【論 文
1
UDC ：691．
32 日本 建 築学 会 構造 系 諭 文 報 告 集 第 357号・
昭和 61 年 9月 コン
ク
リ
ー
ト
の
凍
害
の
環
境要
因
効
果
に
関
す
る
実
験 的研 究
一
コ ンク リー
トの耐凍 害性
にお よぼす環境 要 因
の影 響 （
そ の1
）
一
正 会 員 正 会 員 正 会 員田
洪
鎌
畑
田
雅
悦
英
幸
＊郎
＊ ＊治
＊＊ ＊1
．
ま えがき 寒 冷 地の コ ン ク リー
ト構 造 物は，
多 様な環 境 要 因の影 響によっ て劣 化するが， こ の検 討に は長 期に わ た る実 験 が 必 要な た め，
研 究 成 果はき わめ て限られている。
長 谷 川は， 凍結 時の最 低温度，
冷 却 速 度， 凍 結 過 程の湿 潤程 度な ど につ い て の実験を行い， こ の成 果に基づ い て わ が 国 各 地の凍 害 危 険 度の分 布 を提 案 した1）。
また，
平 井は，
き わめて早い時 期に行っ た凍 結 持 続 時 間に関する実 験に 加え，
硬 化セ メ ン トペー
ス トとモ ルタルを用い て凍 結 温 度こ う配の 影 響を検 討し た2｝ 。 こ れ らの成 果は，
地 域の 気象条件に む すびつ け ること に よ り，
凍 害の地 域 性の把 握に貴重な指針を与えてい る。
この よ うに，
環 境 要 因の 検討は， 凍害の地 域性を 知 る た めの基礎と な る もの であ るが， 同 時に， 標準試 験の位置ずけをは か る う えで欠か すこ とので き ない 要素で ある。
現 在わ が 国で一
般的なASTM
C
666 に基づ く凍結 融解 試験は， 実 際の 気 象 条 件との対 応は困 難で あ る と さ れ， こ の関係は十 分に検討 さ れ てい ない。
本研究は，
この よ うな認 識のもとに実 施 するもの で，
一
般的な⊃ ンク リー
トに対す る環 境 条 件の影 響を包 括 的 に把 握す るこ とを目的と してい る。
コ ンク リー
トの凍 害 で は， 十 分 飽 水し たコ ン ク リー
トが劣化す るの に先立っ て，
劣 化が開 始され るまで の飽 水に至る過 程が重 要な役 割を果た して いる。 環 境 条 件は，
こ の劣 化の過 程と そ れ に 先立つ過 程の両 方に影 響を与えるが，
こ の影 響 程 度が 異な る可能性が あ る。 劣化 過 程へ の影 響は，
耐 凍 害 性の 劣るコ ン ク リー
トで よ り典型的に，
ま た，
飽水に 至 る過 程へ の 影 響は，
劣 化の 開 始に 先 立っ て凍 結融解の繰り返 しの必要な耐凍 害性の優れ たコ ンク リー
トで よ り典 型 的 に表さ れ る と考え ら れ る。 こ の た め，
本研 究では，
耐 凍 害 性の優れ たコ ンク リー
トと劣っ たコ ン クリー
トの両 方 に同一
条 件の実 験 を 実 施し て そ の影 響 程 度 を検 討し た。
2．
実 験 計 画 実 験に用い たコ ンク リー
トは， こ れま での経 験 か ら， 耐凍害性の劣る と考え ら れ るコ ン ク リー
ト3
種と優れ て い ると考え られるコ ンク リー
ト3
種で，
いずれ も水セ メ ン ト比 を50％ お よび70％ と し た。
これ ら を それぞ れ A グルー
プ， B グルー
プと呼ぶ こと と す る。 この コ ンク リー
トの条 件 を一
覧 とし て表一
1に示す。
コ ンク リー
トの耐 凍 害 性に影 響する環境 要因 と し て，
凍 結融解 時の条 件が 重要である。 本 研 究で は， こ の凍 結 融 解 時の条 件と して， 水 中 凍 結 融 解の条 件を基 本と して 凍 結 最低 温 度，
最 低 温 度の持 続時間，
冷 却 速度 （温度こ う配 ） を選 び， こ れ に凍 結 融解 開 始 以 前 の環 境を養 生 条 件 として加え， 実 験 を行っ た。
実験条 件と し て採用し た 因 子と水 準 を表一
2に， 割 り付け表 を表一
3に示す。
表一
2の 因子の う ち，
試 験 機は ， 試 験 機に よ る誤 差を除 去 する た めの ブロ ック因 子として割り付け たもの で， 解析 に は用い て いない。
表一
1の 6種の コ ンク リー
トにつ い て，
表一
3のL16
実験を実施 し，A
グルー
プの3
種につ い ては，− 30
℃ に対 応さ せ た一2
℃，−
18°
C
に対 応させ た気 中 凍 結 水 表一
1 使用コ ンク リー
トー
覧 記 号 使 用 材 料 細 骨 材 担 骨 材 混 和 剤 水セ メ ン ト比 5N 広 島 広 島 な し 50％ 耐 凍 害 性の劣る コ ンク リー
ト （A グ ルー
プ） 5V ※〃
〃
〃
53％ 7N〃
〃
〃
70％ 5T 錦岡 当 別〃
50％ 耐 凍 害性 に優れ たコ ン ク リー
ト （Bグ ルー
プ） 5A 広 島 広島 AE50 ％ 7A〃
〃
AE70 ％ ※戚 圧 下で 混練し てエ ン ト ラップ トエ アを 減じ たコン ク リー
ト 表L−
2 実験の因 子 と水 準 （水 中凍 結 水 中 融 解 試 験）’
北海道大 学 助手 1＊ 北 海 道 大 学 教授・
工博 ttt 北 海 道 大 学 助教 授・
工博 （昭和 61 年 2 月 10 日原 稿受 理 ｝ 因子 凍 結 融 解 試 験 条 件 養坐 条 件 段低 温度 最 低温度 の持 続 温度 勾 配 ブ冒 ッ ク 因 子 水 準一
2℃ ※−
5℃−
10 ℃−
18℃−
30℃ 無 有 （4〜
4．
5 時 間 ） 3c／day6c ／day 水 中3週 気 中3週 20℃ 乾 燥 30℃ 乾 燥 試 験 機A 試 験 機 B ※ 酎 凍 害 性の劣るコ ンク リー
ト にっ い て の追 加実験8
表
一
3 直 交 表による割り付け 要 因 養 生 凍結融解試験 実 験 試 験 条 件 冴o．
養 生 条 件 最 低 諡 度 （℃） 最 低 温 度 の持 観 温度 勾 配 〔c／d8y ） 試 験 機 1．
2，
34．
8．
12715u （列 ） 1 中3週一
30 無 3A 2〃
一
5 無 6B 3〃
一
lo 有 6A 4〃
一
1ε 有 3B 5 中3週一
30 有 6B．
（A ） 6〃
一
5 有 ＆ A 7．
〃
一
田 無 3B L15 実 験 8「
〃
、
一
田 無 ε A 920 ℃乾一
30 有 筋 B．
（A ） 10〃
一
5 有 3A 王1〃
一
10 無 3B 正2 〃一
19 無 5A L330 ℃ 乾 燥一
踟 無 aA 上4〃
一
5 無 5B 15〃
一
lo 有 5A 1航〃
一
18 有 3B 17 （r） 中 3週，
2 無 3A 螺 追加 （−
21 呂（5尸
） 中 a週 〃 有 6B 19（9’
20℃ 乾〃
有 6B ℃）20（L3「
30℃乾〃
無 3．
A 2i（4’
中3週一
18 有 3G ※ 追 加 22 （呂’
中 9週〃
無 5〃
（気 中 23（12“
20℃ 乾 燥〃
無 5〃
凍 融 ）’
24（1B’
）20℃ 乾〃
有 3”
、
※ 耐 凍 害 性の劣るコ ンク リL一
トに？い ての追 加 実 験 中融 解 試 験（最 低 温 度一
18℃〉を追 加 実 験と して加えた。
3．
実験 方法’
』
3．1
使用材 料お よびコ ンク リー
ト セ メ ン トは， すべ て 比 重3．
16， 4週 圧縮 強 度 410kgf
／cm2 の普 通 ボル トラン ドセ メ ン トで， 骨 材に は広 島 産 山砂， 山砂 利， 当 別 産 川 砂 利お よ び錦 岡 産 海 砂 を使 用 し た。
使用 骨 材の試 験結 果を表一
4に示す。
コ ン クリー
トの調 合お よび基 礎性 状を表一5
に示すが， こ の うち5V
コ ン ク リー
トは，
減 圧 下 （真空 度 約30mmHg
）で練 表一
4 骨 材の物 理 性 状 骨材 産地 表 乾 比 重 吸 水 率 （妬 ） 単位容 積憲量 （Kg／の 実 積 率 （％） 組柆 率 広 島 2．
582，
54L5764．
72，
72 細骨 材 錦 岡 窓．
75 星．
301．
9069．
L2．
61 広島 2．
555．
呂11．
5T63．
66．
98 楫骨材 当 別 2．
631．
791，
5554．
16．
47 り混ぜ， エ ン トラ ッブ トエ アを意 図 的に減じ て耐 凍 害 性 の劣るコ ン クリー
トと し てい る。
試験体は，
いずれの条 件と．
も
7．
5×7．
5×40cm と し，
各 条件
につ き同一
調 合 2 本の試 験体を用いて実 験を行っ た。3．
2
ゴンク リー
トの養 生 養生は，
凍結融 解 開 始 以 前の 試験 体の条 件に対 応す る もの で， 水 和お よび乾 燥の程度を変え る目的で以 下の 4 条 件 を採 用 した。，
1） 水 中3週 ；脱 型 （材 令 2 日）か ら材 令3
週 まで20
±2
℃ の標 準 水 中養生。
2
）気申3
週 ；脱型か ら材 令19
日まで温度20
℃，
湿 度80−
90％の気 中放 置。
3） 20℃ 乾 燥 ；脱型か ら材 令 2週 まで標 準水 中 養 生 後 温 度20
℃ ， 湿度80〜90
％ の条 件で5
日間の乾 燥。
4） 30℃ 乾燥 ；3）で乾 燥 温度を30
°
C
と し た養生。
乾 燥 行 程のあ る2
），3
），4
ンの条件では， 養生終 了後 2日間 水 中に浸 漬して凍 結 融 解 試 験を行っ た。
し た がっ て凍 結 融 解の開 始材令は上 記の 4条 件と もに材令3
週 と な る。
また，
2）， 3）， 4）の条 件の試 験体の乾 燥 程度は， 乾 燥 後の段 階 （水 中 浸 漬．
直前 〉で，
気 中 放 置，
20℃ 乾 燥，
30℃ 乾 燥の ぞ．
れ そ れ につ い て平 均の放 出 水量が9，2
°
／vol，3．
2
°
／vol，
3．
9°
／vol で あり，
水セ メ ン ト比 70％ の場合が
50
％の コ ンク リー
トと比 較して乾 燥が進ん で いる傾 向であっ た。
まだ，20
℃ 乾燥，
30℃ 乾 燥 め乾 燥 程度は， 既報3）で報告し た札幌 市の屋外に暴 露し た試 験体の乾 燥 程 度 （水セメ ン ト比50
％ で最大6，
7
° ／vol ， 水セ メ ン ト比70 ％で最Jig 7．
3．
？tvol
）を考 慮す る と，
実 際の構造 物で十分考 蔑ら れ る範 囲に あ る。3．3
凍結 融解試験の条件 凍 結融 解 試 験の条 件は，ASTM
C
666−A
法の水 中凍 結 水中融解試 験を基 本と し てプロ グ ラム制 御に よっ て得 た ものである。
最 低温度 め条 件は， 追 加実験を含めて，
−
2℃，−
5℃，−
10℃ ，−
18°
C
，−
30℃ と し ， 最低温 度の持 続は，
無で O〜
30分，
有で 4〜
4．
5時 間 保 持する よう制 御し た。 温 度こ う配は，
各々 の最 低温
度につ い て1
日6
サイクルの繰り返し が可能と な る よ う に制 御し た もの と， こ の温 度 差 が 倍の時 間で得ら れ る よ うに制 御 し 表一
5 調 合およ びコン クリー
トの性 状 調 合 表 練り上が り 性状臣
グルー
プ 記 号 水 セ メ ン ト比 （％） 細 骨 材 串 （° 〆voD 単 位 水鼠．
．
（Kg／m3 絶 対 容 械 （¢ ／mS） ス ラ ンプ （cm） 空 気 量 （％） 練り上 り 温 度 （℃） 単も
位容 檳 重 量 （Kg／の 圧縮強 度 （標 準4
週 ） セ メ ン ト 細 骨 材 粗 骨 材 （Kgr／em2 5N5043．
9i8111530538917．
5LO・
20．
52．
34328 A5V5043．
9190120．
29938120．
o0．
3「
2L52．
3431 罷 7N7048．
2 且89 8534537118．
5L620．
72．
29169 5T5D’
1
イ5．
5170108B2438818．
5a 」 21．
52．
41302 B5A5043．
5．
170108297・
38519．
53．
519．
92．
29304 7A7047．
7178 8033536718．
54．
o20．
22．
281699
一
20 lo 温 o 慶 【℃，
一
】0一
lo一
30 0 内 は 衷 5 の試 験 条 件恥＋
一
一
qm 図一
1 凍 結 融 解試 験 条 件 と 温 度 曲 線 ω 毋低 慍度の 持 働 嘸 9場 合 旙 7 ，イン
画 民、
〃 仁 」 」 、 漕，
丶ノ
孔み 1「
’
」1』
’
一
a 脳、
測一
∴，
・
』
』
L』
毒
i
羅
ii
需 蓬
−、
ト
・
W’
τ
・
’
め一
5 竄齟
一
ミ
緊
〉 ！ ！ 6し
ノ亀 ハ囗
ノ ’、
」．
、
’
r
鑒D−
15匸
．
■
卿，
ゐ
r．
四
ノ
ク リr
卜中 臨 厘げ
一
50C、
場4眺
A 、 噂 問 たもの （1日3サイク ル）の2
種 類と し た。 この た め，
冷 却 速 度は，
最 低 温 度に依 存して あ る程 度異な り，
＋3
℃ か ら そ れ ぞ れの 最 低温度 プラ ス 2℃ まで の冷 却 速 度が， 最低温度が一30
℃ か ら，− 10
℃ まで の範 囲で， 1日6サ イクル の場 合で 5．
5〜
17．
2℃／hr，
1日 3サイク ル で は 2．
6〜
5．
9℃／hr
程 度と な る。
融 解時の 条 件は，
温 度5±2℃ ，1．
5時 間に統一
し た。
各々の試験条件ご と の コ ン ク リー
トの温 度 変 化の測 定 結 果 を図一
1に示す。
3．
4 結 果の解析 （1 ） 耐久性指数の計算 測 定は， 質量， 長さ お よ び動 弾 性 係 数につ い て行っ た が，
解 析は， 劣 化 過 程 全体の指標化が可 能な耐 久 性 指 数 につ いて行っ た。PXN
耐 久性 指 数 （DF
）＝P
：N
サイクル の時の相 対 動 弾 性 係 数 （％）。
N
：相対動弾性 係 数が60％ になるサ イクル数 ま た は 〃。M
：試 験 終 了サイクル数。 耐 久 性 指 数は，
ある基 準 時 点 （M
サイクル）にお け るコ ンク リー
トの耐 凍 害 性を比 較 する もの であ る が，
こ こ では，
凍結 融解の各過程におい て， 耐 久性 指数を求め る必要が あ り，M
を その時 点のサ イク ル数と し て， こ の値を算 出し た。
（2） オメガ変 換 不 良 率， 収 率など，
デ・
一
タがO・
−
100％ の区 間に限ら れ て い る場 合に は， オメ ガ変換 値において算 術 的 加 法 性 が成 立する といわれてい る。
本研究で指標と し た耐 久 性 指 数 も不 良 率な ど と同 様に O−
100 ％の範囲で成 立す る 指 標であり，
こ の た め， 解析は， オメガ変換 値によ る計 算と，
通 常の 計 算の 2と お りで行っ た。A
グルー
プのL
16
実験の範囲で分散分析を行っ た結 果，
オメ ガ変 換 を 行っ た 場 合に解 析の誤 差 が小さ く なる結 果が得られ， 以 下の計算は， すぺ て オメ ガ変換 値に よっ て行っ た。 な お，
凍 結 融 解の過 程に お け る水和の進行が，
コ ン クリー
トの 強 度 増 進を も た ら し，
見掛上 100 ％以上の耐 久 性 指 数 が得られ る。
こ の よ う な場 合は，
耐久 性 指 数 を99％と 仮 定し た。
オ・ガ変換
Y
’
− 1
・9（
ylOO−
Y）
こ こに，Y
’ ：耐久性 指数のオメガ変換 値。
y
：耐 久 性指数。
（3） 凍害劣 化に対する影 響 程 度の計 算 凍害に対す る環境条 件の影 響 を検 討する にあた り，
次 の よ う な考え方に よ る計算を行っ た。 1） 劣 化の徴 候が 見 られ る段 階 を 耐 久性 指数 が 90と なる凍 結 融 解 回数， 明 確に劣 化の生じ た段 階を耐 久 性指 数 60と なる凍 結 融 解 回 数 とし，
表一3
に示す 因子の水 準 別に こ の値を計 算する。
2） コ ン クリー
トを耐 凍 害 性の劣るA
グルー
プ， 優れ ているB
グルー
プとして大 別 し た と して も，
それぞれの グルー
プ 内の 3種の コ ン ク リー
トの 耐 凍 害 性の程 度 も異 なっ てい る。
こ こで， 各因子ご と に基 準とする水 準 （環 境 条件 ）を定め，
基準と し た水準で得ら れ た 1）の凍 結 融 解回数に対す る他の水 準の凍 結 融 解 回 数を比の値とし て求め る。
上の計算で得 られ た指 標は， 凍害に対す る影 響程 度が あ る耐久性指数 （こ こ で は 90お よ び 60）に達するまで の凍結融 解の繰 返し回数に逆 比 例 すると仮 定し て お り， 例えば， あ る水準が所定の耐 久 性 指 数に達 する ために必 100 寄 80 与 60 率 40 膨） 20 100BO604020 10080604020 （7N〕 o 最 低 温 度 o 温 度勾配 ●饗 生 x 試 験 機 O O O O 25 50 75 100 0 25 50 75 100 0 25 50 75 100 凍結 融解回数 何 凍結 融 解 回数 何 凍桔 融 解 回 数 回 （1）5NT ン ク リー
トの場合 （2）5Y コン ク リー
トの場 合 ｛5）アNコンクIJ一
トの場 合 図一
2 凍 結 融 解 過 程に お け る各 種 要因の寄 与 率の変化 〔A グルー
プ，−
2℃ を含む解 析，
有 意と な ら ない要因は 除 外して示し た）一
10
一
要な繰 返し回 数に対 して
，
他の水 準で は，
2倍の繰り返 しが必 要である な らば， 後 者の影 響 程 度は， 前 者の 1／2 で あると 考え て いる。
基 準とする水 準は
；
最 低 温 度 ；−
18℃t 最 低温度の持 続 ；無し，
温 度こう配 ；6 cycle／day
， 養 生 条件；水 中 3 週と し，
水 中 養 生 期 間 を2週ではなく3週 とした他は，・
ASTMC
666の凍 結 融解試 験 条 件に対 応させtt
。
60 寄 与40 率20 0 604020 4．
実 験の結 果 と考 察 4，
1 分 散 分 析の結 果 図一
2は，
．
耐 凍 害 性の 劣るA
グルー
プの1
ン ク リー
ト に っ い て，−
2℃ を加え た水 中 凍 結 水 中 融解試験の結 果 をL16 ＋4と し て解 析し た結 果 を寄 与 率の変 化で示 し た．
ものであ る。 こ の場 合，
凍 結 最 低 温 度の寄 与 率 が著 し く 大き く，
特に，
．
試 験 体の劣 化の進ん だ段 階で こ の傾
向は 604020 0 0 0，
50 1eO 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 0 50 1DO 150 200 250 300凍 档 融 解 回数 回 環結融 解 回 数
1
回．
凍 桔 融 解 回 数 回’
V） 51 コ ン ク リー
ト の場合・
〔？）5A コン ク リー
1・
の場 合 C5） ア．
Aコ ンクIJ一
ト．
．
の 場 合 図一
3 凍 結融 解 過 程におけ る各 種要因の寄 与 率の変化 （B グルー
プ）．
tt
（A）凍 結最低温度の影響．
100 100 100 耐 80 久．
60 性 40 指 数 20層
「
o 100 耐 ao 久 60 性 40 指 数 20 8060004．
2 0 0．
25 50 ア5 100 0 〔B）養 生 条 件 の 影 響 10080604020 0 0 0 25 50 75 100 0 （C）最 低温度の 保 持 時 間の 影 響 100 100 耐 80 久 60 性 40 指 数 20 80604020 80Gq・
4d．
2D 0 25 50 75 100 0 0 0 0 25 50 75 100 0 （D）温 度勾配 の 影 響 100 100 耐80
久 60 性 40 指 数 20 ao．
604020 10080604020 0 25 50 75 100 0leo806040120 25 50 ア5 100 0 25 50 75 100 0 100eo604020 25 50 75 100 25 50 75 100 ゜ 。 25．
5。 乃．
1。。q
。 Z55 。 751 。。0。・
255 。．
、51 。 。 凍 詰 融 解 回 数 回 凍 羇 融 解回数 回 凍結 融 解 回融 回 （1），
5N コン ク リー
トの場 合 （2 ）5V コン ク’
♪一
トの場 合 （5）アNコン ク リー
トの場合 図一
4 凍 結 融 解 過 程における耐 久 性 指 数の変 化 （Aグルー
プ）一
11
一
著しい
。
こ れ は， 後 述の ご と く，
最 低温度が一2
℃ の条 件 （No ．
17−
20＞で はコ ン クリー
トの劣 化が著し く軽微 で ある ことに起 因 し，
こ の一
2℃ を除い たLl6
実験の 範 囲の寄 与 率では，
最 低温 度 と 養 生 条 件の寄 与 率が逆転 し，
養 生 条 件が最 も影 響す る 因子と な る。一
方， 耐凍害 性の優れ たB グルー
プの コ ン クリー
トでは養 生条件 と最 低 温度 （− 2
℃ を除く）の寄 与 率は ほ ぼ等し かっ た （図一3
）。 凍 結 融 解の過 程の耐 久 性 指 数の変 化をA
グルー
プ，B
グルー
プの そ れ ぞ れ につ い て，
各因 子の効果と して示 し．
たもの が図一
4および図一5
で あ る。A
グルー
プで は，
−
2℃ を含 めた解 析を行っ たこと か ら，
図一4
の そ れ ぞ れ の水 準の値は，
最 低 温度で は 4×2＝
8，
養生条 件では，
（4
＋1
）×2＝
10，
その他の要 因につ い ては （8＋2 ＞×2
； 20本
の試 験 体の平 均 値で表さ れて い る。 同 様に，
B
グ ルー
プは，−
2℃ が含まれ て い な いこ とか ら，
最 低温度，
養 生 条 件で は，
各々 8本の平 均 値，
その他の要 因につ い ては 16本の平 均 値である。
これ らの実験結果をも とに，
以 上に示す要 因が凍 害 劣 化におよぼす 影 響を検討す るこ と とす る。 4．
2 凍 結 最 低 温 度の影 響 A グルー
プの 3種の コ ンク リー
トに よ る実験で は， 凍 結 最 低 温 度の条件を一2
℃ と し た条件 （No ．
17−
20 ＞で は，
5V の一
部を除き劣化の徴 候 が 見られ てい ない。一
方，−
5℃ を最 低 温度と した場 合に は， 5T を除い て い ずれ か の試 験 体に な ん ら かの劣 化が認 め られてお り，
凍 害 を もた ら す最 低 温 度の限 界は，−
2°
C
を下 回る程 度に あ る もの と判定で き る。
図一6
は， 3．
4．
（3）に よっ て一
18℃ を基 準と し た凍 結最低 温 度の影 響 程 度 を計 算 し，
結 果 をA
グルー
プ （耐 凍害性の 劣るコ ンク リー
ト）， B グルー
プ （耐 凍 害 性の 優れ たコ ンク リー
ト）別に示し たもの である。 図には，A
グルー
プで最 低 温 度一
18℃ の場 合に気 中 凍結 水中融 解 試験の結 果 を 併 記し て い るが，
他は すべて 凍 結 最 低 温 度の影 響 100 耐 80 久 60 性指 40 数 20 0 0 50 100 150 （Bl饗 生条件の 影響 100 10080604020 100so604020 ｛1A ｝ 耐 80 久 60 性 指 40 馼 200 0 0 200 250 300 0 50 100 150
．
200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 10080604020 （5A 〕 100so604020 1eo 耐 eo 久 性 60 指 40 数 20 0 50 100 150 200 250 300 （C）最 低 温 度 の 保 持 時 間 の影響 0 0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 〔5T ， 100 100 持 続 時 間 o 無 ・ 有 eo6040 20 （D｝温 度 勾 配 の影 響 100 （5Al 有 無 80604020 100 【7Al 100 耐 80 久 性 60 指 4e 致 20 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250300
806040 806040 ｛7A ， 20 20 0 50 100 150 2aO 250 30〔0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 凍 結 融 解 回 数 回 凍 紬 融 解回数 回 凍ts融 hS回数 回 ｛1， 5T コン 列一
トの場合 の 5A コン クリー
Fの 場 合 ｛s） 7A コン 列一
トの 場 合 図一
5 凍 結 融 解 過 程にお け る耐久 性 指 数の変 化 〔B グルー
プ ）一
12
一
水 中 凍 結 水 中融 解 試 験の結 果で
，
ま た，
基 準と し た耐 久 性 指 数60，
90．
の場 合それ ぞれ につ い て，
3種の コ ン ク リー
トのすべ て の値が得られ たもの につ い ては，
その平 均 値を示し た。
A グルー
プ，
B グルー
プとも凍 結 最低 温 度の低 下に比 例 し て劣 化に対す る影 響 が 著 し く増 大し た。
この た め，
促 進 耐 凍 害性 試 験に よって実 際の気 象 条 件下にあ るコ ン ク リー
トの劣 化 を判 断する場 合， 促 進 試 験と実 際の構 造 物の受け る凍結 最低温度の相違を適確に 数 値 化する必 要がある。
なお， こ の実 験で は，
凍結 最 低 温 度が低い程 冷 却 速 度 も早い条 件となっ て おり， こ の結 果 をすべ．
て最 低 温 度の影 響 と 考え ることはで き ないが，』
試 験 条 件と して採 用 し た2水 準の 冷 却 速 度 （3サ イク ル と6サイク ル）の間に は約 3．
5 倍 （3℃ か ら最 低 温度プ ラス2℃ まで の範 囲）の差が あ るの に対し，−
18℃ と一30
℃ との間の冷 却 速 度の相違 は1．
5
倍 以 下で あ る。 後 述の 結 果 （4．
4）を 考 慮す る と，
こ の 劣化に対す る著 しい 効 果は，
主と し て最 低温度に よ る もの と考え ること がで き る。
4．
3
気 中凍結水 中 融解試験の影響 図一
6に は，A
グルー
プの コ ン ク リー
トについ て，
追 加実験 （No ．
21〜24
＞と して実 施し た一
18℃ を最 低温 度と す る気中凍結水中融解試験結果を 比較して示してい る。
同一
条件下の水 中凍結水 中 融 解 試 験の条 件と比 較し て気 中 凍 結 水 中 融 解 試 験の条件が極め て緩や か で あ．
り， こ の効 果は，−
5℃ を凍 結 最 低 温 度 とす る水 中 凍 結 水 中 融 解 試 験を下 回る程 度で あっ た。
こ の結 果は， 気 中 凍 結 の条 件 が 水 中 凍 結で は一
5°
C
か ら一
10℃ を最 低 温 度と す る条 件に対 応す る と報 告し た既 報4｝の結 果と はい く ぶ ん異なっ て い る が，
本 実 験で，
養生条 件の水 準とし て採 用 し た乾 燥 過 程を受け る条 件 （気 中 養 生，20
℃ 乾 燥，
30
℃ 乾燥 ）が気中
凍結とい う水 分の押 し込み力が作 用 し ない試 験 条 件におい て コ ングリー
トの劣 化に有 利に作 3、
o 25 0 5 0 1駈 − 書 劣 化 に 対 す る 影 響 程 度 05 Aグル
ー
プ 耐 久 性 指 数 6090 5N ●．
05V▲
凸
7N ● ロ’
’
’
！
’
60 の’
平 均 値！
’
芦 go り 平 均 伍蠶
゜
離
気 中ー
3、
O 2．
5 2．
o 1．
5 1．
0 a5 E グルー
プ 耐久 性 指 懃 60Po r sT ● o’
r 5A ▲ △
’
’
t ］A
●
囗’
’
’
i
厂
’
’
t デー
タ の な い もの は 災 験の範 囲 で，
耐 久 性指數が その段階 に 達し て い な い 90 の平 均値1
o o−
2．
雫
5−
10−
18−
3a−
2−
5−
10−
18−
3D 尾と低温 展 匚τ三， 殿 低温 度 ‘℃1 図一
6 凍 結 最 低温度の影 響 （−
18℃ を 基準と し た 影 響 程 度 で 示 す） 用 し た た め と考え ら れ る。
4，
4
養生条件の影 響 水中養生 3週 を基 準と し，
’
図一
6の場合と同様に求め た凍 結融解以 前の養生条 件の影 響を示し た ものが図一
7 であ る。 ここ で は，A
グルー
プの計 算で，−
2℃ の条 件，
気 中．
凍結の条件は除外した。 脱型後，
凍結融 解の開 始ま で を気 中に放 置し た場 合には，
水 和の進 行の遅れ と，
乾 燥に よ る飽 水 度の低 下というコ ンクリー
トの凍 害に関 し て相反 す る影 響が あ る。 特に，
水セ メ ン ト比 70％ の場 合に は，
水中養 生と 比較 して気中 放 置の場 合に劣 化に対 す る影響が低下す る傾向が見ら れ，・
6
種のコ ンク リー
ト を 全 体 として見た場 合に も，
凍 害 劣 化に対す る影 響 度は 低下 する傾 向が得ら・
れ た。
2週 間の水 中 養 生 を 行い， その 後20
℃ ま た は30
℃ の条 件に 1週 間 放 置 し た試 験 体 （20℃ 乾 燥， 30℃ 乾 燥 ） で は，
水 中養 生と比 較し て凍 害 劣 化に およぼす影 響が著 しく低 下し，
十 分な硬 化 後の コ ン クリー
トのある程 度の 乾 燥がコ ンクリー
トの耐 凍 害 性に極 めて有 利に作 用 する ことを示し て い る。 本 実 験で採 用し た程 度の乾 燥が夏 期 の条 件 として実 際に生 じうる こ と を考 慮する と， 水 中養 生 後 直 ちに凍 結 融 解 試 験 を行 う 現 行の標 準 的な凍 結 融 解 試 験で は，
打 込み後 持 続 的に水に接するコ ン クリー
トを 除い て，
その耐 凍 害 性 を著し く過 少 評 価 する可 能 牲が あ る。
’
4．
5 温 度こう配の影 響 1日6サ イク ル の条件を基準と し， 1日3サ イク ル の 条 件の効 果 を 示し たものが 図一
8である。 前 述の ご と く，
1．
5 05 t O 原 害 劣 化 に 対 す る 影 唇 程 度 o Aグル
ー
フ’
記 号は 図6に同 じ 60 の平均値一
幽＿
ノ 9o の 平軅．
■ ．
一
曹 一
気中 20℃ 50℃ 乾 燥 乾 燥 1、
5 1．
O 0，
5 0．
フ一
ル グ B…
皿
気中 20℃ 50C 乾 燥 乾 燥 図一
7 養生条 件の影響 （水 中養生3週 を基準 ） 1、
0 凍 害 劣 化 に 0．
5 対 影 す響 る 程 度 0 記号 は 図6 に同じ Aグルー
プ 1．
q
o．
5 Bグルー
フ’
0 5C／daア 5C ／血ア 図一8
温 度こう配の影 響 （6c／day基 準 ）一
13
一
凍 害 1
．
5 劣 化 に 対 影 す 響 1，
0 る 程 度 1．
5 1．
0 ID Bグルー
プ 有 有 図一
9 最 低 温度の保 持 時 間の影 響 （無 を 基準 ） 1日 6サイクル の場 合と比較して，1
日3
サ イクル の条 件で は， 3℃ か ら それ ぞれ の 温度プラ ス 2℃ の温度ま での冷 却に約3．
5倍の時 間 を必 要 とする。
デー
タは い く ぶ ん あば れて いるが，
図一
8は，
緩 速の冷 却 条 件により，
凍 害 劣 化にお よぽす影 響が低 下する傾 向を示し て いる。 平 井は，
モ ルタル による実 験で，
動 弾 性 係 数が最 大と なる温 度こう配が存 在 する と し，
その理 由を急 速 冷 却に 伴う過 冷 却 水の存 在に求めて い る。
本 実 験で は，
最 低 温 度一30
℃ の1
日6
サイクルの条件で，
こ の最大 値を与 え る劣化速度を越え てい る が，
実験 手法が極 値を もつ要 因の検 討に対応 してお ら ず，
その影 響 を と ら え るこ と が で き な かっ たD 4．
6
最低温度の持 続の影響 図一
9は， 最低温度に達した後に，
その温度を 4−
4．
5 時 間 保 持し た場 合の影 響 を最 低 温 度の持 続が無い場 合を 基 準 と して示 したもの である。 こ の場 合，
これ まで に取 り上 げた他の環 境 条 件の因 子の場 合とは異なっ て，
A グ ルー
プとB
グルー
プで異な る傾向 が み ら れ た。
つ ま り，
A
グルー
プで は持続の有無は， 凍害 劣化に影 響を与え な い の に対し，B
グルー
プで は，
凍結 最低温度を持 続し た 場合に劣 化 が 促 進 さ れ た。ASTM
の 凍結融 解試 験 法を確 立す る過 程で行わ れ た
National
Bureau
Standard
の実 験で
，
時 間 当た りで は急 速 水 中凍 結 法が最 も厳し く，
サ イク ル数に対しては， 緩 速 水 中 凍結 法が最も厳しい結 果が得ら れて い る5｝。
凍 結の持 続 も 凍 害 劣 化に影 響 する もの の，
そ の影 響 程 度は，
コ ン クリー
トの耐凍 害性に依 存し て異な る もの と判 断で き る。
5．
結 論 凍 害に影 響する環 境 条 件の役 割 を検 討する 目的で，
水 セメ ン ト比が 50％ お よ び 70％ の耐 凍 害 性の劣るコ ン クリー
ト3種， 優れ たコ ン クリー
ト3種 を作 製し，
実 験 計 画 法L16 を用いた水 中 凍 結 水 中 融 解 法に よ る実 験を 行っ た。
結果は以 下の よ うに要約さ れ る。 1） 凍 結 最 低 温 度の水 準が凍 害 劣 化に与え る影 響は著 しく大きい。−
2℃ の凍 結 最 低 温 度で は，
コ ンク リー
ト の劣化が著しく軽微であるが，−
5℃ を下 回る温度で は，
温度低下に比 例し て試 験体の劣 化は激 し く な る。
2） 気中凍結 水中融解の条件は，
水中凍結 水中融解の一 14 一
条件と 比較し て著しく緩やか である。
気 中 凍結で最 低 温 度が一18°
C
の条 件に おい て も，
水 中 凍 結の場 合で は一
5
℃ を最 低 温 度と す る条 件 程 度の影 響し か与えて いな い。3） 水 中にお ける硬 化が確 保さ れた後の 軽 微な乾 燥 は
，
コ ンクリー
トの耐凍害性に著し く影 響 する。 こ の影 響は， コ ン ク リー
トの耐 凍 害 性 を向 上さ せ，
水中養生後 直ちに凍結 融 解を行う標 準 的な凍結融解試験で は， 乾燥 の影 響のあるコ ン クリー
トの耐 凍 害 性 を過 少 評 価す る可 能 性がある。
4） 凍結速度と最 低温度の持 続 時 間は， 最 低 温 度， 養 生 条 件と 比較して影 響は小さい 。 しか し，
前 者は早い程，
後者は持続が あ る程，
凍害劣化を促 進さ せ る傾向が あ る。 謝 辞 本研究を行うにあ た り， 東レ科学振興 会の研 究助成の あっ たことを付 記し て謝 意 を表 し ま す。
注 本 研 究は，
耐 凍 害 性の劣るコ ンク リー
トと優れ たコ ンク リー
トに つ い て行っ た 2つ の シ リー
ズか ら な る実 験の結 果6L7》を も と に全 体を取り ま と め た も の で あ る。 結果の解 析に あ た り，
環．
境 条 件に関 する個々 の 因 子を水 準 別にとりま とめ て検討 を行っ た。
こ の結 果，
凍 害に関 係す る環 境 要 因の影 響 程 度が あ る程 度 明確化 し た と考え てい る。
しか し，
同 時 に 測定し た 重 量 や 膨 張 の結 果は，
解 析に利 用し て お らず，
また，
相 対 動 弾 性 係 数の測 定 値につ いて も，
凍 結 融 解の繰返 し 回数を指標と し て検 討を行っ た の み である。
次 報では，
統 計 的 手 法 を利 用 して こ れ らの指 標 によ る 解 析 を 行い，
凍結融 解 サ イ クル を含め た環 境 要因 の影響 程 度 を明 確 化し たいe 参考文献 1） 長 谷 川 寿 夫 ：コ ン クリー
トの凍 害に対する外 的要 因の研 究，
博士論 文，
北 海道大 学，
］974．
12 2｝ 平 井和喜：セメ ン トモルタ ル の凍害 に及ぼ す凍 結温度勾 配の影 響に関する研 究 （1） （動 弾性 係 数 比の変 化につ い て ），
日本 建 築 学 会 論 文 集 報 告 集，
第258号，
pp．
9−
16，
1977．
8 3） 田畑雅 幸，
鎌田英治，
宮崎重宗 ；コ ンク リー
トの耐 凍 害 性に お よぼす乾 燥の影 響，
セ メ ン ト技 術 年 報，
32，
pp．
365−
368，
1978，
5 4） 田 畑 雅 幸，
洪 悦 郎，
鎌 田 英 治 ：北 海 道 内3都市の気 象 条 件 をモデル化し た凍 結 融 解 試 験，
第 4回コ ン クリー
ト 工学年次 講 演 会 講 演 論 文集，
pp、
53〜
56，
1982．
65） H
．
T．
Arni，
R．
L．
Blaine ：Evaluating the Freezing．
and．
Thawing Durability of Concrete by Laboratory Tests in
the U
．
S．
A．
，
RILEM lnternational Symposium Durabil・
ity of Cencrete
，
pp，
218〜
231，
19616） 田 畑雅 幸
，
洪 悦郎， 鎌田英 治：コ ンク リー
トの耐 凍害 性に およぼす 環境 要 因の影 響一
養 生 と 凍結 融 解の条 件一 セ メ ン ト技 術 年 報，
37，
pp．
349〜
352，
1983．
5 7） 田畑 雅 幸，
洪 悦 郎，
鎌田英治；養生と凍結 融解の条件 がコ ンク リー
トの耐凍害性に お よ ぼ す影響，
日本建築 学 会 大 会学術 講 演 梗 概 集，pp．
345−・
346，
1985．
10.
SYNOPSIS
'
'
UDC:691.32'
EXPERIMENTAL
STUDY
･ON
THE
FACTORIAL
EFFECTS
･-Inflqence
gf
environmental cenditions on thefrost
darnage
of concrete'
byMASAYUKt TABATA, ResearchAssociateof Hokkaido
Uniyersity,Dr.YOSHIRO KOH, Professorof Hokkaido
UniVersity,and Dr.EIJIKAMADA, AssociateProfessor
ef Hokkaido University,Members of A.I.
J,
t.'
The
influence
of environmental conditions on thefrost
damage
of concrete was studied,by
using concretgs of,three
frest
durable
and･ef three suceptible inaccordance with testprograms of experimental testing methods,･
Aftefcuring
for
three weeks under variops conditions such asin
air andin
water, almost all concrete samples werefrozen
and thawedin'
water under thefreezing
process..
'
.
'
Test results were summarized as
fbllows.
･
'
･
1)
No
concrete wasdamaged
when thetestwas carried out with a minimum temperatuer of-2eC,
but theex-tent of
damage
bad
a tendency tobecome
severe inproportionto adTop
inthe minimum temperature.of the'
mg
process.
,
2) The condition,of the concrete beforethe processof
freezing
ancl thaWing alsohad
an･important effect orithe
frost
damage
of conc-rete.Curing
inai[for
one weekbeing
afterimmersed
in
waterincreased
thefrost
resist-ance remarkably inalL.concrete samples. ,
･
.
3) The testcondition of
freezing
inairhad
afairly
small effect on thefrost
damage
o.fconcrete compared withthatof
freezing
inwater.
i'
'
4) Conditionsof freezingrates and of periodsof maintained rninimum temperatures also
had
an effect on thefrostdamage of eoncrete,. '･
