普通骨材と中品質再生骨材を混合使用した鉄筋コンクリート梁

(1)

普通骨材と中品質再生骨材を混合使用した鉄筋コンクリート梁

－ 2 年経過実験時の付着性状－

日大生産工 ○師橋憲貴日大生産工桜田智之 1.はじめに再生コンクリートに使用する粗

骨材に中品質再生骨材が少しでも用いられる場合には，中品質再生骨材の吸水率が高いため,乾燥収縮ひび割れの発生に対する対応を考慮する必要がある。筆者らは梁部材に発生する乾燥収縮ひび割れの抑制を目的として，

普通骨材と中品質再生骨材を混合使用した鉄筋コンクリート梁の乾燥収縮性状について検討を行ってきた。その結果，材齢がコンクリート打設後 1 年経過した梁の乾燥収縮ひび割れは，粗骨材に中品質再生粗骨材のみを用いた再生コンクリートに比べて抑制される傾向が認められた¹⁾。鉄筋コンクリート部材の乾燥収縮については 2～3 年で最終値の 60％程度であるとの報告²⁾もあることから，本研究はさらに長期材齢となる 2 年経過した梁の付着性状について検討を行ったものである。

2.実験概要表-1に試験体詳細を，また表-2 に調合表を示す。本研究で使用した再生コンクリートは，粗骨材の砕石を中品質再生粗骨材で 50%置換したRMシリーズ，さらに細骨材の天然砂を再生砂で 50%置換したRMMシリーズの 2 シリーズとした。本研究では高品質再生粗骨材と普通骨材の混合使用を扱った既往の再生コンクリートの結果と比較検討した³⁾。表-3に骨材の品質を示す。再生粗骨材はコンクリート塊をジョークラッシャーで破砕して製造されたもので，吸水率は 4.58％であった。

表-1 試験体詳細

1) RM¹⁾ 5週時

2) RM1K¹⁾ 1年時

3) RM2K 2年時

4) RMM¹⁾ 5週時

5) RMM1K¹⁾ 1年時

6) RMM2K 2年時

7) 00QM³⁾ 5週時

8) 00QMK³⁾ 1年時

9) 00QMKK³⁾ 2年時

10) 00QU³⁾ 5週時

11) 00QUK³⁾ 1年時

12) 00QUKK³⁾ 2年時

1),3):参考文献1),3)の試験体

載荷時期 (材齢)

重ね継手長さls=30d_b=570(mm)共通

試験体名シリーズ

骨材置換率

QMシリーズ再生粗骨材(50%)

砕石(50%) 天然砂(100%)

QUシリーズ再生粗骨材(100%)

砕石(0%) 天然砂(100%)

RMシリーズ再生粗骨材(50%)

砕石(50%) 天然砂(100%)

RMMシリーズ再生粗骨材(50%)

砕石(50%) 再生砂(50%) 天然砂(50%)

表-2 調合表

ーズ

M

水セメント

再生砂天然砂再生粗骨材砕石 - 816 455 503

細骨材

- 824 481 粗骨材

362

-

505 415 432 477 RM 60.0 184 307

R 65.0 180 277

176 275

989 - QU³⁾ 64.0 178

単位質量(kg/m³)

278 シリ W/C

(%)

787 QM³⁾ 64.0

Reinforced Concrete Beams with Normal Aggregate and Middle Quality Recycled Aggregate combined

-Bond Properties pass 2 years-

Noritaka MOROHASHI and Tomoyuki SAKURADA

(2)

図-1 試験体形状

図-2 試験体断面

図-1 に試験体形状を，また図-2 に試験体断面を示す。試験体は純曲げ区間の下端に長さ 30d_b(d_b：主筋の公称直径)の重ね継手を設け付着性状を検討する梁形式とした。主筋は上端と下端ともに 4-D19(SD345)を配筋し，主筋から側面および底面までのかぶり厚さは 30mmとしてサイドスプリット型の付着割裂破壊を想定して付着性状の検討を行った。

3.乾燥収縮ひび割れ図-3に 2 年間保存した RM2K と RMM2K の材齢 1 年時と 2 年時の乾燥収縮ひび割れの発生状況を示す。梁試験体は支点付近に枕木を入れ，底面も空気に触れるように保存した。本研究では乾燥収縮ひび割れの発生を低減させる目的で中品質再生粗骨材と普通骨材の混合骨材を再生コンクリートに使用したが，図-3に示す程度の乾燥収縮ひび

割れの発生が認められた。また細骨材に再生砂と天然砂を混合使用した場合はさらに乾燥収縮ひび割れの発生が増加する傾向が認められた。RM2K および RMM2K はともに材齢 1 年から 2 年に至るまでは新たな乾燥収縮ひび割れの発生は僅かであった。

表-3 骨材の品質

再生粗骨材 2.37 62.5 4.58 砕石 2.70 61.5 0.60 再生砂 2.08 72.0 9.53 天然砂 2.54 66.7 1.96 再生粗骨材 2.53 63.8 2.43 砕石 2.69 61.1 0.43

天然砂 2.57 - 1.92

QM³⁾ QU³⁾

実積率 (%)

吸水率シリーズ絶乾密度 (%)

(g/cm³)

RM RMM

4.実験結果

4.1 最終破壊形状表-4に実験結果一覧を示す。各試験体の破壊形式は RMM1K を除き曲げ降伏以前の付着割裂破壊であった。一方，

RMM1K は付着割裂破壊に対して曲げ降伏後が先行した。図-4に材齢 2 年時の載荷後の最終破壊形状を示す。RM2K，RMM2K はともに，破壊形式は重ね継手部に付着ひび割れが急激に進展する想定していたとおりのサイドスプリット型の付着割裂破壊が観察された。中品質再生粗骨材と砕石の混合使用および再生砂と天然砂の混合使用，さらに材齢が 2 年経過したことによる再生コンクリートの特段の劣化等は見当たらなかった。

単位:mm 1000

3000 700

重ね継手 s=30db=570 l

4.2 長期許容応力度時の最大曲げひび割れ幅図-5 に主筋長期許容応力度時の最大曲げひび割れ幅Ｗmax を示す。Ｗmax には若干のばらつきが認められるが，RM シリーズでは既往

a)RM2K(材齢 1 年時)

b)RM2K(材齢 2 年時)

c)RMM2K(材齢 1 年時)

d)RMM2K(材齢 2 年時)

図-3 乾燥収縮ひび割れの発生状況( 側面 )

300 700 300

240 4-D19

4-D19 Cs=30mm

300 単位:mm

3024030 300 30

RM･RMM シリーズ主筋 SD345

σ_y=376 (N/mm²) Es=1.81×10⁵(N/mm²) 横補強筋 SD295A

σ_y=363 (N/mm²) Es=1.88×10⁵(N/mm²)

30

(3)

表-4 実験結果一覧

a)RM2K(Pmax=267.0kN)

b)RMM2K(Pmax=275.0kN)

図-4 最終破壊形状(材齢 2 年時)

のQMシリーズと比較すると各載荷時期でRMシリーズの方がQMシリーズに比べＷmaxは大きい値を示した。また，材齢 2 年時を含め，天然砂を再生砂で 50％置換したRMMシリーズにおいてもＷmaxはRC規準のひび割れ制限目標値⁴⁾ の 0.25mm以内となった。

4.3 変位性状図-6 に荷重－変位曲線を示す。加力は 2 点集中による正負繰返し載荷を行い，加力の履歴は梁の曲げ強度略算式⁴⁾を用いて計算した主筋の応力度σ_tを 100N/mm² ずつ増加させ，それぞれの応力度で各 1 回正負繰返しを行った。変位は電気式変位計により梁中央の相対変位を測定した。各シリーズとも短破線の 2 年経過時は，実線の 5 週時に

1年時 2年時載荷時期

5週時

3)

σt=200N/mm²

Wmax (mm)

0.30 0.20 0.10 0 0.40

制限目標値（0.25mm）

RMシリーズ :○,●,◎

QMシリーズ :□,■,

σ_B Wmax Pmax τu exp.

(N/mm²) (mm) (kN) (N/mm²)

a)RM シリーズ

b)RMM シリーズ

図-5 主筋長期許容応力度時の

a)RM シリーズ

b)RMM シリーズ

図-6 荷重－変位曲線

1) RM¹⁾ 27.5 0.13 264.0 2.96 RM1K¹⁾ 32.3 0.16 289.2 3.26 RM2K 35.8 0.22 267.0 3.00 4) RMM¹⁾ 28.1 0.12 292.8 3.29 S

RMM1K¹⁾ 32.9 0.20 298.6 (3.35)^*1 FS RMM2K 35.0 0.18 275.0 3.09 S 00QM³⁾ 34.4 0.08 295.0 3.31 00QMK³⁾ 42.6 0.12 299.4 3.36 00QMKK³⁾ 42.9 0.12 324.6 3.64 10) 00QU³⁾ 35.5 0.10 274.0 3.08 11) 00QUK³⁾ 43.6 0.13 299.8 3.37 12) 00QUKK³⁾ 43.4 0.14 299.6 3.36 最大曲げひび割れ幅Wmaxはσ_t=200N/mm²(P=150kN)時 S：付着割裂破壊　　FS：曲げ降伏後の付着割裂破壊

破壊形式付着割裂試験体名強度

最大荷重圧縮

強度

最大曲げひび割れ幅

S

S S

*1 RMM1Kの曲げ降伏後の付着割裂破壊時　 P=298.6(kN)，δ=15.43(mm)

2) 3)

5) 6)

最大曲げひび割れ幅

RMMシリーズ

1年時 2年時載荷時期

5週時

σt=200N/mm²

Wmax (mm)

0.30 0.20 0.10 0 0.40

制限目標値（0.25mm）

7) 8) 9)

25 5

-5

-300 -100 -200 200 100

P(kN)300

10 15

RM(5週) RM1K(1年) RM2K(2年) 20δ(mm)

δ

25 5

-5 10 15

RMM(5週) RMM1K(1年) RMM2K(2年)

20

δ

-300 -100 -200 200 100

P(kN)300

δ(mm)

(4)

比較して正加力時の曲げ剛性は低くなる傾向が認められ，特に RMM シリーズは 2 年経過時の RMM2K は 1 年経過時の RMM1K に比較して剛性が低下した。このことは乾燥収縮により生じたコンクリートの内部引張応力の発生および載荷前の微細な乾燥収縮ひび割れの発生などの要因によるものと考える。また b)図の RMM1K は曲げ降伏後，変位 15mm 過ぎに付着割裂破壊が発生して耐力が低下した。これは，

主筋の降伏応力度に依存する曲げ降伏耐力に対して付着割裂強度にはばらつきがあり，付着耐力に対する曲げ降伏耐力の余裕が少なかったためと考える。

5.付着割裂強度の評価付着割裂強度は式 (1)により求めた。

ここで ^Ｍｕ：最大曲げモーメント(N・mm) j：(7/8)d(d：梁有効せい 260.5mm) ψ：鉄筋周長(4-D19 240mm)

ls：重ね継手長さ(30d_b 570mm) 図-7 に各シリーズの付着割裂強度を示す。

各シリーズの 1 年経過時(●印)の付着割裂強度はほぼ同等であり，再生骨材の品質の違いや混合使用の影響は認められなかった。一方，

RM･RMM シリーズでは 2 年経過時(◎印)の RM2K・RMM2K の付着割裂強度が 1 年経過時(●

印)に比べて低くなる傾向が認められた。表-4 の実験結果に示したようにコンクリートの圧縮強度は 2 年経過時では 1 年経過時に対して増加しているので，乾燥収縮ひび割れの影響を受けているものと考える。

6.まとめ普通骨材と中品質再生粗骨材を混合使用した鉄筋コンクリート梁の 2 年経過時の付着性状について検討を行った結果，本実験の範囲内で以下の知見が得られた。

1) 2 年経過時の曲げ剛性は，5 週時に比較して低くなる傾向を示した。特に再生砂を使用した RMM シリーズでは 1 年経過時と比較

○：5週時

シリーズ

3) 3) 2年経過時

σB(N/㎜²) 35.8 35.0 42.9 43.4 RM

RMM QM QU

●：1年経過時

◎：2年経過時

Cs=30mm, =0%, =30d

pw ls b

1 RM RMM

0 QM QU

2 3 4 5

τ ( N/ m m

2

)

u exp.

図-7 各シリーズの付着割裂強度

しても剛性が低下した。

2) 2 年経過時の付着割裂強度は，1 年経過時に比較して乾燥収縮ひび割れの影響と考えられる低下が認められた。

以上，2 年経過時では乾燥収縮ひび割れの付着性状への影響が懸念される結果が認められたことから，今後さらなる乾燥収縮ひび割れへの対策として，乾燥収縮低減剤の長期材齢での効果について検討を行いたい。

謝辞本研究に際し、東京建設廃材処理協同組合葛西再生コンクリート工場より再生骨材を供与していただきました。ここに記して深謝いたします。

参考文献

1)渡辺真悟，師橋憲貴，桜田智之：普通骨材と中品質再生骨材を混合使用した鉄筋コンクリート梁 ―乾燥収縮性状と付着性状―,日本大学生産工学部第 40 回学術講演会，2007 年 12 月，pp.35-38

2)日本建築学会：鉄筋コンクリート造のひび割れ対策(設計・施工)指針・同解説,2002 改定 (第 2 次)

3)師橋憲貴，桜田智之，柳橋邦生：高度処理による再生粗骨材を用いた鉄筋コンクリート梁 ―2 年経過時の付着割裂強度―，日本大学生産工学部第 40 回学術講演会，2007 年 12 月，

pp.31-34

4)日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説 ―許容応力度設計法―,1999 (N/mm²) (1)

ｊ･ψ･ls τu exp. = Mu