コンクリートの耐凍害性評価方法に関する研究

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九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

コンクリートの耐凍害性評価方法に関する研究

大和, 竹史

https://doi.org/10.11501/3090248

出版情報：Kyushu University, 1992, 博士（工学）, 論文博士バージョン：

権利関係：

(2)

�} 2 _-:::C:7.ヱー

1手工コンクリートの耐凍害性に対する

2. 1 はじめに

影物嬰lまl

コンクリート中の空気迎行が凍結融解作用に対して有利であるという報告が1941年に、

Swayze' 4) によってなされた。その後、多くの組織により研究が幅広く行われ、コンクリートの凍結融解に対する防護策としてはコンクリートlrに微細な空気泡を連行させることが械めて有効であるという結論が得られた。

八日斉lJを使用したコンクリー卜に関するシンポジウムが1944年および1946年にアメリカコンクリート協会(ACI)により開催され、その後の多くの研究結果からコンクリー卜は向品質のペーストおよび件材を用いて空気連行させれば、ある種の凍結融解にはかなりの抵抗性を示すことが明らかとなった。 1⁵⁾

コンクリートの耐凍害性に及ぼす要因は使用材料、配合(水セメント比、空気畳等)の内的要悶とコンクリ-卜構造物が建造される環境条件により異なる凍結最低温度や乾燥淑潤科度等の外的要因に分けることが山来る。

Cordon _W.A. 16)はその著 “Freezing and Thawing of Concrcte - Mechanisms and Conlrol"で、これらの内的因子の影響を要領良く解説している。また、永倉3⁴) はコンク

リートの配合の諸条件すなわち、水セメント比、細骨材率、単位セメント量、空気毘などの活要因が耐凍害性に及ぼす影響を明らかにしている。従来より、促進試験による研究が数多く行われ、個々の内的要因の影響については明らかにされている点も少なくない。しかしながら、これらの内的要因の中で何が主要な要因であるのか実験的に数値解析的に検討した研究例は少ない34 1 0 11 7210 また、外的要因の影響に関する研究は実構造物の凍存対策を検討する上で必要であるにもかかわらず不十分と思われる。

以上述べた観点から、本章では、まず、コンクリートの耐凍害性に及ぼす主要な内的要凶の影料を実験的に明らかにし、これらの要因を総合的に評価するため多変民解析により耐久性指数の推定式を導くこと、次に、外的要閣として凍結最低調度、飽水度および塩分環境の影特を実験的に検討し、耐久性指数推定式においてこれらの影響を考服する補正係数を定めた。

2. 2 急速凍結融解試験方法

2.2.1適用範囲

木研究で実施した凍結融解試験は、第4 î;tのlサイクルの凍結融解試験を除き、すべて ASTM C 666により行った。この試験方法はコンクリート供試体の実験室内での急速凍結融解の繰り返し作Jìjに対する抵抗性を求めるための試験に適用するもので、特定のコンクリ

卜に期待される耐用年数の定民的な評価を与えるものではなl'o 2. 2. 2装i胃

本研究の初期には三納式水中凍結融解試験機(冷プライン槽、沼プライン構、試験問から成る)を、その後はー梢式水中凍結融解試験機(写真-2. 1 )を使用した。いずれもASTM

C 666 A法による急速凍結融解試験を自動的に行うことができるように作創されている。

以下に、一槽式水中凍結融解試験機について記す。

←.m式凍結融解試験機の構成は蓄熱槽と試験槽から成っている。試験槽には31木の試験供試体および試験休と同じコンクリートのコントロール供試体を収容できる。各供試{本は凍結融解サイクル中、絶えず 3 mm 厚さの水で完全に取り閲まれているように工夫されたゴム容器に保存した。

潟度測定装置は白金低抗体から成り、{}日式休容器内の各JAおよびコントロール供試休中心部の調度を1. 1 deg以内において測定することができる{上級になっている。

写真-2.1 槽式水中凍結融解試験機

(3)

るようになっている。

るが、木研究では、材令28日まで所定の養生(特に断らぬ限り、 200C水中養生 ) を行った後、凍結融解試験を開始した。

凍結融解試験はO サイクルに於ける供試体のたわみ振動数と質屋を測定したのち、ゴム容器内の融解水に入れて開始する。供試体は36サイクル以下毎に融解状態で取り出し、 5.6

:t 2.8 oC (42士50 F)の温度で、上記の測定を行い、またゴム容器に入れ試験槽内に戻す。

測定中は乾燥を防ぐように供試体の保持に留意し、ゴム容器に戻す時は上下を逆にする。

またゴム容器は測定毎に内部をゆすぎ、水道水を加える。供試休の位置は固定せずに、全ての供試休が同じ条件で凍結融解サイクルを受けるように留意する。

試験は、供試体が 300サイクルの凍結融解を受けるまで、または後述する相対動i知性係数が 60%に達したときまで継続する。

2. 2. 5結果の整理 ( 1 )相対動弾性係数

部性体の振動周期、波動伝播速度等の振動特性の試験によって求めた抑性係数を、静的戟荷試験によって求めたものと区別して動部性係数という。コンクリ-卜の動那性係数はコンクリ-卜供試体の縦共振振動数、たわみ共振振動数や縦波伝掃速度などを測定して求める。凍結融解試験のように、コンクリートの経時的な材質変化を非破峻的に求める上で非常に効果的である。凍結融解サイクルの進行に伴う動抑性係数の推移を以下の相対動抑性係数で検討する。

相対動抑性係数の値は次式で計算する。

2. 2. 3凍結融解サイクル

規定の凍結融解サイクルに合致させるために試験供試体と同じコンクリートのコントロール供試体の中心部に白金抵抗体(2素子)を差し込んで、供試体の温度記録および温度制御用に用いた。この方法における正規の凍結融解サイクルは、供試体中心温度を4.4 oC から- 17. 80C ( 4 0 0 Fからo 0 F)に低下させ、次に-17.80Cから4.4 oC ( 0 0 Fから400

F)に上昇させる。ただし、 1サイクルの所要時間は2時間以上、 4時間以内とする。また、

供試休の凍結終了温度は-17.8士1. 7 oC (O:t 3。わであり、融解終了温度は 4.4:t 1. 7 oC (40 :t3 0 F)であって、 - 19. 40C ( - 3 0 F )以下に、また 6.1 oC (430 F)以上になってはならない。また、 2.8 oCから-16.10C (37 0 Fから 30 F)まで供試体の中心における温度が低下するに要する時間は、冷却時間の1/2以下になってはならない。これと同様に、

-16.1 oCから2.8 oC (30 Fから370 F)まで供試体の中心における温度が上昇するに要す

る時間は、加熱時間の1/2以下になってはならない。供試体の中心と表面との温度差はいかなる場合でも、 27.8 deg(500 F)を超過してはならない。

一槽式凍結融解試験機は以下のように作動し、上記の凍結融解サイクルの規定に合致す

供試体を入れる試験槽内プラインが、所定の温度(開始時 100C、中断後一23.50C ) まで低下すれば主冷凍機はON ・ OFF運転を行い、試験槽でプライン液の温度を設定温度に保持する。供試休中心溜度が所定の温度(開始時-110C、中断後一18 OC ) になれば融解サイクルに切り替わる。融解サイクルに入れば、電磁弁の切り替わりにより、試験槽内低温プラインは冷凍機の凝縮熱により、温度上昇に向かい、一方、蓄熱槽プラインは冷却される。試験槽プライン温度が所定の温度(開始時100C、中断後100C ) に上昇すると主冷凍機はON ・OFF運転を行い、所定の温度を保持する。供試体中心温度が、所定の温度(

開始時11oC、中断後 50C )に到達すると凍結サイクルに切り替わる。以上のように凍結融解サイクルを自動的に繰り返す。

2. 2. 4 供試体および試験要領

円'h

n rl

P n 一一一一一 x 1 0 0 ^{一一一一一}--晶一一一(兄1)

P n 凍結融解nサイクル後の相対動弾性係数( %) f n : 凍結融解nサイクル後の一次たわみ振動数 f 0 : 凍結融解Oサイクルにおける一次たわみ振動数

この試験に用いる供試体は角柱とし、幅および厚さが 3in( 76mm) 以上、 5 i n (137mm) 以下であり、長さが14in(356mm) 以上、 16in(406mm)以下とする規定があるので、 7.5_x 10. 0 _x40. Ocmもしくは10.OX10. OX40. Ocmの角柱を用いた。供試体は養生後、凍結融解サイクルの開始までの問に、乾燥しないように保護をする。ASTM C 666では特に仕様がなければ、供試体は材令14日のときに、養生を終了し凍結融解試験を開始するようになってい

この計-算式は、供試体の質畳および寸法が試験中変化ないという仮定に基づいているので、厳密には正しくないが、異なる供試体やコンクリートについて相対動開性係数を

比較するためなら適切と考えられる。

nU

4EEA 1 1

(4)

( 2 )耐久性指数

耐久性問数(Durabilily Faclorを時してOFと記す)は次式で求める。

P . N

DF- ^{一一一一一} 一一一一一一一一一(2.2) M

ここに. 0 F :耐久性指数

P : Nサイクルにおける相対動卵性係数(%)

N : Pが予め定^められた値(一般に60%)になった時の凍結融解サイクル数またはPが予め定めである試験回数Mまでに60%以下にならない時はその回数M

M : 予め示方された凍結融解サイクル数〈特に断らない|絞り、 300 とする)

(ぺ)結果の表し点

凍結融解試験結果は各供試休(あるいは同類供試休グループ)の相対動知性係数の推移を凍結融解サイクル数に対して図示し、コンクリー卜の耐凍害性に及ぼす諸要因の影響を比較検討するo ASTM C 666に記述されていないが、場合によっては、凍結融解サイクルに fl�う質地変化の推移を図示することとする。

耐久性指数は式(2.2)から分かるように、 300サイクルまで相対動抑性係数が60児を下ド|らない場合は相対動神性係数に等しいが、これを下回ると相対動弼性係数よりも小さい仙となる。耐凍吉性に及ぼす諸要[却の影響を多変屋解析により検討する場合、耐凍害性を数1t-t化する必要ーがある。今のところ、耐久性指数以外に適切なものがなく、多くの研究で耐久性指数が用いられていることなどから、木研究においても耐久性指数を使うことにした。

2.3セメントの相違が耐凍害性に及ぼす影響 2.3. 1 目的

耐凍害性に及ぼすセメントの影響については、 ^CI 201委員会報告1^{6 )} カミポルトランドセメントと混合セメントについて、背らがI ^{7 )} それぞれのセメント規格に合格するセメントであれば品質が異なっても同程度の耐凍害性を示すと報告している。しかし、わが国ではボルトランドセメントと混合セメントの比較検討を行った例はない。そこで、ここではポルトランドセメントとして普通ボルトランドセメント、半強ポルトランドセメントの2 椅mを、混合セメン卜として高炉セメントB稀.とフライアッシュセメン卜B積の2庵類をとりあげ、これらのセメントを用いたコンクリー卜の耐凍害性を比較検討した。

2. 3. 2方法

各セメン卜の試験成績は表-2.1に示す通りである。細骨材には海砂(福岡市志賀島産、

比重2.59、吸水率1.83%、除塩済み)を、粗骨材には角閃岩砕石(福岡県粕屋郡産、最大寸法20mm、比重2.95、吸水率0.97%)を使用した。減水剤としてはポゾリスNo. 8を使用した。コンクリートの配合は単位セメント量を 350kgと一定にし、空気量は4 :t1 %. スランプは 7士1 cmとなるように，最小単位水量を試験練により求めたものである。

本研究の初期には角柱型枠の未整備ならびに凍結融解試験後に強度試験も行ったため、

ASTM C 666の規定からはずれるが、あえてφ10X20叩の円柱供試体を用いた。試験機は三

槽式水中凍結融解試験機を使用した。

表-2.1 セメントの物理的性質と化学成分

項百一一一一一一一哩

^NP

比重 3. 16

比表面積 (cm2/g) 3040

圧縮材

3 130

強さ ^ムT1^、

7 237

(kgf/cm2) (日) 2 8 430 i g. loss O. 5 insol O. 5

Si02 21. 9 イヒ ^A弓M与^.

AI203 5. 3

成分

FeZ03 3. 2

(%) CaO 64.6

MgO 1.6

S03 1.8

TolaI 99. 4

」一一一

注:NP=普通ボルトランドセメント sP=早強 ¹¹ ¹¹

FB=フライアッシュセメント(8種) BB=高炉セメント(ß種)

SP FB 3. 13 2. 93 4240 3330

105 250 108 381 196 516 351 O. 8 O. 6 O. 5 17.4 20. 7 18. 2 4.8 4. 9 2. 9 2. 6 65. 9 52. 8 1.3 1.2 2. 4 1.5 99. 3 99. 3

BB 3. 03 3840

95 181 400 O. 8 O. 4 25. 3 11. 7 2.1 52. 8 3.61 1.9 99. 5

(5)

実験に用いたコンクリートの配合および圧縮強度

記号スランプ空気量水セメ単位セメント材令28日強度試験後強度

(cm) (出) ント比(先) 量 (kg/mS) (kgf/cm2) (kgf/cm2)

NP 1.5 3. 0 46 354 382 340

SP 6. 5 3. 1 46 354 414 421

FB 6. 0 3. 0 43 358 391 319

BB 6. 5 2. 2 43 350 438 416

表-2. 2

(3)結果および考察

Feミミ母

_ー~口

一一一一ー一ー一口

ト空三1

RUnu

一一・+ 一一 FB -0- NP -.- SP 一口-MP

(5--$!

図-2.1に、凍結融解サイクルの進行に伴うコンクリートの相対動弾性係数の推移を示

nu nU 1ム

、ω3Hロ匂02

ω〉叶パザ伺叶ω出

す。質量百分率の推移は変化が小さく、各セメン卜コンクリート問で差がわずかであるた

90 80 70 ω o U可.，..，

fぢ巨� rU ω ロ� � 4口

め、図は省き、表-2. 3に 200サイクル終了時の値を、耐久性指数とともに示した。

これらの結果によれば、いずれのセメントを用いたコンクリートも耐久性指数は60を大セメントの違いによる差も僅かである。

きく上回る84---94であり、質量の損失も少なく、

供試体の表面劣化の判断基準を粗骨材の露出割合(ただし、目視による〉にとれば写真

150 200 '100

50 60

ー2.2に示すように、高炉セメントを用いたコンクリートの表面劣化が非常に少ないことが 0

Cyc1es and Thawing

of Freezing Number

コンクリ-ト表面の劣化はコンクリ-ト構造の美観を著しく損ねるので、表認められた。

面劣化機構の解明と劣化指標の確立が今後の課題である。

各種のセメン卜を用いたコンクリー卜の耐凍害性図-2. ₁

200 サイクル終了後、供試体にイオウキャッピングを施し、圧縮強度試験を行った。そこの場合の強度計算には供試体断面の径を測定して求めた断面積の結果を表-2. 2に示す。

を使用した。材令28日の圧縮強度に対する百分率をとると89---97 %である。

コンクリートの耐凍害性に及ぼすセメントの種類による影響は小さ以上の実験結果より、

凍結融解試験終了時の耐久性指数および質量百分率セメントの積類 _NP SP _F日 _ßB

耐久性指数 81 84 88 94

一一

質屋百分率 95 92 96 99 表-2. 3

く、主要な内的要因ではないものと考えられるo 従って、後述する多変量解析の際に、セメントを内的要因としては取り上げないことにする。

注:NP=普通ボルトランドセメント SP=早強 ^I! ¹¹

FB=フライアッシュセメン卜(ß種) Bß=高炉セメン卜(ß種)

1 5 1 4

(6)

コンクリ-ト骨材の材質規格を表-2. 6に示す。

-HJ P刀、V/ JR

利 υ る

実験に用いたコンクリートの配合および強度を表-2. 7に示す。コンクリートの配合では単位セメント民を 350k['こし、スランプLト1 cm、空気&\4.::tl%の範聞に入るように試験練りにより、単位水買およびAE剤昆を加減した。

コンクリー卜供試体の凍結融解試験は三糟式水I�J凍結融解試験機を使用して行った。こ

の場合も2.3.1 と同様に円柱供試体(ゆ10X20cm)を用いた。

角閃Ff. 石灰岩および造粒型人工軽昆骨材については、骨材単独の水中凍結融解試験を行った。すなわち、内径φ1 0. 6 cm、高さ約25cmのゴム容器中に表乾状態の粗骨材を約2 ^R

入れて、容器の":1心における混度が-180Cから+ ^4.oCになるようにして相'目・材単独の凍結融解試験を行った。 1 サイクルの時間は3時間とし、 30サイクルおよび6 0サイクル終了後にフルイ分け試験をして、試験前に100%止まる最大のフルイ同の開きを通過する民を凍結融

解による損失重量百分率とした。

( 3 )結果および考察

粗骨材の物理試験結果および骨材単独の凍結融解試験結果を表-2.8 に示す。また、以上の骨材と蛇紋岩の*111孔径分布を図-2. 2に示す。なお、納孔径分布は写真-2.3に示す水銀圧写真-2. 2 各積のセメン卜を用いたコンクリート供試休の劣化状況

入式ポロシメータ(Carlo Erba社製)を用いて測定した。

2. 4.粗骨材の材質が耐凍害性に及ぼす影響

2. 4. 1普通骨材および軽国;骨材を用いたコンクリー卜の耐凍害性

( 1 )目的表-2. 4 使用骨材の産地と物理的性質

粗骨材はコンクリートの全容積のほぼ30%から50%を占めているのでその品質がコンク

リー卜の耐凍害性に及ぼす影響は当然、大きいものと考えられる。コンクリートの凍害は基本的には水の凍結膨張によるものであるから、骨材のl吸水性状が耐凍害性に大きな影響を及ぼすものと考えられる。骨材の吸水率は、普通骨材と軽昆骨材とで大きな相違が認め

られる。そこで、名椅の両骨材を伺いたコンクリー卜の耐凍害性を検討し、組骨材が耐凍許t'l:に関する主要な内的要悶であるのか、検討しておく必要がある。

(2 ) jj法

'骨材産地比重(表乾状態) 吸lt<�f� (%)

細骨材海砂志賀島 2. 59 ^1.83

角閃 ^石^，..l.I 粕屋郡 2. 95 O. 97

玄武 _;u 糸島郡 2. 73 O. 68

粗骨材安山石... 宗像郡 2. 78 O. 43

石灰 ^Z^ι^ム^Z

J

^京都郡 ^{2. 6 9} ^{O. 44.}

自立高文 _Z^SA^ヨ

J

^福岡市 ^{3. 06} ^{O. 78}

人工軽量骨材造粒型 1. 34 6 . 10 人工軽量骨材非造粒型 _1.41

一一一一

9. 50 セメントには普通ボルトランドセメント(比重: 3. 1 6)を、粗骨材として角閃岩(AM)、

玄武打(ßA)、安山岩(AN)、石灰岩(L 1)、蛇紋岩(SU)および 2種類(造粒型と非造粒型) の人工科足骨材を使用した。各骨材の産地と物理的性質は表-2. 4に示す通りである。骨材の試験は表2.5に示す試験方法により行った。また、コンクリート用砕石および構造問軽量

注;海砂は+卜分、除塩したものを使用した。

(7)

表-2. 5 粗骨材の試験方法試験項目

|

試験方法(規格〉

比竜

1

粗酬の比

重山

吸水率試

吟

法(JIS ^ 1110)

i五;ドギ | ^{ふら両日山仏両玩盃}

^J¹

^{i JLLE7一一}

単位容積重畳

|

^骨材の単位容積重畳及び実績率試験方法 ( J1S ^ 1104)

-

F

jへ川量

|

ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり

五五両日

1121) 安定性試験に

|

硫酸ナトリウムによる骨材の安定性試験方法 (JIS A 1122)

よる鼠失減昆

破砕値

|

破砕試験方法(8. S規格)

表-2.6 粗骨材の材質の規定

試験項目コンクリート用砕石 (J 1 S A 5005)

比重 ^{2. 5以上}

ト一一一ー

吸水率 3目以下

単位容積重量 2005は実績率が55児以上

スリへリ減鼠 40月以下

安定性試験に 12月以下よる損失減目:

構造用軽畳コンクリー卜骨材(JIS^ 5005) L，M，H区分ありなし

15.17.19.21の種穎別区分あり

なしなし

表-2. 7 実験に用いたコンクリー卜の配合および強度

ー

記号 ^スランプ空気電 ^{水セメント} ^{単位セメント} ^{材令28日圧縮強度}

(cm) (%) ^比 (%) 量 (kg/m3) (kgf/cm?)

AM 7::t1 4:t1 46 350 382

I3A 7土1 4:t1 45 350 383

AN ^{L 1}

一

7ゴ1⁷⁺¹^一 4土1^4士1 45 ⁴⁵ 350 ³⁵⁰ 456 ⁴¹³

トー一ー^su

一一一

^7:t1 ^4士1 ⁴⁵ ^一一一³⁵⁰ ^{一一ーート}⁴¹¹

NI 17:t 2 4士1 44 350 342

SE 17 -t2 4士1 44 350 398

注:AM=角閃岩、 BA=玄武岩、 AN=安山岩、 LI=石灰岩、 su=蛇紋岩 NI=人工軽畳骨材(造粒型)、 SE=人工軽量骨材(非造粒型)

1 8

ぷ2. 8 rll'I'j'村の物l'I!!'IZJtt'f'Íおよび波乱り融解によるJl1失市/'d

記り|友l;吃

^|吸水本 ^…

(

^スjへj ⁴⁰^t^{0 n}^r{�� ii'JL 11Ú ^{安定t/l:試験によ}

J:liG: (見) IIUkg/m3 ) 減111.(児1 ( 100i破砕fIi'() るHi�市/，:.(児1

八1\1 I ^{2. 95}I ^O.⁹⁷ ¹⁶⁵⁰ ^{29. 0} ^13.3( ^{'l. 9}

l_ I I 2. 69 I ^O.4 ，1 1540 93. 1 52.9(3.6) 50. 2

1. 34 I ^{G. 10} 780 45.0(9.6) 33. ]

ìl:: 八M

--

^ffJ閃行、 ^しl ^{イ，J天店、} N I 造判明人工科r，\廿材破砕試験はIl. S試験iLによって行った。

写真2.3 水銀川人式ポ口シメータ

1 9

i泌�点i主��私tJ川i

る行i�ínl，u児)

O. 5

4.5

O. 0

(8)

コンクリートの凍結融解試験結果を図-2.3に示す。凍結融解試験は試験機のトラプルで 100サイクルまでとしたが、比較検討は可能である。角閃岩(AM)，玄武岩(BA)、安山岩

(AN)、石灰岩(L₁)および蛇紋岩(SU)の普通骨材を使用して、空気匿を約 4%としたコンクリートの相対動弾性係数は100サイクルの凍結融解終了時で85%から95%の範囲にはいっている。しかしながら、人工軽屋骨材コンクリートの場合、造粒型で50サイクル、非造粒型で15サイクル終了時に、相対動弾性係数が60 %に低下しており、普通骨材コンクリー卜と人工軽量骨材コンクリ-卜の相違が明確に表れた。

普通骨材の吸水率は表-2.3より0.43"""'0.97%で、いずれも1%未満である。一方、空隙の大きい人工軽皇骨材の吸水率は6.10および9.50%である。混練後に粗骨材への水の出入がないとし、単位粗骨材監を普通コンクリートで1， OOOkg、将軍コンクリートで 550kgとすれば、普通骨材には約10kgの水が吸水され、軽鼠骨材にはこの 5倍以上の約55kgの水が吸水されていることになる。普通コンクリートと軽屋コンクリー卜の耐凍害性における大きい相違の原因は、粗骨材の吸水墨の差によるもので、空隙の多い軽量宵'材が多くの水を

|吸水すればコンクリートを崩壊させる作用も高いものと恩われる。

ここで用いた粗骨材のlþで、石灰岩砕石は、スリへリ減量と40tonf破砕値が大きく，安定性試験および骨材単独の凍結融解試験による質屋煩失も大きく、そのコンクリ-卜の相対動粥性係数の低下が最大であった。今後、コンクリート用骨材として石灰岩砕石の利用がM切lけーる傾向にあるが、これを用いたコンクリ卜の耐凍害性には十分、偲意する必要

J o，[

6 σ l

(hv\00)

ω

2

ぺo

5

:> ⁷⁵

。同OH6

V

O向 ωhH ，、 | nU『j' F吋d

があろう。

ここで行った骨材単独の凍結融解試験結果は、これを用いたコンクリートの耐凍害性とは対応が認められず、骨材単独の水中凍結融解試験で、早期にコンクリートの耐凍害性を判定することはHJ来ない。

AMPHIBOLES T.P.V.=0.0025

(cc/g)

750 7500 75000 75(μ) 75

4

L工!1ESTO凶E T.P.V.=O-:0022

(cc/g)

2

750 7500 75000 75(ド) 75 Pore Radius

SURPENTINE T.P.V.=0.0030

(ccjg)

750

onun ，I1、寸J 1tj 「コ nu nu 勺/ nU RJ ハU nu ，，aE、、にJ、IF「/uy

図-2.2 各種骨材の細孔径分布

100

(l-J;ミ

ω h

₉₀

'〉F4ω

₃

「 4 匝fωg寸J ，...，

π出ロ。コ 80

ω。

70

句Eω〉、 r日ロ

〉 4

噌 60

�O 50

。

SNS UTムE

mm凶日 AO仕一一一

一

一 0・ロ・

一一一

20 40 60 80 100

Number of Freezing and Thawing Cycles

図-2.3 各種の組骨材を用いたコンクリートの耐凍害性

(9)

2.4.2 各種の砕砂および砕石を用いたコンクリートの耐凍害性 ( 1 )目的

最近の骨材供給体制の変貌により、砕砂や砕石の使用率が年々増加してきているので、

各種の砕砂および砕石を用いたコンクリートの耐凍害性を比較検討した。

( 2 )方法

使用したセメントはフライアッシュセメントB種(比重2.96，比表面積3200cmz/g)であ

る。フライアッシュセメントB種を選定したのはマスコンクリートを想定しているためである。使用した骨材の産地を表-2.9に、物理的性質を表-2.10 および表-2.11に示す。

また、骨材の化学成分およびASTM-C289(骨材の潜在反応性試験方法)による測定結果を表 -2.12に示す。

コンクリートの配合は表-2.13に示すように、細骨材と粗骨材のそれぞれに砕砂と砕石を用いるA----E、海砂および石灰岩を用いるF、川砂および川砂利を用いるGの総計7種のコンクリートについて検討した。水セメント比は55%とし、空気量は 5.5::tO.5 %、スランプは12土2 cm、の範囲に入る様に試し練りで調整した凍結融解試験に用いた供試体は 7.5x10x40仰の角柱で、材令14日まで200Cの水中で養生した。なお、材令28日での試験開始としなかったのは結果を早く得るためであるが、早期材令では水和反応による強度増加の影響が結果に反映されるため、ASTM C 666の規定どうりの材令14日を選定した。

使用した試験機は一槽式水中凍結融解試験機である。

種類石灰岩

緑色片岩玄武岩

安山岩

表2.9 骨材の産地

産地種類

田川市花関岩

甘木市川砂利

東松浦群玄海町川砂佐賀県多久市 ^海砂

2 2

産地東松浦郡相知町球磨郡五木村球磨郡五木村小川島

表-2.10 細骨材の物理的性質

種男IJ 比重吸水率粒形判定洗い試験安定性組粒率 (月) 実績率(児) (月) (児) (児) 石灰岩砕砂 2.67 O. 60 55. 4 5. 9 3. 8 2. 68

緑色片岩砕砂 2. 71 1. 49 53.1 4. 1 2. 2 2.63 玄武岩砕砂 2. 81 1. 99 54. 5 4. 2 1.3 2. 57 安山岩砕砂 2. 76 1. 77 54. 4 2. 4 2. 7 2. 60 花開岩砕砂 2. 57 2. 04 54.1 4. 9 5.3 2.61

海砂 2. 57 1. 32 57. 8 2. 6 3. 0 2. 70

J 11 砂 2. 59 2. 45 56. 9 2. 9 4. 3 2. 61

注:海砂は十分脱塩したものを使用した。

表-2.11 組骨材の物理的性質

種別比重吸水率粒形判定安定性すりへり破砕値

(見) 実績率(児) (日) 減量(児) (月) 石灰岩砕石 2. 71 O. 23 59. 5 O. 9 25. 0 25. 8

緑色片岩砕石 2. 79 O. 86 58. 0 11. 0 20. 0 17.3 玄武岩砕石 2. 85 1. 51 60. 8 4.4 13. 2 11. 8 安山岩砕石 2. 79 1. 34 58. 9 1.6 12. 6 11. 3 花開岩砕石 2. 64 0.88 58. 6 2. 3 29. 5 22. 9

J 11 砂手Ij 2. 64 1. 16 61. 6 6. 3 16.5 12. 7

2 3

(10)

100

80

60

�

、ω3H3HV02

0叶巳何口〉臼

ω〉什以MUHω凶

骨材の化学的成分およびASTM-C289(化学法)による測定結果

化 ^ふ^一^詠^子^ι 成分 (%) ASTM-C289(化学法)による測定結果種別

強熱 SiOz AI20S Fe20s CaO MgO Sc Rc 判定

減量 (mmol/I) (mmol/I)

石灰岩 43.40 _O.22 _O.32 _O.06 55. 50 0.46 1.2 28 無害

緑色片岩 3.47 57. 46 13. 85 9. 95 6. 75 4.42 19 100 ^"

玄武岩 O. 02 50. 72 16.55 10.40 9. 50 7. 84 33 47 ^"

安山岩 O. 90 56. 40 15. 10 9. 80 7. 00 6.14 564 127 潜在的有害

花肉岩 1. 92 68.08 14. 90 3. 30 3. 38 1. 27 17 17 無害

川砂利 2. 69 71.84 12.40 3. 90 1. 88 1. 50 43 57 ^"

表-2.12

ωmmHω〉叫

注: Sc :溶解シリカ量(mmo₁/1)

Rc :アルカリ濃度の減少量(mmol/I)

300

Cyc1es 各種砕砂、砕石コンクリートの耐凍害性

200 Thawing and

100

Freezing of

Nurnber 図-2.4

。 40

各種の砕砂と砕石を用いたコンクリートの凍結融解サイクルに伴う相対動弾性係数の変化

を図-2.4に示す。また耐久性指数と重量百分率を表-2.14 に掲げ、供試体の劣化状況を写真一2.4に示す。

それぞれ相対動 F配合は約 100サイクルで、

石灰岩を使用したA配合は約30サイクル、

弾性係数が60%以下に低下し、耐久性指数はそれぞれ 5、 16であった。一方、緑色片岩お D配合の耐久性指数はそれぞれ78、 88で良好な耐凍害性を示したo よび安山岩を用いたB、

言己使用骨材の種別水セメ細骨単位水量単位セメスランプ空気量材令28日の

ン卜比材率ント量圧縮強度

粗骨材細骨材

号 (%) (児) (kg/mS) (kg/mS) (cm) (%) (kgf /cm?')

A 石灰岩石灰岩 55 46. 5 156 284 12. 5 5. 2 241

B 緑色片緑色片 55 46. 5 177 322 12. 5 5. 8 234

C 玄武岩玄武岩 55 46. 5 161 293 11. 0 5. 4 236

D 安山岩安山岩 55 46. 5 165 300 10. 5 5. 7 242

E 花関岩花関岩 55 46. 5 174 316 14.0 5. 7 243

F 石灰岩海砂 55 46. 5 153 278 12. 5 5. 4 272

G 川砂利 JlI 砂 55 46. 5 153 278 10. 5 5. 0 235

コンクリートの配合およびその諸性状表-2.13

コンクリートの耐凍害性に大きい影響を及ぼす空気量は表-2.13 に示す様に、各配合におその耐凍害性には大きな相違が認められた。

いて5.5 %程度とほぼ等しいが、

ちなみに、現行の土木学会コンクリート標準示方書では、骨材の耐久性は硫酸ナトリウムによる安定性試験(JIS A 1122)を行った場合、操作を 5回繰り返したときの損失重の

この限度を越えた骨材は限度を一般に、粗骨材で12%、細骨材で10%としている。また、

これと同じ産地で、同じような骨材を用いた同程度のコンクリートが、予期される気象作これを用いてよいとしている。

これを用いて造ったコンクリートの凍結融解用に対して満足な耐凍害性を示した実例がある場合には、

これを用いた慣例がない場合でも、

さらに、

(11)

これを用いてよいとしてい試験結果から、満足なものであることが確認された場合には、

石灰岩の安定性試験における損失重量は組骨材で 0.9%、細骨材で5.9%でいずれる。

これらを用いた A配合 (粗骨材と細骨材に石灰岩)おも示方書限度内にはいっているが、

の耐凍害性は非常に小さい。また、その他よびF配合(粗骨材に石灰岩、細骨材に海砂)

の骨材の安定性試験における損失重量とコンクリートの耐久性指数との聞にも良好な相関 F -3272) 関係は認められない。セメント協会コンクリー卜専門委員会報告(F -31 ^{7 1)} 、

)は安定性試験より、むしろ粗骨材では吸水率、すりへり減量破砕値など、細骨材では単位容積重量実積率、塩酸溶解物などとコンクリートの耐久性指数との聞に良い相関が認められると指摘している。

F)が非常に小本実験において田川市産の石灰岩を粗骨材に用いたコンクリート(A，

さい耐凍害性を示した原因を明らかにするために、各骨材の細孔径分布を水銀圧入ポ口シその結果を図-2.5に示す。総細孔量は川砂が最大でO. 0186cnf/g、安山岩が最小で、0.0047cnf/gで、ある。石灰岩は0. 0051 cnf/gとかなり小さい値であるが最小細孔半径メータで、調べた。

各種の砕砂と砕石を用いたコンクリート供試体の劣化状況写真-2.4

0.003

「可一K-Hu--A一D

1

，

.--E_I

| 「J

r-J _B I

iE""':'-

「ー| 「一「1J 戸去の

ド- r SA F f EL:Zi 一

一-1'-----…1 じ.，.-".."'":::わ・-r--'<--

- -

t;r-，・・門yァJ

0.001・- 0.002

(小\00)

ω巨ロ叶O〉 ωMO向

各種の砕砂、砕石コンクリートの耐久性指数および重量百分率

配合番号試験終了サイ相対動弾性係数耐久性指数重量百分率クル数 _N _p (%) DF (%)

^-55 40 38. 8 5. 2 1 00

B

-

^{5 5} ³⁰⁰ ^77.⁸ ^77.⁸ ⁸^{9. 5}

C-55 215 56. 6 40. 6 92. 1 D-55 300 87. 5 87.5 91 . 9 E-55 300 64. 0 64. 0 87. 2 F-55 1 18 40.5 15. 9 95. 5 G-55 300 63. 3 63. 3 85. 6 表2. 1 4

。

'''E・、、

²⁴

onuハ、.. E，，， × 1i づF ハU 3 FHJ

2.4 7.5 Radius 0.75

Pore 0.24

0.075

各種砕砂および川砂の納!孔径分布図-2.5

2 7 2 6

(12)

は 240Aで ( 他の組骨材では75Á程度) 、その細孔径分布は他のそれに比べて半径の大きい方に偏っていることが分かる。樋口73 ) によれば、一般に細孔中での水の凍結温度低下は細孔径が小さい程、大きいことが指摘されている。これより、この石灰岩中の水は他の骨材の水に比べて凍結し易いものと考えられる。このほかに石灰岩コンクリートの耐凍害性が不良であった原因として以下のことが考えられる。

コンクリートが凍結融解試験で加熱冷却されると熱の移動に伴って容積変化が生じ、その結果内部応力が生じる。この内部応力はコンクリートの品質または温度に差が生じた部分、またセメントペーストと骨材関に生じる。この応力の大きさはセメントペーストおよび骨材自身の線膨張係数、熱伝導率、比熱等の熱的性質に依存する。凍結融解試験ではコンクリートは加熱冷却により内部応力の変動する疲労を受けることになる。ペーストの線

膨張係数は(11 --18) x10-6程度であるが、コンクリートの線膨張は骨材の影響を受けて一般にぺーストよりも小さい74) 0 J onesによると岩石の線膨張係数はSi02の多い酸性岩では( 7 '"-'12) XlQ-6程度であり、塩基性岩である石灰岩では結品度によって異なるが、

温度範囲-20 '"-'60oCで平均4.4X10-6 ( 試料数13)である75) 。ぺーストと骨材聞の線膨張係数の相違が大きいと加熱冷却により両者の付着が早期に破填される懸念があるのでな

るべくぺーストのそれに近い、すなわち線膨張係数の大きい骨材の方が望ましいことになる。

加熱、によってある種の石灰岩はわずかであるが熱成長いわゆる残留膨張を示すことが知られている76 ) 。今回、実験に用いた骨材やぺーストの線膨脹係数を測定していないので確定的なことは言えないが、上記の2 つの事項が石灰岩コンクリートの耐凍害性が不良であることの主因と考えられる。なお、後藤・藤原7 7 ) は石灰岩砕石の乾燥膨張を観測しているが本実験では供試体を乾燥させていないので、これとは機構が異なるものと考えられる。

2. 4. 3 反応性骨材を用いたコンクリートの耐凍害性 ( 1 )目的

最近、被害がでてクローズアップされてきたアルカリ骨材反応によるひびわれが吸水し凍結融解作用を受けるとさらに、被害が大きくなるのではないかと考えられる。しかしながら、反応性骨材を用いたコンクリートの耐凍害性について検討した例はほとんど見当たらないので、ASTM-C289 の化学的方法により有害とみなされた輝石安山岩を用いたコンクリートの凍結融解試験を実施し上記の点について調べた。

( 2 )方法

セメントには普通ボルトランドセメント( Na?O等昆: 0. 57 %)を用い、反応性骨材には

府石安山岩砕石(G _r)を、非反応性骨材には角閃岩砕石 (G 0)を用いた。納骨材にはすべて十分脱塩済みの海砂を用いた。これらの骨材の性質およびASTM C289 (化学法)に

よる試験結果を表 2. 15 に、コンクリー卜の配合を表-2. 16 に示す。Na20等屋はNaOIlの添加によりセメント重量の 2. 0% とした。粗骨材(G)は反応性骨材(Gr)と非反応性骨材(Go) から成り反応性骨材CGr)が占める割合計/(Gr+Go)を1. 00、 O. 75 、 O. 50、 O. 25 およびO と

した。

表-2.15 骨材の性質および化学試験結果

溶解シリ力量

試料名比重吸水;;f.S 判定

(%) ^Rc ^{s c} ( ASTM

(mmol/I) (mmol/I) C289) 輝石安山岩 2. 63 1. 89 89 757 有 2E1コf

角関 ^疋私^ムゴ^a 2. 87 O. 62 27 17 無害

海砂 2. 57 1. 32 57 8 無 9d2 ^「

表-2.16 反応性骨材を用いたコンクリートの示方配合

単 1"ÎL 量(Kg/ザ)

配合 ^スラン7 空気量水セメ t田骨- 反応性

ン卜比材三転骨材比 fn 十寸材番号 (cm) (%) (%) (%) (容積セメント水京111'1寺材

te) G _r Go

6. 0 4. 4 54. 1 43. 0 1. 00 320 173 761 1028 。

2 4. 0 4. 3 54.1 43.0 O. 75 320 173 764 771 280

3 5. 5 4. 0 54. 1 43. 0 O. 50 320 173 761 514 561

4 5. 0 3. 3 54. 1 43. 0 O. 25 320 173 764 257 841

5 7. 0 3. 8 54. 1 43. 0 。 320 173 761\ 。 1122

凍結融解試験はASTM-C666 A法に準じて行った。供試体は10X10x40cmの角柱で、材令 1日で脱型しその後、約200Cの養生室の空中に約3ヶ月保存した後1週間200Cの水中につけ凍結融解試験を開始した。配合番号1 および3 のコンクリー卜供試体についてはアルカ

(13)

リ骨材反応が十分生じない材令1ヶ月においても試験を開始した。

凍結融解試験によって求めた耐久性指数を表-2. 17 に示す。反応性骨材を用いても材令

が 1ヶ月程度の若い段階では反応が十分進行していないのでコンクリー卜内部にゆるみは生じていないものと考えられる。 4週間、 200Cの水中につけたコンクリー卜の耐久性指数は反応性骨材の割合に拘らず90以上で高い耐凍害性を示した。しかしながら、 11週間約20 OCの空中に放置し、ついで 1 週間水中につけた反応性骨材使用のコンクリートは劣化が早く進行し、角閃岩コンクリート (配合番号5 )の耐久性指数58に比べ、すべて20以下の小さい耐久性指数を示した口木試験に用いた反応性骨材のペシマム畳(最大膨張量を示すときの反応性骨材の混入屋割合)は400Cで、湿潤状態の場合ではGr/ (Gr + Go) =0. 50"""'0. 25であることを確認している78) o ノド実験における養生条件は約200Cの空中であるからぺシマム量は上記の場合といくらか相違するかもしれないが、少なくとも粗骨材全部に一部に反応性骨材を使用する方が膨脹量が大きくなる結果が多い7^9. ^{B 0})。凍結融解試験で得られたGr / (Gr _IGO) =0. 75....__0. 25のコンクリー卜の耐久性指数は 3--- 6でGr/(Gr+Go)ニ 1.0の17に比べ小さい値である。

表-2.17 凍結融解試験結果試験配G-è^仁E 反応性

骨材比養生方法耐久性指数

番号番号 (%) _DF

100 11週間空中、 1週間水中 17 2 2 75 11週間空中、 1週間水中 5 3 3 50 11週間空中、 1週間水中 6

4 ⁴ 25 11週間空中、 1週間水中 3 5 5 _。 11週間空中、 1週間水中 58

卜一一

6 100 4週間水中 93 7 3 50 4週間水中 98

本実験では、反応性骨材を月]いたコンクリートがアルカリ骨材反応により膨張し、内部に微細11なひびわれを生じた段階で凍結融解作用を受けると急激に劣化することを確認した。

したがって複数の要因に基づく劣化いわゆる趨合劣化については今後、研究していく必要がある。

3 0

2. 5 混和材料が耐凍害性に及ぼす影響

2.5.1 各種の減水剤およびAE剤を用いたコンクリートの耐凍害性 ( 1 )目的

減水剤は界面活性剤の中で分散および湿潤作用が高いので、セメント粒子を分散させ、

コンクリ-トの単位水量を減少させる混和剤であり、ほとんどのコンクリートに用いられている。また、 AE剤も界面活性剤の一種であるが、これはコンクリート中に微細な空気泡を連行させる混和剤であり、ワーカビリチーおよび耐凍害性の改善に効果がある。この他に、減水剤とAE剤を混合したAE減水剤もよく用いられる。同じ界面活性剤でも、イオン系と非イオン系があり、これらの混和剤がコンクリー卜の耐凍害性に同様な影響を有しているのか検討しておく必要がある。そこで、ここでは市販の 4種類の減水剤および3 種類のAE剤を用いたコンクリートの耐凍害性を検討した。

( 2 )方法

実験に用いた減水剤はリグニン系(WRS， WRP)、アルキルアリルスルフォン酸系 ( WRM)および非イオン系( WRT)の 4種類であり、 AE剤はレジンアニオン系

( A E V)、アルキルアリルスルフォン酸系(AE S)、非イオン系(AE T)の3種類

である。セメントは普通ボルトランドセメント(比重3. 16)を使用し、細骨材には十分除塩した海砂( 比重2.59)を、粗骨材には最大寸法20mmの角閃岩砕石 ( 比重2.95、吸水率 O. 97月)を使用した。コンクリー卜の配合は単位セメント量を 350kg、水セメント比を49

%、細骨材率を40%とした。減水剤は各社のカタログにある標準畳を使用し、目標スランプは 8士2.5cm になるように試験練りにより配合を決定した。 AE剤の使用量は目標空気量を 6士1. 0%になるように調整した。実験に用いたコンクリートの配合および強度を表ー 2.18に示す。

凍結融解試験に用いた供試体はφ10 x20仰の円柱で、材令28日まで200Cの水中において養生した。使用した試験機は三槽式水中凍結融解試験機である。硬化コンクリートの空気泡分布を写真-2.5 に示す工具顕微鏡を用いてASTM C457リニヤトラパース法に従って測定した。

( 3 )結果および考察

凍結融解試験結果を図-2. 6、図-2.7、写真-2.6、および写真一2. 7に示す。各種の減水剤およびAE剤を使用したコンクリートの耐凍害性に相当の相違が認められる。すでにT.

C. Powersl6) により、コンクリート中に連行された空気泡の気泡間隔係数と耐凍害性に

3 1

(14)

は密接な関係があることが指摘されており、小林8! ) も、硬化コンクリート中の空気泡分布状態がコンクリートの耐凍害性に著しく影響することを示している。各種減水剤および AE剤を用いたコンクリートの空気泡分布性状は図-2.8に示すとおりである。表-2.16 には参考までに耐久性指数も併せて示した。

表-2.18 実験に用いたコンクリー卜の配合および強度

記号スランプ空気量水セメント比単位セメント量材令28日圧縮

(cm) (出) (日) (kg/mS) 強度(kgf /cm2)

WRS 7. 0 3. ₇ 49 351 411

WRM 7.0 3. ₀ 49 354 399

WRT 9. ₀ 4. 6 49 348 382

WRP 10. 5 4. 6 49 348 406

AES 6. 5 4. 4 49 349 369

AEV 9. 5 8. 4 49 334 338

AE_T _{7. 0} 8. 6 49 333 238

PL 8. 5 1. 1 53 354 253

注: P LはNON-AEコンクリートである。

100

冶_g

g什

_m_:3^{、 90}

r4出4ωJベ F叱足2。⁴¹ ^{8 0}

ωu、 u

70

叫rHω〉U 口叶

�ロ

^〉，

60

50

。

50

¹⁰⁰

+1一回-

^WRP

一一 +一一 PL

150 200 250 300

Number of Freezing and Thawing Cyc1es

図-2.6 各種の減水剤を用いたコンクリートの耐凍害性

日100 ω 、 5390

+J .叶

1380

_尚昆の 3

ω。 70

_0ト叶

m 8 H m

ωロ 60

:> :>-J 4口

50 0

Qこ?七=ヱ9三三三 \ 号三三安二二足二二=

\ ふ久、

\

50 100 150 200

²⁵⁰

300

Number of Freezing and Thawing Cycles

図-2. ⁷ 各種AE剤を用いたコンクリートの耐凍害性

FUJICOl OR HR f\円

写真2. ⁵ 硬化コンクリートの空気泡分布測定用工只顕微鏡

(15)

ω口叶AωωHω〉MUMFHhh門ωリドωzu.NU戸円以口叶HUωμuωωいHωμロH切出U叶O〉Ha叶du判ohHωAE32叶のμOLF

PL

皿-- ー司ー..._

l\EV

í' 、

九 "l

AES

、、

里一三

入

^f'.

600 500 400 300 200 100

L任事4 WRP

\VRI' WRS

0 300 200 100

。

o 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300

(J.im)

Diameter WRT WRS

WRM WRM

各種の減水剤およびAE斉IJを用いたコンクリートの空気泡分布性状図-2.8

300サイクノレ終了後

本実験の結果から次のことが認められる。各種の減水剤を用いたまだ固まらないコンクエア一連行型と銘打っていない減水剤でもある秤」

リートの空気量は3.0"-'4.6 %であり、

各種減水舟jを用いたコンクリート供試体の劣化状況写真-2. 6

度の空気泡が連行されることが分かる。また、減水弗jの種類により連行される空気民はか DFの最小値はWRMの64、最なり相違することが認められる。表-2. 19に示すように、

WRSおよび大値はWRTの87である。気泡径分布曲線のピークは閲-2.8tこ示すように、

WRMでは100μm付近に、 WRTおよびWRPでは150μm付近にある。一般に、空気最がほぼ等しい場合には微小径が多いほど凍結時に伴う静水圧を緩和するので凍結融解に WRTおよびWRPの方がWRSおよびWRMより、耐久性マクロ的にWRTおよびWRPの連行空気量がより多いためであると考えて差支えないようである。

対して有利と考えられるが、

指数が大きいのは、

つぎに、各種AE斉IJを使用したコンクリートは表-2.19に示すように、減水邦jを使用し

た場合より気泡間隔係数Lが小さく、 75以上の耐久性指数が得られた。試験により使用量 AET AEV

Non-AE AES

を決めたにもかかわらずAESを用いたコンクリートの空気畳は4.4%であるがAEVお 8.4%および 8. 6%となった。気泡径分布よびAETを用いたコンクリートの空気量は、

300サイクノレ終了後

より微小径の方 WRSおよびWRMとメーカーの減水剤を用いたコンクリートと比較して、

AESおよびAEVではそれぞれ、

へ移動するのはAETのみで、

山線のピークが同各種AE剤を用いたコンクリー卜供試体の劣化状況

写真一2. ⁷

3 5 3 4

(16)

表-2. 19 実験に用いたコンクリートの空気泡分布性状と耐久性指数

一一一一一一

ザ

二Eロ気量 (%)

長己号気泡間隔係数耐久性信数

硬イヒ ^{フレッシュ}

L (μm) コンクリー卜コンクリー卜 ^DF

WRS 392 2. 9 3. 7 71

WRM 430 3. 3 3. 0 ⁶⁴

WRT 429 4. 1 ^1.6 87

WRP 473 3. 3 ^4.6 79

一

AE^S 259 4. 3 4. 4 76

AEV 196 7. ¹ 8. 4 86

AET 135 8. 7 8. 6 88

大体同じ位置にある。したがって、 AE剤の方が減水斉IJより微少径の空気泡を必ずしもより多く連行するとは限らないようである。減水剤単独では空気量が不足し、耐凍害性に劣る場合にはAE剤を併用して適切な空気量を連行させなければならない。

2. ^5.2 高性能減水剤を用いたコンクリー卜の耐凍害性 ( 1 )目的

近年、コンクリート構造物の長大化や高層化に伴いコンクリートの高強度化が望まれてきている。これはコンクリートを高強度にすれば部材断面を減少させることができるので死荷重が低減し構造物の長大化や高層化を図れるからである。

コンクリートの高強度化を図るためには空隙の低減、ペース卜部の強化、高強度の骨材の使用、ぺーストと骨材との付着強化等が考えられる。高性能減水剤を用いると水セメント比を低くすることが出来るのでペースト部が強化され鰍密な高強度コンクリートを造ることができる。

高性能減水剤の開発は日本が最も早く、 1960年頃から始まり、 1965年までには高強度用減水剤として使用されるようになった。その特徴は減水効果が大きく、空気連行性および凝結遅延作用がないことである。従って、高性能減水剤を用いると、従来の減水弗jを用いた場合よりコンクリートの単位水量を大幅に減少させることができ、水セメント比を小さくした高強度コンクリー卜を製造することが容易である。

高性能減水剤を使用した低水セメン卜比の高強度コンクリートに関しては当初より、強度に関する報告は多かったが、耐久性、特に耐凍害性に関する報告が少なかった。高性能減水剤に関する国際会議は1979年5月にカナダのオタワで第1回Superplasticizer In Concreteが開催されたのが初回である。その時、高性能減水剤の問題点を“ スランプロス"

と“耐凍害性" に集約し、議論がなされた82 ) 。第2回Superplaslicizer in Concrele は1981年6月にやはりオタワで開催され、耐凍害性に関してはRoberts and Scheiner27)、

Okada el al. 28) 、Kobayashi el al. 29) およびMa1 h 0 t r a 3 0 )の一連の研究が発表された。

また国内では後藤・三浦ら3 1) 、服部らの研究32) がある。これらの研究結果により、高性能減水剤を用いた場合、適当なAE剤を併用すれば十分、耐凍害性のあるコンクリートを作製できることが示された。しかしながら、高性能減水剤を用い、低水セメント比にした高強度コンクリートの耐凍害性に関する研究データの蓄積はまだ少なく、研究者聞における材料や実験方法の相違により、結果もかなり相違している。

以上述べた観点から、高強度コンクリートの耐凍害性を明らかにすることを目的として高強度のNON-AEおよびAEコンクリートの凍結融解試験を実施し、その高強度コンクリートの耐凍害性に及ぼす水セメント比および空気量の影響について検討を加えた。

(17)

日)結果および考察 ( 2 )高性能減水剤を用いたNON-AEコンクリートの耐凍害性

そして硬化コンクリー卜の空気泡組織の測定凍結融解試験結果を図-2.9、図2. 10 に、

i )実験方法

コンクリート供試体の凍結融解による劣化状況を写真-2. 8に結果を表3. 2に示す。また、

セメントは普通ボルトランドセメント、細骨材は海砂(福岡市志賀島産、比重2.60、吸

水率0.51%、粗粒率2. 84、十分除塩済み)、粗骨材は蛇紋岩砕石(福岡市立花寺産、比重

110

刀ミす。

2. 9 9、吸水率0.78%、最大寸法20mm )を用いた。高性能減水弗!として多環アロマスルホン

'-' 90 0\0

酸系減水剤(N L1400)を使用した。

nu 『af

、ωロ叶口問υ02 ω〉叶HV伺叶

ω肖

コンクリートの配合は単位セメン卜量を 400、450、500、600 および 700kgの5種類

企 c-400 A c-450 o c-500

・c-600 口c-700

スランプが8士1.5cm になるように試験練りにより単位水量を決定し、VB試験として、

nu にJ

O叶日のロh口 ω小伺しHω〉〈

機によりVBタイムが最小となる最適細骨材率を決定した。決定した配合は表-2.20 に示すように、水セメント比が23--40%で、空気量が2.0 %未満のNON-AEコンクリートである。

凍結融解試験に用いる供試体は材令28日まで200Cの水中で養生したφ10^x20cmの円柱で

250 300 150 200

50 100

。

ある。三槽式凍結融解試験機を使用しASTM-C666 A法に準じて水中凍結融解試験を行った。 30

Number of Freezinヮ and Thawing Cyc1es

1サイクルの凍結融解時間は3時間とし、供試体中心部の温度は -18-- + 50Cの範囲にな

NON-八Eコンクリートの凍結融解にfl:う相対日V)�ll'性係数の批移関-2.9

る様に設定した。また供試体の寸法、重量およびたわみ振動による動弾性係数の測定を、

1011サイクルまで 8サイクル毎に、それ以降は24サイクル毎に行った。硬化コンクリート

100

の空気泡分布測定はASTM-C457のリニヤトラパース法に従って行った。

c-400 c-450 c-500 c-600 c-700 ò

A 0

・口 98

96

94

92 (

。甲川vzhw叶ω

E C叶加に伺戸内U

NON-AEコンクリートの配合および強度

スランプ空気量水セメント細骨材率単位セメント材令28日圧縮強記号 (cm) (%) 上七 (%) (%) 量 (kg/m3 ) 度 (kgf/cm2)

C 400 8. 5 1.3 40 44 399 460

C 450 8. 0 1.0 34 42 450 562

C 500 9. 0 O. 8 31 39 501 451

C 600 7. 0 1.6 25 35 597 566

C 700 8. 0 1.6 23 30 69 6 620

表-2. 20

300 Number of Freezing and Thawing Cyc1es

200 250 100 150

50 90

0

N ON_- A E コンクリートの凍結融解に{、I^�う質民百分取の推移図-2. 10

3 9 3 8

(18)

海! ( 二寸4川O∞0.4沿制う切O. 5∞ ωO 7OQ仏弘ιι3i七一U:\iIι\J;J;岡

"';�'. ^• ^{• •}^{• •}

..、

i

;;N:?汗?汗t良川ム〈ぷJ♂:ミfザミU可;Y鴻;

写真2.8 コンクリー卜の劣化状況(300サイクル終了時)

|ヌI 2.9からlifJらかなように、水セメント比が23%(C700 : I文II�J[J)および25Yi (C600

|支II�J.)のコンクリー卜は300サイクルの凍結融解を受けても相対動弾性係数がそれぞれ 97および91 %で大きい耐凍芹nをふしている。 .)j、 /1'<セメン卜比が25%より大きいコン

クリート(C500 : I文111'0、C�50 : [ヌII-PÂ、C100 : I文III'/:-') では水セメント比の地JJIJにイ、れ1 相対動州性係数の低下が奔しい。相対動g!ì1t1係数が60%になるサイクル数は、水セメント比が31_{% (}C500)_、 3_{4 %}(C450)および40%(C100)のコンクリー卜でそれぞれ 202、 80および 75サイクルである。

出I 2.10から明らかなように、 300サイクルの試験終f 時における質民減少率は、水セメント比が23%'、25%，および31%のコンクリー卜で0.1%、 0.25%、 0.30%程度である。

7]<セメント比がさらに大きくなると積院減少率が大きくなり、水セメント比が34%および 10%のコンクリー卜では200サイクルで 2.5%および8.5%科度減少している。

ぷ2.21に硬化コンクリー卜の空気泡分布性状と耐久性指数を示す。八E芥IJを月1�寸三高性能減水丹IJのみを川いたNON ^Eコンクリートの気泡間隔係数は7]_{O，___}1221μmの純 1mにある。これは普通タイプの減水斉IJを川いたコンクリートの気泡間隔係数(表-2.19参 H日)と比!校して著しく大きく、使用した高性能減水斉IJが空気迎行を伴わないことを裏付け

ている。このように大きい気泡間隔係数を有するNON-AEコンクリートでも水セメント比が23%および25%の場合は、極めて大きい耐久性指数97および91を有することが明らかとなった。

表-2.21 硬化コンクリートの空気泡分布性状と耐久性指数

気泡間隔係数ヲ二Eb 気量 (月) 耐久性指数

記号 DF

L (μm) 硬化 _{ゴン}_{? リ}_ー_ト 7レ?シュコンクリ』ト

C 400 1156 1.8 1.2 15

C 450 710 1.2 1.0 16

C 500 984 1.2 1. 1 41

C 600 1221 1.7 1.0 91

C 700 950 _O.9 _O.8 97

しかし、水セメント比が31%以上になるとNON-AEコンクリートの耐凍害性は水セメント比が大きくなる程、低下する。たとえば、水セメント比が34%および40%のコンクリートの耐久性指数は16および15である。

高性能減水剤を用いた高強度コンクリートが水セメント比25%以下の場合、 NON-A Eコンクリートでも大きい耐凍害性を有しているのは、ペーストが非常に級密になり高強度になっているのでコンクリート中の水分が凍結する際、生じる静水圧に抵抗できることやペースト部が鰍密になれば、間隙水の凍結点降下が生じ凍結水量が減少することなどが考えられる。

上記の結果は高性能減水剤を用いたNON-AEコンクリートの耐凍害性がマクロ的にはコンクリートの強度、ミクロ的にはそのペース卜組織の鰍密度に大きく依存することを裏付けるものと考えられる。

本実験において得られたNON-AEコンクリートの耐久性指数DFとセメント水比 C/Wとの関係式は

D F ₌ -121. 5 ₊ 51. 0 C/W R = 0.974

ここに、 DF : 耐久性指数， C/W:セメント水比， R:相関係数

(2.3)

となり、耐久性指数とセメント水比との聞に非常に高い相関関係があることが明らかとな

コンクリートの耐凍害性評価方法に関する研究

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