高性能コンクリート （講義ノート） コンクリート工学研究室 岩城 一郎 高性能コンクリート 1990年代初頭：我が国では自己充てん性を有す るコンクリートを意味する用語として用いられてい た．By Okamura 同時期に欧米では一般に水セメント比W/Cまた は水結合材比W/Bを25-30%程度にまで小さくした 高強度コンクリートあるいは高耐久コンクリートを 意味する． 高性能コンクリートの分類 高強度コンクリート（High-strength Concrete） 一般のコンクリートに比べ，強度の高いコンクリート． 土木では設計基準強度f’ck=60MPa以上，建築ではf’ck=42MPa 以上，超高強度コンクリート：f’ck=100MPa以上 高耐久コンクリート（High-durability Concrete） 一般のコンクリートに比べ，耐久性の高いコンクリート（定義があ いまい：おかれる環境ごとに劣化要因が異なる） 例 非常に厳しい環境においても所要の耐用年数（50年）を満足 するコンクリート，一般あるいは厳しい環境において，耐用年数 100年を満足するようなコンクリート 高流動コンクリート（High-fluidity Concrete） 材料分離抵抗性を損なうことなく，流動性を著しく高めたコンク リート．このうち，締固めが不要なコンクリートについては自己充て ん性を有するコンクリート(Self-compacting Concrete)と呼ぶ． 高強度コンクリート（High-strength Concrete） 低水結合材比→細孔組織の緻密化（f’c－C/W関係は直線） 反応性微粉末混和材の使用（シリカフューム：比表面積 200,000cm2/g，粉末度の高い高炉スラグ微粉末：8000cm2/g ＞普通ポルトランドセメント：3000cm2/g）→細孔組織の緻密 化と遷移帯の改質（水酸化カルシウムの消費） 遷移帯（Transition Zone）：セメントペーストと骨材界面に存 在する厚さ20μm程度の脆弱な層，水酸化カルシウムの結 晶が多く存在，コンクリートの力学的性質や物質移動性に大 きな影響を及ぼす．（ブリーディングの影響を大きく受ける場 合，界面での性質はさらに悪化） 高性能（AE）減水剤の使用→フレッシュコンクリートの品質の 向上 良質な骨材の使用→骨材強度＞セメントペースト強度 普通強度コンクリートと 高強度コンクリートとの配合の違い 普通強度コンクリートの一例（寒冷地仕様） W/C=50%，AE剤使用，スランプ8cm，空気量4.5%， f’ck=30N/mm2 高強度コンクリートの一例 W/B=25%，B=C+SF，SF/(C+SF)=10%，高性能AE 減水剤使用，スランプ8cm or スランプフロー 60cm，空気量4.5%，f’ck=80N/mm2 高強度コンクリートの用途および問題点 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 用途 部材の軽量化と部材寸法の縮小，高強度化≒高耐久化 →信頼性の向上，LCCの低減 具体的には圧縮力が卓越する部材（柱，PC部材） 問題点 コスト 引張強度（および弾性係数）は圧縮強度の増加割合ほど期待できない． 例 示方書式 ftk=0.23f’ck2/3，f’ck=30MPa→ftk=2.22MPa， f’ck=60MPa（2倍）→3.53MPa（1.6倍），圧縮強度に対する引張強度に比 1/13.5→1/17 破壊が脆性的であり，変形性能に乏しい（ポストピーク）． 温度ひび割れおよび収縮ひび割れの危険性 大 耐火性：火災の際に爆裂し易い．コンクリート中の水蒸気圧の上昇 高濃度の硫酸環境：普通コンクリートよりも侵食速度 大（例 下水溝構 造物のうち特に腐食性環境の厳しいところ，強酸性の温泉地域） 高耐久コンクリート 基本的には高強度コンクリート＝高耐久コンクリート＝ 高性能コンクリートと考えられていた． →水和熱および自己収縮・乾燥収縮に起因したひび割 れ等の要因により，必ずしも成り立たない． 高耐久コンクリートのポイント ・ 低水セメント比とすることによる組織の緻密化と混和材 （GGBS，SF，FA）の使用による，物質移動性の制御お よび遷移帯の改質（水酸化カルシウムの消費） ・ 施工段階におけるひび割れの制御 高耐久コンクリート（その2） ・ ・ ・ ・ ・ ・ 塩害に対して W/Cの低下→細孔組織の緻密化 施工段階におけるひび割れの制御（使用材料の吟味：セメント， 膨張材等＋施工方法：養生等） 高炉スラグ微粉末の使用による塩分の固定化（フリーデル氏塩： Cl-とC3Aの反応により3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2Oが生成）の促 進→耐久性の向上に寄与 中性化に対して W/Cの低下→細孔組織の緻密化 施工段階におけるひび割れの制御 高炉スラグ微粉末を混和した場合，（少なくとも促進試験結果で は）中性化の進行が速くなるため注意（鉄筋腐食との相関は明ら かではない．） 高耐久コンクリート（その3） ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 凍害に対して W/C45%以下，空気量4-6%（塩分環境下では5%以上）とすればほぼ満足 低W/C，低空気量の場合，しばらくは良好な耐凍害性を示すものの，突 然，急激に低下する．（標準的な300サイクルの試験方法では判定でき ない．）特に乾燥の影響を受けた場合，その傾向が強い →高強度であっても，AEコンクリートとすることが不可欠． ASRに対して 混和材（スラグ，FA，SF）の添加が有効 水，アルカリ，反応性骨材のどれかを制御 単に水セメント比を下げただけではASR対策とはならない． 化学的侵食に対して 高濃度の硫酸が作用する場合，低水セメント比のコンクリートほど侵食 作用が激しい． スラグの混和による効果は確認（著しい耐久性の向上は認められな い）：コンクリートによる対策は現在のところ困難
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