3/8/2022

温度ひび割れの発生メカニズム
温度ひび割れのメカニズムと対策

コンクリートは、材料の特性として収縮する。
構造物を構築する際に、段階的施工を行う。

近未来コンクリート研究会 特別講演
十河 茂幸

➢ 初期ひび割れは収縮が主要因

収縮を拘束された場合のひび割れ発生メカニズム• コンクリートは収縮する。
セメントの硬化収縮
乾燥して収縮水和発熱が放熱して収縮

収縮（乾燥・温度収縮）

収縮ひび割れ乾燥収縮ひび割れ
温度ひび割れ拘束（既設部材・鉄筋等）

先に施工された構造物が後の施工で構築されるコ
ンクリートの収縮を拘束すると、引張応力が発生。
これに対して引張強度が小さい（伸び能力が小さい）ためひび割れが生じる。

• 既設物などが収縮を拘束拘束されると引張応力発生• 引張強度は極端に小さい⇒ ひび割れ発生

1

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温度ひび割れの二つのパターン

初期ひび割れ（温度ひび割れ）

表面ひび割れ貫通ひび割れ（内部拘束卓越）（外部拘束卓越）部材断面の薄い構造物（壁状構造物等）

部材断面の厚い構造物（スラブ状構造物等）
表面ひび割れ発生

コンクリートの収縮を拘束体により拘束されることで、コンクリート部材内に引張応力が発生

応力分布
引張応力が発生
温度分布
圧縮応力が発生

コンクリートの収縮の原因
・セメント水和熱
・環境温度の変化
・自己収縮・乾燥収縮
・日射 等

ひずみ分布
（直線分布）

内部拘束温度ひび割れ
コンクリート型枠

圧縮脱型

温度応力についての考え方
温度応力：σ圧縮

温度分布

引張引張外気温

表面にひび割れが発生する危険性

引張応力

応力ひずみ：εσ ＝ ε・E

ヤング率：E

ヤング係数 E は、時間経過に伴い大きくなる。Eが小さいとσは小さく、Eが大きくなるとσも大きくなる。逐次計算すると、σの変化が計算できる。クリープについては、有効ヤング係数で評価する方法がある。

σ（ｔ）＝∫ ［ε（ｔ）×Ｅ（ｔ）］
応力ひずみとは
自由ひずみ εｆ ：Δℓ／ℓ
完全拘束の場合 変形率＝０
応力に関するひずみ ε１＝Δℓ／ℓ
拘束度０．２ の場合 変形率＝０．８×Δℓ／ℓ
応力ひずみ ε２＝０．２×Δℓ／ℓ2

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外部拘束温度ひび割れの発生メカニズム

応力ひずみの考え方• 水和熱で温度上昇ℓΔℓ• 次第に放熱して収縮

自由収縮• 既設物が収縮を拘束
完全拘束

応力ひずみ
ε１＝Δℓ／ℓ

拘束されると引張応力発生

拘束度0.5応力ひずみ
ε２＝0.5Δℓ／ℓ• 引張強度は極端に小さい⇒ ひび割れ発生

内部拘束による温度ひび割れ

温度応力：σ ε：応力ひずみ E：ヤング率σ ＝ ε・E
ヤング係数 E は、時間経過に伴い大きくなる。
Eが小さいとσは小さく、Eが大きくなるとσも大きくなる。
逐次計算すると、σの変化が計算できる。

外部拘束に内部拘束が加算され他場合の温度応力

ε：応力ひずみ
E：ヤング率σ ＝ ε・E
ヤング係数 E は、時間経過に伴い大きくなる。
Eが小さいとσは小さく、Eが大きくなるとσも大きくなる。
逐次計算すると、σの変化が計算できる。
温度応力：σ33/8/2022

コンクリート部材の温度上昇➢ 温度ひび割れの抑制対策✓ 単位セメント量の低減

断熱状態（Ｄ≒∞）⇒ 単位水量の減じられる材料・配合

D測点✓ 低発熱セメントの使用✓ 温度上昇の抑制

コンクリート部材の厚さより，内部の発熱状況は異なる⇒ プレクーリング、夜間打設など✓ ゆっくりとした温度低下

コ 70ン
ク 60
リ
｜ 50
ト
断 40
面
中 30
心の 20
温度 10

D=４m
D=２m
D=１m
打ち込み時の温度(℃)
5⇒ 保温養生、長期間の型枠存置など

10

材

15

齢 （日）

断熱温度上昇曲線（セメント種類の影響）

配合要因とひび割れの関係

70

早強
普通

断熱温度上昇量(℃）

60
50

高炉Ｂ種

40

中庸熱

30

低熱

20

単位セメント量：350kg/m3
打設温度：20℃

1000246
材齢(日）

810W/C
WC3（％） （kg/m ） （kg/m3）
６５２５４５５３００１６５４５３６７３５４７１

T∞（℃）
４４５１６２７９

乾燥
収縮

温度
収縮

自己収縮大↑
↓小小↑
↓大小↑
↓
大

流動性を高める ⇒ 絶対粗骨材容積を減じる⇒ 収縮因子が増大 ⇒ ひび割れ発生確率増大

4

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施工に影響される初期ひび割れ

内部温度の勾配で表面ひび割れ
型枠メカニズムは理解できても、コンクリート初期ひび割れの抑制は困難

圧縮脱型

温度分布

施工時期の影響、施工方法の影響

引張

材料・配合・製造・施工の管理方法

引張外気温

設計で考慮しても、制御は困難

コンクリートの温度上昇と発生応力
コンクリート内部温度

温度

打設時のコンクリート温度が高いと温度降下量は増大

打設後の外気温が低くなると温度降下量は増大

打込み温度と外気温の変化に注意
ａ

材齢

引張

引張強度

応力引張応力

圧縮応力

温度降下量の増大により引張応力も増大

ａ：秋→冬（冷え込む時期）
ｂ：通常期

温度
材齢

温度降下量の増大により引張応力も増大

打込み温度が高い場合、脱枠時に温度が低い場合は要注意

引張応
力

冷やすと危ない

外気温

材齢

圧縮

応
力

外気温

ｂ
時 間打込み温度に注意ａ

冷え込む時期に注意

引張応力増大ｂ
ひび割れ発生圧縮5

3/8/2022➢ ひび割れ抑制の施工面での対応

温度ひび割れ以外の初期ひび割れの補足✓ 温度ひび割れの対応■ 乾燥収縮ひび割れは、部材が厚いと検討しなくてよいか？

⇒ 外気の影響から保護（シートの利用）✓ 事前の予測の範囲を認識⇒ 施工管理の意識（計画との違いを把握）対策が困難な場合

１）誘発目地の利用
２）許容ひび割れ幅を明確にする
３）補修を前提とする

乾燥収縮による初期ひび割れ✓ 乾燥はコンクリートの表面から。
✓ 部材の厚さが小さい場合に発生。
✓ 内部拘束が卓越する。

✓ 乾燥するには時間がかかる。
✓ 建築では漏水が問題となる場合が多い。

■ 自己収縮の評価はどのようにすればよいか？
■ 鉄筋の補強でひび割れは低減できるか？
■ トンネル二次覆工のひび割れはどのような考えればよいか？

乾燥による収縮のメカニズム✓ セメントペーストの収縮（乾燥収縮・自己収縮）

セメントゲル、未水和のセメント粒子、毛細管空隙、ゲル空隙等の毛細管空隙の収縮✓ セメントペーストの収縮を拘束する骨材
骨材のヤング率が小さいと収縮が増加✓ 骨材の乾燥収縮

骨材中の毛細管空隙の水分逸散による収縮6

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乾燥収縮率の分布

単位水量と乾燥収縮率

分布域：300〜1200μ、平均679μ、標準偏差143μ（特異な配合、A1129以外の方法を除外）

粗骨材の岩種と乾燥収縮率

材料、配合を特定すると相関

乾燥収縮ひび割れの抑制対策

1400
最大値

1300
1200

◆ 平均値

1100

最小値

✓ 乾燥収縮率の抑制 ⇒単位水量の低減ではない。

1000⇒ 良質の骨材の使用900800⇒ 良質の混和剤の使用

700
600
500

⇒ 変動の少ない品質管理400

ひん岩(n=1)

片麻岩(n=1)

黒雲母岩(n=1)

閃緑岩(n=2)

人工軽量(n=2)

ﾎﾙﾝﾌｪﾙｽ(n=2)

ﾁｬｰﾄ(n=3)

石英片岩(n=3)

斑レイ岩(n=4)

硅岩(n=5)角閃岩(n=4)

粘板岩(n=8)

凝灰岩(n=10)

花崗岩(n=12)

粗面岩(n=10)

輝緑岩(n=15)

玄武岩(n=14)

石英斑岩(n=20)

砂利(n=79)

流紋岩(n=34)

砂岩(n=225)

安山岩(n=85)300

石灰石(n=325)

乾燥収縮率（μ）

収縮は、Wだけでは決まらない✓ 乾燥による逸散水の抑制⇒ 十分な湿潤養生

nはデータの個数

石灰石：平均値は小
変動範囲は大きく、他の岩種より収縮が大きいものもある

岩種を固定しても収縮は決まらない。

⇒ ゆっくりと反応させる73/8/2022

内部湿度分布の推移（厚さ40cm）

乾燥収縮ひずみとひび割れ
コンクリートの収縮ひずみの許容値・・・ 800μ・温度20℃
・湿度約70％の恒温室にて14ヶ月養生，以後室内放置

乾燥環境による乾燥収縮ひずみ ・・・400μ収縮を拘束する構造物の拘束度 ・・・200μ

コンクリートの伸び能力（クリープを含む）・・・200μ⇒ 大きなひび割れは生じない基準値

硬化収縮（自己収縮）は伏兵

自己収縮と乾燥収縮
経過時間✓ 自己収縮だけではひび割れは生じない。
✓ 自己収縮率は、単位セメント量に依存。
✓ 乾燥収縮率は自己収縮を含む。

自己収縮（水和に伴って生じる収縮）
収
乾燥収縮

縮

脱枠後の長さ変化（乾燥に伴って生じる収縮）✓ セメントの効果速度が速いと大きくなる。
✓ つまり、セメントの種類の影響がある。

型枠内

乾燥環境
［脱枠］

材齢7日程度では水和が完了していないため，脱枠あるいは水中養生終了後の長さ変化試験では，乾燥収縮と自己収縮の両方が測定値となる。

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自己収縮によるひび割れへの影響

コンクリートの自己収縮（☓10－6）（土木学会 コンクリート示方書）

乾燥収縮と区別した測定が困難

セメントの種類で異なる自己収縮

鉄筋比のひび割れ幅抑制効果
最大ひび割れ幅とひび割れ指数との関係

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3/8/2022➢ 収縮を減じるには、ＷとＣを削減

トンネル二次覆工
ひび割れの主原因✓ 乾燥収縮を減じるには ⇒ 乾燥収縮率の低減✓ 自己収縮を減じるには ⇒ Ｃ低減✓ 温度応力を減じるには ⇒ Ｃ低減

同一W/Cなら、単位水量の低減が効果的
コンクリートの自己矛盾⇒強度発現を求めるとひび割れが発生

トンネル二次覆工のひび割れ（縦断方向）

日経コンストラクション2021年11月8日号：
道路トンネルの診断より引用

トンネル二次覆工のひび割れ（横断方向）

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