論文 普通コンクリートの締固め性能とかぶり部の凍結融解抵抗性の関係
小沼 寛享*1・大野 誠彦*2・城門 義嗣*3・加賀谷 誠*4
要旨：鉄筋間隙を通過させて普通コンクリートを十分に締め固める場合，配筋が過密であれ ば，スランプを増加することになるが，このとき締固め性能が低下し，硬化後のかぶりコン クリートの吸水率や乾燥収縮ひずみの増加，圧縮強度や凍結融解抵抗性の低下を来す場合の あることを示し，これを軽減するために鉄筋間隙を通過させた締固め性能の適切な評価が重 要となることを示した。
キーワード：鉄筋間隙通過性，材料分離程度，圧縮強度，凍結融解抵抗性
1. はじめに
かぶりコンクリートの品質は，構造物の耐久 性を左右するため，施工性能を含む多方面の観 点から研究が行われている。例えば，鉄筋間隙 を通過した普通コンクリートの締固め性能を評 価した研究 1)やかぶりコンクリートの耐久性に 関する研究2)，3)が挙げられる。基本的には，施 工中に発生するコンクリートの品質変化と硬化 後のそれとの関連性およびこれらの品質変動の 許容値を明らかにすることが重要である。
本研究は，著者らが示した締固め性能，すな わち振動締固めによるコンクリートの鉄筋間隙 通過の容易さおよび材料分離程度の再現性を検 証するとともに，材料分離程度とかぶりコンク リートの凍結融解試験結果の関連性について検 討を加えたものである。
2. 実験概要
2.1 使用材料および配合
普通セメント(密度3.16g/cm3)，天然樹脂酸塩 を 主 成 分 と す る AE 剤 ， 混 合 砂(表 乾 密 度
2.57g/cm3，吸水率 3.16%，粗粒率 2.73)および 砕石(表乾密度2.68g/cm3，吸水率 1.34%)を使用
した。W/C=55%，目標スランプ8および12cm，
目標空気量 6%のコンクリートを製造した。表
－1に示方配合と圧縮強度を示す。容量50リッ トルの強制練りミキサを用いて，練り混ぜ時間 を90秒間としてコンクリートの製造を行い，ス ランプおよび空気量試験を行った後に，振動締 固めによる鉄筋間隙通過性試験を行った。
2.2 間隙通過性試験と材料分離程度の測定 高流動コンクリートの間隙通過性試験に用い るボックス形容器の充てん装置(かぶり 70mm) を使用し，振動締固め試験を行った。フレキシ ブル形内部振動機(振動数 180Hz)を用いてスラ ンプ(以下SL.とする)や配筋条件を変えた6種の 試験を行った。図－1 に試験装置および鉄筋配 置の概略図を示す。充てん装置のランク 3～
1(R3～R1)は，配筋が無い場合，通常の場合およ び厳しい場合に相当し，これらの条件を用いて，
振動締固めによりコンクリートをA室からB室 (かぶり部)へ流動させた。
内部振動機をA室に挿入し，伝播する振動加 速度を計測した。それを締固め時間で積分して 累積加速度とした。十分締固められたと判定し た後の試料容積で累積加速度を除したものを単 位容積累積加速度(以下AUとする)とした。AU は，十分に締め固まるまでに要する相対的なエ
*1 秋田大学大学院 工学資源学研究科土木環境工学専攻 (正会員)
*2（株）エヌエムビー 中央研究所研究員 (正会員)
*3 秋田大学 工学資源学部土木環境工学科助手 博(工) (正会員)
*4 秋田大学 工学資源学部土木環境工学科教授 工博 (正会員)
コンクリート工学年次論文集，Vol.29，No.1，2007
ネルギーであり，締固めの難易さ(施工速度)を 示す。締固め判定は，透明アクリル板を通して 目視により行った。また，締固め後にA，B室 それぞれから採取した試料について 5mm ふる いを用いて洗い分析試験を行い，材料分離程度 (以下Sgとする)を以下に示す式(1)で評価した。
) 100 / (
) / ( ) / (
0
− ×
= G C
C G C
Sg G A B
(1)
量の比 クリートの単位容積質 コン
量と 示方配合の単位粗骨材
量比 室のコンクリートの質
室の粗骨材表乾質量と
量比 室のコンクリートの質
室の粗骨材表乾質量と ここで
: ) / (
: ) / (
: ) / (
C0
G B B C G
A A C G
B A
2.3 コンクリート供試体の製造方法
ボックス形充てん装置の内側寸法と等しい木 製型枠を作製し，間隙通過性試験を行った。5 日間型枠養生後，脱型を行い，その後，材齢13 日まで実験室内に放置した。同時に直径100mm，
高さ200mmの円柱供試体を製造して28日間水
中養生した。
2.4 小径コアの採取方法と圧縮強度試験方法 2.3 節に示した方法で製造したコンクリート 供試体側面のB室かぶり側下部から材齢13日 で直径25mm，長さ200mmの小径コアを4本採 取した(図－2)。採取した小径コアは，それぞれ コンクリートカッターを用いて高さ約50mmと なるように成形し，3 本のコア供試体を作製し た。
コア供試体1本を成形後，材齢14日で石膏キ ャッピングを行い，寸法と超音波伝播速度を測 定し，圧縮強度試験をJISA1108に準じて行った。
小径コアの圧縮強度については，寸法の影響に ついての指摘 4)があるが，相対的な比較は可能 であると判断した。
直径100mm，高さ200mmの円柱供試体を28 日間水中養生した後，JISA1108に準じて圧縮強 度試験を行った。
2.5 コンクリート供試体の超音波伝播速度の測 定方法
材齢 13 日におけるコンクリート供試体側面 下部のA室鉄筋近傍とかぶり側の超音波伝播速
度を測定した(図－2)。それぞれの超音波伝播速 度をB，Cとし，C/Bの値を超音波速度比uと した。
2.6 乾燥収縮ひずみ測定方法と小径コアによる 吸水率試験
脱型後のコンクリート供試体のA室側とかぶ り側表面の中央部に標点用プラグを接着剤で貼 り付け(図－2)，材齢 13 日まで実験室内で乾燥 収縮ひずみを測定した。
かぶり側下部のコア供試体と同様なものを用 いて，吸水率試験を行った。小径コアを 110℃
の乾燥炉で24時間乾燥後，室温まで冷却した後，
24 時間吸水させ，JIS に準じて吸水率を算出し た。
8±1 172 313 782 981 0.187 37.2
12±1 180 327 769 962 0.196 37.4
20 55 6±1 45.3 細骨 材率 (%)
単位量(kg/m3)
圧縮強度 (N/mm2) 水 セメ
ント 細骨材 粗骨材 AE剤 最大
寸法 (mm)
SL.
(cm) W/C (%)
空気量 (%)
表－1 コンクリートの示方配合および圧縮強度
図－1 試験装置および鉄筋配置の概略図
図－2 供試体の試験位置概略図
D-2 C-2 C-1 D-1
超音波伝播速度測定位置
253
140 70
B C
200
標点用プラグ A室 B室(かぶり部)
(mm)
コア採取位置
(間隔 100mm) 鉄筋設置箇所 透明アクリル板
内 部 振 動 機
A室 B室(かぶり部)
加速度計
鉄筋設置箇所
115 30
70 140
30 340 253
計測器へ
(mm)
35 35 35 35
35 35
10 10 10
10 10
13 13
13 253253 200
200 R1の配筋図 (鉄筋径10mm×5本,
鉄筋間隔35mm)
R2の配筋図 (鉄筋径13mm×3本,
鉄筋間隔35mm) 試験装置
2.7 凍結融解試験方法
試験に用いたコンクリートの凍結融解試験を
JISA1148A法に準じて行った。また，室内に放
置した供試体から採取したコアをラップを用い て封緘し，ポリエチレン袋に入れて，材齢 14 日で凍結融解試験機の試験槽に吊り下げ，水分 供 給 の な い 状 態 で 試 験 を 行 っ た 。 試 験 を JISA1148A 法に準じて行い, 2.4 節と同様に圧 縮強度試験を行った。
3. 実験結果および考察
3.1 普通コンクリートの締固め性能
ボックス形充てん装置を用いて試験した場合 に得られる十分に締め固まるまでの振動時間 t と単位容積累積加速度AUの間の実験式は図－
3 中の式(2)1)で示される。これを検証するため 本研究で得られた結果を図－3に示す。図より，
本研究で得られた結果も既往の研究 1)で示され た実験式の近傍にプロットされることがわかる。
また，既往の研究で得られた実験式における AUと本研究の実測値の差の最大値は30m/s/l程 度であった。また，試験により得られたAUか ら求めた鉄筋間隙通過抵抗性 Sr と材料分離程 度Sgとの間の実験式は図－4中の式(3)1)で示さ れている。これを検証するため，本研究で得ら れた結果を図－4 にプロットした。図より，本 研究で得られた試験値は，実験式近傍にプロッ トされることが検証された。また，実験式にお けるSgと実測値の差の最大値は2%程度であっ た。以上の結果から，本試験により普通コンク リートが鉄筋間隙を通過し，かぶり部分まで十 分に締固められるまでに要する相対的なエネル ギーや材料分離程度，すなわち締固め性能を評 価し得ることが明らかとなった。
配筋条件が厳しい場合，通常スランプを増加 させて対処するが，これが適切であるか検討し た。図－5および6にSL.=8および12cmのコン クリートをかぶり 70mm として配筋条件 R3，
R2，R1 で締固めた場合の単位容積累積加速度
AUおよび材料分離程度Sgの比較を示す。AU
は，R3からR1へ配筋条件が厳しくなるほど増 加し，十分な締固めに要するエネルギーが増加 すること，スランプが小さいほどこれが顕著で あり，スランプを 12cmに増加した場合，配筋 振動時間と単位容積累積加速度 の関係
図－3 0 50 100 150
0 5 10 15 20 25
振動時間 t(s) 単位容積累積加速度 AU(m/s/l)
AU=6t-11 (2)
● SL.=8cm
× SL.=12cm
図－4 鉄筋間隙通過抵抗性と材料分離 程度の関係
4 6 8 10 12 14
0 20 40 60 80 100
鉄筋間隙通過抵抗性 Sr(%)
材料分離程度Sg(%)
Sg=0.13Sr+0.71 (3)
● SL.=8cm
× SL.=12cm
図－5 配筋条件ごとの単位容積累積加 速度の比較
0 20 40 60 80 100 120 140
R3 R2 R1
単位容積累積加速度 AU(m/s/l)
SL.=8cm SL.=12cm
配筋条件
図－6 配筋条件ごとの材料分離程度の比較 0
2 4 6 8 10 12
R3 R2 R1
材料分離程度 Sg(%) SL.=8cm SL.=12cm
配筋条件
がR1のように密になるとSL.=8cmの場合との 差が減少することがわかる。また，Sgも配筋条 件が厳しくなるほど増加し，配筋条件が厳しく なると，コンクリートが鉄筋間隙を通過する際 に粗骨材粒子の閉塞が発生すると考えられる。
図－5および6より，配筋条件R1においてスラ ンプを8から12cmに増加するとAUは若干減 少することがわかるが，十分に締め固まるまで の振動時間はスランプ8と12cmにおいて，そ れぞれ14.9と13.1秒と大きな差は認められなか った。また，これに対応する Sg は，スランプ を12cm に増加することにより増加したことか ら，配筋条件が厳しい場合，スランプを増加す
るとSg(実測値)が増加してかぶり部にコンクリ
ートが充てんしにくくなり，締固めに要するエ ネルギーは大きく減少せず，かぶり部に単位粗 骨材量が少なく,単位水量の多いコンクリート が充てんされることがわかった。
3.2 配筋条件の異なる場合のかぶりコンクリー トの圧縮強度についての検討
配筋条件R3，R2，R1のコンクリート供試体 を作製し，かぶり部から小径コアを採取して，
圧縮強度について検討した。図－7 に配筋条件 とかぶりコンクリートのコアの圧縮強度の関係 を示す。図より，配筋条件が厳しくなるほど圧 縮強度は低下する傾向が認められる。また，ス ランプが増加した場合，この傾向が顕著となっ た。すなわち，図－6 に示したように材料分離 程度が大きいほど,かぶりコンクリートの圧縮 強度が低下することがわかった。
図－8 に配筋条件とかぶり部のコアの吸水率 の関係を示す。コアは，図－7 において採取さ れたものと等しい。SL.=8cmでは配筋条件の違 いによる大きな差が表れないが，SL.=12cmでは 配筋条件が厳しいほど吸水率が増加した。これ は，配筋条件が厳しい場合，スランプが大きい ほど，コンクリートのかぶり部に材料分離によ り単位水量の多いコンクリートが充てんされ，
硬化後に空隙が多く存在すると考えられる。図
－9にかぶり部表面の配筋条件R3とR1の乾燥
収縮ひずみの差を示す。スランプが大きいほど，
収縮ひずみの差が増加する傾向が認められる。
この差は，鉄筋により乾燥収縮ひずみが拘束さ れていることを示しているが，配筋条件が厳し い場合，スランプが大きいほど材料分離程度は 増加し，かぶりコンクリートの単位水量は増加 して，収縮ひずみが増加することから，差が大 きいほど，鉄筋による拘束応力が大きくなり，
かぶりコンクリートに微細な収縮ひび割れが発 生し易くなっていると考えられる。
このような鉄筋間隙通過によるかぶりコンク リートの変質を示すため，図－10に材料分離程 度と供試体の超音波速度比の関係を示す。ここ 図－7 配筋条件とかぶりコンクリート
のコアの圧縮強度の関係
20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0
圧縮強度(N/mm2 )
R3 R2 R1
● SL.=8cm × SL.=12cm
配筋条件
図－8 配筋条件とかぶりコンクリート のコアの吸水率の関係
5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
コア吸水率(%)
R3 R2 R1
配筋条件
● SL.=8cm × SL.=12cm
図－9 スランプの違いによるかぶり部表面 の乾燥収縮ひずみの差の比較
100 150 200 250 300 350 400
SL.=8cm SL.=12cm 乾燥収縮ひずみ の差(×10-6 )
で，供試体の超音波速度比uとは，コアを採取 する前にコンクリートの表面で計測したかぶり 部とA室側鉄筋近傍の超音波伝播速度の比を示 す。図より，材料分離程度が増加するほど超音 波速度比は減少し，両者の間には直線関係が存 在する。これは，材料分離程度が増加すること により，A室側鉄筋近傍に粗骨材が閉塞し，か ぶり部に粗骨材が少ないコンクリートが充てん され，圧縮強度も低下して超音波伝播速度が低 下したことを表していると考えられる。
以上のことから，配筋条件が厳しい場合，ス ランプを増加しても材料分離程度が増加し，十 分に締固めてもかぶり部のコンクリート内の空 隙増加が影響して圧縮強度の低下を起こす場合 のあることが明らかとなった。
3.3 かぶりコンクリートの凍結融解抵抗性の検 討
図－11 に今回実験に用いた SL.=8 および 12cm のコンクリートの凍結融解試験結果を示 す。どちらのコンクリートとも凍結融解試験 300サイクル終了後の相対動弾性係数が90%以 上であり，相対的に健全であるといえる。
図－12に配筋条件と凍結融解試験300サイク ル終了後におけるかぶりコンクリートのコアの 圧縮強度比および質量減少率の関係を示す。コ アの圧縮強度比は，300 サイクル終了後と凍結 融解試験開始前の圧縮強度の比を示す。気乾状 態のコアの凍結融解試験を水の供給を遮断して 実施したため，コア表面の剥離等の発生がなく，
質量減少率の変化がほとんどなかった。しかし，
圧縮強度比は配筋条件が厳しいほど，また，ス ランプが大きいほど減少傾向にあり，材料分離 の発生に伴う骨材とペースト界面での付着劣化 が発生したと考えられる。既往の研究5)による と，凍結融解時のコンクリートの長さ変化を測 定した結果，残留変形が骨材とペーストの界面 に現れることが確認され，骨材下面の空隙が凍 結融解作用における破壊の始点となることが示 されている。本研究において，配筋が厳しいほ ど，また，スランプが大きいほど凍結融解試験
終了時にかぶりコンクリートの圧縮強度比が低 下したのは，材料分離発生に伴う上記付着界面 の空隙増加も一因として考えられる。
図－13および14に材料分離程度と凍結融解 試験300サイクル終了後におけるかぶりコンク リートのコアの圧縮強度比および超音波速度比 の関係を示す。圧縮強度比にバラツキが認めら
y = -0.3408x + 99.324 R = 0.797
95 96 97 98 99 100 101 102
0 2 4 6 8 10 12
材料分離程度 Sg(%)
超音波速度比 u(%)
● SL.=8cm
× SL.=12cm
×100
= 室鉄筋近傍の超音波伝播速度 速度 かぶり部の超音波伝播 u A
図－10 材料分離程度と供試体の超音波速 度比の関係
80 85 90 95 100
相対動弾性係数(%)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 50 100 150 200 250 300
質量減少率(%)
サイクル数 0.0
● SL.=8cm
× SL.=12cm
図－11 コンクリートの凍結融解試験結果
92.0 94.0 96.0 98.0 100.0
圧縮強度比(%)
● SL.=8cm × SL.=12cm
0.0 0.5 質量減少率(%) 1.0
R3 R2 R1
配筋条件 0.0
図－12 配筋条件と凍結融解試験終了後 のコアの圧縮強度比および質量 減少率の関係
れるが，両者とも材料分離程度の増加に伴い，
減少する傾向が認められ，前述の考察を裏付け る結果となった。したがって，凍結融解試験で 相対的に健全なコンクリートを用いても，鉄筋 間隙を通過した際に材料分離が発生すると凍結 融解作用によって劣化する場合があることから，
締固め性能の評価がコンクリート構造物の凍結 融解抵抗性を維持する上で重要となることが明 らかとなった。
今後，材料分離程度の許容値を求めるため，
コアに水分を供給した状態で凍結融解試験を行 う必要がある。
4. まとめ
(1) 鉄筋間隙を通過させて普通コンクリートを 十分に締め固めるのに要する相対的エネル ギーや，この時に発生する材料分離程度は，
ボックス形充てん装置を用いた加速度計測 から得られる単位容積累積加速度を用いて 評価可能である。
(2) 配筋が過密になるにつれて単位容積累積加 速度と材料分離程度は増加し，スランプを 増大させた場合，締め固めに要するエネル ギーは大きく減少せず，材料分離程度が増 加することがわかった。
(3) スランプが大きい場合，配筋条件が厳しい ほどかぶりコンクリートの吸水率は増加す ること，かぶり側表面の乾燥収縮ひずみの 拘束応力が増加して，ひび割れが発生し易 いことが明らかとなった。また，これらが 要因となり，配筋条件が厳しく，材料分離 程度が大きいほど，かぶり部のコアの圧縮 強度が低下傾向を示した。
(4) かぶりコンクリートのコアに吸水させない 凍結融解試験結果から，質量減少率の変化 はほとんど見られないが，配筋条件が厳し く，スランプが大きいほど材料分離程度が 増加して，コアの凍結融解抵抗性は低下す る傾向にあること，これを軽減するために 鉄筋間隙を通過したコンクリートの締固め
性能の評価が重要となることが明らかとな った。
参考文献
1) 加賀谷誠，大野誠彦：ボックス形充てん装 置を用いた振動加速度計測による普通コン クリートの締固め性能評価，土木学会論文 集，No.788/V-67，pp.1-11，2005
2) 澤本武博ほか：かぶりコンクリートの品質 に及ぼす打込み締固め方法の影響，第32回 セメント・コンクリート研究討論会論文報 告集，pp.17-22，2005
3) Phan Huu Duy QUOC，T.KISHI：Measurement of Air Permeation Property of Cover Concrete，
61回土木学年次学術講演会概要集，V-551，
pp.1097-1098，2006
4) 佐原晴也ほか：試験方法の違いが小径コア の圧縮強度に及ぼす影響，61回土木学会年 次学術講演会概要集，V-555，pp.1105-1106, 2006
5) 山田順治，有泉昌：わかりやすいセメント と コ ン ク リ ー ト の 知 識 ， 鹿 島 出 版 会 ， pp.144-149，1976
92.0 94.0 96.0 98.0 100.0
0 2 4 6 8 10 12
材料分離程度(%) 圧縮強度比(%) ● SL.=8cm× SL.=12cm
図－13 材料分離程度と凍結融解試験終了後 のコアの圧縮強度比の関係
96.0 98.0 100.0
0 2 4 6 8 10 12
材料分離程度(%)
● SL.=8cm × SL.=12cm
コア超音波速度比(%)
図－14 材料分離程度と凍結融解試験終了後 のコアの超音波速度比の関係
