【
論文
暑
UDC ;699
.
82 ;69.
059.
3 :69/.
17日本建築学会構造 系論文報告集 第 416 号
・
1990 年10
月Journal
efStruc
ビ.
Constr
,
Engng,
AIJ,
No
.
416.
Oct
.
,
1990屋
根 防水
層
の
ふ
く
れ
に
及
ぼ
す
下
地
コ
ン
ク
リ
ー
ト
の
要 因
屋
根 防水
層
の ふ
く れ 現
象
の メ
カ
ニズ
ム に
関 す る 研
究
・
そ
の1
正
NFLUENCE
OF
PROPERTY
OF
CONCRETE
SUBSTRATE
ON
BLISTERING
OF
MEMBRANE
ROOFING
.
Study
on
blisteling
mechanism
of
membrane
roofing
−
Part
1
一
橋
田
浩
*,田 中 享
i
”,小 池 迪 夫
* **filiroshi
HASHIZ
)
A
,
Ky
(功
’
TAIVIAKA
and
Michio
KOIKE
This
paper
describes
experimental and numericalinvestigations
onpressure
generation
between
membrane roofing and concrete substrate
,
in
orderto
understandquantitatively
the
influence
ofproperty
and
moisturecondition
of
concrete
on
blistering
problem
, which
is
one ofthe
most com・
monfailures
of membrane roofing.
An
air and water・
vaporpressure
in
a voidbetween
eoncrete and atight
surface cover at elevatedtemperature
was measured and apressure
diffusive
equation
in
concretefor
numerical analysis wasderived
.
From
both
experimental and numerical results,
it
was
proved
tha
[
mainfactors
of
concrete substrate onthe
blistering
pressure
are moisture condi.
.
tion
relatingto
water.
vaporpressure
and air.
permeabihty
.
A
numerical simnlation ofthe
blister
growth
presented
has
made clearthat
吐he
numerical methodproposed
in
this
paper
is
usefulfor
quantitative
discussion
on ヒhe
bhstering
problem
of membrane roofing.
Kegtoonts
:bliste
厂,
membrane roofin9,
concrete,
moisture,
air・
Per
?neability,
Pressure
1.
序
屋 根 防 水 層
の ふ く れ は, アス フ ァ ル ト, シー
ト,塗 膜
を間
わず
,
実
際
の建 築 物
に多 発
す る欠 陥
のひと
つ であ
りPhoto,
1
,
ユー
ザ
ー
サ イ ド
か らの ク レー
ム は非 常
に多
い。
ふ く れ は漏水
に直結
す る現 象
とは い え な いが,
現 実 問
題 と し て美 観
をそ こない,
さ らに防 水 層
の劣 化
を促
進 す る。
そ の た め,
そ の防
止
は重要
な課
題
とい え る。
しか し な が ら
,
ふ く れに は,
下 地コ ン ク リー
トの水
分状
態
,
防
水
層
と下 地
の接 着
,プ
ライ
マー
等
の揮 発 性 溶 剤
,防
水
層自身
の変 形 特 性
,
環 境 温 度 条 件
など
,
様
々な要 因
が複
雑に絡
んでおrp
i その発生
,成 長
メ カニ ズム にっ い て は,
い ま だに未解
明
な部
分が多
い。
.
そ の た め,問 題
の古
さ に も か か わ らず
,
ふ く れの明 確
な防 止 対 策
がな い の が現 状
であ る。 ふ く れ鮒 処
防
水
工法
と し ては,
ふ くれを
生
じ さ せ る 圧力
を分
散
さ せ る た めに防
水 層 を絶
縁
工法 あ
るい は点張
り 工法
にす る,
圧 力 を抜
い て しま う脱 気 工 法
に する等が行わ れて い るe し か し,
そ の信 頼 性
も あい ま い な ままであ
り,
なんら か の理 由
でべ た張
り に し な け れ ばな らな い場 合 も少
な く ない。本 研 究
は,以
上の背 景
か ら,
屋
根 防 水 層
の ふく れ現 象
の メ カニ ズムを
工学 的
に解
明
す ること を 目的 と
してい る。
ふ く れに
関
し て は い くつ か の レポーF41−
12 }が あり,
共
通
して,
ふ く れに影 響
す る主
要 因
と して下 地
コ ンク リー
トの水
分 を指摘
してい る。
下
地の含
水
量 が多
け れば
,
日射
に よ り水 蒸
気 圧が上 昇 しふ くれ が生
じ や す く な るこ と,
さらに,
防 水 層
の下地
に対
する接 着 力
の低
下 も予想
さ れ る から
であ
る。 ま た,
小 池
]3}は空 気
の熱 膨 張 圧
と水
蒸 気
圧な らびに下
地 コ ン ク リー
トの透気 性
を考 慮
す るこPhoto
.
1
Blister
ofbituminous
bu
;lt
.
up roofing membTane 本論 文は,
文献1
)’
−
3
)に 発表し た内 容 を修 正,
加 筆し たものである。
* 東 京工
業
大学 工業 材 料研究 所助 手 粋 東 京工業大学工業材料研 究 所
助教授
・
工博 * * * 東 京 工 業 大 学工 業 材 料 研 究 所 教 授・
工博Research
Associate
ofTokyo
hstitute
ofTechnology
Associate
PrQf
.
QfTokyo
Insdtute
ofTechno
[ogy,
Dr
.
Eng
,
PrQf
.
ofTo ド
yo
inst
】tute ofTech
皿ology,
Dr
.
Eng
、
と
に よ り, ふ く れが 成 長
す る過 程 を定
性的
に説
明
して い る。
しか し な が ら,
ふ く れ状 況
と下 地
コ ン ク リー
ト状 態
の関 係
につ い て の定
量的
な検
討塔
ほ と ん ど な さ れていな い。 これに は,
ふ く れの発 生
,
成 長
を実
験
的
に検
証
す る こ と が非 常
に困 難
で あ ること が主
要
因 と し て挙 げ
ら れ る。
そこで本 報
では,
まず
,
防水
層 と 下地
コ ンク リー
ト境
界
の小容
積 空 間
に生
じ る圧 力
(
以 下
, ふ くれ圧 力
と呼
ぶ。)
を模 擬試験 体
を 用
いて測
定
す ること
に よ り,
ふく
れ 圧 力 と下
地コ ン ク リー
ト状 態
の 関係
につ い て検 討
す る。次
に,
こ の ふ く れ 圧力
の数
値
シ ミュ レー
ショ ン に よ り,
ふ くれ 圧力
に及
ぼ す下 地
コ ンク リー
トの要
因
お よび
ふ く れ 圧力
の発
生メカニズ
ム を 明 確 化 す る。
そ して以上
の結 果 を基
に,
ふ く れ圧 力
がふく
れ容 積 を拡 大
す る機 構
を考
慮
して,
ふ く れの成 長
メ カニズ
ム にっ い て基 礎 的
な検 討
を加
え る。
2.
模 擬 試 験 体
によ
る ふくれ 圧 力測 定
2
.
1
実 験 概 要
2
.
1
.
1
下 地
コ ン クリー
トコ ンク
リ
ー
ト
は水
セメ ン ト比
を45
,60,
75
%の3
種
Table
l
Mix
proportions
Qf concrete specimens W/C Unitweight 〔kg!m3 ) Flne aggr巳
gate伐 》
WaterCementSandGrave1percentage
452054566401047 38,
4 601953257721047 42.
9 75 工93257866101546
,
5
嬲 櫺
蝿
;
.:
躍
n毒
、i
:
1
。。
d
辯 囎
盞
翻
。…
蠢
。?
m 隻輻 ePhoto
」2
Concrete
specimen castin
a meldA
…1
・・1
…↓
He
°1
’ng↓
… 一 ・n
・m…
rEpoxy
e巳
sin
The
ρmDcoule
E8 の
0
5
]
・
興
.
・
穿
、褸
1
滯
゜”S
ヒutiie〔I
void
ヒo
erigina ヒe
blist
已r
。
’
o
’
.
∴
(
ア
,
。
p
m
u
Fig
.
1
Specimen
for
measurement ofpressu
τei
皿crease {nthe
studied void一
36
一
類 と
し, ス ランプ
18cm
を
目標
にTable
1
に示
す調
合
と し た。 コ ン クリ
ー
ト
は,
内径 約
15cm
,高
さ15cm
のプ
ラス チッ ク シ リン ダー
に打 設
し た。
打 設
する際
,Photo.
2
に示 す よ う
に,
円 筒 形
の容 器 と 金 属 棒 を用
い てコ ン ク リー
トの表
面
に直径
38mm ,
深
さ25
mm の穴
と そ れ に っ な が る 貫 通 孔 を 設 け る よ うに した。 コ ン クリ
ー
ト硬 化
後
そ れ ら を 取 り除
き,
ふ く れ 圧力 測 定
の際
に その穴
は ふ く れの模 擬
空
間
と な り,
貫 通 孔
は空
問
内
の温
湿 度
を測 定 す
る セ ンサ
ー
を 挿 入
する ために用
い られ る(
Fig
,
1
)
。実 際
の ふ く れ は下 地
コ ン クリ
ー
ト面 上
に生
じ るも
の であ
る が,
こ こ でふ く れ模 擬 空 間 を
コ ン クリ
ー
ト
表 層
の穴
とし た の は,
コ ン クリ
ー
ト面 上
に空 間 を作 製
す るよ
りも
,
コン クリ
ー
ト層
から
の水 分 気 化
の影 響 が顕 著
で あ り,
かつ,
より安 定
し た湿 度 測 定
が可 能
で ある と考
え ら れ る た めであ る。
コ ン クリ
ー
トは打 設 後
1
日で脱 型
し,4
週間
水 中養生
と し た。水 中 養
生 と し たの は,
次
に述
べ る乾 燥 条 件
との組
み合
わ せで,
で き る だ けコ ン ク リー
トの含 水 量
を幅 広
く設 定
す る た めであ る。
2
.
1
.
2
コ ンク リー
トの乾
燥 条 件
上 記
の養 生 後
, コ ン ク リー
トはTable
2
に示
す種
々 の方 法
に よ り乾 燥
さ せ た。A
の乾 燥 方
法 は下 面
か らの乾 燥
が
ない コ ン ク リー
トス ラブ
を想
定
し,20
℃
,
40
%
RH
の環
境
で コ ン ク リー
トの上面
か らの み乾 燥
さ せ るも
の で あ り,A 一
工,
A
−
2
は 乾燥 期 間
に より含 水 量
が異
な る。
こ.
の際
, コンク リー
ト表
層 全 体
の乾 燥 状 態
がよ
り均
一
とな る よ うに,
ふ く れ模
擬 空 間 上
部
の み ア ク リル板
で封
か ん し,
空 間 内 部
は外 気
に直
接触
れ ない よ う に し た。
ま た,
通 常
の一
面 乾 燥
で は非 常
に長 期
間 で な け れば
コ ンク リー
ト内部
まで乾 燥
が進 行 しな
いこと
か ら,B
−1
の方 法
は,
短
期
間
で コ ン クリー
ト全 体
が ある程 度 均
一
に乾 燥
するよ う に,105
℃ の オー
ブ
ン で全 面 乾 燥
し たのち
,内部 湿 度
が ほ ぼ均
一
と な る よ う に封
か ん状 態
で約
2
カ月 置
くも
の で あ る。
ま た,B −2
は オー
ブ
ン で絶 乾
とし たも
の であ
るc、
表
に は, コ ンク リー
トの含 水 状 態
の目安
とし
て,
ふく
れTable
2
Dried
conditions of cQncrete specimensW
!C
Co
降d
五一
Relattve
・
Effective
骨
骨
〔%) ttening humldlty ($) porosity 〔鬼) 45 A−
1−
2 B−
1−
2 720097750210285
1 1212一
邑
冒
曹
A B06 7570977 74100396 1 1212一
一
一
一
AB57
7620977 27792516 11All specimens were eured ln wεしter for 4 weeks
before
conditloning by the fellewlng A or B.
A
:
Drytng
in
air at20
℃ and40X
RH
from
upper surface.
.
B: Oven drylng at 105 ℃from all しhe surfaces
.
.
; RH 五n the studied vo 五d εLt 20℃.
Volume of water lost
畳
・
:圧
力 測 定 時
にお ける ふ く れ模
擬 空 間
の室 温
(
20
°
C
)
で の相
対
湿度
,
およ
び飽 水 状 態
か ら減 少
し た水 分 量
を気 柑
の空 げ き 量 と し て考
え た時
の コ ン クリ
ー
ト
容積
に対
す る空
げ き量
の割 合
を示
している(
以 下
, こ れ を有 効 気 相
空 げ き率
と呼
ぶ)
。
ふ く れ模
擬 空 間
の湿 度
が同
じ70
%
RH
程 度
で も,
オー
ブ
ン に よ り乾 燥
し たもの の方
がよ りコ ン ク リー
ト全体
の水
分 量が少
ない。
,
2,
1.
3
圧 力 測 定 用 試 験 体
所 定
の乾 燥 を終
了し たコ ン クリー
トは,
裏 面
に熱
電対
をてん付
した ア ク リル板
を
ふ く れ 模擬 空
間上 部
に取
り付
け,
側 面 お よ
び上 面
をエポ
キ シ樹
脂
でコー
ティ ング
し た。2
日間 封
かん状
態 を保
っ た後
,Fig.
1
に示 す よ う
に,
水
』
銀
マ ノ メー
タ(
内 径0
.
5mm
)
お よ び湿 度
・
温 度
計
(
Vaisala
社 製
)
を 取 り付
け,
実 験
に供
した。湿 度
・
温
度 計
の湿
度
セ ンサ
ー
部
は静 電 容 量 式 薄 膜
センサー
で あ り,温 度
セ ンサー
はPt
100
Ω で ある。湿
度 ゼ
ンサー
は飽 和 塩 を用
い た校
正 器 で適 時 校 正
した。2
.
1
.
4
加 熱
お よび測 定 条 件
赤 外 線
ラ ンプ
を用 いた加 熱 装 置
に より,
作 製
した試 験
体
の上 部 面
を加 熱
し,
温度
上
昇に伴
うふ く れ模 擬 空 間 内
部
の圧 力
上昇
お よび
温湿 度 変 化 を測 定
し た。 こ の際
,
試
験 体
の側 面
は断
熱材
に よ り囲
い,
側 面
か ら の放 熱
を少
な く し た。実験
で は,熱 電 対
によ
る測 定 温 度
で あ る,
ふ く れ模 擬 空
間上 部 を
20
°
C
か ら60
℃ まで1
時
間で上 昇
さ せ,
さ らに』
1
時
間60
℃ に保
っ た後
,
加 熱 を停 止
し た。
60
℃ は実 際
の露 出 形 黒 色 防
水
層
一
下 地
コ ン ク リー
ト境
界
に生
じ る最 高 温 度
に近
い もの と考
え られ る。ま
た,
ふ くれ模 擬 空 間
の圧力
はマ ノ メー
タで5
分
ない し10
分 間
隔
で読
み取
る よう
に し,
測定 値
は大 気 圧
との差
圧 とした。2
.
2
実 験 結 果
Fig.
2
に ふく れ模 擬
空 間
の温 度 変 化
の例 を示 す
。
熱 電
対
と 湿度
・
温 度 計
の両 測 定 値
を 示 して お り,前 者
は測 定
空
間の最
上
部
,
後 者
は下 部
の 温度
を意 味
し ている。
実 験
に供 し た すべ て の試 験 体
において,
ふ くれ模 擬 空 間 内
の 温度 変 化
はFig
,
2
に近
い もの であっ た。
Fig.
3
は,
各
試 験体
にお け るふ く れ模 擬 空 間 内
の圧力
BO
0
0
0
广
0
4
2
PI し ⊃ “ OLO Ω ε 0 ト00
60
,
120
180
Tim
巳一
min
Fig
.
2
Temperature
changesin
the stuClied voLd上
昇
と相 対
湿 度変
化の結
果 を示
し て い る。
相 対
湿度 変 化
は各 乾 燥 条
件
に お ける試 験 体
の代 表 的
な一
例
を示
し て お り,
それ ぞ れの条件
内
で は他
の試 験 体
の結 果
も ほ ぼ そ れ らに準
じ て い た。
絶 乾状 態
で あるB
−
Z
を除
く各
試 験
体
におい て急 激
な温 度 上
昇
にも
か か わ らず 相 対 湿 度 低 下
が.
小
さい ことか ら,
コンクリ
ー
ト
から
ふ く れ模 擬
空
間
へ の放 湿
が顕 著
であ り,
水
分気 化
による水 蒸 気
圧の上昇
が大
きい こと が分
か る。
乾 燥 条 件
A −
1
の コ ン ク リー
トは40
%
RH
(
20
°
C
)
の環 境
で2− 3
日 間,一・
面乾
燥 した もの であり
,
ふ く れ模
擬
空 間
の相 対
湿度
が97
%
RH
,内 部
は飽 水 状 態
に近
い。 これ らの試 験 体
では,
ふ くれ模 擬 空 間
の圧 力 上 昇
は非 常
に高
い。
また,A −
2
の そ れ ら は,
同 様
の乾 燥
を4
−
5
カ 月継 続
し, ふ く れ模 擬 空 間 内
の相 対 湿 度
が70
%RH
程
度
にな
っ た時
の結 果
で あ り,
圧力
上昇
はA −1
に 比べ , やや低
い もの と な っ た。一
方
,
乾
燥
条件
A
に比
べ,
オー
ブ ンで乾 燥
した条 件
B
の コ ン クリー
トは 圧力
上昇
は か な り小 さ くな
り,
絶 乾
の コ ンクリ
ー
トではいず
れ の水
セ メ ン ト比
に お い ても極 端
に小
さ い。 これ らの結
果
は,
ふ く れ模 擬 空 間
の相 対 湿 度
よ り,
む しろ,
コ ン ク リー
ト全体
の水 分 量
が ふ く れ圧 力
と密 接
な関
係
に あ ること を示
し て い る。
また,
条件 A
で は水
セ メ ン ト比
に よ る圧 力 上昇
の差異
は ほと
んどな いが,
条 件
B
では,WIC =
75
% の試 験
体
に発 生 す
る圧 力
が最 も
小
さ く,
か な り乾 燥
が進
んだ 場 合
に は水
セ メ ン ト比に よ る 影 響 が 現 れ る もの
と 思わ れ る。
3.
コ ン ク リー
トの 圧力逸 散 を考 慮 しな
い場 合
の ふく れ
圧
力
,
Fig.
3 中
の破 線
は, ふ く れ模 擬 空 間
の圧力
上昇
に もか か わ らず 空 間 内
の空 気
がコ ンクリ
ー’
ト中
へ全
く逸 散
し な いと仮
定 し た 場 合の圧力 変化
を示
して い る。
っ まり,
完
全
な定 容積
空 間
で の空
気
の熱
膨 張 圧
と水 蒸 気
圧の上昇 分
の合
計 値
の変
化
を示
’
し てい る。
熱 膨 張 圧
は熱 電 対
と湿
度・
温 度計
に よる空
間上
下部
の測 定
温度
の平 均
温度
か ら, ま た,
水 蒸 気
圧は湿 度
・
温度 計
によ る空
間 下部
の相
対 湿 度
と温 度
の測 定 値
か ら求
め てい る。
そ れ ぞれ の乾 燥
条 件 内
で はこ の値
も
ほぽ 同一
と な るの で一
例
の みを示
し て い る。
この
値
と乾
燥
条件
A
にお け る測 定 値
はか な り近
く,
ふ く れ圧 力
は熱 膨 張 圧 と 水 蒸 気 圧
の上昇 分
であ る と み な せ るのが わか る。
しか し,
乾 燥 条 件
B
で は,
測
定値
と は大
き な差 が あ
り,
圧 力
の一
部
が コン ク リー
ト中
へ逸散
して い ること が 明
らか であ
る。 こ のよ う
に,
乾 燥
条件
に よっ て は, コ ン クリー
トの圧 力 逸 散
を考慮
しな け れば
ふ く れ 圧力
状
況を説 明
で き ない。
、
・
今 回
の実 験
で用
い たコ ンク リー
トは水 中養
生
4
週 後
の乾 燥 と
しているの に対
し,
実
際の コ ンクリー
トス ラブは打 設 後
か ら気 中 養 生
に近い状
一 37 一
工 匚
解
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宦
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180
歪 iOOeie
90
言
bH
BO
’
E
701
60
000
2
1
〔
円
5
こ
豊
§
.
9
」 寸O
甲 X , ω 」 コ ω の Φ 」 巳60
120
Time −
min
160
0
0
60
120
1
θ
0
60
120
Time −
min
180
工 江幣
診
召
宦
コ =iOO90807060
0
「0
2
1
{
円5
》
98
甲
,
0 さ 心 αも
rx − o≒
ω器
」 巳0
0
60
120
1
日0
0
0
0
0
0
0
凋 → つ 」2
1
工梟
−言
召
崔
コ エ3
2
1
{
N5 こ O畄
9
.
9x)
o♀
9x
占
≒
の ω 」 巳60
120
Time −
min
1
日0
0
0
60
120
180
60
120
Time
−
min
1
日0
Fig
.
3
Measured
pressure
lncrease
and relativehumidity
in
the studied void態
で乾
燥 が 進 むこと か ら,
ふ く れ 圧力
の コ ン ク リー
ト中
へ の逸
散
は無視
でき ない と想
定
さ れ,
ふ く れ を論
ず
るう
えで の重
要
な 因子
と考
え ら れ る。4.
コン ク リー
トの 圧力
逸
散
を考 慮
し た場 合
の ふくれ圧 力
4
.
1
基
礎
理論
コ ン ク リ
ー
ト空 げ き中
のあ る 温度
にお ける湿
り空 気
の圧 力 を 乾 燥 空 気
の分 圧
と水 蒸 気
の分 圧
に分
け て考 え
れば
,
・
一
煮
・・+Pv…・
…・
一 ・
・
…・
………・
……
(
・)
と なる。
こ こ でP
は全 圧
,
右
辺第
一
頃
は乾 燥 空 気
の分 圧でp
は乾 燥
空気
の密 度
,
r
は絶 対 温 度
で あ り,P
。は水 蒸 気 分 圧
であ
る。 ま た,
添 字
の0
はそれぞれ の初 期 値
を意 味
し,
P
。は全 圧
の初 期 値
で ある が,
初 期
温度
が20
℃程 度
であ
れ ば乾 燥 空 気
の分 圧
の初期値
とみな せ るc,温 度 が 上
昇
し,
空
気
の圧 力
が高
ま り,
ダ
ル シー
一
流
れ に従
っ て,
浸透
する と すれ ば,
v
=一
〔
h
/
μ}
grad
P
・
・
……・
t………・
t
(
2 )
一
38
一
で
あ
る。
こ こでv
は流 速
(
m/
s)
,h
は透 気 係
数
(
m2
)
,
μ は空 気
の粘性
係 数 (
Pa ・
s)
,
P
は圧 力 (
Pa
)
であ
る。
ま た, コ ン ク リ
.
r
トの有
効 気 相空
げ き率
を ε とす
れ ば,流 体
の連 続 方 程 式
は次 式
と な る1#1 。 ・{
莠
一一
…(
・vl
・
……・
・
…一 ・
…・
…・
…・
一・
(
・)
こ こ で ρは 湿 り空 気
の密 度
で あ る が,
空気 中
の水 蒸 気
重 量は ごく わず
かで あ り,
先
の乾 燥 空 気
の密 度
と同
じも
の と近 似
で き る。
以 上
3
式
よ り,
器
鬻
…丑
grad
P
・謡
誓
・咢
……・
…・
一 ・
・
・
・
……・
…・
・
…
(
4 )
と な る。(4 )
式
の右
辺第
二項
は温度変化
に伴
う空
気
の熱 膨 張
圧 の変 化
を示
し てい る。
こ こで, 温度
変
化
お よ び それに伴
う空 気
の粘 性 係 数
の変 化
,空 気 密 度
の変 化
が第
一
項
の係 数 変 化
に与
え る影 響
が小
さい と考
え れば
,
次
の近 似 式
が得
ら れ る。器
讐
…grad
P
・誓
・誓
一 ・
…
)
紅
龠
For measurement air−
per 冊eabllityや 鴇 σ For measuremen し Qf
humidity
Qn
drying of
Fig4 Specimens
for
air.
permeability
test
Pressure
こ こ で,
∂P
♂
∂t
は熱 膨 張
に よ る圧力
変
化
を表
す。
し た がっ て,
コ ン クリ
ー
ト空 げ
き中
の圧 力変 化
は熱 伝 導 や濃
度 拡 散 と相 似
の関 係
と な り,
圧 力
の逸 散 性
つま
り拡 散 係
数
はコ ン ク リー
トの透 気 係 数
お よ び有 効 気 相 空 げ
き率
に よ り定
まる。
4
.
2
コ ン ク
リ
ー
ト
の透 気 係 数 お よ び 有 効 気 相 空 げ
き率
の
測 定
4
.
2
,
1
透 気 係 数
お よ び有 効 気 相 空 げ
き率 測 定 用 試 験 体
コ ン ク リ
ー
ト試 験 体
の水
セメ ン ト比
,
調 合 条 件
お よ び養 生 条 件
は ふく れ圧
力測定実験
と同
様
である。
た だし,
試 験 体
の大
き さを 考 慮
し,
粗 骨 材
の最 大 寸 法
は15mm
と し、
た。試 験
体
は直
径
15cm
,厚
さ5cm
と し,試 験 体
の乾
燥途 中
の内 部 中
心湿 度 を測 定
す る た めに,
湿度 測 定
用
の試験 体
を別
途
作製
した。
試 験 体
の外観
をFig.
4
に示
す。4
.
2
,
2
透 気 試 験
試 験 体
は水中養生
終 了
後
, 円筒 側
面
を シー
ル し,20
℃,
40
%RH
の環境
下
で両面
か ら乾 燥
さ せ た。
.
内 部相 対
湿度
を 測定
し な が ら,
所 定
の乾 燥
が進
んだ 時 点
で同条
件
の試 験 体
の中
か ら3
体
を取
り出
し,重
量減
少
か ら有
効
気相
from
comPresse 「↓
Silicone
sealant」
一
三 7越
三 :一
卜−
【
■
.
門
Specimen
「
VolUme
measuremen of alr permeated・
Fig
.
5
Equipment
for
air・
permeabi
[ity
test
雫(
∫
15
6
7
6
一
一
一
〇
〇
〇
N ∈ ー 》 一
一
冖
刊
ロ 旧 山 E 」 uJa ー 」祠
て1
〔
プ
19
●こ
=
こ
こ
・\
■冒1
匚=45
黠 ●冒1c
言
巳α瓢 6脚/
c
=
75
器゜
こ
こ
ぐ
‘i
\
:
轟 垂樽
麗
、
\
\
ハ
0
20
40
60
80
100
Humidi
ヒy
in
concr
亀
巳te−XRH
Fig
,
6
Rela
亡ions
between
a丘r−
permeablh
亡y
and relativeh
巳mid.
ity
in
concrete1
♂
5
PO
7
田
ロ
ロ
0
0
0
へ
て
}
喜
諸
o器
E
。 Ωと
を一
1910
一一
磐」一
ダ
/
礼
ダ
レ
イ
ト/
,
舛
i
彭
il
難
0
5
10
15
20
Effective
poPosity
of
concr
噛
ete
一
瓢臼
g
,
アRelatiQns
between
air・
permeability
a 口d
effectiveporos
・
ity
of concrete空 げ
き率 を求
め,
透 気 係 数
を測 定
し た。
ま た,
養 生終 了
後
, オー
ブ
ンで絶 乾
と し た試 験
体
の測
定
も行
っ た。透 気 試 験
はFig.
5
に示
す装 置
を
用
い て行
っ た。載荷
圧 力は12XlO4
Pa
(
薔1
.
2kgf
/cm :,
大 気 圧 に対
す る相
対 的
な圧 力 増 加
は2
×104Pa )
と し た。
これ は, ふ く れ模 擬 空 間 内
の最 高 測 定 圧 力
にほ ぼ等
し く な る よ うに定
め たもの であ
る。
透 気 係 数
は,
ダ
ル シー
の式
に空 気
の圧縮
性 を考 慮
し,
定 常 流
の透 気 量 を 測 定
す ることに よ り,次
式
か ら計 算
し た14)一
’
16〕 。2d
μP2Q
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
9・
・
(6 )
k
=
(
pi
−
pi
)
!1
こ こ でk
は透 気 係 数 〔
m2)
,
d
は試 験 体
の厚
さ(
m)
,
Q
は透 気
量(
m3/
s)
,
Pl
は載荷
圧力
(
Pa
)
,
P
,は大 気 圧 (
Pa
)
,
A
は透
気 面 積
(
m2)
,
μ は空 気
の粘 性 係 数 (
=
1
.
8
×10
−
5Pa 。
s)
で あ る。4
,
2
.
3
コ ン ク リ
ー
トの透気 係 数
お よび有 効 気 相 空 げ
き率
試 験 体
の内 部 中 心 湿 度 と 透 気 係 数
の関 係 を
Fig.6
に示 す
。乾 燥
の尺 度 と
して コ ン クリ
ー
ト
の内 部 中 心 湿 度 (
コ ンク リー
ト全体
の平 均 湿 度
に近
い値
と考
え ら れ るIT )) を
考
え る と, コ ン ク リー
トの透 気 性
はコ ン クリ
ー
ト
の乾 燥
に伴
い, ま た,
水
セ メン ト比 の増 大
に伴
い大
き く な るの が分
か る。
次
に,Fig
.
7
に有 効 気
相
空
げ き率
と透 気
係
数
の関
係
を示
す。実 線
は水
セ メ ント比
45
お よ び60
%
の中 心 傾 向
を,
破 線
は水
セメ ント比
ア5
%
の そ れを 示
して い る。
コ ンク リー
トの透気 性
は,
内 部
空 げ き が どの程 度 水 分
で密
閉
さ れている かによっ て左 右
さ れ ること か ら,
有 効 気 相
空
げ き率
でか な り決
ま ること が報 告
さ れて いる が17 ),
本
実
験 結 果
か ら も,
水
セ メ ン ト比
75
%
の高 空 げ
き率
の場
合
に や や傾 向
が異
な るも
の の,
水
セ メ ント比
にかか わ らず透 気 係 数
は有 効 気 相 空 げ き率
に強 く依 存
す る。
水
セメ ント比
75
%
の傾 向
が や や異
なる の はコ ン ク リー
ト内 部
空
げ き状 態
の差 異
によ
るも
のと思
わ れ,
Fig
.
3
の乾 燥 条
件
B
に おい て圧 力状
況に水
セメ ン ト比の影 響
が現
れる一
因と なっ てい る と 考え られる。
4
,
3
ふ く れ
圧 力
シ ミュ レー
シ ョ ン4
.
3.
1
仮 定 条 件
シ ミュ レ
ー
シ ョ ン の条 件
と し て以 下
の仮 定 を
する。
1
)
ふ く れ 圧 力 測定 用 試 験 体
の計 算
モ デル はFig
.
8
に示
すも
の と し,
湿 度
・
温 度 計 挿 入
の ため
の貫 通 孔
はな
い もの と す る。2
)
ふ く れ
模
擬 空間
の相 対
湿度
は温度 変 化
に よ らず初 期
値
か ら変
化
し ないも
の と して水 蒸 気 圧 を求 め
る。
3
)
コ ン クリ
ー
ト空 げ
き中
の相 対
湿度
の初 期 値
は ふ くれ模 擬
空間
のそ れ と同
じ と し, や はり温 度
変
化
によ
らず
初
期 値
か ら変 化
し な いも
の と して水 蒸 気 圧 を 求
め る。
4 )
圧力
の拡
散
およ び熱 伝 導
は円柱
二次 元 拡 散
と し,
前
進 差 分 式 を用
い て数 値 計 算
する。 それぞれの節 点
で は熱
一 40 一
Node for finite
−
difrereblee calculatlen
.
Fig
.
8
Model
of concTete specimen w・
ith
the
studied voidfo
]「 numerical solutiQnTable3
Characteristic
values [orheat
cenduction of concreteSpecific
heat
920
J
/〔kg
・
K
)Density
2300
kg
/maThermal
cenductlvity
1
.
6
W
/〔皿・
K
)Heat
−
transfer coefftcient12
W
/〔m2・
K
)(
Botto
皿 surface )伝 導
に よ る温 度 変 化
か ら熱 膨 張
圧 と水 蒸 気
圧の変
化 が 生 じ,
さらに,
圧 力 勾 配
に伴
う拡 散
が生
じ ること に な る。
5
) 有
効
気 相
空 げ き率
はTable
2
に示
した測 定 値 を用
い,
透 気 係
数 は その空 げ き率
とFig
,
7
の関 係
より求
め る。
実
際
に は試 験 体 内 部
で水 分 勾 配
があ
るの で有 効 気 相
空 げ
き率
,透 気 係 数
と も均
一
では ない が,
こ こで はコ ン クリ
ー
ト全 体
の平 均 値
で代 表
す る。
6
冫熱 伝 導 計 算
に必
要
な物
性 値
はTable
3
に示
すも
の とす
る。こ こ で
,
2
)
,
3
)
の仮 定
は,Fig.
3
に示
し た よ うに,
圧 力
上昇 時
に おける ふ く れ模
擬 空
間の相 対
湿度 変
化
が10
%
RH
程 度
であ
ること
,ま
た, その こと か らコ ンクリ
ー
ト内 部 空 げ
きの相 対 湿 度
変
化
も小
さい と考
え ら れ る ことに よ る(
な お,後
述
の よ うに こ の シミュ レー
−t
シ ョンを実 環 境
へ対 応
さ せ ることを考
え る と ,厳 密
な椙
対
湿度
変 化
の予 測
は困難
であ
り,
相 対 湿 度
一
定
と し て も 十 分 な シ ミュ レー
シ ョ ンが可 能
である こ と が望
ま しい)
、
,
ま た,乾 燥 条 件
A
の コ ン ク リー
トで は,
実 際
に は下 層
の コ ン ク リー
ト空 げ
き ほ ど相 対
湿度
は高
く,
ふ く れ模 擬 空 間
の湿
度
と 同 じ ではないが,結
果的
に は,
ふ く れ 圧 力に及
ぼす その影 響
は ほとんど問 題
と な ら ない。
4
.
3.
2
境 界 条 件
お よび 初 期 条 件
実 験
で の温度 測 定 点
が限 られ てい るこ と,
ふ く れ模 擬
空 間
で の境 界 条 件
があい ま い な こと, か ら境
界 条 件
に閧
し て は以 下
の よ うに考
え ること と す る。
1
)
ふ くれ模 擬 空 間の 熱 膨 張 圧
変 化
はFig
.
2
に.
示
し た空
間
上
下部
の平均温 度
の変化
よ り,
水 蒸気
圧
は空
間下 部
の 温度
変
化
よ り求
め る。
2
) ふ く れ 模 擬 空 間の側 面 部 分の コ ン クリー
ト層
の熱 膨
張 圧
およ び水 蒸 気 圧
の変 化
は,
その層
全体
の 温度
が ふ くれ
模 擬 空 間
の平 均 温 度
と等
しい も の と して求
め る。3
) 各 節 点
の温度
は, ふ く れ模 擬 空
間 底 面の コ ン クリー
ト表 面
温度
が空
間 下部
の測 定
温度
と等
しい もの と し,
そ の深
さ位 置
で の コ ン クリ
ー
トの節 点
温度
も そ れ に等
しいも
の とし て熱 伝 導 計 算
に よ り求
め る。
4
) 試 験 体 側 面
は断 熱 状 態
とし,圧 力 逸
散
も ないも
の と す る。5
) 試 験 体 底 面
の圧力
は大 気 圧
とする。
また
,
初 期 条 件
とし て は,各 節 点
温度
お よ び 圧力
は3
2
1
〔
N5 丶 ←9
§
,
.
05 0 」も
夏
1 し コ器
ω 」 匚0
3
2
1
馨
り 丶 ち 畄9,
0x》
o α 寸9
×lo
」 コ器
し 」0
03
2
1
〔
N5こ
望
8
甲
,
Ox》
層 αも
rx
占
」 ⊃ 切器
」 巳o
60
120
、
,
ao
0
O
Time
−
min
Fig
.
9 Experimental
and ca【cu ]ated、
pressure
changesin
the
studied VOId
20
℃t大 気 圧
と する。
4
.
3
.
3
実 験 結 果
との比
較
Fig
.
9
に ふく
れ模 擬 空 間
の測 定 圧 力
変化
お よ び計
算 値
を 水
セ メント比
ご とに示
す。
図 中
,
圧 力 上 昇
の大
きい順
に,乾 燥 状 態
A
−
1
,A −
2
,B 一
ユ,B −
2
のそれ ぞれの試 験
体
にお ける測 定 値 と計 算 値
であ
る。
こ こで行
っ た シ ミュ レー
ショ ンは か な り単 純 化
さ れて い るも
の の, いず
れの試 験 体
に お い て も,
計 算 値
は温 度 変 化
に伴
う 圧力
変
化 状
況
,
およ
び,
乾 燥 状 態
による圧 力 上 昇
の差 異 を
よ く再
現
して いる。
以
上よ り, コ ンクリ
ー
トの要
因
と して,水 蒸気
圧源
と して の含 水 状 態
だ けで な く,透 気 性 状 を
考
慮
す るこ と によ
りふ く れ圧 力
と下 地
コ ン クリ
ー
ト状 態 を 明 確
に関
係
づ ける こ と が でき, コ ンク リー
トの圧 力 逸 散 性
を考
慮
し た(
5
)式
でふ く れ圧 力 状 況 を
ほ ぼ表 現
でき
ると考
え ら れ る。
5.
ふくれ成 長
シミ
ュ レー
シ
ョン4
.
3
で示 し た ふ く れ 圧 力 の数
値 計
算 方 法
に基
づ き,
夏
期 実 環 境に近い温 度 条 件での ふ く れ 成 長 過 程の ミュ レー
シ ョンを行 う
。
ま
ず
,
「
Fig.
10
に示 す よ う な 下 地
コ ンクリ
ー
ト面 上
の防 水 層
に,容 積
0
,
75
cm3
の1
/
6
球 面
の小
さ な空 げ
きがあ
り, その容 積 が 変 化
し ない場 合
の ふ くれ圧 力状 況 を
シ ミュ レー
ショ ンす
る(
この よう
な小 空 げ き
は,
大 き
さを
問題
と しなけれ ば,防 水
層の未 接 着 部
,防 水 層 施
工時
の空 気
の抱
き込
み,溶 融
アス ファルト流
し張
り時
にお け る コ ン クリー
ト
の水 蒸 気
に よるボイ
ド,
など必 ず存 在
する と考
えられる)
。
こ こ で,空 げ
きの温 度
は同
じくFig
.
10
に示
し たよ う
に毎
日20
°
C 〜
55
℃ の繰
り返
し と し,
空 げ
き内
の相
対
湿度
は 温度
変
化によ らず
常
に100
%RH
を 保 つ と して,
圧 力 を計
算 する。
計 算 結
果 をFig.
11
に示 す。
図に は透 気 係 数
の大
きい(
有 効 気相 空 げ
き率
も大
きい〉
Roofing
m巳皿bna
冂eVotume
=
0
.
ア5
匸炉 /NOd口 fop
fini
ヒe−
01ffe「en匚巳
匚己】匚uldtion
卜
i
・ti
CDncrete
subs
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