初期ひび割れの抑制対策（案）

令和３年７月２日
近未来コンクリート研究会
初期ひび割れ抑制技術協議会（C 協議会）

目次

１．

はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（1）

２．

温度ひび割れの抑制・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（2）２．１

温度ひび割れの発生メカニズム

２．２

設計面での抑制対策（配筋、誘発目地など）

２．３

材料・配合面での抑制対策

２．４

施工面での抑制対策

３．

沈下ひび割れの抑制

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（8）３．１

沈下ひび割れの発生メカニズム

３．２

沈下ひび割れの抑制対策

４．

まとめ

参考資料

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（10）事例紹介

・・・・・・・・・・・・・・・・（11）１．はじめにコンクリートの収縮に伴う初期ひび割れは、コンクリート自体の収縮しやすい特性により生じる。しかしながら、多くの場合は積極的に抑制対策を講じることなく施工に至り、ひび割れの発生後に補修をすることが行われている。
初期ひび割れは、コンクリートの収縮が拘束されることにより生じる。収縮するのはコンクリートの材料としての特性であり、自己収縮（硬化収縮）、乾燥収縮、温度変化に伴う温度収縮が挙げられる。
初期ひび割れの発生を抑制するには、収縮の小さいコンクリート材料の使用のほか、施工面での対策、さらには設計段階での検討が必要と考えられる。初期ひび割れに対しては、コストを掛ければひび割れの防止は可能であるが、従前の計画、積算では防止は困難であることが多い。初期ひび割れを抑制することは、ひび割れに対する調査や補修などの維持管理コストの低減の他に、構造物の耐久性の向上にもつながり、コンクリート構造物の⻑寿命化に寄与できると考えられる。また、初期ひび割れを補修した場合においても、補修部位の観察が必要になる場合があり、⻑期の供用期間においては耐久性上の弱点となることも懸念される。
このようなことから、初期ひび割れの発生を抑制することは、コンクリート構造物の⻑寿化および維持管理コスト低減の観点から、極めて意義が大きいものと考えられる。
本協議会は 2018 年 6 月より、産官学の参加により初期ひび割れの合理的な抑制技術について協議し、初期ひび割れを抑制する方策を提案することを目的に活動を行った。本書は、その検討結果を「初期ひび割れの抑制対策（案）」として取り纏めたものである。なお、本書で対象とした初期ひび割れは、温度ひび割れと沈下ひび割れとした。

1２．温度ひび割れの抑制
２．１

温度ひび割れの発生メカニズム

コンクリートは、使用するセメントの強度発現により構造体として機能する。使用するセメントは硬化初期に発熱し、部材の厚さが大きいと放熱するより発熱が大きく、部材の内部に熱が蓄熱され、そのため温度上昇に伴い膨張する。この発熱は表面との温度差により内部拘束温度応力となり、表面は引張力となり、これが引張強度を超えるとひび割れが生じる。これを内部拘束温度ひび割れと呼ぶ（図-１ 参照）。このひび割れは表面のみに発生し、表面を保温することで容易に防止することが可能である。
内部に蓄熱された温度は型枠表面から次第に放熱し、外気温に近い温度まで自然に冷却され、その時に温度収縮が生じるが、既設構造物が存在するとそれに拘束されて、引張力が発生し、その時点に引張強度を超えるとひび割れが生じることになる。このひび割れを外部拘束温度ひび割れと呼ぶ（図-２ 参照）。外部拘束温度ひび割れは、貫通するひび割れであり、先の打込まれた既設物に拘束され、工程上の都合から抑制は困難とされている。
いずれもセメント（結合材）の発熱に伴うため、温度ひび割れと呼ばれる。セメントが水和反応をすることにより強度が発現するため、避けられないものと考えられるが、水和発熱速度を遅くすると放熱に時間が掛かり、部材内部の温度上昇が抑えられ、応力の発現は抑制される。しかし、施工面では強度発現は工期に影響をするため、温度ひび割れの抑制は困難となるのが一般的である。材料・配合・施工面での対応が望まれるが、設計時点からの対策が功を奏する場合が多い。

図-１

内部拘束温度ひび割れの概念

図-２2

外部拘束温度ひび割れの概念

２．２

設計面での抑制対策

温度ひび割れは事前予測が可能であり、土木学会コンクリート標準示方書では、まず設計段階で検討したうえで、材料や配合が確定した施工段階で再検討するように示されている。しかし、材料や配合は施工現場と施工時期が決まらないと定めることができないため、設計段階ではあまり検討されていないのが実状である。しかし、ひび割れ幅までは分からないとしても、予想通りの位置にひび割れが入るということは、施工面での不備とは言い切れないと考えられ、設計での対応が望まれる。

A-1 補強鉄筋 【適用構造物：橋梁下部工のたて壁および胸壁、擁壁】
補強鉄筋を追加することにより、ひび割れを分散させ、ひび割れ幅を小さく抑え、ひび割れが構造物の有害なものにならないように抑制できる。最下端の中間帯鉄筋上に鉄筋を追加するのが効果的であるが、鉄筋比がたて壁等で 0.3％以上、胸壁で 0.5％以上になるよ
うに配力筋方向に追加する場合もある。この方法は経済的で施工が容易である（山口県土木建築部：コンクリート構造物品質確保ガイド P53）とされているが、ひび割れ幅の抑制にはなるものの、ひび割れの防止とはならず、むしろひび割れ本数が増加する。許容ひび割れ幅以下にすることが可能となるが、現実は、許容ひび割れ幅に基準値が示されないため、施工者負担で補修を強いられることが多い。設計者側の対応が望まれる。

A-2 ひび割れ誘発目地 【適用構造物：橋梁下部工のたて壁および胸壁、ボックスカルバート、擁壁】
温度ひび割れのうち、制御が難しい外部拘束による温度ひび割れに対しては、ひび割れ誘発目地が最も有効である。また、鉄筋コンクリート構造物に使用する誘発目地は止水効果のあるものが望ましい。せん断力の大きい位置では不適で、誘発目地の断面欠損率は 30〜50％必要である。山口県では設置間隔はコンクリート温度が低い時期で 5.0ｍ、それ以外の時期は 3.5ｍとしているが、どの程度の温度上昇で、どの程度の部材に場合かも示されていないため、誘発目地の中間にひび割れが生じる可能性もあることに注意が必要である。
なお、部材厚さが小さい場合は、乾燥収縮に伴う収縮ひび割れが生じる場合もあり、この場合は誘発目地間隔をさらに小さくすることが望ましい。誘発目地の設置は、設計段階で定めなければならないことにも留意が必要である。

3２．３．材料・配合面での抑制対策
一般に、レディーミクストコンクリート（以下、生コンクリート）を使用する場合が多く、使用材料および配合は生コンクリート工場で使用している材料および配合となる場合が多い。しかし、協議事項で変更を指示することも可能であり、最適な材料および配合の選定ができることを知っておきたい。たとえば、一般的には、①使用骨材（普通か軽量）②粗骨材の最大寸法、③スランプ（またはスランプフロー）、④呼び強度、⑤セメントの種類、などから条件に合う組み合わせを選定することになるが、単位水量や単位セメント量の上限や、空気量なども指定することができる。セメントの種類も指定できるが、生コン工場のサイロの都合などから、指定できないものもあり、それでも変更したい場合は高額な費用負担となり、当初の積算と合わないことになる。費用対効果を考慮しなければならない。

Ｂ－０ 配合の基本
初期ひび割れを抑制するためには、単位水量および単位セメント量を低減させることが基本である。適切な材料を用いることにより、コンクリートのワーカビリティーを向上させながら単位水量を低減することは、単位セメント量を低減できることになり、自己収縮および水和熱を低減でき、初期ひび割れの抑制につながる。なお、過度の単位水量を低減
すると、施工性に影響を与えるため、ひび割れの抑制には、単位セメント量を単位粉体量として粘性を確保して施工性を確保しつつ、セメント（結合材）の水和発熱の抑制を行うことが望ましい。

Ｂ－１ 発熱の少ないセメントの使用【橋梁下部工、ボックスカルバート、擁壁】
低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、水和発熱の小さい高炉セメントの使用が望ましい。
その中でも効果の大きいセメントは、低熱ポルトランドセメント、次いで中庸熱ポルトランドセメントが挙げられる。しかし、これらのセメントは、一般に強度の発現が遅く、強度の保証時期は 56 日、91 日とすることが必要であり、工程への影響が考えられる。また、地域によっては使用できる生コン工場が限られることや、プラント設備（セメントサイロ）の増設が必要な場合など、コストも増加する場合がある。
また、市販されている高炉セメント B 種は温度依存性によって、水和反応が促進され、発熱速度が増加するケースもあり、自己収縮が大きくなるため、温度応力解析結果などを考慮して使用するセメントを選定する必要がある。低発熱低収縮型高炉セメント B 種は、4高炉スラグの比表面積、置換率、石こう添加量を調整することで発熱速度、自己収縮を低減できるが、強度発現が遅れることに注意が必要である。高炉セメント B 種は、CO2 発生量の削減、ASR の抑制、塩分浸透抵抗性、化学抵抗性が向上するなどの特性があり、初期ひび割れは生じ易いが、有効に活用することが望まれる。

Ｂ－２ フライアッシュの使用 【橋梁下部工、ボックスカルバート、擁壁】
フライアッシュをセメントの代替として使用する場合は、コンクリートのワーカビリテ
ィーの改善により単位水量の低減につながり、その結果として単位セメント量の低減が可能となり、水和熱の発生を抑制させる効果がある。ただし、セメントとの混合割合を大きくすると空気量や強度の発現に影響が生じる。また、発熱速度は低下するが、⻑期材齢による強度増進効果も得られる。なお、品質の差が大きいため事前の確認が必要である。
高知県ではセメントの内割 20％のフライアッシュを使用し、単位セメント量を 74 ㎏/㎥、コンクリートの内部温度を 10℃程度低減させた事例がある（参考資料参照）。フライアッシュを結合材として用いることで、単位セメント量を低減させて同一強度を得ることができ、一般的には単位結合材（セメント+フライアッシュ）量は同等以上となり、単位水量も低減でき、ワーカビリティーも向上する。ただし、耐久性から指定する水セメント比の上限値を満足しようとするとき、水セメント比を水結合材比と読み替えて上限値を満足すると判断しなければ、単位セメント量削減にならない。この点については、発注者・設計者・施工者・生コン製造者の理解と合意が必要である。

Ｂ－３ 高炉スラグ微粉末の使用【橋梁下部工たて壁および胸壁、ボックスカルバート】
高炉セメント C 種以上の比較的高い置換率の結合材を使用することにより、発熱速度が低減できるが、高炉スラグ微粉末の品質は製造会社によって異なるため、あらかじめ試験を行って品質を確認することが必要である。なお、冬季（低温時）の施工ではブリーディングが増加し、夏季（高温時）では自己収縮が増加する場合もあるので注意が必要である。

Ｂ－４ 膨張材の使用【橋梁下部工たて壁および胸壁、ボックスカルバート】
膨張材は、主にコンクリートの自己収縮や乾燥収縮によるひび割れ対策として使用される。マスコンクリート用の膨張材（水和熱低減型）もあり、部材厚の比較的大きい橋脚の胸壁やボックスカルバートの温度ひび割れにも効果がある。また、外部拘束温度応力の抑制にも効果があり、水和熱抑制型は部材寸法が大きい構造物に適している。一般の膨張材に水和抑制剤が添加されているため、発熱速度及び収縮を低減することが可能である。た5

だし、膨張材の使用は、コストが増加となる上、水和熱抑制型の膨張材は、気温が高いほど凝結が遅延するケースなどがあり、仕上げのタイミング、ブリーディング量の増加、型枠支保工の解体時期などには注意を必要とし、特にＡＥ減水剤遅延形との併用には注意が必要である。

Ｂ－５ 高性能ＡＥ減水剤、流動化剤の使用
高性能ＡＥ減水剤や流動化剤の使用は、水セメント比を一定にして単位水量および単位セメント量を低減することができ、水和熱の発生を少なくすることができる。建築工事では単位水量低減を目的に一般的に用いられることが多いが、単位水量の低減は、必ずしも乾燥収縮率の低減にはつながらず、適度な単位水量を確保しつつ乾燥収縮率の小さくなる材料の選定が望まれる。土木工事では、水和熱の低減のために単位セメント量（単位結合材量）が少なくなることが望ましく、単位水量の低減が目的とはならないので、高性能 AE剤の使用などで施工性を確保することが望ましい。単位セメント量が少なすぎると材料分離傾向が大きくなり、豆板の発生やポンプ施工時の閉塞などにつながるため、単位粉体量を増加しつつ発熱を抑制することが必要である。
なお、フライアッシュの使用と高性能ＡＥ減水剤の使用による単位セメント量の低減効
果を比較すると、フライアッシュ代替の割合にもよるが、一般にフライアッシュを使用した方が効果は大きく、温度ひび割れには有効であることが多い。

Ｂ－６ 収縮低減剤の使用
収縮低減剤は、そのメカニズムから乾燥収縮の低減効果は認められるが、温度応力の低減効果があるわけではない。乾燥収縮を抑制することでひび割れ低減効果が期待できる場
合は、混和剤として収縮低減剤を用いることが有効な場合もある。

Ｂ－７ 繊維系材料のひび割れ低減材の使用【橋梁下部工、ボックスカルバート、擁壁】
繊維系材料のひび割れ低減材には、鋼繊維、ポリプロピレン、ガラス繊維などがある。
現場で混入する場合が多いが、コンクリートのワーカビリティーに影響を及ぼし、コンクリートポンプの閉塞や締固め不足などの弊害が起こる場合があるので、注意が必要である。

Ｂ－８ 石灰石骨材の使用
収縮の抑制に寄与する骨材として石灰石が挙げられるが、産地や種類により、収縮に差があることや流通面でコスト上昇につながることに注意が必要である。
6

２．４

施工面での抑制対策

生コンクリートの材料・配合面で対応できる場合も多いが、施工面でも温度ひび割れを抑制できる点もある。

Ｃ－１ 打設時期の検討
気温の高い時期は、水和熱によるコンクリート内部温度の上昇が大きくなるので、マスコンクリートの施工はできるだけ避けるとよい。たとえば、山口県では 6 月から 9 月の間は原則としてマスコンクリートの施工を禁止しているとしているが、実際には工期上の都合から困難な場合も少なくない。発注側の対応が望まれる。

Ｃ－２ 施工方法（型枠、打込み、養生、管理材齢など）の検討
施工計画で温度ひび割れを抑制できる場合がある。
① 断熱性の高い型枠を使用し、部材内外の温度差を低減させる。
② 型枠はなるべく⻑期間存置する。
③

気温の高い時期は、打設速度および 1 リフトの施工範囲、施工高さを検討し、気温のまだ上がらない午前中に打設を完了させるよう計画を立てる。可能であれば、気温の低い早朝よりコンクリートを打設する。

④

温度上昇が大きいと予想させる場合は、パイプクーリング、プレクーリングを検討する。

⑤

打設時のコンクリート温度を上げないように、型枠、鉄筋、ポンプの配管、アジテータ車のドラムを冷却させる（ドラムに耐熱塗装をした車両もある。）⑥ 打設待ちのアジテータ車は日陰で待機させ、コンクリート温度の上昇を防ぐ。
⑦ 打設後はできるだけ速やかに遮光ネット、ブルーシート等で日除けをする。
⑧ 湿潤養生に用いる水は冷水を使用せず、汲み置きしたものを使用する。
（コンクリート表面を冷却すると、コンクリート内部との温度差によりひび割れが発生するリスクが高まる。）⑨ 養生マットは保温性、保水性の高いものを使用する。
⑩ コンクリート天端を湛水し、水和熱を利用した温水で養生を行う。（参考資料参照）⑪ 型枠の解体は気温の高い午後に行い、できれば脱型後もシートや養生マットで保温する。
⑫ 強度管理材齢を⻑くすることで単位セメント量を低減することが可能となる。

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３．

沈下ひび割れの抑制対策

３．１

沈下ひび割れの発生メカニズム

単位水量の多いコンクリートはブリーディングによる水の上昇に伴い、コンクリートが沈下（沈降）する。図-３に示すように、コンクリート上面近傍に鉄筋等がある場合は、コンクリートの沈下が鉄筋等で拘束されるため、打設後に鉄筋等に沿ったひび割れが発生する。また、写真-１に示しように、コンクリート側面もセパレータのコーン付近にひび割れが生じる場合がある。
このような沈下に伴うひび割れは、沈下ひび割れ（沈みひび割れ）と呼ばれている。この沈下ひび割れの対策としては、鉄筋上部に生じる場合は、一定の時間が経過した後にタンピングをしてひび割れを塞ぐことが提案され、ひび割れは無害化できる。また、高さの違いがある部材では、図-４に示すように、梁下で一旦打ち止めて、沈下が収まったころに上部を打設することで沈下ひび割れを防止することが過去の経験から行われている。

図-３

写真-１

沈下ひび割れの発生概念

図-４

沈下ひび割れの事例
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型枠面に生じる沈下ひび割

３．２

沈下ひび割れの抑制対策

沈下ひび割れの対しては、施工で抑制できるもの（鉄筋上部に発生する沈下ひび割れなど）と施工では対応できない場合（型枠面の生じる沈下ひび割れ）がある。基本的には沈下の原因となるブリーディングの抑制が望ましいが、ブリーディングが全く生じないコンクリートは上面仕上げがやりにくくなり、プラスティックシュリンケージが生じやすくなるため、コンクリート上面が乾燥しないような状況とするか、一定のブリーディングを容認するかの対策が必要となる。
沈下ひび割れ抑制対策は以下の通りとなる。

Ｄ－１ 材料による抑制対策
１）セメント早強セメントなど凝結の早いセメントが有利である。高炉セメントは、潜在水硬性があり、低温時には反応が遅れるので不利となるが、発注者が耐久性の面から高炉セメントを指定している場合があり、その場合はブリーディングの発生を抑制する対策が必要である。
２）混和材および混和剤①

フライアッッシュは粒子が球状でワーカビリティーがよくなり、単位水量を減らすことができる。しかしながら、ポゾラン反応であるため、低温時には反応が遅れる傾向があるので、一概に有利とは言えない。

②混和剤では高性能ＡＥ減水剤（流動化剤）の使用も有効である。コンクリートの単位水量を少なくすることにより、ブリーディング量を減らすことができる。

③

ブリーディングを低減させる効果のある混和剤が市販され、効果が認められている。

Ｄ－２ 施工方法による抑制 対策① 打設速度を遅くする。特に気温の低い時期は打ち上がり高さを 1ｍ/ｈ程度で施工する。
② コンクリートの締固めは入念に行う。
③ 打設中にコンクリート表面に浮き出たブリーディング水はこまめに除去する。
④ コンクリート打設後、適切な時期に内部振動機により再振動を行う。再振動の時期はコンクリート表面の浮き水が引いた後に行う。再振動のタイミングが遅れると、沈下ひび割れが生じたままとなる。また、この時期はコンクリートの粘性が高く、振動機の引き抜いた跡が残りやすいため、振動機はゆっくりと引き抜かなければならない。
⑤

コンクリートの上面仕上げは、凝結時間をみて、1〜２時間後に確認を行い、ひび割れが発生していれば木ゴテでタンピングをし、再仕上げを行う。
9４．まとめ
温度ひび割れの発生を抑制するには、設計段階での検討が必要で、そのうえ生コンクリートの製造および施工面での対応が必要となる。設計段階では、コンクリートの製造や施工の詳細が不明な点も多いが、基本的なコンクリートの仕様が判っているはずであり、仮の設定で温度ひび割れの発生の可能性は分かるはずである。その結果をもとに、ひび割れの発生する可能性から許容ひび割れ幅を設定するか、誘発目地の設置を検討するなど、ひび割れの制御を目的とした提案がなされることが望ましい。
コンクリートの製造時には、使用材料や配合の選定で温度ひび割れが有害と判断されれば、コストを掛けてもひび割れを抑制するべきである。また、ひび割れ発生後に補修をした方が安価であるかを検討し、製造時の判断を行い、施工時には、できるだけ抑制する対策を講じることが望まれる。
このように、発注者、設計者、製造者、施工者が連携して対応することが必要である。
沈下ひび割れの抑制に対しては、施工で対応できることは施工時に行うとして、施工で対応できないブリーディングの発生を抑制する材料・配合面の対応を行うことが望まれ、レディーミクストコンクリートの JIS に規定を設けられることを提案したい。

【参考文献】
１）十河茂幸ほか：現場で役立つコンクリート名人養成講座改訂版、日経 BP 社、2008
年 10 月２）（一社）全国土木施工管理技士会連合会編：令和元年度
論文報告集、2020 年 6 月

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第 24 回土木施工管理技術

参考資料

事例紹介

第 24 回土木施工管理技術論文報告集（最優秀賞）

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