硬化コンクリートの性質 コンクリート工学研究室 岩城 一郎 コンクリート中の空げき（間げき） • エントラップトエア（数mmまで）→エントレインドエア （数100μmまで）→毛管空げき（数μmまで）→ゲル 間げき（数nmまで） • 毛管空げき：もともと水が占めていた部分．セメント ゲル（水和物）によってその空間を満たさなかった ため空げきとして残存．連続性を有する（迷路）． - W/C 高 or 水和度 低→毛管空げき 多：強度 低 - 水みち，物質（Cl-，CO2）の移動経路 →耐久性（劣化）に影響 • ゲル間げき：セメントゲル中に存在する間げき．毛 管空げきに比べ，強度，耐久性への影響 小：連続 性(移動性)はない 毛管空げき，ゲル間げきのイメージ 毛管空げき セメント 水 水和直後 数時間後 数日後～数年後 ゲル間げき コンクリートの質量 • コンクリートの単位容積質量：2.2-2.4t/m3 （g/cm3）→水の約2.3倍 • 鉄の単位容積質量：7.85t/m3（g/cm3） • 鉄筋コンクリート2.5t/m3（g/m3） • コンクリートのイメージ：重い（実は鉄の単位容 積質量よりずっと小さい） • 設計上不利な点：橋のスパン，耐震→軽量化へ の取組み（軽いコンクリート，高強度化→軽い部 材） • 有利な点：重力式ダム，消波ブロック（テトラポッ ト：ラテン語の４）等（安くて重い） 強度の種類 • • • • • • 圧縮強度 引張強度 曲げ強度 せん断強度 付着強度 疲労強度等々 圧縮強度 コンクリートの強度の中で最も重要 • コンクリートは圧縮に強く，引張に弱い（引張強 度は圧縮強度の1/10程度）→コンクリートは一 般に圧縮部材（圧縮力に対して抵抗する部材） として利用（引張力に対する抵抗は無視） • 圧縮強度の測定が一番簡単 • 圧縮強度の測定値はばらつきが最も少ない． 圧縮強度に影響を及ぼす要因 • • • • 供試体形状 水セメント比（セメント水比） 養生条件（乾燥条件，温度条件） その他の要因 - モルタルと粗骨材の付着条件 - 空気量 - 粗骨材の最大寸法 - 初期凍害 供試体形状 • 圧縮強度試験用供試体（JIS A 1132）：（我が国 では）直径の2倍の高さをもつ円柱（例えば， φ15×30cm，φ10×20cm） • 立方体（英，独他：一辺150mm）＞円柱供試体 （米，仏，日他）（約25%増）：拘束による影響 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 水セメント比（セメント水比） • コンクリートの圧縮強度f’cは水セメント比W/Cが小さい ほど（セメント水比C/Wが大きいほど）大きくなる． • f’cとC/Wの関係：f’c＝A+B・C/W（あるC/Wの範囲に おいて直線関係）．骨材が弱い場合，締固めが不十分 な場合両者の関係が崩れる． 圧縮強 度(MPa) 70 60 50 R 2 = 0.9745 40 30 20 10 0 1.5 2 2.5 3 C /W 3.5 4 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 設計基準強度 • 設計基準強度f’ck：設計の基準となる強度， 標準養生（20℃水中養生）を行ったコンクリート 円柱供試体の材齢28日における圧縮強度． 三浦尚著：土木材料学（改訂版）， コロナ社 養生の影響 • コンクリート強度に及ぼす養生の影響：大． • 湿潤養生（水中養生）≒封かん養生＞＞気中養生 • 温度が高いほど早く強度が出る．長期の伸びは乏しい． 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 コンクリート便覧，技報堂出版 その他の影響 • モルタルと粗骨材との付着強度：砕石（フレッ シュ性状 劣）＞川砂利 • 空気量 多→強度 低，AEコンクリート（ワーカ ビリティーが改善されることにより相殺） • 骨材最大寸法 大→強度 小（表面積，付着と 関係）：ワーカビリティーの改善効果と相殺 • 初期凍害：まだ十分固まっていないコンクリート が凍結した場合，後で融解させて十分養生して も強度は大幅に低下する． 試験方法の影響 • 供試体の高さと直径との比（h/d） 大→強度 小 • 供試体の寸法 大（h/d=2.0：const）→強度 小（弱点の 存在する確率，φ600mm以上で頭打ち） • 載荷速度 大→強度 大 • 含水状態 高→強度 小 • 試験条件を一定としないと 圧縮強度の値に様々な要因 による影響を含むため，正しい 判断ができない！ →規格に従うことが重要！！ 三浦尚著：土木材料学（改訂版）， コロナ社 引張強度 • 弾性体の円板に直角方向の集中荷重を載荷→ 割裂引張強度（≒直接引張強度） 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 曲げ強度 • 3等分点載荷 • 他に，せん断強度，支圧強度，ゆ着強度，疲労強度 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 弾性係数（静弾性係数） • 弾性係数（ヤング係数）：硬さを表す指標．静弾性係数と動 弾性係数に分かれる． • 静弾性係数：コンクリート供試体に静的荷重を与えた際の 応力－ひずみ関係より得られる弾性係数（E=σ／ε） ． • 初期接線ヤング係数，割線ヤング係数，接線ヤング係数 P A 鋼材（鉄筋）のヤング係数： 2.0×105N/mm2 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 弾性係数（動弾性係数） • 動弾性係数：コンクリート供試体を振動させ，そ の一次共鳴振動数を測定することにより得られ る弾性係数（硬いものほど共鳴振動数が多い）． 非破壊検査 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 クリープ • クリープ：コンクリートに持続荷重を作用させた際に，時 間の経過と共にコンクリートのひずみが増加する現象． • 全体の変形＝弾性変形+クリープ変形 • 欠点：たわみ，変形，プレストレスのロス • 長所：拘束応力（内力）の緩和（ひび割れの抑制） 持続荷重 弾性 ひずみ 瞬間弾性回復 ＋ クリープ クリープ回復 ひずみ 残留変形 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 収縮 • 乾燥収縮と自己収縮に分けられる． • 乾燥収縮：硬化したコンクリートが乾燥によるコンク リート中の水分の蒸発に伴い収縮する現象 • 主として毛管空げき中の水が蒸発→毛管張力→収縮 • 相対湿度 低，単位水量 大 → 乾燥収縮 大 • 乾燥収縮ひび割れ：乾燥収縮による変形が拘束される ことによりひび割れが発生 • 自己収縮：セメントの水和反応に伴いコンクリート中の 水分が消費され（自己乾燥），収縮する現象（コンク リートの内外で水分の移動がなくても発生する．） • W/C 低 → 自己収縮 大（高強度コンクリートの設 計に配慮）
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