配合設計コンクリート工学研究室岩城一郎配合とは？配合設計とは？ • 配合：コンクリートを製造するために用いられる各材料の使用量あるいは混合割合 • 配合設計：コンクリートが所定の性能を有するように，その製造に用いる各材料の使用量あるいは混合割合を定めること • コンクリートに要求される性能：安全性（丈夫），耐久性（長持ち），施工性（造りやすさ），さらには美観(美しさ)，環境低負荷（環境保全），経済性（安さ）示方配合と現場配合 • 示方配合：示方書または現場技術者によって指示される配合，骨材は表乾状態，細骨材は5mmふるいを通るもの，粗骨材は5mmふるいをとどまるものを用いた場合の配合（理論上の配合，現場配合を考える際の基準となる配合） • 現場配合：現場で示方配合のコンクリートができるように，現場における材料の状態に応じて定めた配合，湿潤状態にある骨材の水量（表面水率）の補正，細骨材と粗骨材の区分による補正，混和剤を水に薄めて使用する際の水量の補正（現場で示方配合を満足するよう各種補正が必要）示方配合の表し方  示方配合表：コンクリート1m3あたりの単位量を表示示方配合の表し方単　位　量（kg/m3）粗骨材G 粗骨材のスランプ水セメン空気量細骨材率最大寸法ト比水セメント混和材細骨材 mm mm 混和剤｜｜ W/C s/a （mm）（cm）（%）（%）（%） W C F S mm mm  具体的な例示方配合の実例単　位　量（kg/m3）粗骨材G 粗骨材のスランプ水セメン空気量細骨材率最大寸法ト比水セメント細骨材 5mm 10mm 13mm 15mm AE剤｜｜｜｜ W/C s/a （mm）（cm）（%）（%）（%） W C S 10mm 13mm 15mm 20mm 20 10±1 50 5.0±1.0 45 170 340 805 312 104 208 416 1.19 示方配合表の各項目 • • • • • • • • • • 粗骨材の最大寸法Gmax スランプ水セメント比W/C （AEコンクリートの目標）空気量細骨材率s/a 単位水量W 単位セメント量C 単位細骨材量S 単位粗骨材量G 単位混和材（混和剤）量FまたはA 各項目の説明 • 粗骨材の最大寸法Gmax：一般に大きいほど同一強度，同一スランプのコンクリートを作る際の単位水量Wが減るため，部材の最小寸法，鉄筋のあき，かぶりの制約条件を満足する中でできるだけ大きく設定する． • スランプ（Slump）：フレッシュコンクリートのコンシステンシーやワーカビリティーを評価するための指標．所定のコーンに所定の方法でコンクリートを詰め，コーンを引き抜いた際の，コンクリートの沈下量を求めたもの．大きいほど作業はしやすくなるが材料分離が大きくなる．小さすぎるとやはり締固めにくく材料分離が起こる．→作業に適する範囲でできるだけ小さいものを選ぶ．一般の土木構造物：8-12cm，断面の大きさ，配筋等により使い分ける． • 水セメント比W/C：骨材が表乾状態のときの，セメントペースト部分の水とセメントの質量比，W/C 小→強度大，組織の緻密性高→一般に耐久性高示方配合表の各項目 • （AEコンクリートの目標）空気量：多いほど凍害（凍結融解作用）に対する抵抗性の向上，ワーカビリティーの向上⇔強度の低下：プラスの影響の方が明らかに大 • エントレインドエア：AE剤によりコンクリート中に連行される微小な独立気泡（25-250μm） • エントラップトエア：コンクリートの練混ぜ中に自然に形成される気泡（エントレインドエアよりも大，凍害に対する抵抗性が期待できない，1～2%は入る．），JIS規格： 4.5±1.5%→寒冷地では4～6%を推奨 • 細骨材率s/a（日本では質量は大文字，容積は小文字）：骨材全量に対する細骨材量の絶対容積比→フレッシュ時の性状（粘り，粗々しさ）に影響 • 単位水量W：大→耐久性小（乾燥収縮，物質の透過性）→作業ができる範囲内でできるだけ少なく設定する． • 単位セメント量C：大→経済性，発熱量大配合設計の進め方建設材料実験：（社）日本材料学会より ①粗骨材の最大寸法Gmax：条件の許す範囲でできるだけ大きく． ②単位水量W：所定のフレッシュ性状（スランプ，ワーカビリティー）が得られる範囲でできるだけ小さく． ③水セメント比W/C：所定の強度，耐久性が得られるよう設定 ④単位セメント量C：②，③より自動的に決まる． ⑤細骨材率s/a：所定のフレッシュ性状（粗々しさ，粘り）が得られるよう設定 ⑥単位細骨材量S，単位粗骨材量G：②～⑤より自動的に決まる．水セメント比W/Cを下げると？（セメント水比C/Wを上げると？）圧縮強度(MPa) 70 60 50 R 2 = 0.9745 40 30 20 10 0 1.5 2 2.5 3 3.5 4 C /W コンクリートの圧縮強度はC/Wに比例する（W/C に反比例する）→W/Cを下げると強度が上がる．単位水量Wを上げると？ • 軟らかい（一見，作業しやすい）コンクリートができる． • 材料分離しやすくなる． • ひび割れが出やすくなる．→耐久性が低下する． • C一定の条件でWだけが上がると，W/Cが高くなり，強度が低くなる（細孔組織が粗くなる）．その結果，耐久性がさらに低下する．コンクリートの配合の概念示方配合の実例単　位　量（kg/m3）粗骨材G 粗骨材のスランプ水セメン空気量細骨材率最大寸法ト比水セメント細骨材 5mm 10mm 13mm 15mm AE ｜｜｜｜減水剤 W/C s/a （mm）（cm）（%）（%）（%） W C S 10mm 13mm 15mm 20mm 20 10±1 50 5.0±1.0 45 170 340 805 312 104 208 416 1.19 1040 空気セメント 2355 細骨材水：密度1.0g/cm3 セメント：密度3.16g/cm3 水粗骨材細骨材：表乾密度2.66g/cm3 粗骨材：表乾密度2.81g/cm3 コンクリート材料の体積割合骨材の含水状態の模式図絶対空気中表面乾燥状態乾燥状態乾燥状態（絶乾状態）（気乾状態）（表乾状態）湿潤状態含水量有効吸水量吸水量含水量表面水量示方配合から現場配合へ • 現場配合とは？現場で示方配合のコンクリートができるように，現場における材料の状態に応じて定めた配合 • 示方配合の仮定 - 骨材は表面乾燥飽水状態（表乾状態） - 細骨材は5mm以下，粗骨材は5mm以上 • 実際には？ - 骨材は湿潤状態 - 細骨材は5mm以上，粗骨材は5mm以下のものも含まれる． • 示方配合から現場配合への補正 - 骨材の含水率に対する補正：実際の骨材が湿潤状態とすれば，表面水量を補正する必要がある． - 骨材粒度に対する調整：実際の細骨材に5mm以上（粗骨材に5mm以下）のものが含まれているとすれば，骨材量を補正する必要がある．示方配合と現場配合の関係 C S C 実態は？ Air 表面水 5mm以上 S Air W G W G 5mm以下表面水示方配合結果として・・・ C 全てのバランスが崩れる！！特に，右図の場合，示方配合より単位水量W，水セメント比W/Cともに上がり，品質低下を招く． →示方配合から現場配合への調整が必要 S Air W G 詳細は，次年度，材料実験の中でフォロー