材料分離がコンクリートの表層透気性に及ぼす影響

U.D.C 666.93.2

材料分離がコンクリートの表層透気性に及ぼす影響

早川 健司

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_{伊藤 正憲}

＊＊ 要 約： コンクリート構造物の耐久性を確保するためには，かぶりコンクリートの品質，特に物質移動抵抗性が重要となる。構造体か ぶりコンクリートの品質は，施工に伴うブリーディング等の材料分離の影響を少なからず受けると考えられる。本研究では，コ ンクリートの物質移動抵抗性の一つである表層透気性に着目し，これに及ぼす粗骨材の分離，およびブリーディングの影響につ いて検討した。その結果，同一水セメント比のコンクリートにおいてもブリーディング性状が異なると表層透気係数は変化し， 所要の表層透気性を確保するためには水セメント比とブリーディング性状を考慮する必要があることを定量的に示した。 ｷｰﾜｰﾄﾞ： かぶりコンクリート，材料分離，ブリーディング，表層透気性 目 次： 1.はじめに 3.実験結果および考察 2.実験概要 6.まとめ 1. はじめに コンクリート構造物の耐久性は，劣化因子の物質移動 抵抗性に依存するため，かぶりコンクリートの品質が 特に重要となる。コンクリートの物質移動抵抗性は主 に水セメント比に支配されるが，同じ水セメント比の コンクリートを使用した場合であっても，打込みや締 固め等の影響により，構造体かぶりコンクリートの品 質は材料が供試体レベルで有する品質と異なることが 知られている。土木学会コンクリート標準示方書では 両者の差を，部分安全係数を用いて評価する手法が示 されているが，使用材料の違いや部材位置での安全係 数の使い分けについては必ずしも明確になっていない のが現状と考えられる。両者の品質が異なる原因とし ては，締固めの程度，所定の配合からの材料分離，養 生等が考えられるが，構造物の所要の耐久性を確保す るためにはこれらがかぶりコンクリートの品質に及ぼ す影響を明らかにする必要がある。 構造体かぶりコンクリートの品質変動要因である材料 分離には，打込み，振動締固め時における鉄筋間の通 過や粗骨材の沈降による粗骨材の分離，また打設後の ブリーディングが考えられる。一般的なスランプを有 するコンクリートを対象とし，構造体かぶりコンクリ ートの品質変動，特に耐久性について検討した既往研 究は比較的少ないが，鉄筋間の通過による粗骨材分離 が凍結融解抵抗性に与える影響の検討 1)_{や，統計的手} 法により部材内で発生する材料の不均一性を評価した 結果が報告されている 2)_{。筆者らも，物質移動抵抗性} の一つである表層透気性に着目し，構造体かぶりコン クリートの表層透気性に及ぼす配筋や締固めの影響に 関する検討を行い，ブリーディングの影響等を示して いる 3)_{。このように，かぶりコンクリートの耐久性指} 標に及ぼす材料分離の影響を指摘している研究はある ものの，コンクリートのブリーディング性状と耐久性 指標との関係を定量的に示した研究は少ないのが現状 である。 そこで，本研究ではコンクリートのブリーディング， また粗骨材とモルタルの分離が表層透気性に及ぼす影 響を検討することを目的とし，本論では小型供試体レ ベルの室内実験で検討した結果を述べる。 2. 実験概要 2.1 使用材料および配合 表 1 に実験に用いたコンクリートの使用材料および 配合を示す。シリーズⅠは粗骨材とモルタルの分離， シリーズⅡはブリーディング性状の相違の検討を目的 としたものである。 シリーズⅠの配合は，水セメント比を 0.45，0.55， 0.65 の 3 水準とし，基準配合の目標スランプを 12cm とした。各水セメント比における基準配合（表中の網 掛け）の単位粗骨材容積 g（m3_/m3_{）は 0.37 程度であ} り，材料分離を想定したコンクリートの配合は，モル タルの質，すなわち空気量を含む粗骨材以外の構成材 料比を一定として，既往の研究を参考として粗骨材量 を 0.27 および 0.45 に変化させた。すなわち，鉄筋間 の通過による配合変化を検討した既往の研究 4）_によれ ば，鉄筋あきが 20～35mm の場合，単位粗骨材容積は -0.03～-0.12 程度小さくなること，振動締固めによる 鉛直方向の配合変化を調べた既往研究 5)_{では，標準的} な締固めで-0.05～＋0.04，過剰締固めで-0.16～+0.12 程度変化することが示されている。これらを参考とし， 標準的な配筋条件および締固めにおける材料分離より 若干大きいと考えられる条件とした。なお，比較とし て，基準配合から粗骨材を除いたモルタルについても 試験を行った。 *土木研究室 ***土木総本部 土木技術部 ＊技術研究所　土木研究室　＊＊土木総本部　土木技術部 U.D.C 666.93.2

材料分離がコンクリートの表層透気性に及ぼす影響

早川　健司

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_{伊藤　正憲}

＊＊ 東急建設技術研究所報No.37

KT：Torrent 法による表層透気係数（m2_） VC：内部チャンバの容積(m3₎ A：内部チャンバの面積（m2_） μ：空気の粘性係数（Ns/m2_{）（2.0×10}-5_） ε：コンクリートの空隙率の想定値(m3_/m3_） （通常_0.15） Pa：大気圧(N/m2₎ ⊿_{P：試験終了時までの復圧量(N/m}-2₎ t：試験終了時間 t0：試験開始時間(=60s) 3. 実験結果および考察 3.1 _{フレッシュ試験結果} 表_{2 にフレッシュ試験結果，図 1 に粗骨材量を変化} させたときのブリーディング量の経時変化を水セメン ト比毎に示す。 粗骨材量を変化させたシリーズⅠにおいて，基準配 合のスランプはすべて _{11.0cm であるのに対し，粗骨材} 量を増加させた配合のスランプ _{3～7cm，減少させた配} 合では_{18～22.5cm となり，当然のことであるが単位水} 量の変化によってスランプは変化している。ブリーデ ィング性状は図 _{1 に示すようであって，水セメント比} の増加に伴ってブリーディング量は大きくなる傾向に あり，これはセメント量の低下に伴う保水量の低下に よるものと考えられる。基準配合から単位粗骨材量を 変化させた場合，単位粗骨材量が小さい，すなわちモ ルタル量が増加すると，ブリーディング量は概ね大き くなった。ただし，水セメント比_{=0.55 では，粗骨材量} を基準より増加させた場合にブリーディング量および 率が大きくなっている。シリーズⅠでは，各水セメン ト比におけるモルタルの材料構成比率は同一であるか ら，各モルタルにおけるセメントおよび細骨材の保水 量は一定と考えられる。よって，粗骨材量の変化に伴 うブリーディング性状の違いは，モルタルもしくはセ メントペーストへの作用圧力が粗骨材量によって異な ることや，上昇したブリーディング水が粗骨材下面に 留まることにより，上面まで達する水量が変化したこ とによると考えられる。いずれにしても，打込みや鉄 筋間通過，また過剰締固めによって，粗骨材とモルタ ルが分離した場合，ブリーディング性状は基準配合と 比較して変化し，粗骨材量が大きくなる場合よりは減 少する場合にブリーディングは大きくなりやすいもの と考えられる。 また，ブリーディング性状の影響の検討を目的とし たシリーズⅡのブリーディング量は _0～0.4cm3_/cm2，ブ リーディング率は _{0～8.7%であり，使用材料が同一で} ある _{55-1，55-2，55-3 では単位水量が大きいほどブリ} ーディング量が大きくなる傾向にある。 3.2 圧縮強度および表層透気試験の結果 3.2.1 シリーズⅠ 図 _{2 にセメント水比と圧縮強度の関係を示す。基準} 配合のセメント水比と圧縮強度には，当然のことなが ら強い相関関係がある。粗骨材量を変化させた場合の 圧縮強度は，基準配合との差が _2N/mm2程度であって 概ね同等の値を示している。このように，粗骨材量の 変化による圧縮強度への影響は比較的小さい結果であ った。 図 _{3 に表層透気試験結果を水セメント比との関係で} 示す。水セメント比が小さく，セメント硬化体の組織 が緻密になると，表層透気係数 _{KT は低下する傾向が} 確認できる。水セメント比 _{0.2 の変化に対して，材齢} 28 日の KT は 0.25～2.5×10-16_m2_{，材齢91 日では 0.7～} 7.6×10-16_m2_{の範囲にあり，両者とも1 オーダ程度の範} 囲にある。ここで，材齢に伴って _{KT が増加している} のは乾燥による含水率の低下の影響と考えられる。 単位粗骨材量が _{KT に及ぼす影響をみると，同一} W/C において，粗骨材量が変化すると KT は変化して いることが示されている。例えば，含水率の影響が小 さいと考えられる材齢 _{91 日の水セメント比=0.55 にお}

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表 2 フレッシュ試験結果 記号 スラ ンプ cm 空気 量 % ブリーディング 量 cm3_/cm2 率_% Ⅰ 45-S 18.0 5.5 0.11 2.2 45-N 11.0 4.8 0.10 2.4 45-L 3.0 3.8 0.08 2.2 55-S 22.5 4.4 0.21 4.3 55-N 11.0 4.7 0.15 3.1 55-L 7.0 3.3 0.18 4.8 65-S 20.0 5.8 0.30 5.5 65-N 11.0 5.3 0.23 5.9 65-L 3.0 3.4 0.17 4.1 Ⅱ 55-0 19.0 3.1 0.00 0.0 55-1 7.5 5.4 0.11 2.7 55-2 12.5 5.0 0.12 2.7 55-3 19.0 5.1 0.15 3.6 55-4 10.5 5.8 0.40 8.7 図 2 セメント水比と圧縮強度の関係（シリーズⅠ） 20 30 40 50 60 1.25 1.75 2.25 圧縮強 度（N /m m 2) C/W g=0.27 基準 g=0.45 シ リ ー ズ Ⅱ の 配 合 は ， 単 位 水 量 を 155 ， 170 ， 185kg/m3 とし，スランプを 8～18cm 程度に変化させ た 3 種類（記号 55-1，55-2，55-3），および増粘剤を 混入してノンブリーディングとしたもの（55-0），細骨 材の種類を変化さてブリーディング性状を変化（55-4） させた計5 種類である。 2.2 供試体の作製方法 コンクリートの練混ぜには強制パン型ミキサを用い， 細骨材，セメント，水を投入後90 秒間練混ぜ，その後 粗骨材を投入して60 秒練り混ぜる方法とした。表層透 気試験用の供試体寸法は一辺 150mm の立方体とした。 供試体の作製方法は突き棒による方法とし，コンクリ ートはすべて 20℃の室内にて打設した。そして，材齢 5 日まで封堪養生を行った後脱型し，試験材齢まで 20℃，60%RH の室内に静置した。 2.3 試験項目 フレッシュコンクリートの試験は，スランプ，空気量， 温度，および _{JIS A 1123 に準拠したブリーディング試} 験である。硬化コンクリートの試験は_{Torrent 法} 6)によ る表層透気試験，および圧縮強度試験（_{JIS A 1108）で} ある。表層透気試験は，チャンバ内の圧力を真空ポン プにより減圧し，減圧を停止した後の復圧過程の測定 結果より，表層透気係数 _{KT は式(1)によって算出され} る。表層透気試験は供試体側面を対象とし，材齢_{28 お} よび_{91 日で実施した。} 表 1 コンクリートの使用材料および配合 シリーズ 記号 W/C （%） （Air %） （s/a %） （m3g _/m3_） 単位量 (kg/m3₎ AE SP/VIS W C S1 S2 G Ⅰ： 粗骨材量 変化 （網掛け： 基準配合） 45-S 0.45 5.2 55.9 0.27 197 438 882 － 705 1.09 － 45-N 4.5 44.5 0.37 170 378 761 － 968 0.94 － 45-L 3.9 36.6 0.45 149 331 665 － 1175 0.83 － 55-S 0.55 5.2 57.8 0.27 197 357 949 － 705 0.89 － 55-N 4.5 46.5 0.37 170 309 821 － 963 0.77 － 55-L 3.9 38.3 0.45 148 270 716 － 1175 0.67 － 65-S 0.65 5.2 59.2 0.27 195 300 1002 － 705 0.75 － 65-N 4.5 48.5 0.36 170 262 875 － 948 0.65 － 65-L 3.9 39.6 0.45 147 226 756 － 1175 0.57 － Ⅱ： ブリーディング変 化 55-0 0.55 4.5 46.5 0.37 170 309 821 － 963 － 3.09/0.3 55-1 4.5 48.3 0.37 155 282 882 － 963 0.71 － 55-2 4.5 46.5 0.37 170 309 821 － 963 0.77 － 55-3 4.5 44.6 0.37 185 336 761 － 963 0.84 － 55-4 4.5 48.5 0.35 175 318 － 847 917 0.84 － ※55-N と 55-2 は同一配合 セメント（C）：普通ポルトランドセメント（密度 3.16g/cm3_） 細骨材（S1）：静岡県掛川産陸砂（表乾密度 2.57g/cm3_{，吸水率1.84%）} 細骨材（S2）：島根県仁多群産加工砂（表乾密度 2.57g/cm3_{，吸水率1.01%）} 粗骨材（_{G）：東京都八王子産硬質砂岩砕石 2005（表乾密度 2.62g/cm}3_） AE 減水剤（AE）：リグニンスルホン酸系 AE 減水剤標準形 高性能AE 減水剤（SP）：ポリカルボン酸系高性能 AE 減水剤，増粘剤（VIS）：セルロース系 図 1 経過時間とブリーディング量の関係（シリーズⅠ：粗骨材量変化） 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 ブ リ ー デ ィ ン グ 量 (c m 3/ m 2) 経過時間(h:m) 0（ﾓﾙﾀﾙ） 0.27 0.36 0.45 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 ブ リ ー デ ィ ン グ 量 (c m 3/ m 2) 経過時間(h:m) 0(ﾓﾙﾀﾙ) 0.27 0.37 0.45 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 ブ リ ー デ ィ ン グ 量 (c m 3/cm 2) 経過時間(h:m) 0(ﾓﾙﾀﾙ) 0.27 0.37 0.45 ※凡例：単位粗骨材容積（m3_/m3_{） 基準配合＝0.37，036} W/C=0.45 W/C=0.55 W/C=0.65

KT：Torrent 法による表層透気係数（m2_） VC：内部チャンバの容積(m3₎ A：内部チャンバの面積（m2_） μ：空気の粘性係数（Ns/m2_{）（2.0×10}-5_） ε：コンクリートの空隙率の想定値(m3_/m3_） （通常_0.15） Pa：大気圧(N/m2₎ ⊿_{P：試験終了時までの復圧量(N/m}-2₎ t：試験終了時間 t0：試験開始時間(=60s) 3. 実験結果および考察 3.1 _{フレッシュ試験結果} 表_{2 にフレッシュ試験結果，図 1 に粗骨材量を変化} させたときのブリーディング量の経時変化を水セメン ト比毎に示す。 粗骨材量を変化させたシリーズⅠにおいて，基準配 合のスランプはすべて _{11.0cm であるのに対し，粗骨材} 量を増加させた配合のスランプ _{3～7cm，減少させた配} 合では_{18～22.5cm となり，当然のことであるが単位水} 量の変化によってスランプは変化している。ブリーデ ィング性状は図 _{1 に示すようであって，水セメント比} の増加に伴ってブリーディング量は大きくなる傾向に あり，これはセメント量の低下に伴う保水量の低下に よるものと考えられる。基準配合から単位粗骨材量を 変化させた場合，単位粗骨材量が小さい，すなわちモ ルタル量が増加すると，ブリーディング量は概ね大き くなった。ただし，水セメント比_{=0.55 では，粗骨材量} を基準より増加させた場合にブリーディング量および 率が大きくなっている。シリーズⅠでは，各水セメン ト比におけるモルタルの材料構成比率は同一であるか ら，各モルタルにおけるセメントおよび細骨材の保水 量は一定と考えられる。よって，粗骨材量の変化に伴 うブリーディング性状の違いは，モルタルもしくはセ メントペーストへの作用圧力が粗骨材量によって異な ることや，上昇したブリーディング水が粗骨材下面に 留まることにより，上面まで達する水量が変化したこ とによると考えられる。いずれにしても，打込みや鉄 筋間通過，また過剰締固めによって，粗骨材とモルタ ルが分離した場合，ブリーディング性状は基準配合と 比較して変化し，粗骨材量が大きくなる場合よりは減 少する場合にブリーディングは大きくなりやすいもの と考えられる。 また，ブリーディング性状の影響の検討を目的とし たシリーズⅡのブリーディング量は _0～0.4cm3_/cm2，ブ リーディング率は _{0～8.7%であり，使用材料が同一で} ある _{55-1，55-2，55-3 では単位水量が大きいほどブリ} ーディング量が大きくなる傾向にある。 3.2 圧縮強度および表層透気試験の結果 3.2.1 シリーズⅠ 図 _{2 にセメント水比と圧縮強度の関係を示す。基準} 配合のセメント水比と圧縮強度には，当然のことなが ら強い相関関係がある。粗骨材量を変化させた場合の 圧縮強度は，基準配合との差が _2N/mm2程度であって 概ね同等の値を示している。このように，粗骨材量の 変化による圧縮強度への影響は比較的小さい結果であ った。 図 _{3 に表層透気試験結果を水セメント比との関係で} 示す。水セメント比が小さく，セメント硬化体の組織 が緻密になると，表層透気係数 _{KT は低下する傾向が} 確認できる。水セメント比 _{0.2 の変化に対して，材齢} 28 日の KT は 0.25～2.5×10-16_m2_{，材齢91 日では 0.7～} 7.6×10-16_m2_{の範囲にあり，両者とも1 オーダ程度の範} 囲にある。ここで，材齢に伴って _{KT が増加している} のは乾燥による含水率の低下の影響と考えられる。 単位粗骨材量が _{KT に及ぼす影響をみると，同一} W/C において，粗骨材量が変化すると KT は変化して いることが示されている。例えば，含水率の影響が小 さいと考えられる材齢 _{91 日の水セメント比=0.55 にお}

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表 2 フレッシュ試験結果 記号 スラ ンプ cm 空気 量 % ブリーディング 量 cm3_/cm2 率_% Ⅰ 45-S 18.0 5.5 0.11 2.2 45-N 11.0 4.8 0.10 2.4 45-L 3.0 3.8 0.08 2.2 55-S 22.5 4.4 0.21 4.3 55-N 11.0 4.7 0.15 3.1 55-L 7.0 3.3 0.18 4.8 65-S 20.0 5.8 0.30 5.5 65-N 11.0 5.3 0.23 5.9 65-L 3.0 3.4 0.17 4.1 Ⅱ 55-0 19.0 3.1 0.00 0.0 55-1 7.5 5.4 0.11 2.7 55-2 12.5 5.0 0.12 2.7 55-3 19.0 5.1 0.15 3.6 55-4 10.5 5.8 0.40 8.7 図 2 セメント水比と圧縮強度の関係（シリーズⅠ） 20 30 40 50 60 1.25 1.75 2.25 圧縮強 度（N /m m 2) C/W g=0.27 基準 g=0.45

における圧縮強度の差は _3N/mm2程度であった。表層 透気係数 _{KT はブリーディング量が大きくなるにした} がって大きくなる傾向が認められ，この関係はシリー ズⅠと同様である。 3.3 表層透気性に及ぼすブリーディングの影響 コンクリート中の余剰水の動きを考えると，マクロ 的に見れば上面へ達したブリーディングの分だけ，供 試体内の平均的な水セメント比は減少する。ただし， ブリーディング量が大きい配合ほど表層透気係数 _KT が大きくなる事実は，内部に留まるブリーディング水 等が影響していることを示唆している。コンクリート 中のブリーディング水の挙動は非常に複雑であるが， 上面まで達する水であるブリーディング量と _{KT には} 相関が認められることから，ブリーディング量が大き いほど粗骨材下面等に留まる水量が多い，また移動経 路となった水みちが表層透気性へ影響しているものと 考えられる。 以下では，シリーズⅠとⅡの結果を合わせ，水セメ ント比およびブリーディングが表層透気性に及ぼす影 響を検討する。 図_{7 に，水セメント比と材齢 91 日における logKT の} 関係を示す。水セメント比が大きくなると，表層透気 係数 _{KT は大きくなるが，同一水セメント比のコンク} リートであっても表層透気係数 _{KT は異なることが分} かる。 図 _{8 は，シリーズⅠ（水セメント比=0.55）とシリー} ズⅡのブリーディング量と _{logKT の関係を合わせて示} したものである。ブリーディング量が大きくなると logKT が大きくなり，シリーズⅠ，Ⅱによらず全体と して概ね同様な関係が認められる。ブリーディング量 に比例して _{logKT が変化するとすれば，回帰式で示す} ようにブリーディング量 _0.1cm3_/cm2の変化に対して logKT は 0.213m2_{程度変化することになる。ブリーディ} ング性状に及ぼす配合や使用材料の影響は高水セメン ト比ほど大きくなると考えられるが，_{KT に及ぼすブリ} ーディングの影響が各水セメント比で同等とすれば， この係数を用いて求めたブリーディング量がない場合 の水セメント比と_{logKT の関係から式（2）が得られる。} logKT=2.23W/C＋2.13Bq-17.37 （2） ここに，_{W/C：水セメント比} Bq：ブリーディング量（cm3_/cm2_） 図_{9 は，式（2）によって得られる logKT の予測値と} logKT の実測値の関係を示したものである。図に示す 関係は，水セメント比とブリーディング量を考慮する ことで合理的に表層透気係数を評価できる可能性を示 唆しているものと考える。 このように，小型供試体レベルにおいてもコンクリ 図 9 _{logKT の実測値と予測値の関係} -17 -16 -15 -17 -16 -15 lo gK Tの 予 測 値 （m 2） logKTの実測値（m2₎ 25 30 35 40 45 0.1 1 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 圧 縮 強 度 (N /m m 2) KT (1 0 -1 6m 2) ブリーディング量(cm3_/cm2_） KT:28日 KT:91日 圧縮：28日 図 7 水セメント比と_{logKT の関係} 図 8 ブリーディング量と_{logKT の関係} （_W/C=0.55） 図 6 ブリーディング量と_{KT の関係} （シリーズⅡ） 1 いて，粗骨材量を変化させた場合の _{KT は基準配合よ} り _{3 倍程度大きく，水セメント比＝0.65 では，モルタ} ルと基準コンクリートの差が小さく，粗骨材量が基準 より多い場合に _{KT が小さくなる傾向にあった。この} ように，単位粗骨材容積と _{KT の関係は，水セメント} 比によって異なる傾向となったが，水セメント比が一 定の場合において粗骨材量が変化すると，圧縮強度よ りも表層透気性に対してその影響が大きい。 図 _{4 は表層透気係数 KT を空隙率εによって修正し} た場合の水セメント比と修正 _{KT の関係を示したもの} である。すなわち，表層透気係数 _{KT の算出において} 式（_{1）に示した空隙率εを試験時においては正確に把} 握することができないため，εは通常_0.15m3_/m3として 算出される。実際の空隙率は粗骨材量が少ない配合ほ ど大きくなるから，基準配合の空隙率を _{0.15 m}3_/m3と し，モルタル量の増減に比例した空隙率を仮定して _KT の修正を試みた。この場合の修正係数は，モルタルの 場合_{0.63，単位粗骨材容積が 0.27 および 0.45 m}3_/m3の 場合，それぞれ_{0.86，1.14 であり，KT の測定結果に修} 正係数を乗じて修正 _{KT を求めたものである。修正前} 後の関係を比較すると，特にモルタルの修正 _{KT は基} 準配合のそれと近い値になっている。一方，コンクリ ートの修正 _{KT は，基準配合に対する修正係数が 0.86} もしくは _{1.14 程度と比較的小さいこともあり，修正} KT は基準配合に概ね近づく傾向にあるが完全には一致 していない。このように，_{KT が変化する一要因として} は，粗骨材量の増減による空隙率の変化による見かけ 上の変化が挙げられるが，これを考慮して修正した _KT においても粗骨材量の変化によって _{KT は変化してい} るものと判断される。このことは，粗骨材の増減によ るブリーディング性状の変化や粗骨材下面の空隙等が 表層透気係数に影響していることを示唆しているもの と考える。 図 _{5 は，ブリーディング量および率と修正 KT の関} 係を示したものである。コンクリートについては水セ メント比に関わらず，ブリーディング量が大きくなる と修正 _{KT は大きくなる傾向にある。ただし，コンク} リートと比較して，モルタルのブリーディング量は大 きいが，ブリーディング量の増加に伴う修正 _{KT の増} 加はコンクリートより小さい。ブリーディング率は容 器内の試料の水量に対するブリーディング水の割合で あって，コンクリート中におけるモルタルの増減を考 慮した値であることから，モルタルを含む試験結果全 体のブリーディング率と修正_{KT の関係（logKT=0.12×} Br-16.24，R2 =0.55）は，ブリーディング量との関係 （_{logKT=1.27×Bq-16.00，R2 =0.29）より相関が高くな} っている。しかし，ブリーディング量の場合と同様に， モルタルの場合にはブリーディング率に対する表層透 気係数増加の割合がコンクリートより小さく，表層透 気係数に対しては粗骨材下面の空隙等が影響している と考えられる。 このように，鉄筋の間隙通過等によって基準配合か ら粗骨材が分離した場合，モルタル量の増加，ならび にブリーディング性状の変化等によって，表層透気性 が変化することが示された。 3.2.2 シリーズⅡ 図 _{6 に，シリーズⅡの圧縮強度および表層透気試験} の結果をコンクリートのブリーディング量との関係で 示す。圧縮強度は _{31.6~37.8N/mm}2の範囲にあり，ノン ブリーディングの圧縮強度が大きくなった。この原因 の一つとしては他の配合と比較して空気量が小さいこ とが考えられる。一方，ブリーディングのある配合間 図 3 水セメント比と_{KT の関係（シリーズⅠ）} 0.1 1 10 0.4 0.5 0.6 0.7 K T （1 0 -1 6m 2) W/C 材齢91日 モルタル g=0.27 基準 g=0.45 0.1 1 10 0.4 0.5 0.6 0.7 K T （1 0 -1 6m 2) W/C 材齢28日 0.1 1 10 0.4 0.5 0.6 0.7 K T （1 0 -1 6m 2) W/C 材齢91日 モルタル g=0.27 基準 g=0.45 0.1 1 10 0.4 0.5 0.6 0.7 修正 K T （1 0 -1 6m 2) W/C 材齢28日 図 4 水セメント比と修正_{KT の関係（シリーズ} Ⅰ） 図 5 ブリーディング量_{Bq，率 Br と修正 KT の関係} （シリーズⅠ：材齢_{91 日）} 0.1 1 10 0 2 4 6 8 10 KT （1 0 -1 6m 2) ブリーディング率（%） W/C0.45 W/C0.55 W/C0.65 0.1 1 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 修 正 K T （1 0 -1 6m 2) ブリーディング量（㎝3_/cm2_） ※色塗り：モルタル

における圧縮強度の差は _3N/mm2程度であった。表層 透気係数 _{KT はブリーディング量が大きくなるにした} がって大きくなる傾向が認められ，この関係はシリー ズⅠと同様である。 3.3 表層透気性に及ぼすブリーディングの影響 コンクリート中の余剰水の動きを考えると，マクロ 的に見れば上面へ達したブリーディングの分だけ，供 試体内の平均的な水セメント比は減少する。ただし， ブリーディング量が大きい配合ほど表層透気係数 _KT が大きくなる事実は，内部に留まるブリーディング水 等が影響していることを示唆している。コンクリート 中のブリーディング水の挙動は非常に複雑であるが， 上面まで達する水であるブリーディング量と _{KT には} 相関が認められることから，ブリーディング量が大き いほど粗骨材下面等に留まる水量が多い，また移動経 路となった水みちが表層透気性へ影響しているものと 考えられる。 以下では，シリーズⅠとⅡの結果を合わせ，水セメ ント比およびブリーディングが表層透気性に及ぼす影 響を検討する。 図_{7 に，水セメント比と材齢 91 日における logKT の} 関係を示す。水セメント比が大きくなると，表層透気 係数 _{KT は大きくなるが，同一水セメント比のコンク} リートであっても表層透気係数 _{KT は異なることが分} かる。 図 _{8 は，シリーズⅠ（水セメント比=0.55）とシリー} ズⅡのブリーディング量と _{logKT の関係を合わせて示} したものである。ブリーディング量が大きくなると logKT が大きくなり，シリーズⅠ，Ⅱによらず全体と して概ね同様な関係が認められる。ブリーディング量 に比例して _{logKT が変化するとすれば，回帰式で示す} ようにブリーディング量 _0.1cm3_/cm2の変化に対して logKT は 0.213m2_{程度変化することになる。ブリーディ} ング性状に及ぼす配合や使用材料の影響は高水セメン ト比ほど大きくなると考えられるが，_{KT に及ぼすブリ} ーディングの影響が各水セメント比で同等とすれば， この係数を用いて求めたブリーディング量がない場合 の水セメント比と_{logKT の関係から式（2）が得られる。} logKT=2.23W/C＋2.13Bq-17.37 （2） ここに，_{W/C：水セメント比} Bq：ブリーディング量（cm3_/cm2_） 図_{9 は，式（2）によって得られる logKT の予測値と} logKT の実測値の関係を示したものである。図に示す 関係は，水セメント比とブリーディング量を考慮する ことで合理的に表層透気係数を評価できる可能性を示 唆しているものと考える。 このように，小型供試体レベルにおいてもコンクリ 図 9 _{logKT の実測値と予測値の関係} -17 -16 -15 -17 -16 -15 lo gK Tの 予 測 値 （m 2） logKTの実測値（m2₎ 25 30 35 40 45 0.1 1 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 圧 縮 強 度 (N /m m 2) KT (1 0 -1 6m 2) ブリーディング量(cm3_/cm2_） KT:28日 KT:91日 圧縮：28日 図 7 水セメント比と_{logKT の関係} 図 8 ブリーディング量と_{logKT の関係} （_W/C=0.55） 図 6 ブリーディング量と_{KT の関係} （シリーズⅡ） 1

U.D.C 624.041.6

鉄筋コンクリート橋脚の配筋合理化技術の設計・施工方法

に関する基礎研究

黒岩 俊之

＊ 要 約： 本研究の目的は，耐震性を確保するために過密になるＲＣ橋脚の配筋を合理化し，より経済的かつ効率的に構築する手法を提 案することである。まず本研究で着目したのは，降伏強度の高い高強度鉄筋を利用することで，より細径の鉄筋に置き換えるこ とである。土木学会示方書では，高強度鉄筋をせん断補強鉄筋として使用する場合に，その降伏強度に制限値を設けているが， コンクリート圧縮強度が 60N/mm2以下の場合の算定精度が十分でなかった。本研究で制限値の再検討を行った結果，せん断補 強鉄筋の降伏強度の上限値をコンクリート圧縮強度の25 倍とすると，精度よくせん断耐力を評価できることを示した。次に本研 究では，ＲＣ橋脚の横拘束を効果的に行う手法として，インターロッキング型式の配筋方法に着目した。インターロッキング型 配筋構造は，円形フープ筋もしくは円形スパイラル筋を部分的にラップさせて矩形断面（小判形断面）の横拘束筋とするもので ある。本研究では，実験結果と国内外の実験データを基に，変形性能を適切に評価できる方法を提示した。また，インターロッ キング式橋脚をスパイラル筋で施工する方法を考案し，実大施工試験を行い，橋脚全体で 83％に施工を省力化することを示した。 ｷｰﾜｰﾄﾞ： 鉄筋コンクリート橋脚，配筋合理化，高強度鉄筋，インターロッキング式配筋，耐震性能 目 次： 1.はじめに 4.インターロッキング式橋脚の施工 2.高強度鉄筋を用いた場合のせん断耐力評価 5.インターロッキング式橋脚への高強度材料の適用 3.インターロッキング式橋脚の耐震性能評価 6.おわりに 1. はじめに 平成 7 年の兵庫県南部地震による被災の教訓から， 鉄筋コンクリート橋脚（以後，ＲＣ橋脚）の変形性能 を確保するための横拘束の重要性が再認識され，横拘 束を高める方法として，中間帯鉄筋を配置するように 多くの耐震設計基準が改定されている。こうした配筋 構造は，ＲＣ橋脚に十分なじん性能を与えるには有効 であるが，断面の形状寸法によっては過密な配筋とな り，経済性の低下を招くだけでなく，コンクリートの 締固め作業を困難にしている。このような背景から， 耐震性を確保しつつ，経済的かつ効率的にＲＣ橋脚を 構築する手法が望まれている。そこで本研究の目的は， 必要な耐震性を確保するために過密になる傾向にある ＲＣ橋脚の配筋を合理化し，より経済的かつ効率的に 構築する手法を提案することとした。 2. 高強度鉄筋を用いた場合のせん断耐力評価 まず本研究で着目したのは，通常の鉄筋に比較して 降伏強度の高い高強度鉄筋を利用することで，より細 径の鉄筋に置き換えることである。しかしながら，高 強度鉄筋をせん断補強鉄筋として使用すると，終局状 態における斜めひび割れ幅が過大になり，せん断耐力 が低下する。この現象を防止するため，コンクリート 標準示方書 構造性能照査編 1) _{（以後，土木学会示方} 書）では既往の梁部材による研究等 2)3)4)を踏まえ，せ ん断耐力の算出時に，①コンクリート圧縮強度 _{f’c が} 60N/mm2_{以上の場合，せん断補強鉄筋の降伏強度 fwy} を _800N/mm2 以下とする，②普通強度コンクリート （コンクリート圧縮強度 _{f’c＜60N/mm}2）を使用する場 合， _{fwy を 400 N/mm}2以下とする制限値が設けられて いる。一方，_{f’c＜60N/mm}2の場合に，_{fwy≦400N/mm}2 とするせん断耐力の計算では実験結果を過小評価する *土木総本部 土木技術部 表 2.1 試験体諸元 No. b h d a a/d 引張鉄筋 せん断補強鉄筋 f’ck (mm) (mm) (mm) (mm) 規格 本数 pt (%) 規格 ピッチ pw (%) (N/mm2) 1 SD785－D6 300 0.07 21 2 SD785－D6 150 0.14 21 3 300 450 400 1200 3.0 SD490 4 2.14 SD785－D6 100 0.21 21 4 －D29 SD785－D6 300 0.07 30 5 SD785－D6 150 0.14 30 b：断面幅 h：断面高さ d：有効高さ a：せん断スパン長 pt：引張鉄筋比 pw：せん断補強鉄筋比 f’ck：コンクリート圧縮強度の目標値 SD785：引張降伏強度が 785N/mm2相当の鉄筋 ートのブリーディング性状の違いが表層透気性に影響 することが定量的に示された。部材寸法の大きい構造 体かぶりコンクリートの表層透気性に対してはコンク リートのブリーディングの影響が小型供試体より大き くなり，またブリーディング性状はコンクリート温度 等によっても異なる。このため，構造体かぶりコンク リートにおいて所要の表層透気性を確保するためには， 水セメント比に加え，使用するコンクリートのブリー ディング性状を考慮することが有効と考えられる。 4. まとめ 本研究では，粗骨材の分離およびブリーディングが 表層透気性に及ぼす影響を検討することを目的とし， 小型供試体レベルの実験による検討を行った。本研究 の範囲で得られた知見をまとめると以下のようになる。 （１）粗骨材の材料分離により，コンクリート中の モルタル量が増加すると，ブリーディングは大きくな る傾向にあり，この傾向は高水セメント比のコンクリ ートで顕著である。 （２）粗骨材が分離した場合の表層透気係数は，分 離したコンクリートのブリーディング量と相関関係に ある。 （３）同一水セメント比のコンクリートにおいても， ブリーディング性状の相違によって，表層透気係数は 変化する。すなわち，表層透気係数はノンブリーディ ングの配合で最も小さくなり，ブリーディング量の増 加に伴って大きくなる。また，ブリーディングの影響 は圧縮強度より表層透気性に対して顕著である。 謝 辞 本研究は東京理科大学加藤佳孝准教授と共同で実施したものです。ここに記して感謝の意を表します。 参考文献 1)小沼 寛享，大野 誠彦，城門 義嗣，加賀谷 誠：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，コンクリート 工学年次論文集，Vol.29，No.1，pp.891～896，2007 2)石田哲也，加藤智治，二宮宗，前川宏一：鉄筋コンクリート部材に発生する材料不均一性の定量評価，土木学会論文集，No.669 /V-50，187-201，2001.2 3)早川健司，加藤佳孝：振動締固めによるかぶりコンクリートの充填挙動と品質変動に関する実験的研究，コンクリート工学年次論文 集，Vol.32，No.1，pp.1325～1330，2010 4)尾上幸造，亀澤靖，松下博通：鉄筋間通過によるコンクリートの配合変化，土木学会論文集 E，Vol.62，pp.119-128，2006.2 5)加賀谷誠，徳田弘，川上洵,熊谷雅毅：コンクリートの材料分離に及ぼす細骨材率の影響，コンクリート工学年次論文集，pp.225-228， Vol.3，1981

6)R.J. Torrent：A two-chamber vacuum cell for measuring the coefficient of permeability to air the concrete cover on site. Materials and Structures，vol.25，No.6，pp358-365，1992

INFLUENCE OF SEGREGATION FOR AIR PERMEABILITY OF CONCRETE

K.Hayakawa and M.Ito

This study aimed to clarify the change in bleeding characteristics of concrete and the effects on the coefficient of air permeability due to segregation of coarse aggregate. In the experiment, the air permeability was evaluated using standard specimens with mix proportions with intentional material segregation of mortar and coarse aggregate in the concrete. In the case of material segregation when the quality of mortar is constant and the ratio of coarse aggregate is changing, it was found that the bleeding characteristics vary relative to the standard concrete mix. The effect of changes on the compressive strength was also relatively small. On the other hand, when bleeding in segregating concrete increased due to the changing amount of coarse aggregate, it was found that surface air permeability also tended to increase. This relationship was similar for concretes with different bleeding properties as well as for segregated concrete. It is very important to take the bleeding properties into consideration in addition to water-cement ratio of concrete for predicting the surface air permeability as an indicator of durability.