充填率(%)

打上がり速度(cm/min)

185.5

36278.1

33

392.1

35494.730583.1

37693.2

37799.55

図 8 ダイアフラム

技術研究報告第 48 号

2022.11

戸田建設株式会社

た No.3 は，充填率は 90%を超えたものの，他の試験結果よりも 5%空気を多く巻き込み，ダイアフラム下充填率の低下につなが程度低く，比較的大きな気泡が多数生じる結果となった．

る可能性がある．
(3)6 充填性の確保について

CFT 柱断面積が小さくなると，相対的に打上がり速度が速くなり，ダイアフラム下充填率が低下する傾向となる．

本実大施工実験結果と，これまでに実施した施工実験，要素実験について，ホース径毎のダイアフラム通過時の打上がり速度とダイ

表 11 圧縮強度平均値アフラム下充填率の関係を図 11 に示す．Fc150N/mm2 級高強度コンクリートを落し込み工法で CFT 柱に充填する場合，バケットに取圧縮強度(N/mm2)

供試体

28 日

56 日

91 日

標準養生

も，ダイアフラム下への充填性を確保できない可能性が高い．一方，

160

172

176

コア（内側）

―

164

181

ホース径をφ150mm 以下とすれば，ホース径に依らず，打上がり速

コア（外側）

―

164

170

り付けるホース径がφ200mm 以上では，打上がり速度を遅くして度が遅い程充填率は向上し，40cm/min 以下とすることで，90%以上
表 12 打上がり速度と充填率の充填率を確保できると考えられる．
試験体

7. まとめ

柱断面サイズ ダイアフラム（mm）
記号

充填コンクリートに Fc150N/mm2 超高強度コンクリートを用いた
CFT 柱の落し込み施工を行った際の充填性を確保するために，モル1□718タルを使用した小型実験や模擬柱試験体による要素実験により施充填率
(%)

A95.2

B96.5

C97.1

D96.7

打上がり速度(cm/min)

18工法を検討し，実大施工実験により有効性を確認した．本実験によ2□1000-95.58

り得られた知見を以下に示す．

3□600-90.3

27(1)コンクリートを打ち込む際にバイブレーターを使用すると，コンクリート内の気泡を上昇させる効果はあるものの，コン

1-A

1-B

充填率

95.2%

96.5%

試験体

2

395.5%

90.3%

試験体クリートが空隙を外に押し出すような動きが無くなり，充填率が低下する．
(2)バケットに取り付けるホースについて，コンクリートを充填充填する際はホース内がコンクリートで満たされている状態であ状況ることが望ましい．ホース径が大きい場合は，打ち込む際に充填状況

充填率

図 10 ダイアフラム下充填状況

図-9 コア供試体の圧縮強度
表 10 フレッシュコンクリート試験結果
試験スランプフロー(cm)O 漏斗流下時間(s)空気量(%)

打込時

71.5

471.1

経時変化

71.0460.9
図 11 打上がり速度とダイアフラム下部充填率の関係

多数回繰り返し変形を受ける RC 造柱梁接合部の劣化

(4)

(5)

バケットに取り付けるホースの径をφ150mm 以下とし，打上

2)

がり速度を 40cm/min 以下とすることで，ダイアフラム下充填大施工実験（その1~2），日本建築学会大会学術講演梗概集，pp127-130，率を 90%以上確保できる．

2013.8

材齢 91 日でのコア強度は，設計基準強度や材齢 28 日標準養3)

充填コンクリートの強度補正値は，0N/mm2 でも問題ないことを確認した．

端直人，梅本宗宏，右田周平：Fc120N/mm2 級高強度コンクリートを用いた CFT 柱の実大施工実験（その 1~2）
，日本建築学会大会学術講演

生供試体に対して十分な強度発現を確認し，CFT 柱における(6)

端直人，井戸康浩，右田周平，梅本宗宏：Fc100N/mm2 級 CFT 柱の実

梗概集，pp761-764，2018.7
4)

右田周平，梅本宗宏，久須美真悟，端直人：Fc150N/mm2 級超高強度コ

本実験において，150N/mm2 級超高強度コンクリートのCFT 柱

ンクリートを用いた CFT 柱の圧入施工に関する実験的検討，コンクへの落し込み工法について，充填性能や強度性状に問題ない

リート工学年次論文集，pp.863-868，vol.43，2021.7

ことを確認し，施工法を確立することができた．

5)

小林利充，和田高清，梅本宗宏，井戸康浩，端直人：スランプ 21cm のコンクリートを使用した CFT 落し込み工法に関する実験的研究（その参考文献
1)

青木義彦，石清水隆，山田佳博，永野浩一：Fc=150N/mm2 の超高強度コンクリート CFT 柱の施工-高さ 300m 超高層複合ビル「あべのハルカス」-，コンクリート工学，pp.205-212，vol.50，No.8，2012.8

1~5），日本建築学会学術講演梗概集，pp961-970，2009.8