中流動コンクリートの最適細骨材率に関する実験的研究 [ PDF

全文

(1)中流動コンクリートの最適細骨材率に関する実験的研究. 小田原１．はじめに. 幸次郎. ル分を溶解し，そのときの粗骨材の体積を測定し，差. 中流動コンクリートは，普通コンクリートと高流動. を求めて付着モルタル体積を算出した．粗骨材の比表. コンクリートとの中間，即ち｢スランプ 18cm 以上かつ. 面積 S は，友澤らの研究 3)に準じて式(2)により算出し. スランプフロー50cm 以下｣の領域に位置する高い充填. た．. 性を有するコンクリートであり，現有設備での製造が. S =. 可能である．筆者らは，これまで調合法，製造法，物性および施工性に関する検討を行っている．その中で，. f. (2). kDp. ここで，f,k：粗骨材の形状により定まる定数，Dp：投影面積径（mm）である． Dp は式(3)により得られる．. フレッシュコンクリート中において粗骨材の表面に付着しているモルタル（以下，付着モルタルと記す．）に. 1.  2nm2  2 Dp =  2  × D0  m + 1. 注目し，モルタルが付着している粗骨材（以下，モルタル付着粗骨材と記す．）の粗粒率は高性能 AE 減水剤添加率によって変化することを確認した 1),2)．. (3). ここで，n,m：粗骨材の形状により定まる定数，D0：. 本研究は，付着モルタルを考慮した骨材の間隙比を. ふるい目開き（mm）である．また，式(2)における f お. 求めることにより，中流動コンクリートの調合法にお. よび k は，砕石の場合 f/k=7.5 程度であると報告されて. ける最適細骨材率および材料分離に関する検討を行っ. いる 4)．したがって，f/k=7.5 として粗骨材の比表面積. た．. を算定した．２．３付着モルタル膜厚の定式化平均付着モルタル膜厚とモルタルフローの関係を図. ２．付着モルタル膜厚付着モルタル膜厚の定式化を目的として，細骨材率. 表１使用材料および物性材料. および混和剤添加率が付着モルタル膜厚へ及ぼす影響について検討を行った．. 水. ２．１使用材料および調合使用材料およびその物性を表１に示す．また，コンクリートの調合を表２に示す．混和剤は材料分離を生じない範囲で添加した．. 付着モルタル膜厚は式(1)によって求めた．. S × Vg. 長崎県壱岐産海砂. 粗骨材. 長崎県西有家町産安山岩砕石. 混和剤. 高性能AE減水剤（標準形）. 3 3 W W/C s/a 絶対容積（ l/m ）単位質量（kg/m ） SP No. 3 %） %） C×%）（（（ kg/m C S G C S G （ MA-1 0.2 44.4 298 373 763 1026 MA-2 0.4 MB-1 0.4 48.8 327 343 838 945 MB-2 0.6 180 55 104 328 MB-3 0.8 MC-1 0.6 53.3 358 313 915 862 MC-2 0.8 MC-3 1.1 ※ No.：調合番号 W/C：水セメント比 s/a：細骨材率. 測定項目およびその試験方法を表３に示す．また，. M. 上水道水. 細骨材. 物性記号 3 密度：3.15g/cm C 2 比表面積：3310cm /g W 3 表乾密度：2.56g/cm S 粗粒率：2.47 3 表乾密度：2.75g/cm G 粗粒率：6.58 SP ポリカルボン酸系. 表２コンクリートの調合. ２．２測定項目および実験方法. δ=. 種類. セメント普通ポルトランドセメント. (1). ここで，δ：付着モルタル膜厚（mm），M：付着モルタル体積（mm3），S：粗骨材の比表面積（mm2/mm3）， Vg：粗骨材の体積（mm3）である．付着モルタル体積は，. 表３測定項目および方法. スクリーニングした際にふるいに留まるモルタル付着. 測定項目スランプスランプフロー. 粗骨材を硬化させ，その後，水中質量および表乾質量. 空気量. まずコンクリートを呼び寸法 5mmのふるいでウエット. を測定してモルタル付着粗骨材の体積を算出した．そ. 試験方法 JIS A 1101｢コンクリートのスランプ試験方法｣ JASS 5 T- 503｢コンクリートのスランプフロー試験方法｣ JIS A 1128｢フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法（空気室圧力方法）｣. 材料分離の有無目視観察により判断した．. のモルタル付着粗骨材を 25%に希釈した塩酸でモルタ. モルタルフロー. 39-1. ウエットモルタルを用い，JIS R 5201｢セメントの物理試験方法｣に準じる．.

(2) １に示す．セメントペーストでは付着ペースト膜厚と. 以上により，付着モルタル膜厚はモルタルの性状に. ペーストフローには指数関数の相関関係があることが. よって決まると考えられる．. 5). 知られており，付着モルタルに適用してみたところ相関関係がみられ，モルタルフローが大きくなるにつれ. ３．付着を考慮した間隙比および余剰モルタル膜厚. て付着モルタル膜厚は小さくなる傾向がみられた．. 付着モルタル膜厚によって変化すると考えられる余. 付着モルタル膜厚と粗骨材の粒径との関係を図２に. 剰モルタル膜厚とコンクリートのフレッシュ性状との. 示す．図より付着モルタル膜厚と粗骨材の平均粒径に. 関係について，モルタル付着粗骨材から得られる間隙. は相関関係があると考え，式(4)を用いて近似した．. 比を用いて検討を行った．３．１実験概要. δ = k dave. (4). 使用材料および調合は，表１および表２と同じであ. ここで，k：比例係数，dave：粗骨材の平均粒径である．. る．測定項目は，表３に示す項目に加えて，ウエット. k の値はモルタルの性状，即ち混和剤添加率および細骨. モルタル中の細骨材およびモルタル付着粗骨材の実積. 材率によって異なっていると考え，両者を変数とした. 率を測定し，それらの間隙比を算出した．ウエットモ. 式(5)について重回帰分析を行った．. ルタル中の細骨材は呼び寸法 0.075mm のふるいを用い. k = a 1･x1 + a 2･x 2 + a 3. て水洗い試験により採取，モルタル付着粗骨材は硬化. (5). ここで，a：偏回帰係数， x1：混和剤添加率（×100%）， i. 後 7 日間の材齢を経て試験に供した．実積率試験は，. x2：細骨材率（×100%）である．分析により得られた. JIS A 1104｢骨材の単位容積質量及び実積率試験方法｣. 2. 付着モルタル膜厚を式(6)に示す．重決定係数 R =0.9123. に準じた．間隙比は実積率から得られる空隙率を用い. となり高い相関関係があるといえる．. て式(7)により求められる．. δ = ( −5.13 x1 + 0.42 x 2 − 0.097 ) × dave. e=. (6). δ=7.1991×F 平均付着モルタル膜厚：δ（mm）. 1 −ε. (7). ここで，e：間隙比，ε：空隙率（×100%）である．. 0.4 MA. - 0.6714. R=0.6911. 余剰モルタルとは，全モルタル体積から粗骨材の固有. MB. 空隙体積を除いたモルタルのことであり，余剰モルタ. MC 0.3. ル膜厚は式(8)により算出される．. 0.6% 0.8% 0.4%. δe =. 0.6% 0.2% 0.2 1.1%. 0.4%. Me − eg × Vg S × Vg. (8). ここで，δe：余剰モルタル膜厚（mm），Me：全モル. 0.8%. タル体積（mm3）である．３．２付着モルタルを考慮した骨材の間隙比. ※ 数字は混和剤添加率（C×%） 0.1 100. 付着モルタルを考慮した骨材の間隙比と混和剤添加. 150 200 モルタルフロー：F（mm）. 250. 率の関係を図３に示す．モルタル付着粗骨材の間隙比は，混和剤添加率に伴って大きくなっている．これは. 図１モルタルフローと付着モルタル膜厚の関係 0.6. 付着モルタル膜厚：δ（mm）. ε. 添加率が大きくなるにつれて付着モルタル膜厚が薄く MA- 1 MA- 2 MB- 1 MB- 2 MB- 3 MC- 1 MC- 2 MC- 3. 0.5 0.4. なるため，粒形は骨材単味の状態に近づき，間隙比も単味の値に近づくためである．ウエットモルタル中の細骨材の間隙比は，混和剤添加率が増加してもモルタル付着粗骨材の間隙比と比べてはるかに変化率が小さ. 0.3. い．したがってウエットモルタル中の細骨材は，単味の細骨材と同じ状態で存在していると考えられる．. 0.2. 余剰モルタル膜厚は，式(8)からわかるように，混和. δ = k dave. 0.1. 剤添加率のみが異なるコンクリートでは，すべて同じとなる．しかし付着モルタルを考慮すると，図３に示. 0 0. 5 10 粗骨材の平均粒径：d ave（mm）. 15. すように調合によって粗骨材の間隙比が変化する．したがって付着モルタルを考慮することで，余剰モルタ. 図２付着モルタル膜厚と粒径の関係. 39-2.

(3) ル膜厚も変化し，これを真の余剰モルタル膜厚と呼ぶ. 細骨材の間隙比および見かけの単位水量に相当する間. ことにする．真の余剰モルタル膜厚とスランプの関係. 隙比を用いて最適細骨材率に関して実験を行った．. を図４に示す．真の余剰モルタル膜厚は，同一細骨材. ４．１間隙比曲線. 率において混和剤添加率が大きくなるにつれて厚くな. 理想的な間隙比と組成の関係は図５の仮想間隙比直. り，スランプも増加する傾向がみられた．これにより，. 線で表される．しかし，実際の間隙比曲線は仮想間隙. 真の余剰モルタルは，コンクリートの流動性に大きく. 比直線よりも上に表されることが知られており，松藤. 影響を与えていると考えられる．. らは仮想間隙比直線を漸近線とする双曲線を混合試料の間隙比を求める式として式(9)を提案している 7)．. ４．最適細骨材率の検討. 2. 2. 2. e = − A( x − x 0 ) + ( A − B )( x − x 0 ) − C･a + e 0 (9). コンクリートの材料分離には硬練りコンクリートに. ここで，e：間隙比，x：組成，e0，x0，A，B，C：固. みられる｢Dry Segregation｣と軟練りコンクリートにみ 6). られる｢Wet Segregation｣があるといわれている．ここ. 有間隙比 eC および eS から定まる定数，a：混合試料の. で，中流動コンクリートは軟練りコンクリートである. 粒径比 d から定まる定数（=1.44d）である．図には単位. ため後者に該当し，ウエットモルタル分が一体化しな. 水量に相当する間隙比を示しているが，それと混合試. いために材料分離が生じると考えられる．よって調合. 料の間隙比との差が大きいほど，流動性は高くなるこ. は，材料分離を生じない範囲での混和剤添加とそれに. とが示されている．. 対応する最適な細骨材率で決定される．ここで，ウエ. ４．２使用材料および調合. ットモルタル中の細骨材の間隙比は，細骨材単味の間. 使用材料および物性は表１と同じである．モルタル. 隙比とほとんど変わらないことから，付着モルタル，. の調合条件を表４に示す．モルタルの調合はコンクリ. ウエットモルタルおよび調合上のモルタルの組成は変. ートから粗骨材を除いたものとした．混和剤は各調合. 化していないと仮定する．この仮定に従い，セメント，. とも材料分離を生じるまで添加した．. 0.80 付着考慮の細骨材： MA 付着考慮の細骨材： MB 付着考慮の細骨材： MC モルタル付着粗骨材： MA モルタル付着粗骨材： MB モルタル付着粗骨材： MC. 0.75. ４．３測定項目および実験方法表３に従い，モルタルフロー，材料分離の有無を測定した．セメント，細骨材およびそれらの混合試料の. 粗骨材単味の間隙比：0.682. 間隙比は式(7)により算出した．混和剤の影響を考慮す. 間隙比. 0.70. るため，単位水量を割増した見かけの単位水量を式(10) 0.65. により求めた． eC，eS ：固有間隙比. 0.60. x0 e0. 0.55. ：理論最密組成：理論最密間隙比. 細骨材単味の間隙比：0.582. eC. 単位水量に相当する間隙比： ew. 0.50 0.2. 0.4 0.6 0.8 1.0 高性能AE減水剤添加率（C×%）. 1.2. eS. 間隙比：e. 0. 図３混和剤添加率と間隙比の関係. 間隙比曲線. 25 0.8% 20 0.4% スランプ（cm）. 1.1%. 仮想間隙比直線. e0. 0.6% 0.8%. 15. 0. x0. （セメント単身）. 0.2%. 10. 1 （細骨材単身）. 図５組成と間隙比の関係の概念図 0.4%. 表４モルタルの調合条件 0.6%. 5 ※ 数字は混和剤添加率（ C×%） ※ 黒塗：真の余剰モルタル膜厚 ※ 白抜：余剰モルタル膜厚. 0 0.5. 組成：x. 1.0. 1.5 2.0 余剰モルタル膜厚（mm）. 3 3 W W/C s/a 絶対容積（l/m ）単位質量（kg/m ） xc-s No. 3 %） kg/m （%）（ C S C S （ A 40.0 0.720 268 686 B 44.4 1.000 298 763 180 55 104 328 C 46.6 1.000 313 800 D 48.8 1.000 328 839 E 51.1 1.000 343 878 ※ No.：調合番号 W/C：水セメント比 s/a：細骨材率 xc-s：組成. MA MB MC 2.5. 図４余剰モルタル膜厚とスランプの関係. 39-3.

(4) 100 W'= ×W 100 −γ. SV：単位粗骨材量（l/m3）である．Wseg を式(11)に代入. (10). することで，材料分離を生じる単位水量に相当する間. 3. ここで，W’：見かけの単位水量（kg/m ），W：単位. 隙比を求めることができ，式(13)で表される． eseg = (β−α) x + α + e. 3. 水量（kg/m ），γ：減水率（%）である．減水率と添加. (13). 率には線形関係にあることが知られており 8)，既往の研. ここで，eseg：材料分離を生じる単位水量に相当する. 究をもとに使用した混和剤の減水率を決定した．ここ. 間隙比，α,β：セメントおよび細骨材率の物性値によ. で，単位水量および水セメント比が既知であれば，見. って定まる定数である．図６には材料分離を生じた点. かけの単位水量に相当する間隙比は式(11)により求め. で式(13)を近似した曲線も示している．これにより，セ. ることができる．. メントおよび細骨材の保有できる最大の水量が既知で. eW ' =. 1− x CV. ×. 100 100 −γ. あれば，各細骨材率の材料分離を生じる単位水量に相. (11). ×W. 当する間隙比を求めることができ，式(11)との交点によ. ここで，eW’：見かけの単位水量に相当する間隙比，. り，材料分離を生じない混和剤添加率を求めることが. 3. CV：単位セメント量（l/m ）である．. 可能である．. ４．４間隙比と最大保水量. ４．５中流動コンクリートの最適細骨材率. 組成と見かけの単位水量に相当する間隙比の関係を. 見かけの単位水量に相当する間隙比と混合試料の間. 図６に示す．各調合の材料分離を生じる間隙比は，右. 隙比の差とモルタルフローの関係を図７に示す．各細. 上りの傾向を示した．ここで，セメントおよび細骨材. 骨材率とも，間隙比の差が大きくなるにつれて，モル. の保有できる最大の水量を WC および WS とすると，材. タルフローも大きくなる傾向がみられた．しかし，す. 料分離を生じる単位水量は式(12)で表すことができる．. べての調合を比較してみると，E は間隙比の差が大き. (12). Wseg = WC + WS + e × (CV + SV ). くなるにもかかわらす，D よりモルタルフローは小さ. 3. ここで，Wseg：材料分離を生じる単位水量（kg/m ）， 0.70. 0.9% 1.1% 0.5% 0.7% 0.6% 0.8% 1.0% × 0.4% 0.3% × 0.2%. 0.65 0.60. 間隙比. していくだけでは十分な流動性を得ることはなく，最. ec- s A B C D E eseg. × × ×. 0%. 0.55. くなった．即ち，細骨材率を増加させ，混和剤を増量適な細骨材率が存在することがわかる．以上よりモルタルフローおよび間隙比の差から判断すると，中流動コンクリートの最適細骨材率は 48.8%，そのときの混和剤添加率は 0.8%であった．これにより中流動コンク. 0.50. リートの細骨材率は，基準となる普通コンクリートの. 0.45. 細骨材率の 10%増程度が適していることが実験的に示. 0.40. された．. 0.35. ※ 黒塗： W'に相当する間隙比 ※ ×：材料分離を生じたモルタル. 0.30 0.65. 0.70. ５．まとめ. 0.75 組成. 0.85. 本研究では付着モルタルに着目し，それを考慮した. 図６見かけの単位水量に相当する間隙比と組成の関係. ウエットモルタルおよびモルタル付着粗骨材の間隙比. 300. モルタルフロー（mm）. 280. を用いることにより，中流動コンクリートの最適細骨. ×0.9%. A B C D E. 材率に関して検討を行った．. × 0.7% 0.3% × × 0.5%. 0.8%. 260. 240. 0.80. 0.2%. 0.4%. 0.2% 0%. 0.6% 0.6%. 【参考文献】 1) 松藤泰典他：｢中流動コンクリートに関する基礎的研究｣，日本建築学会大会学術講演梗概集，1996 2) 松藤泰典他：｢中流動コンクリートの施工性に関する研究｣，日本建築学会大会学術講演梗概集，2002 3) 友澤史紀他：｢余剰モルタル膜厚によるコンクリートのレオロジー特性評価｣，日本建築学会大会学術講演梗概集，1998 4) 加藤順吉：｢コンクリートの配合とワーカビリチーの関係および関連問題について｣，セメント技術年報，1965 5) ｢フレッシュコンクリートの挙動研究委員会報告書｣，社団法人日本コンクリート工学協会，1990 6) 岩崎訓明：｢コンクリートの特性｣，共立出版，1975 7) 松藤泰典他：｢石炭灰外割コンクリートの最適調合に関する研究｣，日本建築学会大会学術講演梗概集，2001 8) 日本建築学会：｢高性能 AE 減水剤コンクリートの調合・製造および施工指針・同解説｣，1999. ×1.1% 1.0%. 0.8% 0.4%. 220. 200. 0.2% 0% 0%. ※ 数字は混和剤添加率（ C×%） ※ ×：材料分離を生じたモルタル. 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 見かけの単位水量に相当する間隙比と混合試料の間隙比の差. 図７間隙比の差とモルタルフローの関係. 39-4.

(5)