九州大学学術情報リポジトリ

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Kyushu University Institutional Repository

高強度コンクリートの力学的性質に及ぼす粗骨材品 質の影響に関する基礎的研究

鶴田, 浩章

https://doi.org/10.11501/3180555

出版情報：Kyushu University, 2000, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：

権利関係：

第6章

高強度コンクリートのクリープ性状への粗骨材品質の影響

6. 1

序説

一般に、 コンクリートのクリープに影響を及ぼす要因としては①載荷時材齢、 ②載荷応力、 ③水セ メント比、 ④セメントペースト量、 ⑤骨材量、 ⑥骨材の静弾性係数、 ⑦湿度、 ③温度、 ⑨部材寸法が 挙げられている1)。 また、 クリープはコンクリートの圧縮強度と密接な関係があり、 コンクリート中 の細孔容積及び細孔径分布とも関係があると言われている2 )。 昨今、 高強度コンクリートの需要が増 加し、 適用例が多くなっていることにともない、 高強度コンクリート部材の設計では内部応力の算定 や所要のプレストレスを確保するために、 高強度コンクリートのクリープや収縮を正確に予測し、 設 計に反映させることが重要であると叫ばれてきた。 通常の強度レベルのコンクリートにおけるクリー プ予測式は阪田らの式3)4)、 CEB序lP-90式5)、 ACI-209委員会式6)及びBazantらの式7)8)9)などがある。

これらの予測式の圧縮強度の適用上限は80N/mm2程度とされているが、実際にはこれらより高い強度 レベルの高強度コンクリートが使用されており、 より高強度のコンクリートに適用できる収縮・クリ ープの予測式の構築が望まれている10)。 このような現状に対して、 海外の予測式の中には通常の強度 レベルの式を高強度レベルに対応させるために、 圧縮強度の影響を考慮して乾燥クリープの項を変更 したり、 結合材の影響を考慮して係数を導入するといった拡張が行われているものがある。 しかし、

これで高強度コンクリートのクリープ予測方法が確立されたわけではなく、 我が国でも精度・汎用性 の高い予測式の構築を実現するために、 より多くのデータを蓄積するべく土木学会コンクリート委員 会クリープ・乾燥収縮小委員会においてデータベースの構築・整備が進められている10)。

一般に、 コンクリートのクリープはペーストのクリープが主要因であり、 骨材がそれを拘束するた め、 同じペーストであっても骨材の種類によってコンクリートのクリープの大きさにわずかな差違が 生じることが十分に考えられる。 また、 第4章で示したように、 高強度コンクリートの圧縮強度には 粗骨材品質が大きく影響することが明らかとなっており、 コンクリートのクリープが圧縮強度と密接 な関係にあることから高強度コンクリートのクリープに対しても粗骨材の影響が著しく大きくなるこ とが考えられる。 したがって、 クリープに対して拘束作用を及ぼす粗骨材の品質によって、 どの程度 のクリープの大きさの違いが生じるのかを明らかにすることはクリープの評価の上では非常に重要で ある。

そこで、本章では、プレストレストコンクリートの有効プレストレスの検討に不可欠なコンクリート のクリープ特性を把握することを目指し、 なかでも高強度コンクリートが軸圧縮荷重を受けている状 況下において、 粗骨材の違いによりどのような影響が生じるのかを調べ、 粗骨材の品質が高強度コン クリートのクリーフに及ぼす影響を明らかにすることを試みた。 検討に当たっては、 使用した砕石粗 骨材の品質からコンクリートのクリーフ。の大小を評価することの可能性を探るため、数種類の粗骨材 を用いたコンクリートの圧縮クリーフ試験を行い、粗骨材品質とクリーフ。性状の関係について明らか にすることを試みた。 なお、 本章の検討では高炉スラグ微粉末を混和材として使用した高強度コンク リートのクリープを対象とした。

6. 1. 1 本章の概要

コンクリートのクリーフはペーストのクリーフが主要因であり、 ペーストの性状や環境条件により 大部分が決定されてしまう。 ところが、 骨材が混入することにより、 ペースト体積が減少し、 クリー プ自体も低減される。 それとともに、 骨材はぺーストのクリープを拘束する役割も果たすが、 その程 度はごく僅かであると考えられる。 しかし、 その拘束が骨材毎に異なることから、 配合が一定で粗骨 材だけが異なる場合には、 クリープの大きさに変化が生じることが予想できる。 したがって、 この拘 束度の違いが、 種々の粗骨材を使用した場合のクリープのばらつきとなって現れることが十分考えら れる。 日本をはじめ海外でもコンクリートのクリーフ予測式に関する研究が行なわれているが、 いろ いろな条件に対して精度良い予測値を得るのは、 非常に難しいことであるので、 実用的なクリープ予 測式を構築するには、 ばらつきの考え方を導入することが重要となる。

そこで、 本章ではそのばらつきを考えるために、 粗骨材種類が異なる場合のクリープの拘束度の違 いに着目し、 検討を行うことにした。 また、 一般にクリープに対する影響指標として挙げられている 粗骨材母岩の静弾性係数の測定には、 非常に多くの手間と時間が必要であるので、 コンクリートのク リープ性状を簡便に評価する指標として粗骨材の物性値が適用できないかどうかについて検討を行う ことにした。

本章の実験では、 8種類の粗骨材を使用し、 細骨材及び混和材を海砂及び高炉スラグ微粉末に統ー することにより、 モルタルの配合を同ーとし、 粗骨材種類だけを変化させて作製したコンクリートの 圧縮クリープ試験を行ない、 単位クリープ及び回復クリープを測定した。 測定後は粗骨材種類の変化 にともない生じるクリープひずみのばらつきの程度やクリープ及び回復クリープ性状と使用した粗骨 材の物性値の関係について調べて考察を行なった。 その結果、 WIB=28%の高強度コンクリートの1 年間の持続荷重による単位応力当たりのクリープは通常強度のコンクリートの場合の約114と小さく なること、粗骨材種類が異なるだけで20---60%のばらつきが認められることが明らかとなった。また、

単位クリープと粗骨材物性値では、 粗骨材の吸水率、 すりへり減量、 400kN破砕値が密接な関係を示 し、 特にすりへり減量が1%大きくなれば1年間の持続荷重による単位クリープは14X10・6から19 X10・6へと増大するなど、 すりへり減量がクリープと最も密接な関係にあるということが示された。

103

6. 2

実験概要

6. 2. 1 使用材料

本検討では、持続応力導入までのコンクリート供試体の養生方法を気中養生と水中養生の2つの法 法として、 高強度コンクリートのクリープ性状への粗骨材品質の影響について検討することを目的と したため粗骨材種類だけを変化させて、表-6.1に示される8種類の粗骨材を使用して供試体を作製し た。 なお、表-6.1には使用した粗骨材の物性試験の結果を示している。セメントは普通ボルトランド セメント(密度3.15g1cm3、比表面積3，300cm2jg) 、細骨材は海砂A(比重2.55、粗粒率 2.78)または海 砂W(比重2.58、粗粒率3.08)、混和材は高炉スラグ微粉末(比重2.89、比表面積6，∞Ocm2jg)、混和剤 にはポリカルボン酸系高性能AE減水剤(比重1.04) とリグニンスルホン酸系AE減水剤(比重 1.14) の2種類を使用した。気中養生供試体には細骨材を海砂A、粗骨材を表-6.1中のA1'""'A4の4種類に、

水中養生供試体には細骨材を海砂W、粗骨材をW 1'""'W 4の4種類使用することにした。

表-6.1 使用した組骨材の物性試験結果一覧

言己 粗骨材 _吸水率 すりへ 400kN _{粒形判定 母岩 母性岩係静数弾}

比重 り減量 破砕値 実積率 圧縮強度

下Eコ7 岩種 (%) (完) (先) (%) (N/mm2) (kN/mm2)

Al _ひん岩 2.78 0.46 11. 4 12 56.8 156 73.8

A2

安山岩

^{2. 71 0.76 11. 8 13 57.8 240 62. 1}

A3 _石英斑岩 2. 72 O. 50 11. 6 14 58. 2 247 72. 6

A4 _硬質砂岩 2. 69 0.78 13.0 17 58. 5 225 56.0

W1 安山岩 2.73 0.72 10.0 57. 1 153 69. 6

W2 結晶片岩 2. 81 O. 52 15. 7 13 59.4 201 72. 5

W3 角閃岩 2. 73 1. 00 21. 6 17 59.0

W4 軽量骨材 1. 46 12. 6 36. 5 36 55.0

なお、本検討では広範囲の破砕値について調べることを目指したが、破砕値の大きな砕石が入手でき なかったため、膨張けつ岩を原料とした非造粒型人工軽量骨材内(4)を使用した。British Standardでは破 砕値が30%以上の骨材には 10%細粒値の方法が適用される11)と規定されてお り、JISA 1121では構造 用軽量骨材にはすりへり減量試験は適用されない12)と規定されている。 したがって、軽量骨材がそれ らに該当するが、他の砕石との物性値相互の比較及びクリープ性状 の検討を行うために、400kN破砕 値及びすりへり減量を測定して表-6.1中に記載した。軽量骨材を使用したのは一般に軽量骨材コンク リートのクリープが普通コンクリートと同等かやや小さいと言われている13 )ことから、軽量骨材を使 用した場合を破砕値及びすりへり減量の大きい砕石の場合として検討することが可能と考え計画した ためである。

また、 表中の母岩圧縮強度及び母岩静弾性係数は、 粗骨材の母岩からφ25X50mm の円柱供試体を 抜き出し、 圧縮強度試験を行うことで測定した圧縮強度と静弾性係数であり、 角閃岩及び軽量骨材に ついては円柱供試体を作製することができなかったため圧縮強度及び静弾性係数の測定は行えなかっ た。

6.2.2 コンクリートの配合及び供試体作製

気中養生供試体及び水中養生供試体ごとに表-6.2に示される配合を基準として行った。 ただし、 水 中養生の場合には水結合材比の変化によるクリープ性状の違いを把握するために水結合材比を23%�

50%まで変化させた配合についても行った。 その際には粗骨材を角閃岩(W3)のみとした。 混和剤は W/B=23，...._，40%まではボリカルボン酸系高性能AE減水剤を結合材質量の1%の添加率で使用し、

W/B=50%にはリグニンスルホン酸系AE減水剤を結合材質量100kg当たり250m}の添加率で使用した。

なお、高炉スラグ微粉末の置換率はセメント質量に対して50%とし、練混ぜは二軸強制練りミキサで 行った。 目標空気量はW!B=50%だけ5%とし、 それ以外は2%とした。

使用

表-7.1中 粗骨材

のA1，...._，A4 表-7. 1中

のwi :':W4 1 1 ^45.7

123 1 41.7 海砂BI 1 33 148. 4 角閃岩(W3) 140 1 50. 7

1

50 150.6

コンクリートの配合及び使用骨材 水

単位量(kg/あ

スラグ|粗骨材|細骨材|混和剤

286

セメント

Vg (l!m

³⁾

表-6.2

W/BI s/a

(完)

I

^(児)

養生|使用 方法|細骨材

気中

養生 ^5.72

330

713 717 609 797

875 869 I 850ml

:高炉スラグ微粉末

6.08 7.38 5. 16 4. 26 956

901 304

258 369 213

E

1 70 I ^{1 70}

:

車 ^位

^{粗骨材容積、}

スラ

^グ

304

制一川一川

286 160

170 344

45.0 海砂A 28

水中養生

Vg

供試体は図-6.1のように 100X 100 X 400mmの角柱とし、気中養生供試体には供試体断面中心にφ 23mmのシース管を設置し、粗骨材種類ごとに1体ずつ作製し、水中養生供試体にはφ30mmのシース 管を設置し粗骨材種類ごとに2体ずつ作製した。

PC鋼棒 ひずみゲーシ.

アンカー7。レート

Hcos

s

基長(300 or 34Omm)

クリープ測定用供試体の形状及びひずみゲージ貼付状況

105

400mm 図-6.1

6.2.3 供試体の養生方法及び持続応力導入方法

打設後、 供試体は室温 20::!:20C、湿度 90土5%一定の室内に 保管し、水分の蒸発を防ぐために打設面 を湿布及びビニールシートで覆い、打設後 24時間で脱型した。 その後は図-6.2のような養生方法とし た。なお、クリープ時の乾燥収縮を考慮するために無載荷の供試体をクリープ測定用供試体と同一条件 で作製 、養生し保管した。また 、載荷時のコンクリートの圧縮強度を把握するためにφ10X20cmの円柱 供試体を粗骨材種類毎に3本ずつ作製し、クリーフ測定用供試体と同一条件で養生し28日強度を求め

た。

材齢

^l日 7日 20 ::!::2 "c

気中養生 | 十丁設 - 炉 脱型

^と

供 試体 |

^目

湿潤養生 水中養生

20 ::!::20C、60 ::!::S% _RH

気中養生

200C

|打設-�脱型

供 試体 水 中 養 生

図-6.2 供試体の養生方法

28日

�載荷

載荷

(共試体への持続応力の導入は材齢28日時点において室温200C、湿度60::!:5%の室内で行った。 載荷 方法はセンターホールジャッキでφ17mmのPC鋼棒を引張り、アンカープ レートを介して供試体端部 にナットで定着する方法とした。その際、載荷面の凹凸を少なくするためにアンカーフ レートと供試体 載荷面の聞にエポキシ樹脂を薄く塗布した。 また 、導入した持続応力は気中養生供試体では19.6N/mm2 を目標に供試体に導入し、水中養生供試体で、は目標 応力をコンクリート供試体の弾性ひずみが500X

10・6となるレベルとした。

6.2.4 クリープひずみの測定及び算出方法

(1)クリープひずみの測定方法

①載荷直後から6時間まで;

コンクリートのひずみは供試体に貼付したひずみゲージ(測長:60mm)で測定し、コンクリートに 作用する応力は PC銅棒に貼付したひずみゲージ(測長: 5mm)の値より算出した。 同時に同一条件 で養生・保管された無載荷の供試体から乾燥収縮ひずみを測定した。

②載荷後6時間以降;

コンクリートのひずみはコンパレータ一方法で測定し、乾燥収縮ひずみも同ーの方法で測定した。な お、コンパレータ一方法の基長は気中養生供試体で300mm、水中養生供試体で、340mmとした。 ひずみ ゲージの貼付状況及び基長については図-6.1に示す。

(2)クリープひずみの算出方法

本来コンクリートのクリープ試験は油圧ジャッキ等を用いて一定持続荷重のもとで行われるが、一 般に多くの試験体が必要な場合にはPC鋼棒を使用して持続荷重を導入するPC銅棒式が多く採用さ れている。 本検討においても試験体数が多いためPC銅棒式でクリーフ。試験を行ったが、ここで問題 となるのは導入応力の減少である。図-6.3は導入応力が一定の場合と減少する場合のクリープの概念

く導入応力が減少する場])

図である。

〈導入応力が一定の場。

指しyh明辻

4W勾POQム!?ふ入門

a 0

抑制ufh吹社

み量Ec

導入応力 全ひ

コンクリートの 弾性ひずみ

必'いOQム!?ふ入門

載荷後経過日数 導入応力が一定及び減少する場合のクリープの概念図

載荷後経過日数 載荷 載荷

図-6.3

図のように導入応力が一定の場合にはコンクリートの弾性ひずみも一定であり、 全ひずみ量から弾 PC鋼棒式のようにそ 性ひずみと乾燥収縮ひずみを差し引いたものがクリープひずみとなる。 一方、

のままでは導入応力を一定に保てない場合には、 持続応力により圧縮されたコンクリートは日数の経 過に伴いクリープを生じるが、それに伴うコンクリートの変形により図のように導入応力が減少し弾 性ひずみも減少する。 したがって、 厳密なクリープひずみを求めるには導入応力の減少に伴う弾性変 形量の減少分をコンクリートの弾性係数を用いて算定し補正しなければならず、そのためには、測定期 しかし、 実際にはかなり 困難であり、 本検討においてもコンクリートの静弾性係数の経時変化については把握できていない。

載荷時のコンクリートの静弾性係数を使用して補正する方法も考えられるが、日数の経過とともに静 弾性係数も変化しており、求めるクリープひずみの精度が問題になる。 本実験においては、 W/B=28%

の場合、 導入応力の減少率は粗骨材種類によらずほぼ同一で平均0.15%、 WIB=50%の場合、 0.41%

と小さいので導入応力はほぼ一定と考えてよいものと考えられる。 そこで、 クリープひずみ、 あるい は単位クリープの求め方について検討を行った。 検討に際しては、 次のような記号を用いた。

問中コンクリートの静弾性係数の経時変化を測定しなければならなくなる。

εci 任意時点のコンクリートひずみ(全ひずみ) εdi 任時時点のコンクリートの乾燥収縮ひずみ

107

εcri 任意時点のコンクリートのクリープひずみ んci'任意時点のコンクリートの単位クリープ ん:載荷直後のコンクリートの弾性ひずみ んi'任意時点のコンクリートの弾性ひずみ σ。:載荷直後の導入応力

σi 任意時点の導入応力 導入応力が一定の場合

é cri = é ci - é di -é

E_SCI - -Eci -édi - é -

u o

(式-6. 1) (式-6.2)

式一6. 1のように、導入応力が一定の場合には単純に全ひずみから乾燥収縮ひずみと載荷直後の弾性 ひずみを差し引けば、 クリープひずみが得られる。 また、 それを載荷直後の導入応力で除すれば、 単 位クリープが得られる。

導入応力が減少する場合

é cri = é ci -é di - é ei (式-6.3)

E_SCI εci -é di - é Oi

Ecri + é eii éei.!...._ écri + é ei ée

。1 σI Oj σl

(式-6.4)

時間の経過とともに導入応力が減少する場合、 式-6.3中のεeiを把握することが難しい。 そこで、

単位クリープを求めるために、 εelとんをほぼ等しいと考え、 式-6.4のように表すことにした。

é__， =εci - é di -éeiと二εcri⁺ é ei é SCI -

σ1 。1 U _O

式-6.5は最終項の分母のσiをσ。に置き換えた場合である。

(式-6.5)

以上のように、 導入応力が減少する場合には2種類の考え方で単位クリープを表現できることにな る。 それでは、 精度が良いのはどちらかという点について検討するために、 以下にん/列、 εelσ。と んi Iσiの大きさを比較することにする。 ここで、 本章の実験結果より導入応力の減少は、 W/B=28%

の場合0.15%であったことから、

したがって、

次に、

u。-0�xl00₌ 0.15

U。

ε_J二 é_ 0"

÷-L=ーと=1.0015

Oi 00 σi

• !!J_ ^{= 0.9985}

。。

é ^_ é ^_ .一二一〉ー」ー

Oi 0。

é_. é_ 0" ^ε_^: E" ^{. é _} . é

_ : En ^A

�..:.・ー」L-=--L・ーよ-=-- ^u ー = 一一ニー くI Oi 00 Oi é e E^{i • é ei • é e} Eⁱ

一般に、 コンクリートの弾性係数 は時間の経過とともに大きくなるので、 �>ヱL2 となる。

& &

ゆえに、 二土>�>ユLが成立する。

σ1 σ。 σt

σ。 σi

したがって、 本検討では可能な限り精度の良い評価を行うため、 以下のようにしてクリープひずみ (単位クリーフヲを算出した。 載荷後経過日数j日における全ひずみ(é 0)から乾燥収縮ひずみ( E di)

を差し引し、たもの、 すなわちi日におけるクリープひずみ(é cr;)と弾性ひずみ( E ei)の和をj日時 点の導入応力(σi)で除したもの、 から載荷直後の単位応力当たりの弾性ひずみ(E e)を差し引く ことにより、 単位応力当たりのクリープひずみを求めた。 これを式で表すと式-6.6のようになる。

& '"' -& Ä; & n ; ' &�..; + &n. &

単位クリープ= ^{vci vdi vei ==干 cn -e!..._�}

σ1 σI σ1 σ。

(式一6.6)

よって、 本検討では、 導入応力の減少率が非常に小さいので、 このような評価で問題ないものと考 え、 以降の検討を行った。

6.2.5 回復クリープの測定方法

水中養生を行ったクリーフ。測定用供試体に持続応力を導入して1年を超える期間クリープ測定を行 った後に、 室温200C、湿度60:t5%の室内で導入した持続応力を解放して回復クリープを測定した。

測定にはコンクリート供試体の両側面に貼付したひずみゲージ(測長; 60mm)を用いて行った。 導 入応力は、 供試体端部のナットが緩むまで再度PC鋼棒をジャッキで緊張し、 ナットを十分に緩めた 後除荷して解放した。 写真一6.1は除荷時にPC鋼棒を緊張している状況である。 回復クリープの測定 は、 導入応力解放直後から写真一6.2のようにして行った。

写真一6.1 _P C鋼棒の再緊張状況 写真一6.2 回復刊ープの測定状況

109

6. 3

実験結果及之氏考察

本検討で使用したコンクリートの平均スランプフロー及び空気量は表-6.3に示す。 さらに 、クリー プ試験の際に実際 に供試体に導入された応力の載荷時圧縮強度に対する 比、つまり(導入応力/圧縮強 度) 比を表-6.4に示す。 表に示すように、(導入応力/圧縮強度) 比はいずれも33%以下 であり、

Davis-Granvilleの法則が適用 できることが確認できる。

表-6.3 コンクリートのスうンプ7日一及び 空気量の測定値

表-6.4導入持続応力比

(導入応力/圧縮強度)比

養生 粗骨材 _{スランプ フロー 空}気量

方法 岩種 (mm) (%)

ひん岩 565 1.9

気中 _{安山岩 570 1.4} 養生 _{石英斑岩 540 2.0} 硬質砂岩 565 1.9 安山岩 665 2.0 水中 結晶片岩 555 1.8

養生 _{角閃岩 565 2. 6}

軽量骨材 _{830 1.9}

養生 粗骨材 (導入応力/圧縮強度) 方法 岩種 比(児)

ひん岩 20.4

気中 _{安山岩 20. 9}

養生 _{石英斑岩 19. 1}

硬質砂岩 19. 5

安山岩 23.5

水中 結晶片岩 24. 7

養生 _{角閃岩 20.4}

軽量骨材 _{19. 2}

6.3. 1 単位クリープの経時変化とクリープ予測式による算定値との比較検討

本検討に当たって は土木学会コンクリート標準示方書の単位応力当りのクリープひずみ予測式(以 下、 示方書式と略) を用いて求めた単位クリーフの算定値と実演IJ値を 比較して、 経時変化についての 検討を行う。示方書式では、有効材齢t'に載荷されたコンクリートの有効材齢tにおける単位応力当り のクリープひずみε'cc(t，t' ，(0) は式-6.7 のよう にして求めてよい とされている。

ê 'cc

(t， t'，ω= ll-叫{-0.09(t - t') 0.6 }J

εcr

ê cr =εbc +εdc (式一6.7)

れc

= 15(C

⁺

W)2.0(W /C)4.2(loge t')-D.67

ê 'dc

= 4500(C

+

W)1.4 _(w / C)4.2 [loge _(V / _S) /10 ]-2.2 (1-

RH

/100)。ヘ

εcr 単位応力当りのクリープひずみの最終値(x10-10/別加m2))

ê bc 単位応力当りの基本クリープひずみの最終値(X10・lO/(N/mm2)) εdc 単位応力当りの乾燥クリープひずみの最終値(X10・10/(N加m2))

C:単位セメント量(kglm3)(260kglm3孟C壬5∞kglm3) W:単位水量(kglm3)(130kglm3�玉W壬230kglm3) W/C:水セメント 比(40%三三日ヴC孟65%)

RH:相対湿度 (%)(45%孟RH孟80%)

V:体積Cmm3) S:面積Cmm2)

V/S:体積表面積比Cmm) (100mm孟V/S壬300mm)

to，t'および、t:乾燥開始時、 載荷時および、載荷中のコンクリートの有効材齢(日)で あり、 次式により補正した値を用いる。

ム 1__ __ 4000 1

t(l.t'およびt=_u

)'

_{ð_t:}

. exo113.65 _

^JVvv

I

合f ‘ �

I 273+T(企t;) /To I

L].tj :温度がTCC)である期間の日数

(1)水結合材比が変化した場合の単位クリープの経時変化について

図-6.4に水結合材比が23、 28、 33、 40及び50%と変化したコンクリートの水中養生供試体におけ る単位クリープの経時変化を示す。 図中の点線は式-6.7で表される示方書式を使用して、 求めた 算定

To : lOC

値を示している。 本予測式は圧縮強度の適用上限が70N/mm2程度と なっており、 対象の水セメント比 が高強度領域に対応していない。 また 、 本 検討における体積表面積比は25mmであり、 種々の条件が 対応していないけれども、 実験値と予測式による算定値はほぼ同様の傾向を示している。

検討で主に検討 したW/B=28%の高強度コンクリートの単位クリーフは通常強度コンクリートの場合 さらに、 本

の約114程度であることがわかる。

VAVA nHUハ川U←ココ一』斗A

Fhυト引札

lrlr定

////冨千mwwnmE

ア

ム v

W/B=23%

W/B=28児 W/B二33%

-口

A'

80 60 40 20 100

(NE\Z\∞12×) ohlEMM}潜

500 100 200 300 400

載荷後経過日数(日)

。

。

水結合材比が変化した場合のコンクリートの単位列ープの経時変化

-E・EA--EEA --A

図-6.4

(2)粗骨材種類が変化した場合の単位クリープの経時変化について

図-6.5及び6.6はW!B=28%において、 粗骨材種類だけを変えた場合にコンクリート供試体のクリ ープがどのように変化するかを養生方法別に示したものである。 図中に示す実線は示方書式を用いて 計算した算定値を示している。 両図を比較すると、 算定値が若干異なっている。 これは、 気中養生供 試体と水中養生供試体で配合が若干異なるためで、あるが、 算定値の違いはごく僅かである。 算定値と 実測値との間には違いがあるが、 傾向はほぼ同様である。 また、 気中養生の場合の単位クリープが水 中養生の場合の単位クリープよりも小さい傾向が見られるが、 これは水中養生により乾燥収縮が低減 されたことや気中養生中に既に乾燥収縮が生じていた影響と考えられる。 配合は同一でも粗骨材種類 が変わるだけで、図に示されるように、単位クリープの大きさに差違が生じていることが認められる。

o ひん岩 口 硬質砂岩

A 安山岩 一一一ー 算定値

。 石英斑岩

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載荷後経過日数(日) 図-6.5 粗骨材種類が異なる場合のコンクリートの

単位列ープの経時変化(気中養生)

材骨値量定軽算

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100 200 300 400 500 載荷後経過日数(日)

図-6.6 粗骨材種類が異なる場合のコンクリートの 単位列ープの経時変化(水中養生)

本検討では、配合中の粗骨材種類だけを変えているので、これらの粗骨材種類により生じる差違は、

クリープを拘束する粗骨材の影響によるものではないかと考えられる。 そこで、 表一6.5及び6.6に粗 骨材種類による単位クリープの大きさの粗骨材種類による違いとぱらつき状況について養生方法別に まとめて示す。

表^-6^.5 各経過日数時の単位クリ^ープ値の粗骨材種類に よ る違いと ぱ らつ き状況 (気中 養生) 経過日数 粗骨材種類ごとの単位クリーアの値 (x10-6/N/mm2) 平均値との 平均値に対す

(日) 安山岩 ひん岩 石英斑岩 硬質砂岩 平均値 差の最大値 る割合(%)

6.9 4. 8 6.5 7. 5 6.4 1.6 25.0

30 9.0 6.6 8.6 12. 6 9.2 3.4 37.0

80 11. 9 9.0 11. 2 15. 9 12. 0 3. 9 32.5

258 16. 1 12. 2 12. 6 17. 2 14. 5 2. 7 18. 6

425 18. 5 14.4 14.4 22.0 17. 3 4. 7 27. 2

各経過日数時の単位クリープ値の粗骨材種類による違いとぱらつき状況(水中養生) 経過日 数 粗骨材種類ごとの単位クリープの値 (x 10-6/N/mm2) 平均値との 平均値に対す

(日) 安山岩 結品片岩 角閃岩 軽量骨材 平均値 差の最大値 る割合 (%)

7 5.6 4. 6 6. 3

10. 2 3.6 51. 4

4. 9 6.5 10. 6 (6. 4) (4. 2) (65.6)

28 10. 2 9.0 11. 9

19. 7 ^{12. 4} 7.3 58.9

9.4 11. 1 15. 5 (11. 2) (4. 3) (38.4)

91 15. 0 14. 0 18. 1

28.0 18_.4 9.6 5 2. 2

14.6 16. 7 2 2. 2 (16.8) (5. 4) (3 2.1)

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30.9 2 2 8.9 40.4

18.4 19. 9 27.0 ( 20.5) (6. 5) (31. 7)

336 20.3 19. 9 2 2.0 37.4 23.9 13. 5 56.5

18. 8 2 2. 1 26.9 ( 21. 7) (5. 2) ( 24.0)

表-6.6

) 内の数字は軽量骨材を除外して算定した場合の値である。

表-6.5及び6.6 より、気中養生では粗骨材種類のみが変わることによる単位クリープのばらつきが

単位クリープの平均値に対して 20---40%程度であり、水中養生では40---60%程度となっていることが ) 内に示すように、 単位ク わかる。 ただし、 水中養生の 場合砕石のみに限って調べると、 表中の (

リープのばらつき は平均値に対して 24---65%程度となり、 若干ばらつきが小さくなる。

このように、 使用する粗骨材種類が変わることで単位クリーフの大きさに違いが生じることがわか したがって、 高強度コンクリートの単位クリーフに及ぼす粗骨材品質の影響について調べるため に、次項に水結合材比が2 8% の配合における各粗骨材の物性値と単位クリーフの関係について検討を る。

行う。

粗骨材物性値と単位クリープの関係

図-6.7---図-6.17 は粗骨材物性値と単位クリープの関係を示したものである。 なお、 図中の直線は 6.3.2

その関係を線形回帰したものであり、その回帰式と相関係数については後ほどまと めて示す。 図-6.7 は、気中養生供試体及び水中養生供試体における粗骨材の表乾比重とコンクリートの単位クリープの

気中養生、 30days 気中養生、 425days 水中養生、 28days 水中養生、 364days

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2.8 粗骨材の表乾比重

組骨材の表乾比重とコンクリートの単位 クリープの関係(軽量骨材を含む) 図-6.8

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11 ₃

2.7 2.75

2.8 粗骨材の表乾比重

粗骨材の表乾比重とコンクリートの単位 クリープの関係(砕石のみ)

0 2.65

図-6.7

関係を砕石粗骨材を使用した場合に限定して表示したものである。 一方、 図-6.8は軽量骨材の場合も 含めて、 粗骨材の表乾比重とコンクリートの単位クリープの関係を示したものである。 まず、 砕石の みについて見ると、 気中養生の場合には粗骨材の表乾比重が小さいほど単位クリープがやや大きくな る傾向が見られるが、 水中養生の場合には表乾比重の値によらずほぼ一定である。 軽量骨材を含めて 見ると、 表乾比重の差が極端に大きいので、 使用した軽量骨材の場合には砕石の場合より単位クリー

プが大きくなるという傾向しか認められない。

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図-6.9 粗骨材の吸水率とコンクリートの単位ク1)-)"

の関係(砕石のみ)

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図-6.9は粗骨材の吸水率とコンクリートの単位クリープの関係を粗骨材として砕石のみを使用し た場合について示したものである。 気中養生の場合については、 粗骨材の吸水率の増加に伴いコンク リートの単位クリープが少しずつ大きくなる傾向を示しており、 水中養生の場合については気中養生 の場合ほど傾向は明確ではないが、 吸水率の増加に伴い若干単位クリープが増加傾向にある。

図-6.10は粗骨材の吸水率とコンクリートの 単位クリープの関係について、 軽量骨材も含め た全骨材に対して示したものである。 前述の粗 骨材の表乾比重とコンクリートの単位クリープ の関係と同様に、 軽量骨材の吸水率と砕石の吸 水率との差が大きいために、 砕石の場合と軽量 骨材の場合を同一図上に表すと、 傾向がわかり づらくなる。

図-6.11及び6.12は粗骨材のすりへり減量と コンクリートの単位クリープの関係を示したも ので、 図-6. 11が気中養生の場合であり、 図- 6. 12が水中養生の場合で、ある。図より粗骨材の

0 o 2 4 6 8 10 12 14 粗骨材の吸水率(%)

図-6.10 粗骨材の吸水率とコンクリートの単位 クリープの関係(軽量骨材を含む)

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クリープの関係(気中養生)

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粗骨材のすりへり減量(%) 図-6.12粗骨材のすりへり減量とコンクリートの単位

クリープの関係(水中養生)

50

すりへり減量とコンクリートの単位クリープの聞には、 すりへり減量が大きくなると、 単位クリーフ も大きくなるという傾向が認められる。 また、 砕石を使用した場合と軽量骨材を使用した場合を同一 図中に表示しても、 すりへり減量とコンクリートの単位クリープの関係は明瞭に把握できることがわ かる。

図-6.13及び6.14は、 粗骨材の400kN破砕値とコンクリートの単位クリープの関係を示したもの

で、 図-6.13が気中養生の場合、 図-6.14が水中養生の場合を示す。すりへり減量の場合と同様に、粗 骨材の400kN破砕値が大きくなるとコンクリートの単位クリープも大きくなる傾向が認められる。 ま た、 砕石と軽量骨材を同一図中に表示しても400kN破砕値とコンクリートの単位クリープの関係が明 確に把握できる。

図-6.15は使用した粗骨材の全てについて母岩の静弾性係数が測定できた気中養生の場合について、

粗骨材母岩の静弾性係数とコンクリートの単位クリープの関係を示したものである。 一般に、 言われ るように粗骨材母岩の静弾性係数が大きくなればコンクリートの単位クリープはわず、かに小さくなる

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粗骨材の400kN破砕値(%) 図-6.14 粗骨材の400kN破砕値とコンクリートの

単位列ープの関係(水中養生)

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粗骨材の400kN破砕値(完) 図-6. 13 粗骨材の400kN破砕値とコンクリートの

単位クリープの関係(気中養生)

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粗骨材母岩の静弾性係数(kN/mml) 図-6. 15 組骨材母岩の静弾性係数とコンクリートの

単位列ープの関係(気中養生)

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傾向が認められる。

また、図-6.16及び6.17は気中養生、 水中養生それぞ、れの供試体について持続応力導入後7日目及 び28日目のコンクリートの静弾性係数と単位クリープの関係を示したものである。 図よりわかるよ うに、 気中養生、 水中養生のどちらにおいてもコンクリートの静弾性係数が大きくなると単位クリー プが小さくなる傾向が認められる。 その傾向は持続応力導入後経過日数が増えるほど明確になってい る。

表-6.7は図-6.7"-'図-6. 17に示した粗骨材あるいはコンクリートの物性値とコンクリートの単位ク リープとの関係について、 線形回帰した場合の回帰式とその相関係数を要因別に示したものである。

表中の相関係数の値に添えられている“*"は、相関係数の有意性の検定を危険率5%で行った結果、

有意である(相闘がないとは言えない)と判断されたことを示している。 表-6.7からわかるようにコ

表一6.7 組骨材及びコンクリートの物性値とコンクリートの単位列ープとの関係の回帰式と相関係数

要因 気中養生 水中養生

材齢 回帰式 相関係数 材齢 回帰式 相関係数 表乾比重 ^30日 y=164. 2-56. 9x 0.88 28日 y=71. 5-21. 9x 0.46

425日 y=215. 6-72. 8x 0.77 364日 y=25. 7-1. 25x 0.03

吸水率 ^30日 y=1. 83+11. 8x 0.80 28日 y=5.11+8.11x O. 89 425日 y=5. 33+14. 7x 0.99本 364日 y=18. 7+4. 77x O. 60

すりへり 1日 y=-3. 53+0. 55x 0.60 1^日 y=O. 85+0. 10x 0.86

減量 ^30日 y=-31. 2+3. 38x 0.97本 28日 y=4.94+0.40x O. 98本 425日 y=-39.4+4.75x 0.93 364日 y=l 0.3+0. 79x O. 96宇

400kN 1^日 y=-O. 3+0. 24x O. 79 1日 y=1. 24+0. 09x 0.82

破砕値 ^30日 y=-6. 4+1. 11x 0.96本 28日 y=6. 18+0. 38x O. 98キ 425日 y=-l. 38+1. 34x 0.79 364日 y=12. 3+0. 78x O. 99本

母岩の 1日 y=5.61-0.04x 0.49

静弾性係数 ^30日 y=26. 5-0. 26x 0.90 425日 y=45. 5-0. 42x 0.99ヰ

コンクリートの 7日 y=30. 9-0. 67x 0.99本 7日 y=23.8-0.48x O. 99本

静弾性係数 ^28日 y=94. 3-2. 10x 0.94 28日 y=47. 2-0. 86x 0.93

ンクリートの単位クリーフ。と高い相関を示す粗骨材の物性値は、 すりへり減量及び400kN破砕値であ る。 また、一般的に言われるように、 粗骨材母岩の静弾性係数も高い相関を示したが、コンクリート

自体の静弾性係数も相関性が高いことがわかる。

以上の検討より、まずコンクリートの単位クリーフ。に影響を及ぼす粗骨材物性値としては、吸水率、

すりへり減量、 400kN破砕値が挙げられ、 さらに、 コンクリートの静弾性係数も単位クリープと密接 な関係にあることがわかった。 そこで、 第4章で検討したコンクリートの静弾性係数への粗骨材品質 の影響において、 粗骨材のすりへり減量がコンクリートの静弾性係数と最も相関が高かったことも考 慮に入れると、 コンクリートの単位クリープと最も密接な関係にある粗骨材の物性値は、 すりへり減 量であるということになる。 ただし、 吸水率、 400kN破砕値とコンクリートの静弾性係数との聞にも すりへり減量に次ぐ相関の高さが認められることより、吸水率及び、400kN破砕値もコンクリートの単 位クリープと密接な関係があると言うことができる。 すりへり減量の単位クリープへの影響は、 すり へり減量が1%増大すると1年間の時速荷重による単位応力当たりのクリープが14X10・6から19X 10-6へと増大する程度であった。

6.3.3 粗骨材物性値とクリープ係数の関係

一般に、設計においてクリープの影響を考慮する場合にはクリープによる変形量を予測したり、PC 構造の緊張力の減少量を算定したりするが、その際にはコンクリートのクリープ係数を使用する。また、

軽量骨材コンクリートは普通コンクリートよりも静弾性係数が小さく、同一応力状態であっても普通 コンクリートより変形が大きくなるため、クリープ係数を用いて議論する場合が多い。 したがって、求 めた単位クリープを載荷時の単位応力当たりの弾性変形量で除することによりクリープ係数を求めた (式-6.8参照)。

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Oi:経過日数i日において供試体に導入されている持続応力(N/mm2) 00 載荷開始時の持続応力(N/mm2)

εsci 経過日数i日における単位クリープ(X10-6川/mm2) Ee:載荷開始時の弾性ひずみ(X10-6)

このようにして求めたクリープ係数と粗骨材物性値との関係を図一6.18--図-6.23に示す。図中の直 線はそれぞれの関係を線形回帰した場合の関係を示しており、回帰式については後に表一6.8にまとめ て示す。 まず、図一6.18及び6. 19には粗骨材の表乾比重とコンクリートのクリープ係数について養生 方法別に示す。 気中養生の場合のプロットは、供試体の実データであるが、 水中養生の場合同条件の

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1.2

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粗骨材の表乾比重

図-6.18 組骨材の表乾比重とコンクリートのクリープ 係数の関係(気中養生)

1.2

3

供試体2体のクリープ係数がほぼ同等の値を示したため、 2体の平均値をプロットしている。 気中養 生の場合は粗骨材の表乾比重が大きくなると、 コンクリートのクリーフ。係数が小さくなる傾向が認め られるが、 水中養生の場合には砕石の場合の傾向と軽量骨材のプロットとが必ずしも同ーの傾向を示 していない。

図-6.20 は粗骨材の吸水率とコンクリートのクリープ係数の関係について砕石を粗骨材として使用 した場合について示したものである。 気中養生の場合には吸水率の増加とともに、 クリープ係数も大 きくなっているが、水中養生の場合にはそれほど大きく変化していない。図-6.21は図-6.20に軽量骨 材のデータを加えてプロットしたものである。 図より、 軽量骨材を使用した場合のクリープ係数は砕 石の場合よりも若干大きいことがわかる。

1.2

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図-6.20 組骨材の吸水率とコンクリートのクリープ 係数の関係(砕石のみ)

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粗骨材の表乾比重

図-6.19粗骨材の表乾比重とコンクリートのクリープ 係数の関係(水中養生)

1.2

0 気中養生、30days

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粗骨材の吸水率(%)

図-6.21 組骨材の吸水率とコンクリートのクリープ 係数の関係(軽量骨材も含む)

図-6.22 は粗骨材のすりへり減量とコンクリートのクリープ係数の関係を示したものである。 気中 養生の場合は、 すりへり減量の増加に伴うクリープ係数の増加が著しいが、 水中養生の場合は緩やか に増加していく傾向が見られる。 また、 図-6.23は粗骨材の400kN破砕値とコンクリートのクリープ 係数の関係を示したものである。 すりへり減量の場合と同様に、 400kN 破砕値の増加に伴いクリープ 係数も増加している。 さらに、 養生条件の違いによるクリープ係数への影響は大きく異なり、 水中養 生を行った場合はクリープ係数の増加が緩やかであるが、 気中養生を行った場合は急激に増加してい

る。 実際の構造物では、 打設後気中養生を行うことになるので、 このクリープ係数の急増には注意が 必要であると言える。

1.2

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10 15 20 25 30 35 40 粗骨材の400kN破砕値(%) 図-6.22 組骨材のすりへり減量とコンクリートの

クリープ係数の関係

図-6.23 粗骨材の400kN破砕値とコンクリートの クリープ係数の関係

表-6.8は粗骨材物性値とコンクリートのクリープ係数との関係の回帰式と相関係数を示したもの である。 表中の相関係数の値に添えられている “*" は、 相関係数の有意性の検定を危険率5%で行 った結果、 有意である(相闘がないとは言えない)と判断されたことを示している。 表からわかるよ うに、 水中養生においてはすりへり減量と400kN破砕値がコンクリートのクリープ係数と高い相関関

表一6.8 組骨材物性値とコンクリートのクリープ係数との関係の回帰式と相関係数

要因 気中養生 水中養生

材齢 回帰式 相関係数 材齢 回帰式 相関係数 表乾比重 ^30日 y=5. 86-2. 02x O. 90

425日 y=7.13-2.38x O. 86

吸水率 30日 y=0.13+0.35x O. 67 28日 y=0.37+0.07x 0.78 425日 y=O. 28+0. 60x 0.94 364日 y=O. 89-0. 003x O. 02 すりへり 30日 y=一0.96+0.11x O. 91 28日 y=0.35+0.004x O. 99本 減量 425日 y=-l. 02+0.14x O. 94 364日 y=0.77+0.007x O. 96キ 400kN 30日 y=-O. 20+0. 04x O. 98本 28日 y=O. 36+0. 004x O. 99ヰ 破砕値 425日 y=O. 08+0. 04x O. 83 364日 y=0.80+0.007x O. 97キ

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係にある。 以上のように、 クリープ性状に関しては普通コンクリートと比較しでほぼ 同程度の性状を 示すと言われている軽量骨材に関しても砕石の場合と同様に評価できるという点を考慮して、 粗骨材 物性値と高強度コンクリートのクリープ係数との関係を評価するにあたっては、 すりへり減量及び 400kN破砕値が最も明瞭な傾向を示すことが判る。

クリープ係数と単位クリープ及びコンクリートの静弾性係数の関係は、次の式-6.9で表される。

CJ_ 1

E =ψ×-L=99× τ一 (式-6.9)

U。 ι

ここに、 ε:単位クリープ(x10・6/N/mm2) 中:クリープ係数

。e .載荷直後のコンクリートの弾性変形量(x 10・6) σ。:載荷直後にコンクリートに導入された応力(N/mm2) Eo:載荷時のコンクリートの静弾性係数(kN/mm2)

この式のようにクリーフ。係数と載荷時のコンクリートの静弾性係数の逆数の積が単位クリープとな るので、 単位クリープと載荷時のコンクリートの静弾性係数との積がクリーフ係数である。 ここで、

コンクリートの単位クリープ、 静弾性係数が粗骨材のすりへり減量と密接な関係にあることから、 ク リープ係数と粗骨材のすりへり減量との聞にも関係が見られることが予想される。その関係について、

これまでの検討をもとに考察してみる。 まず、 第4章で検討したコンクリートの静弾性係数と粗骨材 のすりへり減量の聞には回帰式に見られるように、 すりへり減量が増加するとコンクリートの静弾性 係数が低下する負の傾きを持つ一次直線の関係がある。 また、 コンクリートの単位クリープと粗骨材 のすりへり減量との関係は、 本章においてすりへり減量が増加すると単位クリープも大きくなる関係 が見られたが、 データ数が少なく統計的に回帰式がどのようになるかは判断できない。 しかし、 これ らの関係及び本検討結果から考えると、 粗骨材のすりへり減量とコンクリートのクリープ係数の聞に は、 すりへり減量の増加にともないクリープ係数がわずかに増加するか、 ほぼ一定の関係があること が予想される。 この点については、 さらに多くのデータの蓄積が必要である。 本研究の範囲ではすり へり減量が5%増大すると材齢28日時点のクリーフ。係数が水中養生の場合0.02程度、 気中養生の場 合0.6程度増大する傾向であった。

6.3.4 粗骨材物性値とコンクリートの回復クリープの関係

図-6.24 は水中養生を行った場合のクリープ試験において、 持続荷重を載荷してから除荷して回復 クリープを測定する問における弾性ひず、み、 クリープひずみ、 回復クリープひずみの経時変化をコン クリート供試体の単位応力あたりのひずみとして示したものである。 なお、 単位応力あたりの回復ク リープひずみは測定したひずみを除荷直前まで供試体に作用していた応力で除した値とした。

表ー6.9は図-6.24に示された載荷時弾性ひずみ、 クリープひずみ、 除荷時弾性ひずみ、 回復クリー プひずみ、 残留ひずみを単位応力あたりのひずみとしてまとめたものである。

100 200 300 400 500 載荷後経過日数(日)

図-6.24持続応力導入後の日数経過に伴うコンクリート 供試体の単位応力あたりのひずみの変化

表-6.9 クリープ試験における単位応力あたりのひずみ一覧

単位 応力あたりのひずみ(x10-6/N/mm2) ^{残留ひずみの}

W !B 使 用 載荷時弾性 最終クリーフ ^{除荷時弾 回 復 残留 ひずみ 割合}

(先) ^{粗 骨材 ひずみ E} 0 εc ^{性 ひずみ} クリー7。 ^E r εrI ^{( E} 0+εc)

安山岩 25. 3 1 8. 8 21. 7 2. 49 19. 9 0. 45

24. 5 24. 0 22. 0 3. 24 23. 2 0.48

結晶片岩 24^.0 21. 8 21. 2 2. 63 22. 0 0. 48

28 24. 4 22. 2 21. 4 2. 65 22. 6 0.48

角閃岩 31. 2 26. 7 27. 7 4.34 25. 9 0.45

31. 0 27. 2 25. 7 2. 51 30. 0 ^O. 52

軽量骨材 38. 9 33. 1 26. 0 11. 6 34. 3 0.48

50 ^角閃岩 36. 2 80. 2 33. 9 5. 94 76. 6 ^O. 66

37. 3 101. 6 36. 7 5. 71 96. 5 ^O. 69

表中の回復クリープは除荷後25日経過時の 値であり、 残留ひずみの割合は弾性ひずみとク リープひずみの合計量に対する残留ひずみの割 合を意味している。

まず、図-6.25よりW/B=28 %の場合の単位応 力あたりの回復クリープはW!B=50%の場合の 1/3'"'"'1/2であり、 水結合材比の違いにより回復 クリープの大きさが異なることが判る。 また、

同じW!B=28 %においても若干であるが、 粗骨 材種類により回復クリープの大きさに違いが見

られる。 砕石間ではほぼ同等の回復クリープで あるが、 軽量骨材を使用した場合には回復クリ ープが砕石の場合より大きくなっている。

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結 角 軽 晶 閃 量 片 岩 骨

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使用した粗骨材

{共試体ごとの単位応力あたりの 回復クリープひずみ

山

疋ゴ

図-6.25

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