2024 年 2 月 5 日
ジオポリマーコンクリートの強度および耐久設計手法の提案
い いだ

よしまさ

建築学専攻

MJ22008 飯田 雄大

材料施工研究指導教員 濱崎 仁

1. 研究の背景と目的

表-1

ジオポリマー（以下、GP）は、セメントを使用しない項目

環境配慮型の建設材料であり、実用化に向けて研究が進P

材料名
フライアッシュ高炉スラグ微粉末(BFS)

められている。しかし、セメントコンクリートのような調合計算式や強度および耐久設計手法が一般化されていないため実用化には至っていない。

希釈水ガラス水

上水道水
密度:1.00g/cm3

表-22. 実験概要

記号2-1.使用材料の選定

GP1GP2
GP3GP0

使用材料を表-1 に示す。GP は活性フィラー（以下、P）とアルカリ溶液（以下、AS）より構成される。近年

80

研究では一宮ら 1)の研究を参考に GP において最も一般70

圧縮強度(N/mm2)の研究において GP の使用材料が多様化しているが、本（以下、AS/P）や BFS 置換率（以下、BFS/P）、アルカ

BFS/P(Vol%)
504030020GP1せた。
作製した GP コンクリートの水準を表-2 に示す。

図-11.15使用した W/C=63.4%のコンクリート（以下、OPC-C）

1.10とした。

1.05

強度比

比較対象は、GP0 および普通ポルトランドセメントを

GP2

1.00
0.95
0.85
0.80
728

図-291
材齢(day)下が生じている。
強度低下の理由としては、骨材周辺のマトリクス部分に乾燥に伴う微細なクラックが生じていることなどが考えられるが、調合設計の際には、これらの強度低下を

182

各材齢時点の強度比20中性化速度係数AN(mm/year0.5)

コンクリートの多くの水準において、長期材齢で強度低

OPC-C0.90

3. 実験結果および考察が大きいほど圧縮強度は大きくなる傾向にあるが、GPGP0GP1GP2GP3GP0JIS A 1153 を参考に実施した。

各材齢時点における圧縮強度を図-1 に示す。BFS/P

GP3

各材齢時点の圧縮強度の比較告する。圧縮強度試験は JIS A 1108、促進中性化試験は3-1.BFS 置換率と強度の関係

0.150

7日
28日
91日
182日

考えられる指標として BFS/P を選定し、水準を変動さ

本稿では、圧縮強度試験と促進中性化試験について報55300化試験、塩分浸透試験および鉄筋腐食試験を実施した。

A/W(モル比)4010

して、GP コンクリートに対し圧縮強度試験、促進中性水準
AS/P(mass%)

50

らの指標の中でも GP の性状に大きく影響を与えると

本研究では、強度および耐久設計手法の提案を目的とGP コンクリート試験体水準

60

リ溶液濃度（以下、A/W）等がある。本研究では、これ2-3.実施試験項目

比重:1.54 NaOH:19.4%
SiO2:31.4% H2O:49.2%
NaOH:35.0% H2O:65.0%

結果より、強度および耐久設計手法の提案を行う。

GP の性状を変化させる指標は、アルカリ溶液粉体比

密度:2.91g/cm3※希釈水ガラスは純水により事前に 1.5 倍の体積希釈したもの

試験により物性や耐久性の評価を行うと共に、得られた

2-2.強度および耐久設計の基準となる指標の選定

備考
密度:2.31g/cm3

水酸化ナトリウム水溶液

AS

そこで本研究では、GP コンクリートについての各種的な材料を選定した。

使用材料

151050GP1GP2GP3GP0

図-3中性化速度係数の比較

OPC-C

考慮する必要がある。

100

そこで、図-2 に 28 日圧縮強度（以下、F28）を基準と本研究の範囲では、GP コンクリートの強度設計において、最大 15%の強度低下を見込むこととした。
3-2.BFS 置換率と中性化抵抗性の関係

28日圧縮強度F28(N/mm2)

した各材齢時点の圧縮強度の強度比を示す。これにより、

y=103x+21

図-3 に促進中性化試験より得られた促進中性化速度

80R2=0.896

6040200係数を実環境下（CO2 濃度:0.04%）における中性化速度0係数（以下、AN）に換算し比較したものを示す。GP コ

0.20.40.6

BFS/P

ンクリートは BFS/P を 30%以上とすれば、OPC-C と図-4同程度の中性化抵抗性を得ることが可能である。

BFS/P と 28 日圧縮強度 F28 の関係
品質基準強度 Fq を次式より算出
𝐹𝑞 = 𝐹𝑐 +28S91

4. 強度および耐久設計手法の提案
4-1.強度および耐久設計の前提
GP は若材齢の段階から強度発現があり、早強ポルトランドセメントの強度発現性状に類似している。し強度低下を見込み指定強度 Fr を決定
𝐹𝑟 = 𝐹𝑞 × 1.15

ばらつきを考慮𝜎 = 0.12𝐹𝑟

たがって、本研究における強度および耐久設計手法の不良率(4%以下)を考慮し
𝐹 = 𝐹𝑟 + 1.73𝜎
𝐹 = 0.85𝐹𝑟 + 3𝜎のうち高い値を調合強度 F とする

提案の前提として、設計基準強度（以下、Fc）の最大値を早強ポルトランドセメントの 36N/mm2、構造体強度補正値（以下、28S91）の最大値を 6N/mm2 とした。
4-2.強度設計手法の提案

F と図-4 より BFS/P の決定

図-4 に BFS/P と F28 の関係を示す。GP コンクリー
トにおける BFS 置換率と F28 の関係は一次式で表すこ

図-5とができる。また、F28 の標準偏差の最大値は、60N/mm2

20GP コンクリートの強度設計フローの強度域で 7.15 であり、一般的なセメントコンクリー
コンクリートでは、標準偏差𝜎 = 0.12𝐹𝑟 とすることにより、強度のばらつきを考慮した。
これらの結果を踏まえた GP コンクリートの強度設計フローを図-5 に示す。
4-3.耐久設計手法の提案

中性化速度係数AN(mm/year0.5)

トと比較して大きくなる傾向にあった。したがって、GPGP
NC15y=108(1/√x-0.09)
y=64(1/√x-0.14)105

図-6 に F28 と AN の関係を示す。なお、図中の NC は0

井出ら 2)の研究におけるセメントコンクリートの値で0ある。この図より、GP コンクリートの F28 と AN の関

図-5 および図-6 の結果を踏まえた GP コンクリートの耐久設計フローを図-7 に示す。

4060

80

28日圧縮強度F28(N/mm2)

係はセメントコンクリートと同様の関数上に表され、これに基づいた耐久設計が可能である。

20

図-628 日圧縮強度 F28 と中性化速度係数 AN の関係

計画供用期間を考慮し目標とした中性化速度係数 At5. まとめ(1)

GP コンクリートは長期材齢において、F28 から図-6 より、At での 28 日圧縮強度 Fd を推定

最大 15%の強度低下が生じるため、強度設計をする際にはこれを考慮する必要がある。
(2)

F と Fd のうち高い値を目標耐久設計強度 Ft とする

GP コンクリートの AN は、BFS/P が 30~50%の範囲では大きな差異はなく、OPC-C と同程度のFt と図-4 より BFS/P の決定中性化抵抗性を得ることが可能である。
(3)

GP コンクリートは、設計基準強度 36N/mm2 の範囲において、早強ポルトランドセメントと同様に強度設計を行うことが可能である。

(4)

GP コンクリートは、計画供用期間の級が標準（65 年程度）の範囲において、コンクリートと同様の耐久設計を行うことが可能である。

図-7

GP コンクリートの耐久設計フロー

参考文献
1) 一宮一夫，山本理得，池田攻：ジオポリマー中の鉄筋腐食性能評価に関する基礎実験，コンクリート工学年次論文
集，Vol.44，No.1，pp.1084-1089，2022.7
2) 井出朋孝，濱崎仁ほか：環境区分ごとのコンクリートの中性化速度予測に関する研究，コンクリート工学年次論文
集，Vol.42，No.1，pp.509-514，2020.7