東急建設技術研究所報 No. 48

U.D.C 691.322

電気炉酸化スラグ細骨材がコンクリートの性能に及ぼす影響―その 3 構造体強度補正値および温度ひび割れ抵抗性に関する検討―古川要雄太＊

大岡督尚＊

約： 本研究は，急冷製造（風砕）される電気炉酸化スラグ細骨材を使用したコンクリートの構造体強度補正値および温度ひび割れ抵抗性について検討したものである。検討の結果，電気炉酸化スラグ細骨材の容積混合率 50%における構造体強度補正値は，JASS 5 に示される標準値と同等の値を示した。また，断熱温度上昇量は，同一単位セメント量において，一般的な細骨材を用いたコンクリートよりも小さい値であった。実験結果より算出した各種係数を用いて温度応力解析を行った結果，電気炉酸化スラグ細骨材を混合することで，温度ひび割れ抵抗性が高くなる傾向を示した。

キーワード： 電気炉酸化スラグ細骨材，構造体強度補正値，断熱温度上昇特性，温度ひび割れ目

次： 1．はじめに4．温度ひび割れ抵抗性の検討

2．使用材料

5．まとめ

3．構造体強度補正値の検討
1．‌はじめに2．‌使用材料

筆者らは，環境配慮型社会の実現に向けて，電気炉で鉄表 1 に使用材料を示す。細骨材は，EFS，山砂，砂岩砕スクラップから鋼を製造する過程で発生する電気炉酸化ス砂の 3 種類を使用した。EFS の化学成分を表 2 に示す。

ラグ細骨材（以下，EFS）に着目し，コンクリート用細骨化学成分は JIS A 5011-4 の規定を満足している。粗骨材材としての有効利用を検討してきた 1）。その結果，研究のは，硬質砂岩砕石および石灰岩砕石を使用した（質量混合対象とした風砕で製造される EFS は，骨材形状が丸みを表1帯びていることに起因し，単位水量の低減が可能であり，使用材料これに付随して長さ変化や中性化深さも低減することを確認し，コンクリートの性能を向上させる材料としての可能性を示した。また，EFS を用いたコンクリートは，一般的な細骨材を用いたコンクリートと同様に，セメント水比と圧縮強度は比例関係であり，かつ，EFS の混合率を変えても圧縮強度に大きな変化が生じないことから，強度算定式を変えることなく，適用部材や使用目的に応じてEFS の混合率を自由に変化させることができる可能性を報告した。更に，EFS の混合率が大きくなるに伴い線膨張係数が小さくなる傾向を確認し，石灰岩砕石を使用したコンクリートと同様に，ひび割れが抑制される可能性について言及した。
一方，EFS を用いたコンクリートに関する構造体強度補正値や断熱温度上昇量については不十分な部分があり，構造体コンクリート強度の推定やマスコンクリート部材へ表2の適用などについては，更なるデータの蓄積および検討が必要であると考えられる。
そこで本論文では，EFS を用いたコンクリートの適用範囲を広げることを目的に，EFS が構造体強度補正値および温度ひび割れ抵抗性について与える影響について検討した結果について報告する。なお，本論文は既発表の文献
2）を再構成したものである。
＊技術研究所

構工法・材料グループ

1

EFS の化学成分

東急建設技術研究所報 No. 48率 50：50）。化学混和剤は，水セメント比に応じて AE 減水剤および高性能 AE 減水剤を選定して使用した。また，目標とする空気量が得られるように，AE 剤を使用した。
3．‌構造体強度補正値の検討
3.1 実‌ 験の概要EFS を用いたコンクリートの構造体強度補正値を把握するため，JASS 5 T-606 : 2018 3）に示されている，比較

図1

的断面の大きいコンクリート部材の中心部に近い温度履歴を与え，その部材の強度を推定することができる簡易断熱養生供試体による構造体コンクリート強度を用いて，構造

簡易断熱養生槽の概要

表3

実験の要因と水準（構造体強度補正値の検討）

表4

コンクリートの調合（構造体強度補正値の検討）

体強度補正値を検討した。実験に使用した簡易断熱養生槽の概要を図 1 に示す。簡易断熱養生槽は，熱伝導率約 0.04
W/mK の断熱材で成型したものを使用し，試験体の周囲を発泡ビーズで充填することで，養生槽内の空気の対流が生じない構造とした。
実験の要因と水準を表 3 に示す。EFS の細骨材に対する容積混合率は 50% とし，水セメント比は 55%，45% および 35% の 3 水準とした。コンクリートの打込み時期は，標準期，夏期および冬期の 3 水準とし，それぞれの目標練上がりコンクリート温度は 20±2℃，30±2℃および 15±2℃とした。
（ 1 ） 調
‌ 合コンクリートの調合を表 4 に示す。調合記号は，水セメン ト 比・EFS 容 積 混 合 率 の 順 に 示 し て お り， 例 え ば
WC55-EFS50 は水セメント比 55%，EFS 容積混合率 50%
で あ る こ と を 示 し て い る。 目 標 ス ラ ン プ は，WC55EFS50 は 18±2.5 cm，WC45-EFS50 および WC35-EFS50

表5は 21±2.0 cm とし，目標空気量はいずれも 4.5±1.5% としフレッシュコンクリートの試験結果（構造体強度補正値の検討）た。 単 位 粗 骨 材 か さ 容 積 は，WC55-EFS50 は 590 l/m 3，その他は 570 l/m 3 とした。単位水量は，既往の検討 1）を基 に，WC55-EFS50（AE 減 水 剤 を 使 用）は 160 kg/m 3，その他（高性能 AE 減水剤を使用）は 150 kg/m 3 とした。
（ 2 ） 試
‌ 験項目および方法
フレッシュ性状としてスランプ（JIS A 1101），空気量（JIS A 1123）およびコンクリート温度（JIS A 1156）の測定を行った。また，コンクリートの打込み後，コンクリート温度の温度履歴を測定した。硬化性状として，圧縮強度試験（JIS A 1108）を実施した。なお，養生方法は前述の簡易断熱養生および標準水中養生とした。簡易断熱養生
は，材齢 7 日まで簡易断熱槽で養生し，以後は外気環境下で封かん養生とした。
3.2 試‌ 験結果および考察3.2.1 フ‌ レッシュコンクリート
表 5 にフレッシュコンクリートの試験結果を示す。全ての打込み時期で目標値を満足し，かつ空気量は 4.5±0.5%と差が小さかったため，硬化性状に及ぼす影響は小さいと判断し，以後の考察ではこれらの影響を考慮しないこととした。図 2 にコンクリートの温度履歴の一例として，夏期の試験結果を示す。コンクリート温度は，単位セメント量に応じて異なる温度履歴を示し，最も単位セメント量が多図22

コンクリートの温度履歴の一例（夏期）東急建設技術研究所報 No. 48

い WC35-EFS50 は最高温度約 70℃を示した。この結果から，各打込み時期および単位セメント量に応じて，比較的部材厚の大きい構造体と同様な温度履歴を与えることができたと判断した。
3.2.2 硬‌ 化性状
図 3 に標準水中養生供試体の圧縮強度試験結果を示す。
標準水中養生したコンクリートは，打込み時期による強度発現性に大きな違いはなく，各材齢における圧縮強度は水セメント比ごとに同等の値であった。材齢 28 日圧縮強度をみても，打込み時期の違いが圧縮強度に大きな影響を及ぼしていることは確認できないため，打込み時期が異なっても同一の強度算定式で調合設計は可能であると考えら

図3

標準水中養生供試体の圧縮強度試験結果

図4

簡易断熱養生供試体の圧縮強度試験結果れる。
図 4 に簡易断熱養生供試体の圧縮強度試験結果を示す。
全体的な傾向として，水セメント比ごとに比較すると最高温度の低い冬期の圧縮強度が大きく，次いで標準期，夏期の順であった。これは一般的なコンクリートと同様な傾向であり，高温履歴を受けることで，長期的な強度増進が停滞した影響 4）であると考えられる。図 5 には，構造体強度補正値 28S 91（簡易断熱養生供試体の材齢 91 日圧縮強度と標準水中養生供試体の材齢 28 日圧縮強度の差）の検討結果を示す。図中より，設計基準強度（以下，Fc）36 N/mm 2 以下の範囲（Fc 36 N/mm 2＋1.73 σ : σ ＝0.1×Fc）では，標準期は 3 N/mm 2 以下，夏期および冬期は 6 N/mm 2以下の構造体強度補正値であることが示された。また，
Fc 36 N/mm 2 を超え Fc 48 N/mm 2 以下の範囲（Fc 48 N/mm 2＋1.73 σ ）では 9 N/mm 2 以下，Fc 48 N/mm 2 を超える範囲では 12 N/mm 2 以下の構造体強度補正値であり，EFS 容積混合率 50% における構造体強度補正値は，JASS5 3）に示される一般的なコンクリートの標準値と同等の値であった。
4．‌温度ひび割れ抵抗性の検討
4.1 検‌ 討の概要
EFS を混合したコンクリートの温度ひび割れ抵抗性について検討を行うため，EFS 容積混合率 50% 以下を対象に，断熱温度上昇特性の把握および温度応力解析を行

図5った。

構造体強度補正値の検討結果

断熱温度上昇量の検討における実験の要因と水準を表 6に示す。EFS の容積混合率は 0%，30% および 50% の 3

表6

実験の要因と水準（温度ひび割れ抵抗性の検討）

表7

コンクリートの調合（温度ひび割れ抵抗性の検討）水準とし，水セメント比は 45% の 1 水準とした。目標打込み温度（以下，打込み温度）は 10℃，20℃および 30℃の 3 水準とした（管理値は目標値±2℃）。
（ 1 ） 調‌ 合
表 7 にコンクリートの調合を示す。目標スランプは 21±2.0 cm，目標空気量は 4.5±1.5% とした。単位粗骨材かさ容積は 570 l/m 3 とし，EFS の混合率に応じて単位水量を調整してスランプが同等となるように調整した。なお，打込み温度ごとに化学混和剤（Ad2）の添加量は一定にした。

3

東急建設技術研究所報 No. 48（ 2 ） ‌試験項目および方法

らず，EFS がコンクリートの熱的性質へ与える影響につ試験は，スランプ（JIS A 1101），空気量（JIS A 1123）

いては不明確な点が多く，今後の検討課題であるとともおよびコンクリート温度（JIS A 1156）の測定を行った。に，更なるデータの蓄積が必要であると考えられる。

また，断熱温度上昇量の測定は，文献 を参考にして容量

図 7 に温度上昇速度を表す係数を示す。図中にはマスコ

30 L のコンクリートを用い，逆解析手法による最終断熱ン指針に示される普通ポルトランドセメントを使用したコ5）

温度上昇量および温度上昇速度を表す係数を算出した。な
お，断熱温度上昇量および温度上昇速度を表す係数を求めることで，式（ 1 ）に示すコンクートの発熱予測曲線から表8所定の材齢におけるコンクリート温度を予測することが可能になる。
Q（t）＝K（1－e －α t）
フレッシュコンクリートの試験結果（温度ひび割れ抵抗性の検討）

（1）

ここに，
t ：材齢（日）Q（t）：材齢 t 日までの断熱温度上昇量（℃）
K ：最終断熱温度上昇量（℃）

α ：温度上昇速度を表す係数
4.2 試‌ 験結果および考察
4.2.1 フ‌ レッシュ性状
表 8 にフレッシュコンクリートの試験結果を示す。全てのコンクリートにおいて目標値を満足する結果であった。
4.2.2‌断熱温度上昇量

図 6 に各コンクリートの最終断熱温度上昇量を示す。図中には，建築学会「マスコンクリートの温度ひび割れ制御（以下，マスコン指針）に示さ
設計・施工指針・同解説」6）
れる，普通ポルトランドセメントを使用した最終断熱温度上昇量の計算値（20℃）を示している。ここでは，打込み温度 20℃のコンクリートを中心に考察した。図 6 より，
EFS 容積混合率が 0% のものはマスコン指針による計算値と同等の値であり，本検討の逆解析手法は精度よく最終断熱温度上昇量を算出できていると考えられる。また，単位セメント量が小さくなるに伴い，最終断熱温度上昇量は小さくなり，一般的なコンクリートと同様な傾向 6）を示した。しかし，混合率が大きくなるに伴い，マスコン指針による計算値と実験値の差が大きくなる傾向を示し，EFS

図6

断熱温度上昇量の試験結果を用いたコンクリートが一般的なコンクリートよりも同一単位セメント量では，最終断熱温度上昇量が小さくなる傾向であった。これは，EFS を混合したコンクリートは，混合率に応じて単位水量を小さくし，その容積を補うために単位細骨材量を大きくする調合設計を行っているため，コンクリートを発熱体（セメントペースト）と非発熱体（骨材）の複合体とした場合，発熱体に対する非発熱体の割合が増加することになり，この影響によって最終断熱温度上昇量が低減されたと推測される。よって，EFS を混合したコンクリートは，同一水セメント比または同一圧縮強度（呼び強度を指す）において，EFS の混合に応じて単位セメント量が小さくなることに加え，発熱体（セメントペースト）に対する非発熱体（骨材）の割合が増加する2 要因によって，最終断熱温度上昇量が小さくなったと考えられる。しかしながら，EFS を用いることで変化する熱伝導率，熱拡散係数および比熱などを直接測定してはお図74

温度上昇速度を表す係数の試験結果

東急建設技術研究所報 No. 48

ンクリートの計算値（20℃）を示している。図 7 からは，EFS を混合したコンクリートの温度上昇速度を表す係数は，普通ポルトランドセメントを使用したコンクリートの単位セメント量との関係と同様であることが確認でき，EFS の混合が温度上昇速度を表す係数に与える影響は小さいと考えられる。これは，最終断熱温度上昇量とは異なり，温度上昇速度を表す係数に影響を及ぼす要因は，単位セメント量および化学混和剤の影響が支配的であるためと考えられる。なお，他の打込み温度においても，マスコン指針による計算値と実験値は同様な値であった。
4.2.3 温
‌ 度ひび割れの解析的検討
図 8 に温度ひび割れの解析モデルを示す。厚み 1 m の基礎スラブ上に高さ 4 m，厚み 1.5 m の壁状部材を打ち込

図8むと仮定して 2 次元 FEM 解析を実施した。基礎スラブと解析モデル（単位：mm）

壁状部材の打込み間隔は 14 日間とし，壁状部材の側面の型枠は 2 日後に脱型すると仮定した。表 9 に解析条件を示す。最終断熱温度上昇量，温度上昇速度を表す係数および線膨張係数は，本検討結果および筆者らが検討 1）した実

表9

温度ひび割れ抵抗性の解析に使用した物性値など験値を用い，その他の係数はマスコン指針に準じ設定した。解析に使用したコンクリートは，表 7 に示す WC45EFS0（EFS 容積混合率 0%）および WC45-EFS50（EFS容積混合率 50%）とし，同一水セメント比における EFS容積混合率が与える影響について検討した。
図 9 に温度解析による壁状部材の中央部のコンクリート温度を示す。WC45-EFS0 の最高温度は 74.0℃，WC45EFS50 の最高温度は 63.5℃であり，EFS を 50% 混合率することで，10.5℃の温度抑制を示した。これは，前述の通り，EFS を混合することで最終断熱温度上昇量が小さくなることが影響しているためである。
図 10 に解析による壁状部材の温度ひび割れ指数を示す。
表層部を比較すると，WC45-EFS0 の最小ひび割れ指数は0.48，WC45-EFS50 の 最 小 ひ び 割 れ 指 数 は 0.77 で あ り，EFS を混合することで最小ひび割れ指数が大きくなることが認められた。これは，EFS を使用することで，内部拘束によって生じるひび割れの抑制効果があることを示すものである。また，中央部を比較すると，WC45-EFS0 の最小ひび割れ指数は 0.71，WC45-EFS50 の最小ひび割れ指数は 1.09 であり，表層部と同様に，EFS を混合することで最小ひび割れ指数が大きくなることが認められた。すなわち，外部拘束によって生じるひび割れの抑制にも効果があることを示すものである。これらの要因は，EFS を動性が同等となるように調合設計を行っている。すなわ

混合することで最高温度が小さくなることに加え，EFSち，各検討結果は EFS の混合による直接的な影響と単位を混合することで線膨張係数が小さくなるため，温度ひず水量の低減によってもたらされる材料構成の変化の 2 因子みが小さくなったためと考えられる。

が大きく影響している。単位水量を変化させず化学混和剤

以上より，本検討における解析条件においては，EFSなどで流動性を調整した場合，本検討とは異なる結果が得を混合することで生じる温度上昇量の低減および線膨張係られる可能性があることに留意する必要がある。

数の低減に起因し，内部拘束および外部拘束によって生じ5．‌まとめる温度ひび割れに対して高い抵抗性を示す傾向が認められ，マスコンクリート部材などで生じる温度ひび割れの抑EFS を混合したコンクリートの構造体強度補正値およ制の可能性が示された。なお，前述の通り，本検討では

び温度ひび割れ抵抗性について検討した結果，以下の知見

EFS の混合率が大きくなるに伴い単位水量を低減して流を得た。

5東急建設技術研究所報 No. 48

図9

図 10

壁状部材の中央部のコンクリート温度（ 1 ） ‌本検討におけるコンクリート強度 30～60 N/mm 2量が小さくなる傾向を示した。
（ 3 ） ‌温度上昇速度を表す係数は，EFS を混合しても一程度の範囲（EFS の容積混合率 50%）においては，構造体強度補正値は JASS 5 に示される一般的なコ般的なコンクリートと同等であった。
（ 4 ） ‌温度応力解析の結果，EFS を 50% 混合したコンクンクリートと同等の値であった。

リートは，混合していないコンクリートに比べ温（ 2 ） ‌本検討で使用した EFS を混合したコンクリートは，度ひび割れ抵抗性が高いことが示された。

一般的なコンクリートに比べて最終断熱温度上昇
謝

壁状部材の表層部の温度ひび割れ指数

辞
本研究の実施にあたり，（株）星野産商に多大なご協力をいただきました。ここに記して謝意を表します。

参考文献
1）古川雄太・篠原佳代子・大岡督尚：電気炉酸化スラグ細骨材の混合率がコンクリートの諸性状に及ぼす影響に関する研究，コンクリート工学年次論文集，Vol. 42, No. 1, pp. 29-34, 2020.7
2）古川雄太・大岡督尚：電気炉酸化スラグ細骨材を使用したコンクリートの構造体強度補正値および温度ひび割れ抵抗性に関する検討，コンクリート工学年次論文集，Vol. 44, No. 1, pp. 52-57, 2022
3）日本建築学会：建築工事標準仕様書・同解説 JASS 5 鉄筋コンクリート工事，pp. 739-740, 2018.74）桝田佳寛・佐藤幸恵・友澤史紀：高強度コンクリートの構造体中での強度発現性と調合強度，日本建築学会構造系論文集，No.
537, pp. 13-20, 2000.115）一般社団法人セメント協会：各種セメントを用いたコンクリートの断熱温度上昇量に関する研究，コンクリート専門委員会報
告 F-59, pp. 42-53, 2014.3
6）日本建築学会：マスコンクリートの温度ひび割れ制御設計・施工指針・同解説，2019.11

STUDY ON THE EFFECT OF ELECTRIC FURNACE OXIDIZED SLAG AGGREGATE
ON PERFORMANCE IMPROVEMENT OF CONCRETE―PART 3. EXAMINATION OF STRUCTURE STRENGTH CORRECTION VALUE
AND TEMPERATURE CRACK RESISTANCE―
Y. Furukawa, T. Oh-oka
This study investigated the structure strength correction value and temperature crack resistance of concrete using
electric furnace oxidized slag fine aggregate that is rapidly cooled（wind crushed）. As a result, the structure strength
correction value at the volume mixing ratio of 50% of the electric furnace oxidized slag fine aggregate showed thesame value as the standard value shown in JASS 5. In addition, the amount of increase in adiabatic temperature wassmaller than that of concrete using general fine aggregate in the same unit cement amount. As a result of temperaturestress analysis using various coefficients calculated from the experimental results, it was shown that the temperaturecrack resistance tends to increase by using the electric furnace oxide slag fine aggregate.

6