8．硬化コンクリートの力学的・物理的性質 8．硬化コンクリートの力学的

８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質
空気（40～60㍑）
C
W
セメント（300～450kg、
100～150㍑）
水（150～180kg、
150～180㍑）
G
水セメント比：W/C

圧縮強度の影響因子

（質量比）
調合

Fc=a+b・(C/W)
小さいほど強度大、限
界W/C=20%程度、通
常の製造では最高強
度150N/mm2

S
粗骨材（850～1100kg、
350～400㍑）
水セメント比（W/C）

細骨材率：s/a
細骨材（700～900kg、
300～350㍑）
（容積比）

空気量

a
1%の増加で4～6%の
強度低下
コンクリート 1m3
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質

８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質
圧縮強度の影響因子

セメントの種類



混和材の種類




セメント強度K
Fc=K(a+bX) X:セメント水比
Fc=m+n(C+α･Ad)/W
シリカフューム α=大
フライアッシュ α=小（短期的）

圧縮強度の影響因子

製造・施工

加圧


養生時間

骨材

強度



粗な表面→付着良好→強度増大
寸法

大→幾何学的非均質性増大→応力集中→強度低下
材齢7～14日まで大幅に
増進、28～91日で安定、1
年以上での増進少ない
養生温度

形状・表面性状


低強度の骨材→C/Wを増加させても頭打ち
強度大、蒸気養生と併せ
ると300N/mm2以上も可

4～60℃程度の高温→材
齢28日までの強度増加
低温ほど長期強度増進
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質

圧縮強度の影響因子




大きい→強度小
大きい→強度小


載荷速度


寸法
高さ直径比

鉄筋とコンクリートとの付着強度
支配要因



鉄筋の配置方向


ブリーディングの影響
鉄筋の表面形状
圧縮強度の1/5〜1/8
応力ひずみ曲線

鉄筋とセメントペースト間の粘着力
 鉄筋とセメントペースト間の摩擦力
 鉄筋表面の凸凹の機械的付着力（最も支配大）
影響因子
M：破壊モーメント、Z：断面係数（=bh2/6）
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質


3等分点載荷
Fb=M/Z

一時的に乾燥→強度増加
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質
割裂試験
Ft=2P/πdℓ
圧縮強度の1/10〜1/13
曲げ強度

大きい→強度増加
乾湿状態

引張強度

供試体



試験方法


８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質
モルタル・コンクリート
曲線（非弾性体）
 骨材とペースト界面に発生する微細ひび割れ
 最大応力時のひずみ＝0.2～0.3%


ペースト・骨材

ほぼ直線
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質

弾性係数

８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質

静弾性係数
ポアソン比

初期接線弾性係数
 割線弾性係数



静的破壊強度の1/3の応力の点と原点を結んだ直線の勾配
載荷軸方向のひずみ（εi）に対する直角方向のひ
ずみ（εt）の比
μ=εt/εi=1/5～1/7
εi
接線弾性係数
 影響因子



８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質

乾燥収縮

εｔ
圧縮強度（Fc）、コンクリートの気乾密度（γ）
E=33500×(Fc/60)1/3×(γ/2.4)2 （kN/mm2）
周囲の拘束
８．硬化コンクリートの力学的・物理的性質

熱的性質・耐火性


→ひび割れ発生

収縮ひずみ


0.06～0.10%
影響因子


単位水量大
→乾燥収縮大
骨材の弾性係数大
→乾燥収縮小
熱膨張係数

鉄筋とほぼ同じ
鉄筋コンクリート構造の一体性
耐熱性・耐火性



化学的結合水の脱水
水酸化カルシウムの分解
骨材の変質


→強度・弾性係数の低下
 500℃
強度
常温時の60%以下
弾性係数
常温時の10～20%
→爆裂（緻密・高含水率のコンクリート）
９．硬化コンクリートの耐久性



耐久性

９．硬化コンクリートの耐久性
塩害

気象作用・化学的浸食作用・物理的摩耗作用な
どの劣化作用に抵抗し、構造物に要求される性
能を長期間に渡って保持する能力
一定量以上の塩化物イオン（Cl-）
→不動態皮膜（アルカリ環境下）の破壊
→アノード（陽極）・カソード（陰極）の発生
→鉄筋の腐食
→錆（腐食生成物）の体積膨張
→鉄筋に沿ったコンクリートのひび割れ
→酸素と水の容易な供給
→腐食の加速
→コンクリートの剥落・鉄筋断面積の減少
→部材耐力の低下
劣化現象

化学的


塩害、中性化、化学的浸食、アルカリ骨材反応
物理的

凍害、すり減り
９．硬化コンクリートの耐久性
Cl-,
H2O,
O2
Cl-,
Cl-,
H2O,
FeFe2++ 2e-

I
eカソード
カソード
９．硬化コンクリートの耐久性
O2
2Fe(OH)2 + 2(OH)-  2Fe(OH)3
Fe2+ + 2(OH)-  Fe(OH)2
H2O+1/2O2+e- 2(OH)-
アノード
腐食電流  腐食速度
不働態被膜
機構
塩害
９．硬化コンクリートの耐久性

９．硬化コンクリートの耐久性
塩害

対策


腐食性物質の除去

腐食性物質の浸入・浸透の抑制

かぶり厚さの増加、ひび割れ幅の抑制

鉄筋の腐食性物質からの保護

鉄筋の材質向上

腐食反応の抑制






コンクリート中の塩化物イオン量0.30kg/m3以下（0.60kg/m3以下：防錆
対策）

中性化
空気中の二酸化炭素のコンクリート中への拡散
（C=A√t、A：中性化速度係数）
→水酸化カルシウムの炭酸化（Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O）
→アルカリ性の低下
→不動態被膜の破壊
→鉄筋の腐食
密実なコンクリート（低水セメント比、微粉末混和材の使用）
コンクリート表面ライニング、樹脂含浸コンクリート
エポキシ樹脂塗装鉄筋、亜鉛めっき鉄筋

耐塩性鉄筋
影響因子

水セメント比
低水セメント比→A減少（W/C=40%以下：A≒0）
亜硝酸塩系防錆剤
９．硬化コンクリートの耐久性

機構
中性化
９．硬化コンクリートの耐久性

中性化

対策




密実なコンクリート
かぶり厚さの増大
仕上材（タイル、石張り、
高気密性の吹付け材）
判定方法

フェノールフタレインの
1%エタノール溶液（中性
化部分：無色）
９．硬化コンクリートの耐久性
９．硬化コンクリートの耐久性


アルカリ骨材反応（アルカリシリカ反応）
アルカリ骨材反応（アルカリシリカ反応）
機構


細孔溶液中の水酸化アルカリ（KOH、NaOH）





セメント原料（粘土鉱物：Na2O、K2O）
海砂・外部浸入の塩化物（NaCl）
化学混和剤
骨材中のアルカリ反応性鉱物
湿潤状態


打ち放しコンクリート
内部が乾燥しにくいマッシブなコンクリート
→膨張性の反応生成物（アルカリシリカゲル）
→コンクリートのひび割れの発生
→凍害・化学的浸食に対する抵抗性の低下
９．硬化コンクリートの耐久性

アルカリ骨材反応（アルカリシリカ反応）

対策
無害と判定された骨材の使用
 ポルトランドセメント（低アルカリ形）の使用
 混合セメント（高炉セメントB種、フライアッシュセメントB
種）の使用
 コンクリートのアルカリ総量規制（3.0kg/m3以下）

９．硬化コンクリートの耐久性

化学的浸食

硫酸・塩酸


セメント水和物の分解
硫酸塩
水酸化カルシウム、C3Aと
反応
→膨張性物質の生成
→ひび割れ

対策



コンクリート表面の保護
セメント（耐硫酸塩、中庸
熱、高炉、フライアッシュ）
低水セメント比
９．硬化コンクリートの耐久性

凍害（凍結融解）

９．硬化コンクリートの耐久性

凍害（凍結融解）
機構
水の凍結膨張（9%）
→水分移動
→水圧の発生
→スケーリング・ひび割れ

対策



微細な空気（3～6%）の連行（AE剤、AE減水剤）、気泡間隔係数
の減少
密実なコンクリート（低水セメント比）
水切り・水勾配の工夫
９．硬化コンクリートの耐久性

ひび割れ発生の原因と特徴

材料・調合

沈下・ブリーディング




ひび割れ発生の原因と特徴

施工

1～2週間で発生
表面ひび割れ（内部拘束）・貫通ひび割れ（外部拘束）

2～3ヶ月で発生
開口部・隅部では斜めひび割れ、梁では等間隔
反応性骨材

多湿箇所
打継ぎ処理の不良



打継ぎ箇所、コールドジョイント部分
急激な乾燥

乾燥収縮



セメントの水和熱


打込み後1～2時間で発生
鉄筋上部・壁と床の境目に発生
９．硬化コンクリートの耐久性
打込み直後、不規則な微細ひび割れ
初期凍結

微細ひび割れ、スケーリングを伴う
９．硬化コンクリートの耐久性

ひび割れ発生の原因と特徴

環境条件

凍結融解繰返し




ひび割れ発生の原因と特徴

外力

鉄筋に沿う大きなひび割れ
かぶりコンクリートの剥離につながる
曲げ応力


表面全体の亀甲状ひび割れ
鉄筋の腐食


スケーリング
火災・表面加熱

９．硬化コンクリートの耐久性
せん断応力


部材の引張側に垂直ひび割れ
45°方向のひび割れ
不同沈下

45°方向の大ひび割れ

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