報告 暴露環境の違いがコンクリートの乾燥収縮ひずみに与える影響
片平 博＊1・古賀裕久＊2
要旨：ひずみ計を埋設したコンクリート供試体を環境の異なる場所に暴露し，ひずみの挙動を測定した。暴 露箇所としては，まず，日照と降雨を受ける環境とこれらを受けない環境を比較し，日照と降雨を受ける環 境のほうが乾燥収縮ひずみが小さいことを確認した。また，水面付近や地表面付近のひずみの挙動特性を確 認した。暴露供試体の水セメント比は
65,50,35％であり，水セメント比 50％では収縮低減剤添加の配合も設
定した。暴露中のひずみの挙動は水セメント比の違いによる差は小さく，収縮低減剤添加の配合では，乾燥 中のコンクリート中の湿度の低下傾向が緩慢となり，ひずみの挙動幅が小さくなることを確認した。キーワード：乾燥収縮ひずみ，暴露環境，日照，降雨，暴露試験
1.はじめに
コンクリート構造物の完成後に見られるひびわれには，
乾燥収縮ひび割れや温度収縮ひび割れ等がある。建築分 野では乾燥収縮ひび割れに関する検討が古くから行われ てきた。これに対して部材断面が厚い土木構造物では，
乾燥よりもセメントの硬化発熱に起因する温度ひび割れ の影響が大きいとして，温度ひび割れの検討が主に行わ れてきた。ところが，
2000
年代に入り，土木構造物で乾 燥収縮によると推定される過大なひび割れが発生し，想 定外のたわみが生じる1)など，乾燥収縮ひび割れに対す る注目度が一気に高まった。このため，例えばコンクリ ート工学会には乾燥収縮ひび割れに対する検討委員会2)3)が設置され，多くの検討がなされた。
この結果，乾燥収縮ひずみの大きさにはコンクリート に使用する骨材の影響が大きいことが判明し，「JIS A
1129
モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法」に よる試験が多数行われた。また，乾燥収縮ひび割れをFEM
解析でシミュレーションする技術も開発されるな ど，乾燥収縮に対する研究は飛躍的に進歩した3)。一方，日射や降雨が乾燥収縮に与える影響に関しては，
浅本ら4)や早坂ら5)による研究等があり，降雨によって 乾燥収縮ひずみが小さくなること等，貴重な報告がなさ
れている。しかし，乾燥収縮の観点から暴露環境を評価 するためには，実証データをさらに蓄積することが必要 と考えられる。そこで本研究では，水セメント比
35～65
％の範囲のコンクリートを屋外暴露し，埋設ひずみ計を コンクリート中に埋設して連続測定することで，日照や 降雨の影響を詳細に計測した。また，収縮低減剤の影響 や，さらに，水辺や土中といった環境要因が乾燥収縮に 与える影響についても計測を行った。
２．実験方法
2.1 コンクリート配合と供試体の作製
コンクリートの配合および使用材料を表－１に示す。
水セメント比は
65,50,35％の３水準とし，水セメント比 50％の配合では，収縮低減剤（低級アルコールタイプ）
を添加した配合も設定した。100リットルの２軸強制練 りミキサを用いてコンクリートを練混ぜ，
100
×100
×400mm
の角柱供試体を作製した。供試体は翌日に脱枠し，材齢
28
日まで水中養生を行い，その後，暴露した。角柱供試体の内部には，表－２に示すように埋設ひず み計（長さ
60mm
，温度補償タイプ，測温機能付き，写 真－１）を供試体の軸方向中央部に１本，あるいは軸直交方向に
100mm
間隔で４本配置した。また，一部の供写真－１ 埋設ひずみ計 配合名 Gmax W/C s/a Air
(mm) (％) (％) (％) W C S G Ad1 Ad2 SR AE
W/C65 20 65 47 4.5 172 265 845 988 828 - - 5.3
W/C50 20 50 45 4.5 172 344 779 988 1,075 - - 6.9 W/C35 20 35 42 4.5 172 491 678 972 - 3,192 - 9.8 W/C50収 20 50 45 4.5 172 344 779 988 1,075 - 12,000 103.2
使用材料
表－1 コンクリートの配合と使用材料
単位量（kg/m3） 混和剤(g/m3)
W：水道水 Ｃ：普通ポルトランドセメント
Ｓ：川砂（絶乾密度2.57g/cm3,吸水率1.60％） Ｇ：硬質砂岩（絶乾密度2.69g/cm3,吸水率0.50％）
Ad1：AE減水剤（リグニンスルホン酸系） Ad2：高性能AE減水剤（ポリカルボン酸系）
ＳＲ：収縮低減剤（低級アルコールのアルキレンオキシド付加物）
ＡＥ：AE助剤（変性ロジン酸化合物系陰イオン界面活性剤）
*1
国立研究開発法人土木研究所 先端材料資源研究センター 材料資源研究グループ 総括主任研究員（正会員）*2
国立研究開発法人土木研究所 先端材料資源研究センター 材料資源研究グループ 上席研究員（正会員）コンクリート工学年次論文集，Vol.39，No.1，2017
試体（表－２参照）には，湿度計（φ
17mm
，厚さ6mm
） を埋設した。この湿度計は電子式高分子湿度センサを内 蔵し，気相の相対湿度を自動計測するものである。埋め 込み方法は，供試体に円錐状の溝を作り，その空間に配 置する方法と，湿度計周囲の空間をできるだけ小さくす る目的から湿度計を不織布で覆ってコンクリート打ち込 み時に埋め込む方法の２とおりとし，実験終了後に供試 体を解体して回収した（写真－２～４）。2.2 暴露方法
暴露は表－２に示す６とおりの設置環境で行った。ひ ずみ測定用供試体の本数は配合ごとに２本とし，デジタ ル多点ひずみ測定装置により１時間間隔で自動測定した。
暴露期間は
2015
年２月から10
月である。暴露状況を写 真－５～８に示す。標準環境とは，恒温恒湿槽内で
20
℃，60
％RH
の一定 条件で暴露したものである。この条件では，ひずみ測定 用供試体の他に質量・湿度の測定用供試体を各配合１本 作製し，質量と内部湿度の測定も行った。気中（条件Ａ）は，一日を通して日照が当たる屋外に 暴露したものであり，降雨も受ける環境である。これに 対して気中（条件Ｂ）は，コンクリートのボックスカル バート（内空断面の高さ:2m,幅:2m,長さ:4m，南北方向に 開口）内に供試体を配置したものであり，日照や降雨の 影響をあまり受けない環境である（ただし，風による雨 の吹き込みはあり）。実構造物では，例えば橋梁の上・
側面（条件Ａ）と下面（条件Ｂ）の条件を想定したもの である。
水中（条件Ａ，条件Ｂ）および土中（条件Ａ）の条件 とは，例えば「JIS A 5022 再生骨材Ｍを用いたコンクリ 標準環境 気中（条件Ａ）※ 気中（条件Ｂ）※ 水中（条件Ａ）※ 水中（条件Ｂ）※ 土中(条件Ａ）※
20℃60％ＲＨ 屋外 カルバート内 屋外 カルバート内 屋外
W/C50 W/C65 W/C35 W/C50収
供試体の 概要図
ひずみ測定用 ２体
質量・湿度測定用 １体
ひずみ測定用 ２体
質量測定用 １本
ひずみ測定用 ２体
質量測定用 １本
ひずみ測定用 ２体
水深100mm
ひずみ測定用 ２体
水深100mm
ひずみ測定用 ２体
埋設深さ250mm
※条件Ａ：日照と降雨を受ける , 条件Ｂ：日照と降雨を受けない 備考 供試体寸法：100×100×400mm :埋設ひずみ計 ：湿度計 表－２ 実験ケース
配合名 設置環境
ート」では，適用箇所として乾燥の影響を受けにくい部 位とされており，これには地下構造物や水路等の水辺の 構造物が想定されている。そこで，地表面付近や水面付 近のひずみの測定を行ったものである。水中の条件では 水槽に水深
100±20mm
の水をため，そこに供試体を立 てて暴露した。土中の条件では，土中に供試体を250mm
の深さまで埋設して暴露した。３．実験結果
3.1 標準環境の試験結果
乾燥収縮ひずみの測定結果を図－１に示す。図の縦軸 は収縮を正で示している。この図の中で，
W/C65
の２本 の供試体のうち１本は乾燥材齢40
日程度で乾燥収縮が 止まっており，他の供試体とは明らかに異なる挙動なの で，これを異常値として棄却し，その他を配合ごとに平 均した結果を図－２に示す。図－３は質量減少率のグラ フであり，図－４は質量減少率と乾燥収縮ひずみの関係 を示したものである。これらの図から，まず，水セメン ト比の違いについて述べる。図－２の乾燥収縮ひずみでは，乾燥材齢
300
日におけ る乾燥収縮ひずみはW/C50
の配合でやや大きいものの，いずれの配合も
480
～580
×10
-6の範囲となった。これに 対して図－３の質量減少率（水分蒸発量）の値は水セメント比によって大きく異なり，水セメント比が大きいほ ど質量減少率が大きくなった。このため図－４の質量減 少率と乾燥収縮ひずみの関係では，同じ質量減少率であ っても乾燥収縮ひずみは水セメント比によって大きく異 なる傾向を示した。言い換えれば，質量減少率は水セメ ント比によって大きく異なるが，乾燥収縮ひずみの違い は質量減少率の違いほど大きくないと言える。
次に，収縮低減剤の効果について述べる。
図－２における乾燥収縮ひずみでは
W/C50
に比較して
W/C50
収の値は小さくなった。また，図－３の質量減少率の図でも，
W/C50
に比較してW/C50
収の値は僅か に小さくなった。図－５，６は，供試体内の湿度の測定 結果である。２つの図でW/C35
の傾向がやや異なるもの の，概ね同様の傾向であり，湿度計周囲の空隙の大きさ の違いは認められなかった。いずれの図でも，W/C50収 とそれ以外のものを比較すると，W/C50
収では乾燥材齢150
日まで相対湿度100％RH
を保っているのに対して，その他の配合では乾燥材齢
100
日程度までの間に相対湿 度が低下する傾向が見られた。収縮低減剤による収縮低 減効果のメカニズムには諸説ある6)が，以上のことから，今回使用した収縮低減剤には，供試体内の水分の逸散を 妨げる効果があり，これも乾燥収縮の低減に寄与してい ると推察される。
図－１ 標準環境での乾燥収縮ひずみ（全データ） 図－２ 標準環境での乾燥収縮ひずみ（平均値）
図－３ 標準環境での質量減少率 図－４ 質量変化率と乾燥収縮ひずみの関係
0 100 200 300 400 500 600 700
0 50 100 150 200 250 300 350 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
経過日数（日）
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
↑棄却
0 100 200 300 400 500 600 700
0 50 100 150 200 250 300 350 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
経過日数（日）
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0 50 100 150 200 250 300 350
質量減少率（％）
経過日数（日）
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
0 100 200 300 400 500 600
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
質量減少率（％）
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
3.2 気中（条件Ｂ）および気中（条件Ａ）の暴露試験結果 ボックスカルバート内に温度計を設置して測定した暴 露期間中の気温の変動を図－７に示す。暴露期間中の最 低気温は１℃，最高気温は
35℃であった。気温の日変動
が比較的大きい春期において，気温と気中（条件Ｂ），気中（条件Ａ）の供試体の温度履歴を比較した。この結 果を図－８に示す。条件Ｂの供試体温度は，気温と約２ 時間の位相を伴って，ほぼ追従した履歴を示した。これ に対して条件Ａの供試体温度は，日中は日照の影響で気 温よりも
10
～15
℃程度高くなった。最低温度は気温より も２～５℃程度低くなった。気中（条件Ｂ）と気中（条件Ａ）の供試体の乾燥収縮 ひずみの履歴を図－９および図－10に示す。ひずみの測 定は１時間間隔で行ったが，夏期の条件Ａの測定結果で
は，日射によって温度が急激に上昇する時間帯で異常な ひずみ値が測定された。これ以外の測定データでは一日 内のひずみの変化は小さかったため，図－９および図－
10は，午前８時の測定値（１日１データ）のみで作成し た。このグラフのうち，条件Ｂの
W/C35，条件Ａの W/C65
と
W/C50
収の各１体は，途中から測定値がマイナス側に大きく移行する挙動を示し，計測器の不調と考えられた。
このため，これらを異常値として棄却し，配合ごとの平 均値を求めた。これを図－11および図－12に示す。なお，
これらの図には日雨量も棒ブラフで示した。
図－11によれば，条件Ｂの場合，細かな増減はあるも のの，概ね半年程度までの間，除々に乾燥収縮ひずみが 増加する傾向を示した。水セメント比の違いによる差は 小さく，乾燥収縮ひずみの最大値は
W/C65,50, 35
のケー スで概ね350～400×10
-6の範囲であった。W/C50収はそ れよりもやや小さく，最大で300×10
-6程度であった。図－12に示した条件Ａの場合，日照の影響で乾燥収縮 ひずみが増加するものの，降雨があると急激に減少する ために，データの増減が激しいグラフとなった。水セメ ント比の違いによる差は比較的小さく，乾燥収縮ひずみ の最大値は
W/C65,50,35
のケースで概ね300
～350
×10
-6 程度，W/C50収では200×10
-6程度であった。このように，乾燥収縮ひずみは条件Ａよりも条件Ｂの 条件のほうが大きくなる結果となった。このことは，例 図－５ コンクリート中の湿度（円錐状の空間） 図－６ コンクリート中の湿度（不織布）
0 20 40 60 80 100
0 50 100 150 200 250 300 350
コンクリート内の相対湿度（％RH）
経過日数（日）
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
0 20 40 60 80 100
0 50 100 150 200 250 300 350
コンクリート内の相対湿度（％RH）
経過日数（日）
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
図－７ 気温（条件Ｂ）の測定結果（写真－５のボックスカルバート内）
0 5 10 15 20 25 30 35 40
2/15 3/17 4/16 5/16 6/15 7/15 8/14 9/13
気温（℃）
月／日
図－８ 気温と供試体温度の比較
0 5 10 15 20 25 30 35 40
3/30 3/31 4/1 4/2
温度（℃）
月／日
気温（条件Ｂ）
条件Ｂ 供試体 条件Ａ 供試体
えば，中央ヒンジを有する橋梁などで，ヒンジ部が設計
で想定したたわみ量よりも大きく沈下する事例が報告さ れている。この事象に対してはいくつかの要因が指摘さ れ，原因究明が進められているところであるが7)，日照 と降雨を受ける橋梁上面よりも，それらを受けにくい橋 梁下面のほうが乾燥収縮ひずみが大きくなるとするなら ば，これも沈下方向のたわみが大きくなる要因の一つに なり得るものと思われる。
図－13および図－14は供試体の質量減少率と乾燥収 縮ひずみの関係を示したものである。これらの図には図
－４の標準環境の結果も比較用に線分で示した。図－13 の条件Ｂの測定結果は標準環境の試験結果と比較的良く 一致した。図－14の条件Ａの結果は，質量減少率に対す る乾燥収縮ひずみの値が標準環境の結果に比較してやや 小さくなった。この理由としては，日射や降雨によって 条件Ａの供試体表面付近の水分状態は急激に変化するも のの，ひずみ計を埋設している供試体の中心部の水分状 態は急激には変化しないためと考えられる。
3.3 水中および土中の暴露試験結果
乾燥収縮ひずみが比較的大きかった８月中旬に注目し て，水中および土中の供試体の最大乾燥収縮ひずみの高 さ方向の分布を整理した。この結果を図－15～17に示す。
水面付近の乾燥収縮ひずみの分布については，水分の 供給によって水面からある程度の高さまでは乾燥収縮ひ ずみが低減されることを予想した。しかしながら，その ような傾向は水面上
50mm
の位置で僅かに見られるが，図－９ 気中（条件Ｂ）のひずみ履歴（全データ） 図－11 気中（条件Ｂ）のひずみ履歴（平均）
-200 -100 0 100 200 300 400 500
2/15 3/17 4/16 5/16 6/15 7/15 8/14 9/13 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
月／日 W/C65
W/C50 W/C35 W/C50収
棄却→
0 50 100 150 200 250 300
-100 0 100 200 300 400 500
2/15 3/17 4/16 5/16 6/15 7/15 8/14 9/13
日雨量（mm）
乾燥収縮ひずみ（×10-6）
月／日 雨量
W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
図－10 気中（条件Ａ）のひずみ履歴（全データ） 図－12 気中（条件Ａ）のひずみ履歴（平均）
-200 -100 0 100 200 300 400 500
2/15 3/17 4/16 5/16 6/15 7/15 8/14 9/13 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
月／日 W/C65
W/C50 W/C35 W/C50収
↓棄却 棄却→
0 50 100 150 200 250 300
-100 0 100 200 300 400 500
2/15 3/17 4/16 5/16 6/15 7/15 8/14 9/13
日雨量（mm）
乾燥収縮ひずみ（×10-6）
月／日 雨量 W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収
図－13 質量減少率と乾燥収縮ひずみの関係 (条件Ｂ)
図－14 質量減少率と乾燥収縮ひずみの関係 (条件Ａ) 0
100 200 300 400 500 600
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
質量減少率（％）
W/C65 （点線）
W/C50 （実線）
W/C35 （太線）
W/C50収 （赤線）
※図中の線は標準環境の結果(図－４)
0 100 200 300 400 500 600
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 乾燥収縮ひずみ（×10-6）
質量減少率（％）
W/C65 （点線）
W/C50 （実線）
W/C35 （太線）
W/C50収 （赤線）
※図中の線は標準環境の結果(図－４)
それより上部では概ね一定値となった。配合の違いとし ては，収縮低減剤を添加した
W/C50
収の値が小さくなっ たが，水セメント比の違いの影響はほとんど見られなか った。条件Ｂ（図－15）と条件Ａ（図－16）を比較する と，条件Ｂの乾燥収縮率のほうが大きくなった。水面か ら下では乾燥収縮ひずみは認められなかった。実際の構造物は，今回試験した供試体よりも規模が大 きく，外気に接する比表面積が小さいことから，必ずし も同じ条件とは限らないが，安全側の考えとしては，水
面から上部の気中部の表面部分は，ほぼ均等に乾燥収縮 すると考えるのが妥当であろう。
土中の乾燥収縮ひずみの分布（図－17）については，
地表面の位置では，それより上部の
1/2
程度の乾燥収縮 率となり，地表から10cm
程度より深い範囲では乾燥の 影響を受けない結果となった。水セメント比の影響はほ とんど見られなかった。４．まとめ
ひずみ計を埋設したコンクリート供試体を環境の異な る場所に暴露し，ひずみの挙動を測定した。この結果，
以下の傾向を確認した。
(1)
日照と降雨を受ける環境と，これらを受けない環境 を比較した結果，日照と降雨を受けない環境のほう が乾燥収縮ひずみが大きくなった。(2)
水面付近や地表面付近のひずみの挙動特性を測定し た結果，水面や地表面の直上部は概ね一定の乾燥収 縮ひずみであった。また，水面の直下，地表面から10cm
以深では乾燥収縮ひずみは確認されなかった。(3)
コンクリートの水セメント比の違いによる屋外暴露 中の乾燥収縮ひずみの差は小さかった。(4)
収縮低減剤添加の配合では，乾燥期間中のコンクリ ート内の湿度の低下傾向が緩慢となり，乾燥収縮ひ ずみが小さくなった。参考文献
1)
土木学会：垂井高架橋の損傷に関する調査特別委員 会最終報告書，2008.32)
コンクリート工学協会：コンクリートの収縮問題検 討委員会報告書，2010.３3)
コンクリート工学会：コンクリートの収縮特性評価 およびひび割れへの影響に関する調査研究委員会報 告書，2012.8
4)
浅本晋吾，大塚歩，三浦千佳子，桑原勇太：実環境 下におけるコンクリートの収縮，収縮ひび割れ挙動 に関する検討，コンクリート工学論文集，Vol.21
，No.2，pp.35-43，2010.5
5)
早坂駿太郎，千々和伸浩，岩波光保：セメント硬化 体の時間依存変形に及ぼす気象作用の影響評価，コ ンクリート工学年次論文集，Vol.36
，No.1
，pp.436-441
，2014.7
6)
栗原諒，丸山一平：収縮低減剤の添加濃度と収縮ひ ずみの関係に関する実験的検討，セメント・コンク リート論文集，Vol. 69, No.1, pp. 118-123
，2015 7)
渡辺泰充：時間依存性挙動予測における研究と実際のずれ，橋梁と基礎，2008年
12
月号，pp.32-35，2008.12
図－15 水中（条件Ｂ）の最大乾燥収縮ひずみ図－16 水中（条件Ａ）の最大乾燥収縮ひずみ
図－17 土中（条件Ａ）の最大乾燥収縮ひずみ -100
0 100 200 300
-250 0 250 500
高さ(mm）
乾燥収縮ひずみ（×10-6） W/C65
W/C50 W/C35 W/C50収
(W.L)
-100 0 100 200 300
-250 0 250 500
高さ(mm）
乾燥収縮ひずみ（×10-6） W/C65
W/C50 W/C35 W/C50収
(W.L)
-200 -100 0 100
-250 0 250 500
高さ(mm）
乾燥収縮ひずみ（×10-6） W/C65 W/C50 W/C35 W/C50収 (G.L)
