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技術資料
凍結融解を受けたコンクリートの各種特性
嶋田　久俊＊　野々村　佳哲＊＊　水田　真紀＊＊＊　島多　昭典＊＊＊＊
１．はじめに
北海道のような積雪寒冷地においては、コンクリー
トの耐凍害性を確保する必要がある。そのためには、
凍結融解を受けたコンクリートの各種特性について明
らかにする必要がある。凍結融解抵抗性向上対策とし
て、混和剤に AE 剤（Air Entraining Agent：空気連
行剤）
、AE 減水剤等を用いることにより、コンクリー
ト中に独立した微細な気泡を３～６％程度連行させた
AE コンクリートが広く用いられている。本資料では、
図－１　凍結融解試験結果（300サイクルまで）
AE コンクリートおよび比較として AE 剤等を用いな
い Non.AE コンクリートについて実施した、凍結融解
後の各種特性試験について述べる。
図－１に300サイクルまでの試験結果の一例を示す。
Non.AE コンクリートの場合、10数サイクルで相対動
弾性係数の著しい減少が生じた。一方 AE コンクリー
２．使用材料および配合
トの場合、300サイクル終了時点での相対動弾性係数
セメントは、普通ポルトランドセメント（密度3.16
が約95% と、高い耐凍害性を有していた。
3
g/cm ）を、細骨材は天塩郡幌延町産砂
（S1、表乾密度
2.64g/cm3）および沙流郡平取町産砂（S2、表乾密度
３．２　各種特性値の試験時期
3
Non.AE コンクリートの場合、０、２、４、６、９、
2.72g/cm ）を、粗骨材は札幌市南区常盤産砕石（G1表
3
12サイクル後に試験を行った。AE コンクリートの場
3
乾密度2.60g/cm ）を用いた。AE コンクリートの混和
合、10×10×40cm の供試体で共鳴振動数により測定
剤は、AE 減水剤を用いた。表－１にコンクリートの
した相対動弾性係数が、100%、約80％、約60%、約
配合を示す。粗骨材の最大寸法は20mm とした。
40% となった０、741、1674、2186サイクル後に試験
乾密度2.67g/cm ）および札幌市南区硬石山産砕石（表
を行った。
３．各種特性試験結果
３．３　質量減少率
３．１　凍結融解試験
図－２に相対動弾性係数と質量減少率の関係を示す。
凍結融解試験は、JIS A 1148 A 法（水中凍結水中融
Non.AE コンクリートの場合、ほとんど質量減少がな
１）
解）に準じて行った。材齢による強度増加の影響を排
い状態で相対動弾性係数が低下しているが、AE コン
除するため、
材齢91日以降に凍結融解試験を開始した。
クリートの場合、相対動弾性係数の低下に比例して質
表－１　コンクリートの配合
Non.AE ࠦࡦࠢ࡝࡯࠻
AE ࠦࡦࠢ࡝࡯࠻
න૏㊂(kg/m3)
W/C
(%)
s/a
(%)
C
W
S1
S2
G1
G2
55.0
47.7
308
169
693
238
668
349
46.6
268
147
662
228
668
349
ᷙ๺೷
ࠬ࡜ࡦࡊ
(cm)
ⓨ᳇㊂
(%)
-
7.0
1.1
2.680
7.0
4.8
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寒地土木研究所月報　№742　2015年３月
図－２　相対動弾性係数と質量減少率の関係
図－３　相対動弾性係数と圧縮強度の関係
量が減少している。なお、Non.AE コンクリートの質
量減少率が僅かにマイナスになっているが、ひび割れ
に水が入ることによる増加が考えられる。
３．４　圧縮強度および静弾性係数
図－３に相対動弾性係数と圧縮強度の関係を示す。
圧縮強度試験は、JIS A 1108 １）に準じて φ10×20cm
の供試体を用いて実施した。横軸の相対動弾性係数は、
圧縮強度試験の供試体そのものの相対動弾性係数では
なく、同じ凍結融解サイクル数を経た10×10×40cm
の供試体で測定した相対動弾性係数である。他の各種
特性試験においても同様である。図より、AE、Non.
図－４　相対動弾性係数と静弾性係数の関係
AE とも、凍結融解による劣化に従って、圧縮強度が
低下していることがわかる。AE コンクリートの場合、
質量減少により、断面積が減少しているが、その補正
は行っていない。
図－４に相対動弾性係数と静弾性係数の関係を示
す。静弾性係数測定は、JIS A 1149 １）に準じて圧縮強
度試験時にコンプレッソメーターを用いて変形量を測
定することによってひずみを計測し、圧縮応力とひず
みの勾配から弾性係数を算出した。AE、Non.AE とも、
相対動弾性係数の低下に応じて静弾性係数も低下して
いる。Non.AE の相対動弾性係数約60% の値が、他に
比べて低くなっているが、全体的には、凍結融解によ
図－５　圧縮強度と静弾性係数の関係
る劣化に従って、静弾性係数が低下している。
図－５に圧縮強度と静弾性係数の関係を示す。図中
の実線は、土木学会標準示方書２）に示されている全国
３．５　引張強度
の調査結果を基にした静弾性係数の算出式である。
図－６に相対動弾性係数と引張強度の関係を示す。
AE、Non.AE とも圧縮強度の小さい領域で静弾性係
引張強度試験は、JIS A 1113 １）に準じて φ10×20cm
数が大きく低下しているが、Non.AE の低下が大きい。
の供試体を用いて行った。AE、Non.AE とも圧縮強
一般的に凍害を受けたコンクリートは、圧縮強度より
度と同様に、凍結融解による劣化に従って引張強度が
３）
も静弾性係数の低下が著しいとされているが、本結
低下する傾向がある。なお、引張強度に関しても、断
果も同様の傾向が表れた。
面減少の補正は行っていない。
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図－６　相対動弾性係数と引張強度の関係
図－８　相対動弾性係数と0.002D 時付着応力の関係
図－７　相対動弾性係数と曲げ強度の関係
図－９　相対動弾性係数と付着強度の関係
３．６　曲げ強度
３．８　長さ変化率
図－７に相対動弾性係数と曲げ強度の関係を示す。
１）
図－10に相対動弾性係数と長さ変化率の関係を示
曲げ強度試験は、JIS A 1106 に準じて10×10×40cm
す。長さ変化率試験は、JIS A 1129-3 １）に準じて10×
の供試体を用いて行った。Non.AE、AE コンクリー
10×40cm の供試体を用いて行った。Non.AE コンク
トともに凍結融解による劣化に従って曲げ強度が低下
リートの場合、相対動弾性係数の低下にほぼ比例して
しているが、Non.AE コンクリートの低下度合いが
膨張しているが、AE コンクリートの場合、相対動弾
AE コンクリートに比べて大きくなっている。
性係数が約80% 以降の変化は少なくなっている。
３．７　付着強度
図－８に相対動弾性係数と0.002D 時付着応力の関
係を、図－９に相対動弾性係数と付着強度の関係を示
す。付着強度試験は、JSCE-G 503-2010 ４）に準じて８
×８×８cm のコンクリートの中央に D13の鉄筋を挿
入した供試体を用いて行った。凍結融解による劣化に
より、付着強度は低下しているが、低下度合いは、
Non.AE コンクリートに比べて AE コンクリートの方
が大きくなっている。0.002D 時付着応力については、
明確な傾向は得られなかった。
図－10　相対動弾性係数と長さ変化率の関係
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寒地土木研究所月報　№742　2015年３月
図－11　相対動弾性係数と破壊エネルギーの関係
３．９　破壊エネルギー
図－12　共鳴振動数と超音波による相対動弾性係数の
比較　５．おわりに
図－11に相対動弾性係数と破壊エネルギーの関係を
示す。破壊エネルギー試験は、JCI-S-001-2003 ４）に準
今回の実験により、凍結融解による劣化が劣化後の
じて行った。凍結融解による劣化により、特に AE コ
各種特性値に及ぼす影響をほぼ明らかにすることがで
ンクリートの破壊エネルギーは減少する傾向は見られ
きた。ただし、耐凍害性の著しく劣る Non.AE コンク
るが、明確な傾向は得られなかった。
リートと、300サイクルでの相対動弾性係数が95% 以
上の耐凍害性に優れている AE コンクリートの２ケー
４．超音波法による相対動弾性係数
スのみの結果であり、さらに凍結融解による重量減少
率を考慮しておらず、実構造物の耐荷力評価等に用い
図－12に共鳴振動数と超音波法による相対動弾性係
る際には、留意する必要があると考えられる。
数の比較を示す。共鳴振動数による動弾性係数の測定
は、供試体形状によっては測定が不可能であり、超音
参考文献
波法により、相対動弾性係数を評価することが広く行
われている５）。今回の実験の範囲では、Non.AE コン
クリートの場合、右に凸となるものの、超音波法によ
る相対動弾性係数は、共鳴振動数による相対動弾性係
数と関係があり、超音波法により、コンクリートの耐
１）土木学会：2010年制定コンクリート標準示方書規
準編、JIS 規格集、2010
２）土木学会：2012年制定コンクリート標準示方書設
計編、2013
凍害性を評価できると考えられる。ただし、AE コン
３）凍害の予測と耐久性設計の現状－凍害と耐久性設
クリートの場合、凍結融解サイクルによる超音波伝播
計研究委員会報告書－、社団法人日本コンクリー
速度の低下が見られなかった。これは、Non.AE コン
ト工学協会北海道支部、pp.22-23、2006
クリートの場合、コンクリート全体の組織が緩み、凍
害劣化を超音波伝播速度の測定により評価できるのに
４）土木学会：2010年制定コンクリート標準示方書規
準編、土木学会規準および関連規準、2010
対し、AE コンクリートの凍害劣化は表面からの剥離
５）緒方英彦、服部九二雄、高田龍一、野中資博：超
によって進行したため、供試体内部の組織は緻密なま
音波法によるコンクリートの耐凍結融解特性の評
まであり、断面中央を透過させた本測定方法では超音
価、コンクリート工学年次論文集、Vol.24、No.1、
波伝播速度が低下しなかったものと考えられる。よっ
pp.1563‐1568、2004
て、今後、断面中央のみでなく、周辺付近の超音波伝
播速度の測定による検討を加えていく必要がある。
寒地土木研究所月報　№742　2015年３月 31
SHIMADA Hisatoshi
野々村　佳哲＊＊
NONOMURA Yoshinori
水田　真紀＊＊＊
MIZUTA Maki
SHIMATA Akinori
寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
主任研究員
寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
研究員
寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
研究員
博士
（工）
寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
耐寒材料チーム
上席研究員
技術士
（建設）
嶋田　久俊＊
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島多　昭典＊＊＊＊
寒地土木研究所月報　№742　2015年３月

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