淺沼組技術研究報告№33(2021)

７．ファインバブル水を用いたコンクリートの基礎的実験
Fundamental Experiment of Concrete Using Fine Bubble Water
加藤 猛＊１

山﨑 順二＊１

要 旨
直径 100µm 以下の微細な泡であるファインバブルを発生させた水を，コンクリートの練混ぜ水として用いることでフレッシュ性状や硬化後のコンクリートの物性値の違いについて検証を試みた。その結果，フレッシュ性状についてはスランプおよび空気量に変化はほとんどなく，硬化後のコンクリートにおいても JIS の試験方法における結果に差は少なかった。しかし，リニアトラバース法や水銀圧入法の詳細な分析から，気泡間隔係数が小さくなっていることや遷移帯の細孔径とされる 50nm 以上の細孔量が少なくなっていることが確認された。
キーワード：ファインバブル／フレッシュ性状／硬化後の物性値／遷移帯／細孔量１．はじめに

RW に FB を発生させたことの確認を簡易に実施す

ファインバブル（Fine Bubble : 以下 FB）は直径 100µmるため，RW および FBW の溶存酸素量を測定した。

以下の微細な泡で，ミリバブルやセンチバブルなどの目また，経時変化を測定するために，FB 発生直後，7，に見える気泡と比べると水中に長時間滞留する。さらに

14 および 28 日で測定した。

気泡表面がマイナスの電荷を帯びており，物体の吸着や2.3 フレッシュ性状

反発等の表面活性作用がある例えば 1), 2)とされる。その特徴

練混ぜ後のコンクリートに対して，スランプ（JIS Aから，コンクリートの練混ぜ水として FB 水を用いること1101）および空気量（JIS A 1128）試験を実施した。

で，微細な泡のボールベアリング効果による混和剤使用

2.4 硬化後の物性値量の低減や FB がマイナス電荷を帯びたことによりコン硬化後のコンクリートの物性値の試験として，表－クリートと鉄筋との付着強度が向上するなどの効果が期3 に示す試験を実施した。圧縮強度，長さ変化，促進待される。

中性化および凍結融解の試験は JIS に則り行った。

本実験では，コンクリートの練混ぜ水に FB 水を用いる透気試験および加圧透水試験の供試体寸法はΦ125

ことでフレッシュ性状や硬化後のコンクリートの物性値×250mm とし，材齢 28 日まで，標準養生を行ったの違いについて検証した結果を示す。

後，材齢 91 日まで温度 20℃，湿度 60％の恒温恒湿の部屋に静置した。また測定面は，打込み面と反対の面

２．実験概要表－1 使用材料

2.1 使用材料および調合

材料名

実験に用いるコンクリートの使用材料を表－1，計種類および物性

セメント 普通ポルトランドセメント
水

画調合を表－2 に示す。練混ぜ水には上澄水（以下RW）を用いており，FB は上澄水に対して発生させて細骨材いる。なお，FB 発生装置を 60 分程度稼働した後の水を FBW としている。コンクリートの呼び強度は 24,30 および 36 の 3 種類とした。
2.2 FB 発生後の確認(密度 3.16g/cm3)

上澄水(RW)またはファインバブル水(FBW)
砕砂(S1) (表乾密度 2.66g/cm3, 吸水率 1.24%, 粗粒率2.88)
石灰砕砂(S2)
粒率 2.85)(表乾密度 2.65g/cm3, 吸水率 1.76%, 粗粗骨材

砕石(G1 2010)(G2 1505)
率 0.53%, 実積率 59.7%)

混和剤

高性能 AE 減水剤(表乾密度 2.69g/cm3, 吸水

表－2 計画調合
単位量（kg/m3）

調合

W/Cs/a

W

C

S1S2

G1G2

Ad

24-18-20N

5751.6180316

556

370

440

440

2.94

30-18-21N

5049.9

180

360

527

351

445

445

2.92

36-18-22N

4448.2180409

497

330

449

449

3.15

*１技術研究所建築材料研究グループ
7-1淺沼組技術研究報告 №33(2021)

表－3 硬化後コンクリートの物性値試験としている。透気試験は NDIS 3436-2 に示されるダブ試験項目

ルチャンバー法を実施した。加圧透水試験は，GWT（Germans Water-permeability Test）を用いて，野中らが検討した結果 3)を参考に印加圧力は 30kPa で，1 回目の 300 秒の測定結果は棄却し，連続した 2 回目の300 秒の測定結果を透水速度とした。
リニアトラバース法は，気泡間隔係数，硬化後の空気量および各平均気泡径の気泡比率を測定した。

測定材齢

JIS A 1108

3d,7d,28d,91d

長さ変化

JIS A 1129-2

1w,3w,5w,8w,13w,26w

促進中性化
凍結融解

JIS A 1153
JIS A 1148

1w,4w,8w,13w,26w
30cycle ごと 300 まで

透気試験
加圧透水試験

NDIS 3436-2
GWT91d91d

リニアトラバース法
水銀圧入法-91d91d

水銀圧入法では，コンクリートをウエットスクリー

表－4 フレッシュ性状ニングしたモルタルを用い，養生方法は透気試験およ配合

び加圧透気試験の供試体と同様にした。試験片は，モ
24-18-20 N

ルタルから 2, 3mm 角の小片を採取し，48 時間の脱気乾燥を行った後に水銀圧入法を実施した。

30-18-20N
36-18-20N

３．実験結果FBW の溶存酸素量

飽和溶存酸素量（mg/L）

3.1

概要

圧縮強度

図－1 に示すように，水温が高いほど飽和溶存酸素量は小さくなる。測定日によって水温が異なっていたため，測定時の飽和溶存酸素量に対する溶存酸素量を飽和度として，溶存酸素量を測定した結果を図－2 に示す。
図－2 より，FBW について FB 発生直後は，RW よ練混ぜ水

スランプ（cm）

フロー（cm）

空気量（％）

RW

18.229.44.7

FBW

18.229.24.4

RW19.230.74.6FBW

18.630.44.6RW17.929.14.4FBW

19.230.85.01614121086420051015202530

水温（℃）

り飽和度が 2.5 割程度大きく，微細な泡が水中に滞留

図－1 蒸留水の 1atm における各温度の飽和溶存酸素量していることが考えられる。時間の経過とともに減少し，28 日において飽和度 0.9 程度であり，RW の飽和度の初期値と概ね同等の値を示した。

1.43.2 フレッシュ性状

1.21飽和度

表－4 にコンクリート練混ぜ後のフレッシュ性状を示す。FBW の微細な泡によって，RW よりもフレッシ

0.80.60.4

ュ時の空気量が多く，微細な泡のボールベアリングでRW
FBW0.2

スランプが大きくなることが推察されたが，呼び強度0024 および 30 では，スランプ，空気量ともに同等もし714経過日数（Day）

くは RW よりも小さい値を示した。図－2 にも示した

2128

図－2 飽和度の経時変化

ように，練混ぜ前では FBW は，微細な泡が水中に滞留していることが考えられるが，混和剤の影響もしく
70
圧縮強度（N/mm2）

はミキサーでの練混ぜ中に微細な泡が消失していることが推察される。
3.3 硬化後の物性値(1) 圧縮強度試験
図－3 に圧縮強度試験結果を示す。呼び強度 24 の60

3d7d28d91d50403020100

FBW については，計量間違いが発覚したため，欠測RW値としている。なお，以降の試験については圧縮強度

FBW
24試験用と異なるバッチで練混ぜられている。図－3 よRWFBW30

図－3 圧縮強度試験結果

り，呼び強度が大きくなるにつれて圧縮強度が大きく

7-2RWFBW36淺沼組技術研究報告№33(2021)なることが確認できる。各呼び強度での RW と FBW

800に圧縮強度の差は，ほとんどないことがわかる。

700600収縮率（µ）(2) 長さ変化試験
長さ変化の経時変化を図－4 に示す。図－4 より，材齢の経過とともに収縮率は大きくなっている。呼び強度の違いおよび練混ぜ水が RW か FBW の違いによる収縮率

500
400
300
200100の差はほとんどなく，乾燥材齢 182 日で 720～750μの収00

縮率を示した。

24 RW

24 FBW

30 RW

30 FBW

36 RW

36 FBW

14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182
乾燥材齢（Day）(3) 促進中性化試験

図－4 長さ変化の経時変化

中性化の促進材齢 1, 4, 8, 13 および 26 週における中性化族度係数の平均値を図－5 に示す。呼び強度が大きいと中性化速度係数（mm/√year）

中性化速度係数は小さくなる。練混ぜ水が RW か FBW の違いによる中性化速度係数の大小は各呼び強度で異なっていることが確認できる。呼び強度 30 で概ね同程度の中性化速度係数を示し，呼び強度 24 で FBW の中性化速度係数が 1 割程度大きく，呼び強度 36 で FBW の中性化速度係数が 3 割程度小さい値を示した。
(4) 凍結融解試験
凍結融解試験結果を図－6 に示す。呼び強度が大きいほ30RW25FBW

2015105024

ど相対動弾性係数は大きく，各呼び強度で RW と FBW は3036

図－5 促進中性化試験結果概ね同程度の動弾性係数の経時変化を示している。呼び強度 36 では 300 サイクルで約 80％となり，耐凍害性を24 RW30 RW36 RW有するコンクリートであることがわかる。呼び強度 30 で120

たは 180 サイクルで約 10％を示し，以降の測定は不能と100

相対動弾性係数（%）

は 300 サイクルで約 30％を示し，呼び強度 24 では 150 まなった。
(5) 透気試験（ダブルチャンバー法）
ダブルチャンバー法の試験結果を図－7 に示す。呼び強度が大きいと透気係数は小さくなるが，呼び強度 24 と 30における透気係数の差は小さい。また，同一呼び強度であ24 FBW30 FBW36 FBW8060402000れば FBW の透気係数が若干小さい傾向にある。透気係数60120180240300

サイクル数は中性化速度係数と高い相関関係がある例えば 4）とされ，図図－6 凍結融解試験結果－7 の透気係数の大小は図－5 の促進中性化試験結果と概ね対応している。

0.25
RWFBW

透気係数（×10-16m2）

加圧透水試験結果を図－8 に示す。RW に着目すると，呼び強度が大きいと吸水速度は小さくなるが，呼び強度30 と 36 における透水速度は同程度である。透気係数では0.1

呼び強度 30 と 36 の間で差が大きくなったが，透水速度では呼び強度 24 から 30 の間で差が大きくなっている。
コンクリート中の連続する空隙を空気の透過性で評価する透気試験と加圧下における水の透水量で評価する加圧

0.013036

図－7 透気試験結果(7) リニアトラバース法

7-3RWFBW

0.20.15
0.1
0.05
024

透水試験とでは結果の傾向に違いがみられた。

透水速度（×10-6ml/mm2/sec）

1(6) 加圧透水試験（GWT）

243036図－8 加圧透水試験結果

淺沼組技術研究報告№33(2021)

コンクリートの硬化後の空気量および気泡間隔係数を練り混ぜられたバッチと同様であったため，呼び強度 24

図－9 に示す。呼び強度 24 および 30 における硬化後のの FBW の結果は欠測値としている。いずれの呼び強度で空気量は表－4 のフレッシュ時の空気量より 2%程度低下

200nm 付近から細孔量が急増しており，50～80nm の細孔している。一方，呼び強度 36 では，フレッシュ時から硬範囲でピークが発現している。また，各呼び強度における化後の空気量が低下する割合は小さいことが確認できる。

RW と FBW の細孔径は概ね同様の分布を示している。

気泡間隔係数は呼び強度が大きいほど小さく，呼び強骨材とセメントペーストの界面部分には 50nm 以上の度 24 および 30 においては，練混ぜ水を FBW とすること粗大な空隙に富む遷移帯が形成され，50n～2µm の範囲ので，気泡間隔係数が 50µm 程度小さくなっている。しか細孔量が少ないほど圧縮強度が大きくなる 5)とされていし，図－6 の凍結融解試験の結果で示されたように FBWる。また，中性化の進行においても 40nm 以上の細孔量との相対動弾性係数が大きくなり，耐凍結融解性が向上す

中性化速度係数に関係性があるとされる 6)。そこで，細孔るほどの差ではなかった。

範囲を 7n～50nm, 50n～100nm, 100n～2µm, 2µ～10µm と

図－10 に各呼び強度における気泡比率を示す。いずれして，各範囲の細孔量を図－12 に示す。比較的細孔径のの呼び強度においても気泡径 25～250µm の微細な気泡の小さい 7n～50nm の範囲では，呼び強度 24 および 30 の割合は多いことがわかる。また，呼び強度が小さいほど気細孔量が同程度であり，呼び強度 36 でわずかに少なくな泡径 25µm の割合が多い傾向にある。

MB），1µm 未満をウルトラファインバブル（Ultra FineBubble：UFB）と定義される。各強度で RW と FBW の気泡径 100µm 以下の分布に差がほとんどみられなく，MBRW
FBW

4気泡間隔係数（µm）

空気量（％）

では 1～100µm をマイクロバブル（Micro Bubble : 以下

321

は練混ぜ中もしくは硬化中に消失したことが考えられる。

24

各呼び強度における水銀圧入法の測定結果を図－11 に2001002025

気泡比率（％）

24 RW24 FBW

151030 RW
30 FBW

20151055011030362536 RW
36 FBW

201510500.12430
気泡比率（％）

25036300.01300

図－9 硬化後の空気量（左）および気泡間隔係数（右）示す。なお，水銀圧入法に用いた試験片は，圧縮強度用に3030RWFBW

4000(8) 水銀圧入法

気泡比率（％）5005

FB が気泡径 100µm 以下の微細な泡であり，ISO/TC281

00.010.1

1

100.01

平均気泡径（mm）

平均気泡径（mm）

0.1

110

平均気泡径（mm）

図－10 各呼び強度の気泡比率1030 RW
30 FBW0.010.11
細孔径 （µm）10

図－11 各呼び強度の細孔径分布
7-412011010090807060504030201000.001

微分細孔容積（mm3/g・µm）

24 RW0.010.11
細孔径 （µm）

12011010090807060504030201000.001

微分細孔容積（mm3/g・µm）

微分細孔容積（mm3/g・µm）

12011010090807060504030201000.001

36 RW
36 FBW

0.010.11
細孔径 （µm）

10淺沼組技術研究報告 №33(2021)っている。細孔径 50nm 以上の範囲では，呼び強度が大き7n～50n

60
累積細孔量（mm3/g）

いほど，細孔量が少なくなる傾向にあり，同一呼び強度において FBW の細孔量は RW より少なくなっていることが確認できる。さらに，細孔径範囲 50n～2µm の細孔量と圧縮強度および中性化速度係数との関係について図－13に示す。既往の研究 5), 6)と同様に細孔径 50n～2µm の細孔

5050n～100n

100n～2µ0.81.015.1

14.20.7
11.5

20.6

20.2

20.1

1.011.20.9
11.1

19.2

16.5

15.2

20.1

20.1

19.5

19.2

RWFBW

RWFBW

40
302µ～10µ20100

量が大きくなると圧縮強度は小さくなり，中性化速度係RW数は大きくなる傾向を示している。細孔量の違いが圧縮

FBW
24強度および中性化の進行に影響を及ぼすが，本実験内で3036

圧縮強度や中性化速度に影響を及ぼすほどでなかったと

60
圧縮強度（N/mm2）

考えられる。
コンクリート硬化後の物性値について各種試験を行った結果，圧縮強度試験，促進中性化試験，長さ変化試験および凍結融解試験の結果では，練混ぜ水に FB を発生させても試験結果に差は少なかった。しかし，リニアトラバー

5040RW30FBW20y = -1.53x + 93.210R² = 0.9010ス法や水銀圧入法の詳細な分析から，気泡間隔係数が小0さくなっていることや細孔径 50n～2µm の細孔量が少な

10203040中性化速度係数（mm/√year）

図－12 累積細孔量は，同一呼び強度における RW と FBW の細孔量の差は，50n～2µの細孔量（mm3/g）

くなっていることが確認された。ミクロな部分では，セメ

2520RWFBW

1510y = 1.21x - 19.98

5R² = 0.904

001020304050n～2µの細孔量（mm3/g）

図－13 細孔径範囲 50n～2µm の細孔量と圧縮強度（左図）および中性化速度係数（右図）との関係

ントの水和過程で，帯電した UFB が化学反応に作用し，異なる生成物の性質によりセメントペーストと骨材界面の遷移帯に影響を及ぼした等が考えられるが，検証のた［参考文献］

めには，より詳細な検討が必要と考える。

1) 高橋正好：マイクロバブルの基礎と半導体洗浄への応用，精密工学会誌, 83, 7 , pp. 636-640, 2017

４．まとめ2) 柘植秀樹：マイクロバブル・ナノバブルの基礎, 日本

コンクリートの練混ぜ水にファインバブル水を用いる

海洋学会誌, 64(1), pp4-10, 2010

ことでフレッシュ性状や硬化後のコンクリートの物性値

3) 野中英，三谷和裕，清水峻，湯浅昇：表層透水試験方の違いについて検証した結果を以下に示す。

法に関する検討，シンポジウム，コンクリート構造物(1) フレッシュ性状について，溶存酸素量の測定結果から，の非破壊検査，pp175-180

FB 発生直後は，RW より溶存空気量は多いが，スランプ

4) 今本啓一，山﨑順二，下澤和幸，永山勝，二村誠二：および空気量に変化はほとんどなく，混和剤の影響もしかぶりコンクリートの透気性に基づく RC 構造物のくはミキサーでの練混ぜ中に微細な泡が消失しているこ

耐久性能検証に向けた基礎的研究，日本建築学会構とが考えられる。

造系論文集，Vol.74, No.638, pp.539-599, 2009.4(2) 硬化後の物性値について，圧縮強度試験，促進中性化

5) 内川浩，羽原俊祐，沢木大輔：硬化モルタル及びコン試験，長さ変化試験および凍結融解試験の結果では，練混クリート中の遷移帯厚さの評価並びに遷移帯厚さとぜ水に FB を発生させても試験結果に差は少なかった。し強度との関係の検討，コンクリート工学論文集，Vol.4,

かし，リニアトラバース法や水銀圧入法の詳細な分析か

No.2, pp.1-8, 1993.7

ら，気泡間隔係数が小さくなっていることや細孔径 50n～6) 郭度連，宇治公隆，國府勝郎，上野敦：養生条件によ2µm の細孔量が少なくなっていることが確認された。

るコンクリートの組織変化と中性化を支配する細孔径の評価，土木学会論文集，Vol57, No.718V, pp.59-68,［謝辞］

2002.11

本実験に関して，大阪兵庫生コンクリート工業組合「マイクロバブルを用いたコンクリートの調査研究 WG」の協力を得ました。関係者各位に感謝の意を表します。

7-5