内容 材料学実験 ～配合設計の計算方法～ １．配合設計の説明 ２．設計手順 ３．配合計算例 ４．現場配合 2015年10月1日 材料形態学グループ 助教 三浦泰人 １．配合設計の説明 ５．配合の修正 １．配合設計の説明 示方配合 セメント比（W/C）の違いのイメージ コンクリート１ｍ3あたり各材料の単位量 （重量kg） 水（Water）：単位水量 セメント（Cement）：単位セメント量 細骨材（Sand）：単位細骨材量 粗骨材（Grabel）：単位粗骨材量 W/C 小 水和物 水和物 水和物 水和物 水 セメント粒子 気泡 重要なパラメータ W/C 大 水セメント比（W/C） 強度、耐久性、水密性 細骨材率（s/a） ワーカビリティー、材料分離抵抗性 水 スランプ値（cm） 空気量（％） セメント粒子 気泡 1 １．配合設計の説明 １．配合設計の説明 配合設計とは．．． 細骨材率（s/a）の違いのイメージ s/a 小 s/a 大 大きい骨材が多い 小さい骨材が多い フレッシュコンクリート STEP1：設計条件 STEP3：配合の修正 構造物の要求性能・周辺環境・施工 強度・スランプ・空気量 の目標値との差 決 定 水セメント比、単位水量、単位セメント 量、セメントの種類、スランプ、粗骨材 最大寸法、細骨材率、空気量 STEP2：暫定配合条件 水セメント比、単位水量、単位セメント 量、セメントの種類、スランプ、粗骨材 最大寸法、細骨材率、空気量 べちゃべちゃ どろどろ 変形しやすい 変形しにくい 決 定 分離しやすい 一体化している 各材料の単位量 決 定 単位水量、細骨材率、化学混和剤 の修正量 STEP2：配合の確定 計画配合 現場配合 ２．設計手順 １．配合設計の説明 ①設計条件の決定 構造物の要求性能・周辺環境・施工 に関する制約 最大骨材寸法、スランプ、空気量など ②水セメント比（W/C）の決定 強度から求める ③単位水量（W） 、細骨材率（s/a）の概略値の決定 塩害 炭酸化 ASR ④単位水量（W） 、細骨材率（s/a）の補正 砂の粗粒率（粒度分布）等の違いを考慮する ⑤単位セメント量（C）の決定 ⑥骨材体積（a）の決定 水、セメント、空気の体積量から算定 疲労 硫酸劣化 凍害 ⑦単位細骨材量（S） 、単位粗骨材量（G）の決定 ⑧AE剤の量の決定 2 ３．配合計算例 ３．配合計算例 ①設計条件の決定 ③単位水量（W） 、細骨材率（s/a）の概略値の決定 最大骨材寸法 ２０mm スランプ １０cm 空気量 ５.０％ 最大骨材寸法２０mm、スランプ１０ｃｍ、空気量５．０％、粗粒率２．８０の コンクリートに対して ②水セメント比（W/C）の決定 次式を用いることとする ２５N/mm2 ３０N/mm2 ３５N/mm2 ４０N/mm2 １７５kg 細骨材率 ４７.０％ ④単位水量（W） 、細骨材率（s/a）の補正 f c [ N / mm2 ] 14.4 22.2 (C / W) １班 ２班 ３班 ４班 単位水量 粗粒率、スランプ、空気量が条件と異なる場合は、補正を行う。 ここでは、粗粒率のみを考えれば良い。（粗粒率 ２．７０の場合は？） 注：安全率として１．２を乗じる 粗粒率が0.1だけ大きい（小さい）ごとに，s/aを0.5だけ大きく（小さく））する ３．配合計算例 ３．配合計算例 ⑤単位セメント量（C）の決定 ⑦単位細骨材量（S） 、単位粗骨材量（G）の決定 決定した水セメント比（W/C）と単位水量（W） から 単位セメント量（C）を求める 水 空気 w ⑥骨材体積（a）の決定 単位水量（W）、単位セメント量（C）から、 3 1m それぞれの体積w、cを求める。 c セメント 骨材 空気 セメント それぞれの密度を用いて、単位細骨材 量（S）と単位粗骨材量（G）を求める。 細骨材密度 2.50 g/cm3 a 水 細骨材率（s/a）を用いて、細骨材体積 （s）と粗骨材体積（g）を求める。 粗骨材密度 2.60 g/cm3 s 細骨材 a 粗骨材 g 体積の割合 水の密度 1.0 g/cm3 セメント密度 3.15 g/cm3 １ｍ3＝１０００ℓ－（w＋c＋空気量）＝骨材の体積 体積の割合 ⑧AE剤の量の決定 セメント1kgに対して2.5 mlとする。 3 ４．現場配合 ５．配合の修正 ＊１度に練混ぜる量（１バッチ）を求める ＊練混ぜ後に、スランプ、空気量を計測し、それぞれが 目標値と異なった場合、配合を修正する必要がある。 １バッチ１０ℓの場合を考えると？ 一般には、許容値以内であれば補正の必要な無い。 例：スランプ±２cm、空気量±０．５％。 ＊細骨材の表面水を修正する 表面水が2.5％の湿潤状態の砂を用いるとき、表乾砂が１００kg 必要な場合は、102.5kgの砂を採取する必要がある。 表面水率p％の場合、補正後の単位細骨材量 （S’）と単位水量（W’）は、 2.5kg 100kg S S W S 1 p 100 合計102.5kg W W W ５．配合の修正 ①実際の単位水量を求める 設計上は、１m３あたり５％空気が入っているものとしたが、 実際は３％であったため、トータルの体積は１m３なかったことに なる。したがって、単位水量が設計値と実際とは異なる。 空気＝５％で設計 空気＝３％ 水 水 w w a 骨材 1m3 補正しない 補正しない 1.2%だけ大きく（小さく）する 空気量が1%だけ大きい（小さい）ごとに 0.5～1だけ小さく（大きく）する 3%だけ小さく（大きく）する 水セメント比が0.05大きい（小さい）ごとに 1だけ大きく（小さく）する 補正しない s/aが1%大きい（小さい）ごとに － 1.5kgだけ大きく（小さく）する ５．配合の修正 例：試し練りの結果、スランプが12cm、空気量3％であっ た。このとき、修正はどのようにすればよいか？ セメント Wの補正 0.5だけ大きく（小さく）する スランプが1cmだけ大きい（小さい）ごとに 注：水セメント比は変化させないようにする。s/a、Wの補正を行い、 単位セメント量、単位骨材量の計算を行う必要がある。 ＊AE剤の量の補正 c s/aの補正（％） 区分 砂の粗粒率が0.1だけ大きい（小さい）ごとに c セメント a 骨材 ？m3 空気以外の材料の体積は等しいので、次式が成り立つ 1×（1-0.05） ＝ Ｖ’×（1-0.03） （1-0.05） Ｖ’＝ （1-0.03） Ｖ′あたり水の重量がＷであるので、１ｍ3あたりの水量Ｗ′は、 Ｗ’＝Ｗ/Ｖ’＝Ｗ× （1-0.03） （1-0.05） 得られたＷ’が実質の単位水量であったことになる 4 ５．配合の修正 ５．配合の修正 ②細骨材率（s/a）の補正を行う ③単位水量（W）の補正を行う 下表より、 下表より、 スランプによる補正 なし スランプによる補正 +２cmより、+２×１．２％＝+２．４％ 空気量による補正 -２％より、-２×（-１％）＝+２％ 空気量による補正 -２％より、-２×（-３％）＝６％ s/aによる補正 +２％より、+２×（１．５kg）＝+３kg したがって、細骨材率を２％増やせばよい s/aの補正（％） 区分 Wの補正 したがって、補正後の単位水量は、 Ｗ’’＝W’×（１＋（+０．０２４）＋（+０．０６））+３ で得られる。 砂の粗粒率が0.1だけ大きい（小さい）ごとに 0.5だけ大きく（小さく）する 補正しない スランプが1cmだけ大きい（小さい）ごとに 補正しない 1.2%だけ大きく（小さく）する 砂の粗粒率が0.1だけ大きい（小さい）ごとに 0.5だけ大きく（小さく）する 補正しない 空気量が1%だけ大きい（小さい）ごとに 0.5～1だけ小さく（大きく）する 3%だけ小さく（大きく）する スランプが1cmだけ大きい（小さい）ごとに 補正しない 1.2%だけ大きく（小さく）する 水セメント比が0.05大きい（小さい）ごとに 1だけ大きく（小さく）する 補正しない 空気量が1%だけ大きい（小さい）ごとに 0.5～1だけ小さく（大きく）する 3%だけ小さく（大きく）する s/aが1%大きい（小さい）ごとに － 1.5kgだけ大きく（小さく）する 水セメント比が0.05大きい（小さい）ごとに 1だけ大きく（小さく）する 補正しない s/aが1%大きい（小さい）ごとに － 1.5kgだけ大きく（小さく）する ５．配合の修正 ④単位セメント量（C）の決定 ⑤骨材体積（a）の決定 ⑥単位細骨材量（S） 、単位粗骨材量（G）の決定 ⑦AE剤の量の決定 上記については、これまでと同様の手順で求められる s/aの補正（％） 区分 Wの補正 実験当日までの課題 スランプ量 空気量 １班 25 [N/mm2] 班 圧縮強度 10 [cm] 5 [%] ２班 30 [N/mm2] 10 [cm] 5 [%] ３班 35 [N/mm2] 10 [cm] 5 [%] ４班 40 [N/mm2] 10 [cm] 5 [%] 条件(1)：最大骨材寸法20 mm，スランプ10 cm，空気量5.0 %，粗粒率2.80， 単位水量175 kg，細骨材率47.0 %のコンクリートを作製する． 条件(2)：水，セメント，細骨材，粗骨材の密度は，それぞれ1.0 g/cm3，3.15 g/cm3， 2.50 g/cm3，2.60 g/cm3のコンクリートを作製する． 条件(3)：AE減水剤は，セメント1kgに対して2.5ml使用する． 条件(4)：目標の圧縮強度を1班25 N/mm2，2班30 N/mm2，3班35 N/mm2， 4班40 N/mm2とする． 5 補足．コンクリートの打設の風景 フレッシュコンクリート 締固め 型枠に打設 終了 6
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