技報 第 12 号（2014 年）

乾燥収縮がプレストレストコンクリート橋に与える影響と拡散理論に基づく収縮ひずみの予測手法に関する研究
大阪支部

１．はじめに近畿地方では近年，垂井高架橋や第二阪和国道といった PC

では再発防止策として，PC 橋に使用するコンクリートの乾燥収縮ひずみを JIS 試験（JIS A 1129）の 26 週試験値で 8×10-4以下にするという事務連絡を 2010 年に通達した．これにより，各地の生コン工場で粗骨材を石灰石砕石に変更する動きが盛んとなり，近畿地方において乾燥収縮問題は沈静化した．
このようにコンクリートの乾燥収縮は，使用する粗骨材の選別や混和材料の添加によりコントロールすることが可能で

小林仁

２章、３章（乾燥収縮に対する設計上の課題の抽出）
・現行基準は、JIS試験で大きな収縮ひずみを示すコンクリートを対象としていない。
・現行基準では、乾燥収縮の内部拘束応力によるひび割れを考慮することができない。

上部工に乾燥収縮（および自己収縮）を主原因とするひび割れ等の変状が生じ問題となった．国土交通省近畿地方整備局

土木技術部

現行基準の枠組
４章（実物大供試体による計測）
・実構造物に生じる収縮ひずみをJIS試験結果、基準による予測値と対比する。

計測データを用いた検証

５章（部材厚を考慮した予測式）
・JIS試験結果を考慮することができる予測式を構築する。

計測データを用いた検証

実構造物に生じる収縮ひずみの予測

基準の精度・安全性の検証（計測終了時）６章（拡散理論に基づく解析）
・水分移動解析により、内部拘束応力によるひび割れを再現する。

変状の発生部位と時期の特定

７章（乾燥収縮に対する設計的対応方法の確立）

図-1 論文の構成あるが，乾燥収縮自体はコンクリートに生じる自然現象であり，予想される収縮ひずみに応じて性能照査を行うことが望ましい．このため，PC 橋を対象に乾燥収縮に対する設計的な対応方法の確立を目指し，実橋や実物大供試体に生じる乾燥収縮ひずみの測定や，拡散理論に基づく新しい予測式の構築，および水分移動解析による乾燥収縮を原因とする損傷の再現などに取り組んだ．本稿では，京都大学大学院宮川豊章教授のご指導のもと取りまとめた博士学位論文の概要について報告する．

２．論文の構成

図-2 箱桁タイプの供試体

論文の構成を図-1 に示す．本稿では，このうち 4 章から 6章の内容について紹介する．

体には表面に多くのひび割れが生じており，ひび割れの一部は鉄筋を越え部材深部に達している．一方，配合 NO.2 によ３．実物大供試体による計測（4 章）

る供試体にもひび割れが生じているが，配合 NO.1 によるも2011 年に当社が施工した PC 方杖ラーメン箱桁橋と，同橋のと比べ軽微である．実橋にはひび割れ発生の報告はない．

をモデルに製作した実物大供試体 7 体の乾燥収縮ひずみを計代表的な計測結果として，箱桁タイプにおけるウェブ中央測した．供試体は，実橋の断面を再現した箱桁タイプ（図-2）の橋軸方向ひずみを図-3 に示す．粗骨材よる差は JIS 試験ほ2 体と，ウェブ部分をモデル化した角柱タイプ５体とした．

ど顕著でなく，乾燥期間３年における収縮ひずみは配合 NO.1

供試体には，粗骨材を垂井高架橋や第二阪和国道の橋梁との供試体が 220×10-6，配合 NO.2 の供試体が 250×10-6 程度

同じ産地の硬質砂岩砕石とした乾燥収縮ひずみが大きいコンとなっている．配合 NO.1 による供試体は，ひび割れによっクリート（配合 NO.1）と，粗骨材を石灰石砕石とした乾燥収て表面部の大きな収縮ひずみが解放され，全体の収縮ひずみ縮ひずみが標準的なコンクリート（配合 NO.2）の 2 種類を使が低下した可能性がある．

用した．それぞれのコンクリートの乾燥収縮ひずみは，JIS図には各基準による予測値も記載しており，このうち 2012

長さ変化試験の 26 週試験値で，配合 NO.1 が 923×10-6，配年制定コンクリート標準示方書は[設計編：標準]に記載の式合 NO.2 が 539×10-6 であった．なお，実橋のコンクリートは（解 2.2.2）によっている．式中の有効部材厚 d は，実際の部配合 NO.2 である．各供試体で，注目する収縮方向の鉄筋比材厚である 400mm とした場合と，体積表面積比 V/S の 4 倍や混和材料添加の有無を試験要因とした．とした場合の 2 ケースとした．実測された収縮ひずみは，道実橋，供試体ともに，2010 年 11 月から 12 月にかけて打設

路橋示方書による予測値とコンクリート標準示方書による予を行い，ひずみ計等の計測機器やコンタクトゲージにより収測値の中間程度である．道路橋示方書は，クリープによる応縮ひずみを継続的に測定した．現在，配合 NO.1 による供試力緩和の影響を考慮して小さめの収縮ひずみを予測している

技報 第 12 号（2014 年）

箱桁供試体ウェブ 中央の橋軸方向ひずみと諸基準による予測値との関係

新しい予測式と供試体（配合NO.2）計測値との比較
600

2012コンクリート標準示方書（d＝400mm：実際の部材厚）（d＝520mm：V/Sの4倍）

2007コンクリート標準示方書（V/S＝130mm）

350
300
250200150100●配合NO.1（粗骨材G1）□配合NO.2（粗骨材G2）

双曲線パラメータ
a= 26.1、b=583×10 -6500

db＝400mm：実際の部材厚400

db＝616mm： 箱桁V/Sの4倍

300×JIS試験結果●箱桁タイプ△角柱タイプ

2001002013/11/29

2013/8/1

2013/9/30

2012/12/4

2012/8/6

2012/10/5

2012/6/7

2012/4/8

2012/2/8

2011/12/10

2011/8/12

2011/10/11

2011/6/13

2011/4/14

2011/2/13

2010/12/15

0

2013/6/2

H24道路橋示方書（λ・Ac/u＝390mm）
2013/4/3

50

2013/2/2

収縮ひずみ（×10-6 ）収縮ひずみ（×10-6 ）400

db＝800mm：角柱V/Sの4倍

00

100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100

日付

図-3 埋込ひずみ計による 3 年間の計測結果

乾燥期間（日）図-4 式(1)による予測式と計測結果の比較（配合 NO.2）
Step2：支保工施工部（Step1から１カ月後に施工）ことを考えると，実測された収縮ひずみは現在のところ，各基準の予測値を大きく逸脱しない範囲にあると言える．
Step3：場所打ち連結部

４．部材厚を考慮した予測式（5 章）（ Step1から３カ月後に施工）

B(8.26N/mm2)
A(8.71N/mm2)
C(9.86N/mm2)

乾燥収縮ひずみの経時変化は双曲線関数に従うこと，また，B(6.93N/mm 2)A(6.68N/mm2)
C(6.37N/mm2)

その進行度は拡散理論に基づき部材厚さの二乗に比例して遅くなること，という 2 つの事実を，同一地域にある複数の生

Step1：押出し施工部

コン工場から購入したコンクリートを用いて製作した多くの橋軸直角方向の応力供試体による長さ変化試験の結果から明らかとした．これよ

橋軸方向の応力[N/mm2]12.0
10.0
8.06.0
4.0
2.00.0-2.0-4.0-6.0

図-5 実際の損傷状況と水分移動解析結果

り，以下に示す新しい収縮ひずみの予測式を構築した．

1 - RH 100×b×t
e sh (t ) = 1 - 0.62
æ db ö
çç÷÷ × a + t
è 100 øンクリートの打継部に生じたものであるが，明確な方向性を有しておらず外部拘束だけでは説明できない．ここで，コン・・・(1)ここに，εsh(t)：乾燥期間 t（日）における乾燥収縮ひずみ

クリート中の水分移動が拡散理論に基づくと仮定し解析を行うと，損傷が生じた部位はマッシブなため，橋軸・直角の 2方向に高い引張応力が生じ，応力が最大となる時期も実際にひび割れが確認された時期（橋体完成から 4 年後）と概ね一致することが分かった．

a：乾燥収縮ひずみの経時変化を示す項
b：乾燥収縮ひずみの最終値
db：部材を代表する厚さ(mm)RH：相対湿度（％）

６．おわりに以上の取組みを整理し，7 章で乾燥収縮に対する設計的対応フローを構築した．天然資源であるコンクリート用骨材が，式(1)は，2012 年制定コンクリート標準示方書の（解 2.2.2）現在の品質を維持できる保証はなく，将来，さらに大きな乾の元になったものである．式(1)によると，JIS 長さ変化試験燥収縮ひずみと向き合う必要に迫られる可能性もあり，本研の結果を反映した未定係数 a，b を使用するため，粗骨材等の究の成果が今後の研究に活用されることを期待する．

使用材料に起因する収縮性状をある程度，考慮することができる．図-4 は，ひび割れの影響が軽微な配合 NO.2 による供試体の実測ひずみとの対比であるが，db を体積表面積の 4 倍

Key Words：乾燥収縮，PC 橋，実物大供試体，拡散理論，予測式，水分移動解析としたケースでは，実測値と比較的良く一致している．

５．拡散理論に基づく解析（6 章）
乾燥収縮の進行度は部材の表面と内部で異なるため，内外のひずみ差に起因する内部拘束応力によりひび割れが生じる場合がある．図-5 に示すひび割れは，乾燥収縮により新旧コ

小林仁