セメントの水和反応によるコンクリートの収縮と空隙の測定

愛知工業大学研究報告 第34号B平成11年 127

セメントの水和反応によるコンクリートの収縮と空隙の測定

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岩 月 栄 治 ¥ 森 野 歪 二 ¥ 村 瀬 孝 泰3 Eij i IWATSUK，l Keij i MORINO and Takayasu MURASE Abstract: The che皿ical shrinkage is generated， wh日ncernent reacts with water. As a skeleton is lorrned after setting 01 cernent， the hardened cernent body cannot shrink any皿ore as rnuch as the volurne reduction caused by hydration. Therelore， the hydrates are co皿pensaledby the lorrnation 01 voids in the阻icrostructure.¥Vhi le， the macroscopic volume change， na皿e1 y au t ogenous shr i nkage depends on the rigidi ty 01 microstructure that has close relation wi th the morphology 01 hydrates Autogeneous shrinkage is ca百sedby sell-desiccation which is the resul t 01 the formation 01 fine pores in the rnicrostructure 01 h旦rdenedceme日tbody and the water consリ田ptionby the hydration reaction 01 cement. In this paper， chemical shrinkage， autogenous shrinkage and voids， which丘re produced in cement paste，皿ortarand concrete， were measured. The volume change 01 speci皿enwas rneasured by a new equiprnent and length change 01 specimen rneasured by the JCI rnethod. The rnicrostructure 01 concrete was observed with SEM. It was clear that both shrinkage ratios and the quantity 01 voids were closely related to an amount of cement and aggregate. 1. はじめに セ メ ン ト が 水 と 反 応 す る と 、 化 学 収 縮 が 起 こ る 。 し か し 、 セ メ ン ト の 凝 結 後 は 骨 格 が 形 成 さ れ る の で 、 セ メ ン ト 硬 化 体 は 、 水 和 反 応 に 起 因 す る 体 積 減 少 量 と 同 量 を 縮 小 す る こ と は 出 来 な い 。 そ れ 故 、 7 .) q 日 生 成 物 の 微 細 構 造 中 に 空 隙 を 生 じ る こ と に な る 。 一 方 、 巨 視 的 な 体 積 変 化 、 す な わ ち 、 自 己 収 縮 は 水 和 物 の 形 態 と 密 接 に 関 係 し た 微 視 的 な 組 織 に 支 配 さ れ る 。 自 己 収 縮 が 起 こ る の は 、 セ メ ン ト / の 水 和 反 応 に よ っ て 、 セ メ ン ト 硬 化 体 の 微 細 構 造 中 に 微 小 空 隙 が 発 生 す る こ と と 、 7 k が 消 費 さ れ る こ と に よ り 内 部 が 乾 燥 状 態 に な る 自 己 乾 燥 に よ る と さ れ て い る 1.2、ヘ こ の よ う な セ メ ン ト の 水 和 反 応 に よ る 収 縮 は 、 昔 か ら 知 ら れ て い た が 、 コ ン ク リ ー ト の 水 セ メ ト

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愛 知 工 業 大 学 土 木 工 学 科 ( 豊 田 市 ) 1 愛 知 工 業 大 学 大 学 院 建 設 シ ス テ ム 工 学 専 攻 比 が 50、60%前 後 の 時 代 に お い て は 、 こ の 問 題 に 関 す る 研 究 は 、 ほ と ん ど 行 わ れ て こ な か っ た 。 し か し 、 近 年 の 高 強 度 コ ン ク リ ー ト の よ う な 水 結 合 材比 25~40% で、結合材料(セメント十シりカフ ュームなど)も 450~600kg/m' のようなセメント 量 の 多 い 高 性 能 コ ン ク リ ー ト で 、 し か も 大 型 構 造 物 が 造 ら れ る 状 況 下 で は 、 こ の 収 縮 問 題 は 重 要 な 課 題 と な っ て い る 。 と く に 、 田 淳 nら に よ っ て 水 セ メ ン ト 比 の 小 さ い コ ン ク リ ー ト ほ ど 水 和 反 応 に よ る 収 縮 が 大 き く な る と い う こ と が 明 ら か に さ れ て 以 来 、 注 目 を さ れ る よ う に な っ た 。 本 研 究 で は 、 セ メ ン ト ペ ー ス ト 、 モ ル タ ル 、 及 び コ ン ク り ー ト 中 で 発 生 し て い る 化 学 収 縮 、 自 己 収 縮 及 び 空 隙 を 新 た に 考 案 し た 測 定 装 置 に よ っ て 測 定 し 、 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 が 推 奨 し て い る 長 さ 変 化 測 定 方 法 に よ る 結 果 と 合 わ せ て 検 討 し た 。 ま た 、 コ ン ク リ ー 卜 や モ ル タ ル 内 部 の 微 細 構 造 を 走 査 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 し 、 空 隙 や ひ び 割 れ の 状 態 を調べた。

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愛知工業大学研究報告，第34号 B，平成 11年 Vo1.34-B， Mar， 1999

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豆監亙蓋

2・1 セメントベースト、モルタル、コンクリートの 水手口収縮、自己収縮および窓際の測定方法 ペースト、モルタル、コンクリートの水和収縮、 自 己 収 縮 お よ び 空 隙 の 測 定 は 、 図 1に 示 す 鉄 製 の 容 器 を 用 い た 。 鉄 製 の 容 器 に 水 ま た は 水 酸 化 カ ル シ ウ ム 飽 和 溶 液 と 、 円 柱 お よ び 円 盤 状 の セ メ ン ト ペ ー ス ト や コ ン ク リ ー ト を 入 れ て 容 器 を 密 閉 し 、 供 試 体 自 体 の 収 縮 量 と 水 が 供 試 体 内 部 に 入 り 込 む 量 ( 空 隙 量 ) を メ ス ピ ペ ッ ト の 目 盛 り の 水 位 変 化 量 よ り 測 定 す る も の で あ る 。 容 器 の ふ た 、 ゴ ム 栓 お よ び メ ス ピ ペ ッ ト の 接 続 部 分 は シ リ コ ン パ テ を 用 い て 密 閉 し た 。 供 試 体 は 、 練 混 ぜ 終 了 後 に ス テ ン レ ス 製 の 型 枠 に 打 設 し 、 型 枠 の ま ま 鉄 製 用 容 器 に 入 れ て で き る だ け 早 い 時 期 ( 練 混 ぜ 後 約 3分) か ら 測 定 を 開 始 し た 。 測 定 開 始 約24時 間 後 に 鉄 製 容 器 か ら 取 り 出 し 、 裂 枠 を 外 し て 再 度 容 器 に 入 れ て 測 定 を 継 続 し た 。 容 器 内 の 水 温 は 熱 伝 対 ( 銅 ・ 300m 図 i 鉄製容器を用いた収縮と空隙の測定方法s) 図 3 モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー ト の 自 己 収 縮 の 測 定 方 法 J) (材齢約 3日迄) コ ン ス タ ン タ ン ) を 用 い て 測 定 し 、 デ ー タ ロ ガ ー で 記 録 し た 。 供 試 体 の 形 状 は 、 ぺ ー ス ト は 直 径 ゆ 20crn高さ 6cmとφlOcrn高さ ZOc皿の2種類とした。 ま た モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー ト は 直 径 ゆ20c田 高さ 20cmと直径φ10c田高さ 20cmの2種類とした。 鉄製容器の貯蔵は、 20'Cお よ び23'Cの 実 験 室 内 に 容器を設置した場合(以後 20'C室内と 23'C室内と 記述)と、 28'C一 定 に 調 整 し た 水 槽 中 ( 後 述 の 実 験 結 果 か ら 水 温 を 決 定 ) に 設 置 し た 場 合 ( 以 後 28'C 水槽内と記述)の 3シリーズとした。 測 定 が 終 了 し た 供 試 体 は 、 鉄 製 容 器 か ら 取 り 出 し た 後 に 再 度 乾 燥 固 吸 水 を 行 っ て 重 量 変 化 量 か ら 全 空 隙 量 ( 供 試 体 内 部 に 入 り 込 ん だ 水 の 量 ) を 求 め た 。 ま た 供 献 体 内 部 の 走 査 電 子 顕 微 鏡 観 察 を お こなった。 2・2 セメントの水和反応による鉄製容器内 の水温

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定的 セ メ ン ト の 水 和 時 の 発 熱 に よ っ て 、 鉄 製 容 器 内 図 2 水 和 熱 の 測 定 方 法5) をプる 掴一寸 隔 一 昨 U 1 試 ル シ 供アで 図 4 モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー ト の 自 己 収 縮 の 測 定 方 法 ( 材 齢 約 3日以降)

セメントの水和反応によるコンクリートの収縮と空隙の測定 129 表 l 使 用 し た セ メ ン ト の 化 学 成 分 と 鉱 物 組 成 比 重 ブレーン値 化学成分(百) (cm2/g) Si02 AI203 Fe203 CaO MgO

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』一ー巴 41.4 I 31.1 I 9.5 I 8.2 I 3.9 表 3 セ メ ン ト ペ ー ス ト 、 モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー ト の 配 合 セメント 貯蔵温 水セメント比 空気 締骨 単位量 (kg/m3) AE;~7)く剤 硬化体 _度 W/C IW/C+SF 量 材率 水 セメントシリカ7ューム細骨材 粗骨材 G の使用量 の種類 _。

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10-')。そ の た め 、 測 定 時 の 温 度 を 検 討 す る た め に 図 2に示 すような温度測定をおこなった。 2・3 モルタルおよびコンクリートの角柱供試体を 用いた自己収縮の;Jljl定 自 己 収 縮 の 測 定 方 法 は 、 日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 の 自 己 収 縮 員 会 に よ る 試 験 方 法 " に 準 じ て 行 っ た 。 測 定 の 概 要 を 図 3および図4に 示 す 。 供 試 体 の 形 状 は 10Xl0X40cmの型枠を用い、長さ方向 に は 供 試 体 の 収 縮 量 を 測 定 す る ケ ー ジ プ ラ グ を 入 れ て い る 。 ま た 、 型 枠 の 内 側 に は 、 供 試 体 の 収 縮 に 拘 束 力 が 働 か な い よ う に ポ リ ス チ レ ン ボ ー ド と ポリエチレンフィルムを張った。収縮の測定は、 型枠に試料打設後約1.5時 聞 か ら 両 端 の ゲ ー ジ プ ラグに 1/1000 の ダ イ ヤ ル ゲ ー ジ ま た は 高 感 度 変 位 計 を セ ッ ト し て 測 定 を 開 始 し た 。 デ ー タ の 記 録 は デ ー タ ロ ガ ー 等 を 用 い た 。 測 定 中 は 供 試 体 の 乾 燥 を 防 ぐ た め に 濡 れ た ウ エ ス で 供 試 体 上 面 を 覆 っ た。調u定 開 始 後 約 3日 に 脱 型 し 、 乾 燥 を 防 ぐ た め に ア ル ミ テ ー プ で 供 試 体 全 面 を 密 閉 し て 、 図 4に CSChV100 CShV1凹=一一一一一一一一 (%) W/C+l/ρa ) 1 { CS川'".:100%水 和l時 の 理 論 収 縮 率 W!C:水 セ メ ン ト 比 ρ巴.使用セメントの比重 CSC.J100・以下の式による CSC."

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B:3C，I408.5 示 す よ う な 方 法 ( 1/100 ダ イ ヤ ル ゲ ー ジ 使 用 ) で 測定を継続した。供試体の測定および貯蔵場所は、 20"C一定としたロ 2・4 供試体の使用材料と配合 使用したセメントは普通ボルトランドセメント、 混 和 材 は 粉 末 シ リ カ フ ュ ー ム ( エ ル ケ ム 社 製 No.2410)を用いた。表 lに セ メ ン ト の 化 学 成 分 と 鉱 物 組 成 を 示 す 。 こ の セ メ ン ト の 100%水 和 し た 場 合 の 水 和 収 縮 率 の 理 論 値 は 、 日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 自 己 収 縮 委 員 会 の 算 定 方 法 ( 式 (1 ))1)で は表 2に 示 し た よ う で あ り 、 水 セ メ ン ト 比 25%で は 水 和 収 縮 率 は 11.6%と算定される。

愛知工業大学研究報告，第34号 B，平成 11年， Vo1.34-B， Mar， 1999 40r---~---~---~__rト ー 島 直 戸 ー 自 由 一 日 一一一昆混 「供担体鉄製容器水中三置したセメントペースト供 体 一 -38

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130 供試体 設置 熱電対 供試体の最 最両温度の鉄製容器内 状態 の位置 高温度

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セメントベ スト1) 31.9 8-15 25.8 W/C=25% モJl<$lル2) 水中 中心 29.6 9-45 27.1 W/C=25% コンクリート3) 28.8 11-55 26.9 W/C+SF=25% 水 和 熱 に よ る 鉄 製 容 器 内 の 水 温 の 測 定 結 果 1)ペーストはW/C=25目、形状はO20x6cm 2)モJ印 刷 立W/C=25也、形状はゆ20x20cm 3)コンクリートはW/C+SF=2郎、形状はゆ20x20cm 表4 25 20 10 15 経過時間 (h) ペ ー ス ト の 温 度 測 定 結 果 経 過 時 間(h) 1 d 図5 正1--1 28'C水槽 φ20h6 ー 寸 ー ← 【23'C室内 ￨φ20h6 20'C室内 品10h20 十ト唱一一、附

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時私設け一路栓投稿事 モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー ト に 使 用 し た 骨 材 は 、 細 管 材 に 珪 砂 (

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号 ， 愛 知 県 藤 岡 町 産 ) 、 粗 骨 材 に 砂岩砕石 (5~ 10m皿・ 40 見、 10~20mm:

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，愛知県 春 日 井 産 ) を 使 用 し た 。 減 水 剤 は ポ リ ア ル キ ル ア リ ル ス ル ホ ン 酸 系 を 使 用 し た 。 表 3に コ ン ク リ ー トの配合を示す。23'C貯 蔵 と 20'Cお よ び 28'C貯 蔵 で 骨 材 の 単 位 量 が 異 な る の は 比 重 が 若 干 異 な っ た ためである。 鉄 製 容 器 で 測 定 し た セ メ ン ト ペ ー ス ト の ピ ペ ッ ト の 水 位 変 化 率 と 経 過 時 間 の 関 係 内 槽 内 室 水 室

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岬 和 友 己 際 援 抵 篠 山 内 平 セメントペースト、モルタルおよびコンクリート の 水 和 熱 に よ る 鉄 製 容 器 内 の 水 温 の 変 化 表4に セ メ ン ト の 水 和 熱 に よ る 鉄 製 容 器 内 の 水 温 変 動 の 測 定 結 果 を 、 図5に ペ ー ス ト の 測 定 結 果 を 一 例 と し て 示 す 。 水 の 最 高 温 度 は

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のモ ルタルで練混ぜ後 8~11 時間に

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'Cが 記 録 さ れ た 。 こ れ ら か ら 、 鉄 製 容 器 を 水 槽 に 浸 漬 し て 測 定 す る 場 合 は 水 槽 の 温 度 を 28'C一 定 と す れ ば 、 セ メ ン ト の 水 和 熱 に よ る 鉄 製 容 器 内 の 水 の 膨 張 に よ る 測 定 誤 差 を 省 く こ と が で き る 。 ま た 夏 期 に 気 温 が 上昇しでも7}<.を冷却する必要がなく、設備的に簡 単にすることができる。 3.結果および考察 3.1 図6 鉄 製 容 器 で 測 定 し た モ ル タ ル

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の ピ ペ ッ ト の 水 位 変 化 率 と 経 過 時 間 の 関 係 く な っ て い る 。 こ れ は 直 径 が 小 さ い た め に 水 が 供 試 体 内 部 ま で 浸 透 し や す い た め と 考 え ら れ る 。 ま た、貯蔵温度の差によるピペットの変化率の差は、 図 6~

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の23'Cと28'Cを 比 較 す る と 一 定 の 傾 向 は 3・2 鉄製容器で測定したセメントペースト、 モルタルおよびコンクリートの収縮率 図 6に 鉄 製 容 器 で 測 定 し た セ メ ン ト ペ ー ス ト

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出)のピペットの変化率を示す。同様に、 図 ? に モ ル タ ル (

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を 示 す 。 供 試 体 の 形 状 の 違 い で は 、 ペ ー ス ト 、 モ ル タ ル お よ び コ ン ク リ ー ト に お い て

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叩 の 供 試 体 は 、 材 齢 i 日まではゆ

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と28日の ピ ペ ッ ト の 水 位 変 化 率 ( 直 径 10cm) CO 25% MO 50% MO 25目 図12 み ら れ な い 。 こ の こ と か ら 5'C程 度 の 差 で は ピ ペ ッ ト の 変 化 率 に 大 き な 差 は 生 じ な い と 考 え ら れ る 。 図 11 に、図 6~10の 供 試 体 直 径 中 20c皿、貯蔵温 度 目 ℃ お よ び28'Cの 材 齢 1日と 28日のピペット の 変 化 率 を 示 す 。 ピ ペ ッ ト の 変 化 率 は 、 材 齢 1日 と28日では同様の傾向を示しており、 23'Cの ピ ペ ッ ト の 変 化 率 の 大 き い も の は 、 順 に セ メ ン ト ペ ー スト W/C=25% (セメン卜量 1760kg/皿")、コンクリ ー ト W/C=50% (300kg/m")、 モ ル タ ル W/C=50% ( 635kg/m')、 コ ン ク リ ー ト W/C+ SF=25% (540 kg/m')、モルタ

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¥V/C=25% (756kg/m') である。同 様 に 28'Cで は 、 セ メ ン ト ベ ー ス ト

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愛知工業大学研究報告，第34号B，平成11年， Vo1.34-B， Mar， 1999 ト(o 10

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CP:セメントペースト供試体寸法 MO:モルタル め20x 20cm 一一一一一一 10 20 30 空隙率(見) ((湿潤供試体重量 1050C_{乾燥後の供試体重量)/湿潤供試休体積)} 図13 鉄 製 容 器 で 測 定 し た 供 試 体 の ピ ペ ッ ト の 変 化 率 と 供 試 体 の 吸 水 率 と の 関 係 ( 直 径20c皿) く な っ て い る 。 こ れ は コ ン ク リ ー ト は モ ル タ ル よ り も セ メ ン ト 量 が 少 な く 骨 材 量 が 多 い た め に 供 試 体 内 の 骨 材 と ペ ー ス ト の 界 面 に 空 隙 が 多 く 発 生 し た た め と 考 え ら れ る 。 図 12 に図 6~1 0の 供 試 体 直 径φ10crn、貯蔵温度 200C_{の 材 齢}l_日と 28_{日 の ピ ペ ッ ト の 変 化 率 を 示 す 。} 変 化 率 の 大 き い も の は 、 ! 慣 に セ メ ン ト ペ ー ス ト ¥ v/C=25% ( セ メ ン ト 量 1760kg/rn")、 モ ル タ ル ¥ v/C=25月(756kg/日")、モルタル¥V/C=50%(635kg/皿3)、 コ ン ク リ ー ト ¥ Y/C十SF=25% (540 kg/rn')、 コ ン ク リート¥V/C=50%(300kg/ぜ)である。前述のφ20cm の 供 試 体 と 同 様 に セ メ ン ト 量 の 多 い セ メ ン ト ペ ー ス ト が 大 き な 変 化 率 を 示 し て い る 。 3割3鉄 製 容 器 でj!JIJ定 し た 供 試 体 の 空 隙 量 の 測 定 結 果 図 13に 直 径φ20crnの 供 試 体 を 鉄 製 容 器 を 用 い て 測 定 し た 材 齢 28日 の メ ス ピ ペ ッ ト の 変 化 率 と 、 測 定 後 の 供 試 体 を 湿 潤 省 乾 燥 し て 求 め た 空 隙 率 と の関係を示す。空機率は約 5~25%が 測 定 さ れ 、 ピ ペットの変化率と空隙率は 2~5 倍程度の差がみ ら れ て い る 。 こ の 図 で は ペ ー ス ト は 図 の 右 上 方 に プ ロ ッ ト さ れ 、 モ ル タ ル 、 コ ン ク リ ー ト は 中 央 左 下 方 に プ ロ ッ ト さ れ て お り 、 概 ね 正 の 比 例 関 係 を 示 し て い る 。 ま た 図 14に 示 し た よ う に 供 試 体 の 形 状 がφ10

x

20叩 で あ っ て も 同 様 の 傾 向 を 示 し て い る 。 こ れ ら か ら 、 鉄 製 容 器 で 測 定 し た ピ ペ ッ ト の 変 化 率 は 水 和 収 縮 に よ る 空 隙 量 と 対 応 し て い ると考えられる。 18 i'(d

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CP:セメントペーストー MO・モルタル

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A 供試体寸法 :..~M025目ーゾギー l ゆ10x 20cm 唖

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貯蔵温度200_C 刀. _._，-'

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10 20 30 空隙率(弘) ((湿潤供誌体重量一1050C_{乾燥後の供獄体重量)/湿潤供試体体積)} 図14 鉄 製 容 器 で 測 定 し た 供 試 体 の ピ ペ ッ ト の 変 化 率 と 供 試 体 の 吸 水 率 と の 関 係 ( 直 径 10crn) 3'4角柱供試{本を用いたモルタルおよびコンクリ ー ト の 自 己 収 縮 ひ ず み の 測 定 結 果 図 15に 角 柱 供 試 体 を 用 い た 自 己 収 縮 ひ ず み の 測 定 結 果 ( 日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 自 己 収 縮 委 員 会 に よ る 方 法 に 準 じ た 測 定 結 果 ) を 示 す 。 材 齢 28日 の 自 己 収 縮 ひ ず み は 、 モ ル タ ル は W/C=25%で は450μ、W/C=50%で は324μで あ る 。 ま た 、 コ ン ク リ ー ト は W/CtSF=25%で は 205μ、W/C=50見 で は -14μで あ る 。 こ れ ら か ら 、 モ ル タ ル 、 コ ン ク リ ー ト と も 水 セ メ ン ト 比 が 小 さ く な る と ほ ど 自 己 収 縮 ひ ず み が 大 き く な っ て お り 、 既 往 の 文 献 < ) と 同 様 の 結 果 と な っ て い る 。 ま た 、 自 己 収 縮 ひ ず み が 大 き い モ ル タ ル のW/C=25%は、材齢28日 の ひ ず み の 70%を 材 齢 ! 日 ま で 終 え て お り 、 自 己 収 縮 は 材 齢 の 早 い 時 期 に 発 生 す る こ と が わ か る 。 図16は図 15の 縦 軸 を セ メ ン ト 量Ig当 た り の 自 己 収 縮 ひ ず み に 換 算 し た も の で あ る 。 セ メ ン ト Ig 当 た り の 自 己 収 縮 ひ ず み は 、 コ ン ク リ ー ト の ¥ v/C=25%、 骨 材 量 1655kg/皿3は

O

.

09μ、W/ド50、目 骨 材 量 1911kg/四日は

O

.

01μで あ り 、 骨 材 量 が 多 い ほ ど 自 己 収 縮 ひ ず み が 小 さ く な っ て お い る 。 こ れ は モ ル タ ル で も 同 様 で あ り 、 骨 材 が 収 縮 に 対 し て 拘 束 し て い る こ と が 推 測 さ れ る 。 3'5鉄 製 容 器 で 測 定 し た 収 縮 率 お よ び 空 隙 率 と 角柱供試{本で測定した自己収縮率との比較 表 5に 鉄 製 容 器 の ピ ペ ッ ト の 変 化 率 と 供 試 体 の 湿 潤 ・ 乾 燥 に よ っ て 求 め た 空 隙 率 お よ び 角 柱 供 試 体 で 測 定 し た 自 己 収 縮 率 と の 比 較 を 示 す 。 鉄 製 容

133 セメントの水和反応によるコンクリートの収縮と空隙の測定

思

測 定 臨200_C

メ

モ)l-5!JレW!C25% G(405 「剛 →つ.L

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2

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-一一ーモル告JレW!C25%. ---ハ リ nununununununununu 引 刈 n u n u n u n υ n u n u n u n u

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1 2 3 4 5 6 7 {三母恥合鍵害国也 S M 本格悲梨寂 角 柱 供 試 体 を 用 い た 自 己 収 縮 ひ ず み を セ メ ン ト Ig当 た り に 換 算 し た ひ ず み 図

1

6

角 柱 供 試 体 を 用 い た 自 己 収 縮 ひ ず み の の 測 定 結 果 図 15 鉄 製 容 器 お よ び 角 柱 供 試 体 を 用 い た 収 縮 率 と 空 隙 率 の 比 較 (1)鉄製容器を使用した測定値 (2)角柱供試体の 配 合 W!C _(目) セメント量材齢28日の供試体測定後の供試体 材齢28日の自己 (kg!mJ) 体積に対するピ を湿潤・乾燥して 収縮率(ひずみを ベットの変化率(弘)求めた空隙率(国 体積に換算)(出) モルヲル 25 756 2.93 8.43 0.14 50 635 3.49 18.59 0.10 コンク 25 540 2.11 5.13 0.06 リー卜 50 300 3.84 9.86

。

表 5 (1)供試体はφ20x20cm、貯蔵i温度280_Cのもの (2)供試体形状lま10X10X40cm、貯蔵温度2日℃のもの る 。 こ の よ う な 空 隙 に つ い て 、 鉄 製 容 器 で 測 定 し た 供 試 体 の 内 部 を 走 査 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 し た 。 写 真

l

はコンクリート供試体(¥Y

/

C

+

S

F

=

2

5

%

)

の 内部で、

1

0

c

m

断 面 の 供 試 体 表 面 ( 外 周 か ら 約

2

m

m

中 ) で あ る 。 セ メ ン ト 水 和 物 の

C

-

S

-

H

が 多 孔 質 な 状 態 が 確 認 さ れ 、 キ ャ ピ ラ リ ー 空 隙 と な っ て い る 。 写 真

2

は モ ル タ ル 供 誌 体

(φZOX20cm

、W/

C

=

5

0

%

)

の 中 心 部 分 の 試 料 で あ り 、 小 さ な キ ャ ピ ラ リ ー 空 隙に

C

-

S

-

H

の 網 状 結 晶 が 大 き く 成 長 し て い る 。 写 真

3

は セ メ ン ト ペ ー ス ト 供 試 体

(φ20X6cm

、

W

/

C

=

2

5

目 ) の 中 心 部 分 で あ り 、 球 状 の エ ン ト レ イ ン ド エ ア ー や エ ン ト ラ ッ プ エ ア ー が み ら れ る 。 写 真

4

は モ ル タ ル 供 試 体

(φ20XZOc

、目

W

/

C

=

5

0

%

)

の中 心 部 分 の 試 料 で 、 骨 材 の 界 面 に は 空 隙 が み ら れ て め た 空 隙 率 は 、 セ メ ン ト の 水 和 に よ っ て 発生した空隙、未7}<和水量、エントラッ プ ト エ ア 、 エ ン ト レ イ ン ド エ ア の 総 計 で あ る と 考 え ら れ る 。 ま た 角 柱 供 献 体 の 自 己 収 縮 率 は 鉄 製 容 器 で 測 定 し た ピ ペ ッ ト の 変 化 率 と 較 べ て 非 常 に 小 さ い こ と か ら 、 鉄 製 容 器 で 測 定 し た ピ ペ ッ ト の 変 化 率 は 、 そ の 大 部 分 は セ メ ン ト の 水 和 反 応 に よ り モ ル タ ル 、 コ ン ク リ ー ト 内 に 発 生 し た 空 隙 と 解 釈 で き る 。 ま た コ ン ク リ ー ト ¥ Y

/

C

=

2

5

%

(セメント量

5

4

0

k

g

/

m

ヘ 骨 材 量

1

6

5

5k

g

/

ゲ ) の 空 隙 率 は

2

.1

1

目 であり、¥Y

/

C

=

5

0

%

(セメン卜量

3

0

0

k

g

/

ザ 、 骨 材 量

1

9

1

1

k

g

/

ぜ ) の 空 隙 率 は

3

.8

4

百 で あ る こ と か ら 、 セ メ ン 卜 量 が 少 な い に も か か わ ら ず 、 骨 材 量 が 増 え る ほ ど 空 隙 率 は 多 く な っ て い る 。 こ の こ と は 、 セ メ ン ト の 水 和 収 縮 に 伴 っ て 生 ず る 空 隙 は 、 コ ン ク リ ー ト 中 で 最 も 弱 点 で あ る セ メ ン ト ペ ー ス ト と 骨 材 の 界 面 に 生 じ や す い た め に 、 骨 材 量 が 多 い ほ ど 空 隙 が 多 く 発 生 し た た め と 考 え ら れ る 。 器 で 測 定 後 の 供 試 体 を 湿 潤 ・ 乾 燥 し て 求 表日 空隙の種類、 空隊iの種類 ゲル空隙

呈盟主呈堕

エントレインドエアー ヱントラップドエアー いる。 3.6供 試 体 内 部 の 空 隙 の 走 査 電 子 顕 微 鏡 観 察 写真 1~ 写真 4 に鉄製容器で測定を行った供試 体 内 部 の 走 査 電 子 顕 微 鏡 観 察 結 果 を 示 す 。 空 隙 は 表 6の よ う に 寸 法 や 形 状 が 分 類 さ れ る 。 ) 。 ゲ ル 空 隙 と は 、 セ メ ン ト の 水 和 物 で あ る

C

-

S

-

H

ゲ ル の 層 状 構 造 の 中 に 存 在 す る 空 隙 で あ り 、 毛 細 管 空 隙 と は 、 セ メ ン ト ペ ー ス ト が 練 り 混 ぜ た 時 点 で 水 に よ っ て 満 た さ れ て い た 空 間 を 水 和 の 進 行 に 伴 っ て 水 和 生 成 物 が 充 填 し た 後 に 残 存 し て で き た 空 隙 で あ

1

3

4

愛知工業大学研究報告，第34号B，平成11年， Vo1.34-B， Mar， 1999 写 真 l コ ン ク リ ー ト 供 試 体 の 走 査 電 子 顕 微 鏡 写 真 (官/C十SF=25%、10crn断 面 の 供 試 体 表 面 で 外 周 か ら 約 2rnrn中) セ メ ン ト ペ ー ス ト 供 試 体 の 走 査 電 子 顕 微 鏡 写 真 (φ20X6crn、官/C=25%、供試{本 の 中 心 部 分 )

ι

皇

i

童

(1) コ ン ク リ ー ト の W/ド25%( セ メ ン ト 量 540kg/ぜ、骨材量 1655kg/田日)の空隙率は 2，11月で あり、 W/C=50%( セ メ ン ト 量 300kg/正 、 骨 材 量 1911kg/日')の空隙率は 3.84自の結果から分かるよ う に 、 セ メ ン ト 量 が 少 な い に も か か わ ら ず 、 骨 材 量が増えるほど空隙率は多くなった。このことは、 セ メ ン ト の 水 和 収 縮 に 伴 っ て 生 ず る 空 隙 は 、 コ ン ク リ ー ト 中 で 最 も 弱 点 で あ る セ メ ン ト ペ ー ス ト と 骨 材 の 界 面 に 生 じ や す い た め に 、 骨 材 量 が 多 い ほ ど 空 隙 が 多 く 発 生 し た た め と 考 え ら れ る 。 (2 ) セメント Ig当たりの自己収縮ひずみは、 コ ン ク リ ー ト の

W

!C

=

2

5

目、骨材量 1655kg/皿3で は

O

.

09μであり、 W/C=50目、骨材量 1911kg/rn'で は 0.01 μで あ っ た 。 す な わ ち 、 骨 材 量 が 多 い ほ ど セ メント 1g当 た り の 自 己 収 縮 ひ ず み が 小 さ く な っ て い る こ と か ら 、 骨 材 が 収 縮 に 対 し て 拘 束 し て い ることが推測されるロ 写 真2 モ ル タ ル 供 試 体 の 走 査 電 子 顕 微 鏡 写 真 (φ20x20c、皿 W/C=50%の 中 心 部 分 ) 謝 辞 本 研 究 の 一 部 は 、 平 成 9年 度 文 部 省 科 学 研 究 費 格 助 金 基 盤 研 究A(課題番号07505005研 究 代 表 者 田 辺 忠 顕 名 大 教 授 ) お よ び 本 学 重 点 配 分 研 究 費 に に よ っ た 。 こ こ に 謝 意 を 表 し ま す 。 参 考 文 献 1) ( 社 ) 日 本 コ ン ク リ ー ト 工 学 協 会 . 自 己 収 縮 委員会報告書，1996. 2) Japan Concrete Inst i tute Autoshrink'98 Proceeding 01 Internat ional Workshop on Autogenous Shrinkage 01 Concrete， Hi roshirna， Japan， 1998 3) E町Tazawa:AutogenousShrinkage 01 Concrete， Japan Concrete Insti tute， 1998 4) 回 津 栄 一 、 宮 津 伸 吾 、 笠 井 哲 朗 目 セ メ ン 卜 の 硬 化 収 縮 と 硬 化 体 の 内 部 空 隙 に つ い て 、 セ メ ント技術年報，No.40， DP75-78， 1986 5) 岩 月 栄 治 、 森 野 室 二 、 不 破 昭 、 村 瀬 孝 泰 : セ メ ン ト の 水 和 収 縮 に 伴 う コ ン ク リ ー ト の 空 隙 の測定，平成 10年 度 研 究 発 表 会 講 演 概 要 集 ， 土木学会中部支部，pp.549-550， 1999 6) 森 野 套 二 、 大 井 孝 和 、 内 藤 幸 雄 : コ ン ク リ ー トの微視的構造と養生条件の影響， 日本学術 会 議 、 第 23回 材 料 研 究 連 合 講 演 会 前 刷 集，pp.7-9， 1979 (受理平成11年 3月20日)