土木学会論文集 E Vol.66 No.3, , 最大粒径 2.5mm の細骨材を用いたノンプレミックス型超高強度繊維補強コンクリートに関する研究 坂本淳 1 田中良弘 2 新藤竹文 3 宇治公隆 4 1 正会員大成建設株式会社技術センター ( 横浜市戸塚区

最大粒径 2.5mm の細骨材を用いた ノンプレミックス型超高強度繊維補強

コンクリートに関する研究

坂本 淳

¹

・田中 良弘

²

・新藤 竹文

³

・宇治 公隆

⁴

1正会員 大成建設株式会社 技術センター（〒245-0051 横浜市戸塚区名瀬町344-1）

E-mail: [email protected]

2フェロー会員 大成建設株式会社 技術センター（〒245-0051 横浜市戸塚区名瀬町344-1）

E-mail: [email protected]

3フェロー会員 大成建設株式会社 技術センター（〒245-0051 横浜市戸塚区名瀬町344-1）

E-mail: takefumi.shindoh@ sakura.taisei.co.jp

4正会員 首都大学東京 都市環境科学研究科（〒192-0397 八王子市南大沢1-1）

E-mail: [email protected]

最大粒径2.5mmに調整した一般のコンクリートに使用される細骨材を用いて，ノンプレミックス型超高 強度繊維補強コンクリートの配合を実験により検討した．その結果，絶乾状態の細骨材を骨材混合比50～ 60％程度の範囲で7号珪砂と併用することにより，所要の強度特性を満足する配合が得られることを確認 した．また，細骨材の粗粒率が2.0～2.5程度の範囲であれば，骨材粒度の変動がコンクリートの品質に及 ぼす影響は無いこと，本研究で提案した標準配合は，プレミックス型標準配合粉体を用いた配合と同等の 凍結融解抵抗性，中性化抵抗性，および塩化物イオン侵入抵抗性を有していること等を確認した．

Key Words : ultra high strength fiber reinforced concrete, fine aggregate, non-premixed type

1. はじめに

超高強度繊維補強コンクリート（以下，UFCと記す）

は，高強度，高じん性，高耐久性などの優れた特徴を活 かし，近年では海洋環境下における床版部材¹⁾や，道路 橋²⁾など大型の実構造物へ盛んに適用されている．

使用されているUFCのマトリックスとしては，土木学 会「超高強度繊維補強コンクリートの設計・施工指針

（案）」³⁾（以下，UFC指針（案）と記す）に示されて いる標準配合粉体のように粉体材料と骨材をプレミック スしたもの，あるいはエトリンガイト系混和材を添加し たプレミックスセメントと砕砂を混合したもの⁴⁾が多く 適用されており，これらプレミックス方式が主流となっ ている．

プレミックス方式によるUFCの製造は，セメント，シ リカフューム，珪砂など厳選された個々の材料をメーカ の工場で予め混合して製造されたマトリックス材料を，

メーカにより定められた配合に準じて，水，混和剤，補 強用繊維などと練り混ぜることで行われることから，配 合設計の作業が省略でき，品質の安定化にも有効である．

その反面，プレミックス品製造に要するコストも生じる ことから，UFCを大量に施工する場合では，使用者が 個々の材料を個別に調達して練り混ぜるノンプレミック ス方式に比べて，プレミックス方式は経済性に劣る場合 も考えられる．

本研究では，材料コスト低減が期待できるノンプレミ ックス型UFCを開発することを目的として，一般のコン クリートに使用される細骨材のUFCへの適用性や，個々 の使用材料の計量誤差が品質に及ぼす影響などを検討し，

選定された標準的な配合について強度特性や耐久性など を実験的に検証した結果を示す．

2.

一般細骨材を用いたノンプレミックス型

UFC

の配合に関する検討

(1) 一般細骨材の適用性に関する検討 a) 検討概要

本節では，一般のコンクリートに使用される細骨材の ノンプレミックス型UFC配合への適用性を確認するため，

その混合率や最大寸法などについて検討した結果を示す．

本研究におけるUFCの目標品質は，UFC指針（案）³⁾を 参考にして表-1に示すように定めた．

b) 使用材料および配合

本節の実験で使用した材料の品質を表-2に，検討配合 を表-3に示す．使用材料は，いずれも市販の材料を使用 した．UFC指針（案）³⁾に示される標準配合粉体の材料 構成を参考に，粉体材料としては低熱ポルトランドセメ ント，シリカフュームを中心に配合し，その他に中間粒 子となる混和材料を適宜添加した．骨材としては4～7号 珪砂，細骨材を使用した．その他，上水道水，ポリカル ボン酸系高性能減水剤，および鋼繊維を使用した．なお，

本研究で対象とする細骨材はアルカリシリカ反応性によ る区分Aに相当する骨材であり，本節の実験では表乾状 態に調整した試料を使用した．また，鋼繊維はUFC指針

（案）³⁾に示される標準配合粉体と共に用いられている もの（φ0.2×15mm）と材質は同等であるが，長さが

2mm短い市販の繊維材である．

本実験では表-3に示す配合について，骨材最大寸法の 検討（No.1-1～1-3），および珪砂と一般細骨材との混合 比の検討（No.2-1～3-3）を行った．前者については，4

～6号珪砂を混合して最大寸法1.2,2.5,5mmとなるように 調整した珪砂を用いて検討した．調整する際には，各最 大寸法で実積率が最も高くなるように混合した．後者に ついては，最大寸法2.5mmの一般細骨材と7号珪砂との 混合質量比を検討要因として，No.2のシリーズでは細骨 材混合比60～100％について最適範囲を検討し，No.3の シリーズでは50～70％の範囲に絞って詳細検討した．使 用した骨材の粒度分布および粗粒率を図-1に示す．

c) 実験方法

本節の実験では，容量30リットルモルタルミキサを使 用して4リットルのUFCを練り混ぜた．練混ぜの手順は，

以下の方法を基本とし，混練状態に応じて練混ぜ時間な どは適宜調整した．初めに水，高性能減水剤，鋼繊維以 外の材料を投入し，低速回転で1分間空練りした後，水，

高性能減水剤を投入して低速回転で3分間練り混ぜた．

容器内側面に付着した試料を練りさじで掻き落とした後，

中速回転でさらに7分間練り混ぜた．次に，試料を低速 回転させながら鋼繊維を1分間で投入し，さらに2分間練 り混ぜて各種試験に供した．

フレッシュ時の品質確認試験としては，フロー試験

（JIS R 5201，落下なし）， V型ロート流下試験（JSCE-

F 512，モルタル用試験器

⁵⁾を使用）を行った．強度確認

用の供試体は材齢1～2日で脱型した後，参考文献³⁾に示 される標準熱養生（90℃蒸気養生を48時間）を施し，φ

50×100mm

供試体により圧縮強度試験（JIS A 1108）を，

40×40×160mm供試体により曲げ強度試験（JSCE-G 552）を実施した．

表-1 本研究におけるUFCの主な目標品質

フロー 240 mm

フレッシュ

性状 200mmフロー到達時間 10～25秒

圧縮強度 150～180 N/mm² ひび割れ発生強度 4N/mm²以上

引張強度 5 N/mm²以上 各種強度

の特性値

曲げ強度^注） 25N/mm²

注）100×100×400mm供試体の3等分点曲げ試験による評価 表-2 主な使用材料の品質

材料品種

(記号) 材料名 品質 水

(W) 水 上水道水 低熱ポルト

ランドセメント 密度3.22g/cm³ 粉体材料

(P)

シリカフューム 密度2.22g/cm³ 4～7号珪砂 表乾密度2.64g/cm³ 骨材

(S) 細骨材 表乾密度 2.62g/cm³，吸水率 1.9％,最大寸法2.5mm 混和剤

(Ad) 高性能減水剤 ポリカルボン酸系 繊維材

(SF) 鋼繊維

φ0.2mm×13mm, 密度7.85g/cm³,

引張強度2000N/mm²以上 表-3 検討配合（その1）

単位量（kg/m³） No. 検討要因

W P S Ad SF

1-1 珪砂のみ (最大寸法5mm) 1-2 珪砂のみ

(最大寸法2.5mm) 1-3 珪砂のみ

(最大寸法1.2mm)

182 1190 1011 32 157

2-1 細骨材混合比100%

2-2 細骨材混合比70%

2-3 細骨材混合比60%

164 1247 930 32 157 3-1 細骨材混合比70%

3-2 細骨材混合比60%

3-3 細骨材混合比50%

169 1288 859 36 157

図-1 配合No.1-1～3-3に使用した骨材の粒度分布 0

20 40 60 80 100

0.1 1 10

ふるい目（mm）

通過率（％）

1-1(2.69) 1-2(2.38) 1-3(1.76) 2-1(2.22) 2-2(1.73) 2-3(1.56) 3-3(1.38)

凡例の( )内数値 は粗粒率を示す

d) 実験結果

最大寸法1.2～5mmの珪砂を用いて，骨材最大寸法が 品質に及ぼす影響を検討した結果を，図-2に示す（配合

No.1-1～1-3）．同図に示すように，最大寸法5mmの場合

は他と比べると，Vロート流下時間が遅い結果となった．

骨材の最大寸法が大きいほど，流動する際に鋼繊維と相 互作用が生じ易くなるため，間隙通過性が低下したもの と思われる．また，曲げ強度も比較的低い結果となった が，これも寸法の大きい骨材が鋼繊維の均一な分布を阻 害したためと思われる．UFC指針（案）³⁾には，骨材の 最大寸法は2.5mm以下とすることが規定されている．そ の理由の一つとして，2.5mmより大きい骨材を使用する と，本実験結果のような性能低下が生じるためと考えら れる．

次に，最大寸法2.5mmの一般細骨材を使用し，7号珪 砂との混合比を検討した結果を図-3に示す（配合No.2-1

～2-3）．他のケースに比べて一般細骨材の混合比100％

の場合は，Vロート流下時間が早く，圧縮強度と曲げ強 度が共にやや低い結果であった．これは，粒径の大きな 骨材が多いほどUFCの降伏値が小さくなることや，鋼繊 維とペースト部との界面に粒径の大きな骨材が介在する 可能性が高くなるため強度低下が生じることなどが要因 として考えられる．したがって，一般細骨材と珪砂を併

200 250 300

50 60 70 80 90 100 細骨材の混合質量比(%)

フロー(mm)

30 35 40 45 50 55 60

Vロート流下時間 (sec) フロー Vロート流下時間

160 180 200 220 240

50 60 70 80 90 100

細骨材の混合質量比(%) 圧縮強度(N/mm2 )

20 30 40 50 60

曲げ強度(N/mm2 ) 圧縮強度 曲げ強度

図-3 細骨材の混合質量比と物性の関係

（配合No.2-1～2-3）

200 250 300

40 50 60 70 80

細骨材の混合質量比(%) フロー(mm)

30 35 40 45 50 55 60

Vロート流下時間 (sec)

フロー Vロート流下時間

160 180 200 220 240

40 50 60 70 80

細骨材の混合質量比(%) 圧縮強度(N/mm2 )

20 30 40 50 60

曲げ強度(N/mm2 ) 圧縮強度 曲げ強度

図-4 細骨材の混合質量比と物性の関係

（配合No.3-1～3-3）

200 250 300

0 2 4 6

珪砂の最大寸法(mm)

フロー(mm)

30 35 40 45 50 55 60

Vロート流下時間 (sec)

フロー Vロート流下時間

160 180 200 220 240

0 2 4 6

珪砂の最大寸法(mm) 圧縮強度(N/mm2 )

20 30 40 50 60

曲げ強度(N/mm2 ) 圧縮強度 曲げ強度

図-2 珪砂の最大寸法と物性の関係

（配合No.1-1～1-3）

用する場合には，流動性と強度特性とのバランスを考慮 した最適混合比があると言え，配合No.3-1～3-3を対象と して更に詳細検討を行った．なお，配合No.2のシリーズ の試験結果が表-1に示す目標品質に比べてフレッシュ性 状，強度特性共にやや劣る結果であったので，これらの 品質改善を図るため，配合No.3のシリーズでは単位水量 および単位粉体量をNo.2のシリーズに比べて増加させた．

図-4は，骨材全体に対する一般細骨材の混合比を50～

70％の範囲で検討した結果である．本検討範囲では，概

ね目標品質を満足しているものと考えられるが，細骨材 混合比70％の場合には材料分離抵抗性がやや不足してい る性状であった．このため，最適な細骨材混合比は50～

60％程度の範囲と考え，以降の実験では一般細骨材と7

号珪砂の混合比を55：45としたものを骨材として使用す ることとした．また，本節の曲げ強度試験では比較的小 さな供試体（40×40×160mm）を用いたが，UFC指針

（案）³⁾に示されているように曲げ強度は供試体の寸法 効果を受けるため，まだ目標とした曲げ強度には不足し ていると考えられた．このため，以降の実験では水粉体 比は本検討と同程度（約13％）として，粉体量をさらに 増やすこととした．

(2) 細骨材の保水状態が品質に及ぼす影響 a) 検討概要

前節の検討では，表乾状態に調整した細骨材を使用し ていたが，工場レベルの大容量で本UFCを製造する場合 には，そのような状態に細骨材を調整・保管することは 困難であるため，絶乾状態で保管するか，あるいは表面 水率を有した状態で保管・管理するか，どちらかの方法 を採ることが考えられる．

そこで，本節では細骨材の保水状態がUFCの品質に及 ぼす影響を検討した結果を示す．表乾状態を基本とし，

絶乾状態については吸水率分の水量を単位水量補正する 場合としない場合とを比較検討した．さらに，表面水率

4％程度に調整して，その分を単位水量補正した場合に

ついても検討した．

b) 使用材料および配合

本節の実験で対象とした基本配合（表乾状態の細骨材 を対象）を表-4に，検討ケースを表-5に示す．使用材料 の品質は前節に示したものと同様であるが，細骨材につ いては吸水率が若干異なるもの（1.75%）を使用した．

表乾状態を目標に骨材調整を行った検討ケースにおいて は，若干の表面水率（0.57％）を有していたため，この 分の水量を単位水量に対して補正して実験を行った．

c) 実験方法

本節の実験では，容量100リットルの多機能型ミキサ を使用して50リットルの

UFCを練り混ぜた．図-5に示す

ように，本ミキサはコーン型の容器の中心部にスパイラ

ル状の羽根を有する軸があり，容器内側面には5本の外 羽根が設置されている．これら内・外の2種類の羽根が，

相互に逆回転して練り混ぜることにより，試料に強いせ ん断力を与えることから，特に水粉体比の小さいコンク リートにおいては，強制二軸式ミキサなど一般のミキサ に比べて練混ぜ時間を短縮することができる．

練混ぜの手順は，以下の方法を基本とした．初めに水，

高性能減水剤，鋼繊維以外の材料を投入し，低速回転で

30秒間空練りした後，水，高性能減水剤を投入して低速

回転で7分間練り混ぜた．次に，試料を低速回転させな がら鋼繊維を1.5分間で投入し，さらに2分間練り混ぜて 各種試験に供した．フローの経時変化測定については，

練り上がり5分後に測定した後は試料をミキサ容器内に 静置しておき，30分毎に測定する前にミキサを1分間低

表-4 基本配合 単位量（kg/m³）

W P S Ad SF 備考

172 1373 764 33 157 表乾状態の細骨材を対象 表-5 検討ケース

細骨材の

保水状態 水量の補正方法

補正後の 投入水量 (kg/m³)

補正後の 投入骨材量 (kg/m³) ほぼ

表乾状態

表 面 水 率 分 (0.57%）を単位水 量に対して補正

169 766

絶乾状態

吸 水 率 相 当 分 (1.75%)を単位水量 に対して補正

179 757

絶乾状態

吸 水 率 相 当 分 (1.75%)を単位水量 に対して補正せず

172 757 表面水

あり

表 面 水 率 分 (4.14%）を単位水 量に対して補正

154 781

図-5 多機能型ミキサの概要図（単位：mm）

1000

360

761

速回転してから試料を採取し，フロー試験を行った．

試験方法や供試体の養生方法は前節と同様であるが，

硬化後の強度試験については，圧縮強度はφ100×

200mmの供試体を，曲げ強度は100×100×400mmの供試

体を使用して行った．

d) 実験結果

実験結果を図-6，図-7に示す．まず，流動性について 考察する．図-6に示すように，練上がり5分後の時点で 最もフロー値が大きかったのは，細骨材を絶乾状態で使 用して吸水率分の水量を単位水量補正した配合であり，

表面水率などを補正した投入水量が多いほど，流動性が 高くなる傾向がみられた．このことから，細骨材内部に 吸水されている水分や，表面水として細骨材粒子が保持 している水分は流動性にはさほど寄与せず，練混ぜ時に 投入する水がコンクリート中の自由水として流動性に対 しては最も寄与しているものと考えられる．また，投入 水量が多いほど経時的な200mmフロー到達時間の変化，

すなわち粘性の変化が少ない傾向もみられており，これ も自由水の量に影響を受けた結果であると考えられる．

したがって，絶乾状態の細骨材を使用する場合には投入 された水を骨材が急激に吸水し，流動性が低下すること が懸念されたが，フローの経時変化も90分間で20mm程 度であり，実用上の問題はないものと考えられる．

次に，強度特性についてみると，図-7に示すように絶 乾状態として細骨材を使用した2ケースが他と比較して 高い曲げ強度が得られた．圧縮強度についても，絶乾状 態（吸水率分水量補正）の場合は，ほぼ表乾の場合と比 較して高くなる傾向がみられた．表乾状態，あるいは表 面水を保持させた状態で細骨材を使用する場合は，骨材 内部に予め吸水されていた水により骨材界面部のペース ト溶液の濃度は薄まるものと考えられる．これに対し，

絶乾状態で使用する場合は骨材周囲のペースト溶液が骨 材表層部に浸透し，濃度が薄まることなく，すなわちペ ースト溶液の水結合材比が低下することなく浸透して骨 材界面周囲のペースト部と一体化するため，骨材と周囲 のペーストマトリックスとの付着が比較的に良くなるこ とから，硬化体の強度特性も向上したものと考えられる．

以上の実験結果より，細骨材の保水状態を絶乾とする ことにより，フレッシュ性状，強度特性共に良好な品質 が得られることが確認された．また，細骨材を硅砂と同 様に絶乾状態とすることにより，品質管理の難しい表面 水率管理が不要となり，品質変動も小さくなることが期 待されることから，材料管理の面からも好ましい使用方 法であると考えられる．

(3) 鋼繊維の最適添加量に関する検討 a) 検討概要

本節では，材料コストで最も大きな割合を占める鋼繊

200 220 240 260

0 30 60 90 120 150

経過時間(分)

フロー(mm)

絶乾(吸水率分Ｗ補正) 絶乾(吸水率分Ｗ補正なし) ほぼ表乾(表面水率0.57%) 表面水率4.14%

0 20 40 60 80

0 30 60 90 120 150

経過時間(分) 200mmフロー到達時間(sec)

図-6 フロー経時変化測定結果

180 190 200

圧縮強度(N/mm2 )

20 30 40

絶乾(吸水率分 Ｗ補正) 絶乾(吸水率分 Ｗ補正なし) ほぼ表乾(表面 水率0.57%) 表面水率4.14%

細骨材の保水状態 曲げ強度(N/mm2 )

図-7 各種強度試験結果

維について，最適添加量を検討した結果を示す．

b) 使用材料および配合

本節の実験で検討した配合を表-6に示す．本実験では 鋼繊維添加量をパラメータとして，1.5,1.75,

2.0vol.％の3

水準について検討した．使用材料は(1)に示したものと 同等であり，絶乾状態の細骨材を硅砂と混合して使用し た．鋼繊維添加量2.0vol.％配合は，前節での検討結果よ り，単位水量は細骨材吸水率相当の水量を単位水量とし て加えるなどして配合を微修正したものである．その他 の配合は同配合を基に，鋼繊維を減らした容積分を均等 に他の材料へ割り振って定めた．

c) 実験方法

本節の実験では前節と同様に，容量100リットルの多 機能型ミキサを使用して50リットルのUFCを練り混ぜた．

練混ぜ方法，供試体の養生方法，および各種試験の実施 方法は前節と同様である．

硬化後の強度試験については，圧縮強度はφ100×

200mmの供試体を，曲げ強度は100×100×400mmの供試

体を使用して行った．さらに，UFC指針（案）³⁾に示さ れる割裂引張強度試験方法に準拠して，φ100×200mm の供試体によりひび割れ発生強度を測定した．圧縮強度 と曲げ強度の試験には3本の供試体を，ひび割れ発生強 度の試験については6本の供試体を用いて評価した．

d) 実験結果

実験結果を図-8に示す．本検討の範囲では，フロー値 はほとんど変化がなかったが，200mmフロー到達時間は 鋼繊維が多くなるほど短くなる傾向がみられた．モルタ ル部に対して密度が3倍程度大きい鋼繊維が多いことに より，コンクリートの降伏値が小さくなったため，フロ ー速度は増加したものと考えられる．ただし，鋼繊維添 加量が過大になると繊維同士の絡み合いや，余剰ペース トの不足などにより，流動性は逆に低下するものと考え られることから，このような傾向は本検討で対象とした ごく僅かな添加量の範囲内における現象と思われる．

圧縮強度，ひび割れ発生強度は鋼繊維添加量に関係な く，ほぼ一定の値であったが，曲げ強度は鋼繊維

1.5vol.％の場合に低下した．また，ひび割れ発生強度の

標準偏差は1.5vol.％の場合に大きくなっており，最大値 と最小値との偏差は2.0vol.％の場合が2.3N/mm²であるの に対し，1.5 vol.％の場合は4.8N/mm²であったことから，

鋼繊維1.5vol.％では品質安定性も低下することが確認さ れた．本実験結果より，目標品質を満足する鋼繊維の最 低添加量は1.75vol.％程度であると考えられるが，品質の 安定性を考慮し，本研究では鋼繊維の添加量は2.0vol.％

を採用することとした．

以上の検討結果より，本研究では表-6に示す配合No.1 を，一般細骨材を用いたノンプレミックス型UFC配合の 基本配合として選定した．

(4) 細骨材の粒度が品質に及ぼす影響 a) 検討概要

二次製品工場レベルの大容量で本UFCを製造する場合 に懸念される事項の一つとして，細骨材の粒度変動が考 えられる．本節では，細骨材の粒度が品質に及ぼす影響 を検討した結果を示す．

表-6 検討配合（その2） 単位量（kg/m³） No. 検討要因

W P S Ad SF

1 鋼繊維2.00vol.% 179 1362 751 33 157 2 鋼繊維1.75vol. % 180 1366 753 33 137 3 鋼繊維1.50vol. % 180 1370 755 33 117

200 210 220 230 240 250

1.25 1.75 2.25

鋼繊維混入率(vol.%)

フロー(mm)

20 22 24 26 28 30

200mmフロー 到達時間(sec)

フロー 200mmフロー到達時間

160 180 200 220 240

1.25 1.75 2.25

鋼繊維混入率(vol.%) 圧縮強度(N/mm2 )

20 30 40 50 60

曲げ強度(N/mm2 ) 圧縮強度 曲げ強度

0 5 10 15

1.25 1.75 2.25

鋼繊維混入率(vol.%) ひび割れ発生強度 (N/mm2 )

0 1 2 3

標準偏差(N/mm2 ) ひび割れ発生強度

ひび割れ発生強度の標準偏差

図-8 鋼繊維混入率と物性の関係

b) 使用材料および配合

本節の実験では，前節までの検討結果より選定した 表-6に示す配合No.1を対象とした．絶乾状態の細骨材を 硅砂と混合して使用し，その他の使用材料の品質は，

(1)に示したものと同等である．本研究で対象としてい る一般細骨材は，図-9に示すように細骨材の標準粒度^6）

の上限曲線に近い粗粒率2.0程度の粒度を標準的に有し ている．本節の実験では，これより粒度が粗くなった場 合を想定し，粗粒率2.5，3.1に調整した細骨材を使用し て実験を行った．

c) 実験方法

本節の実験では容量30リットルモルタルミキサを使用 して4リットルのUFCを練り混ぜた．練混ぜ方法，供試 体の養生方法，および各種試験の実施方法は(1)に示し た方法と同様である．圧縮強度はφ50×100mmの供試体 を，曲げ強度は40×40×160mmの供試体を使用して行っ た．

d) 実験結果

実験結果を図-10に示す．粗粒率が変動してもフロー 値にほとんど変化はみられなかったが，200mmフロー到 達時間，すなわち粘性は粗粒率が大きいほど低下する傾 向がみられた．これは，粒径の大きな骨材が多く混入さ れることにより，UFCの降伏値が小さくなったことや，

練混ぜ中の骨材によるペースト部のすり潰し効果で練混 ぜ状態が改善されたこと等が要因として考えられる．

強度特性については，粗粒率が3.1の場合に圧縮強度，

曲げ強度共に大きく低下した．粒径の大きな骨材が多く 混入されると鋼繊維とペースト部との界面に骨材が介在 する可能性が高くなり，これが弱部となって強度低下が 生じるものと考えられる．

以上の実験結果より，本研究で対象としている一般細 骨材は粗粒率の変動が2.0～2.5程度の範囲であれば，品 質に及ぼす影響は実用上問題ないものと考えられる．

(5) 使用材料の計量誤差が品質に及ぼす影響 a) 検討概要

二次製品工場レベルの大容量で本UFCを製造する場合 に懸念される事項の一つとして，各材料の計量に誤差が 生じた場合の品質変動が考えられる．本節では水，高性 能減水剤，粉体材料，および骨材の計量誤差が品質に及 ぼす影響を検討した結果を示す．

b) 使用材料および配合

本節の実験では，表-6に示す配合No.1を対象とした．

絶乾状態の細骨材を硅砂と混合して使用し，その他の使 用材料の品質は，(1)に示したものと同等である．

本節の実験では，表-7に示すようにUFC指針（案）³⁾ に示される各材料の計量誤差の最大許容値の範囲で，各 材料の計量誤差が生じた場合を想定し，材料の計量値を

故意に増減して練混ぜを行った．水，高性能減水剤につ いては個々に計量誤差を生じさせても誤差が小さいため

0 20 40 60 80 100

0.1 1 10

ふるい目（mm）

通過率（％）

標準的な粒度（FM =1.97) FM=2.47

FM=3.13

図-9 検討した細骨材の粒度分布

200 210 220 230 240 250

1 2 3 4

粗粒率

フロー(mm)

10 15 20 25 30 35

200mmフロー 到達時間(sec)

フロー 200mmフロー到達時間

180 200 220

1 2 3 4

粗粒率 圧縮強度(N/mm2 )

30 40 50

曲げ強度(N/mm2 ) 圧縮強度 曲げ強度

図-10 細骨材の粗粒率と物性の関係

表-7 検討した各材料の計量誤差値 材料の種類 計量誤差値（wt.%） 水(W)および

高性能減水剤(Ad)

W-1％かつAd-2％，

W+1％かつAd+2％ 粉体材料(P) -1％，+1％

骨材(S) -3％，+3％ 細骨材の 標準粒度^6）

品質に大きな変動は生じないと思われたため，本検討で は極端な計量誤差が生じた場合として両材料共に計量値 を増減させて実験を行った．また，計量誤差の無い場合 についても，比較のため同時に実験を行った．

c) 実験方法

容量100リットルの多機能型ミキサを使用して，50リ ットルのUFCを練り混ぜた．練混ぜ方法，供試体の養生 方法，および各種試験の実施方法は(3)と同様である．

硬化後の強度試験については，圧縮強度とひび割れ発 生強度はφ100×200mmの供試体を，曲げ強度は100×

100×400mmの供試体を使用して行った．

d) 実験結果

はじめに，水と高性能減水剤の計量値を増減させた場 合の実験結果を図-11に示す．検討した計量誤差の範囲 であれば，フレッシュ性状に大きな変化はみられず，

水-1％かつ高性能減水剤-2％の場合に圧縮強度が若干低 下した場合を除けば，強度特性にも変化はみられなかっ た．

粉体材料および骨材を誤計量した場合については，い ずれも流動性に大きな変化はみられなかった．強度特性 については，図-12および図-13に示すように，粉体材料 に誤計量が生じた場合以外は変動がみられなかった．粉 体材料の計量値が少ないほど，ひび割れ発生強度が低下 する傾向がみられた理由としては，UFCのひび割れ発生 強度はマトリックス部の強度に大きく依存するため，粉 体材料の大半を占める結合材の量が少ないほどマトリッ クス部の結合力が低下したことが，一因として考えられ る．

以上より，UFC指針（案）³⁾に示される各材料の計量 誤差の最大許容値の範囲においては，本

UFCは各材料の

計量値が変動しても品質が大きく変化することはなく，

目標品質を満足することを確認した．

3.

一般細骨材を用いたノンプレミックス型UFC の特性の検証

(1) 強度特性 a) 概要

本節では，前章に示した一般細骨材を用いたノンプレ ミックス型UFC配合について，約9ヶ月の期間に実施し た各種強度試験結果をもとに決定配合の妥当性を検証し た結果を示す．

b) 使用材料および配合

本節の実験では，表-6に示す配合No.1を基本配合とし た．絶乾状態の細骨材を使用し，その他の使用材料の品 質は，第2章に示したものと同等である．練上がり時の フローが240±30mmの範囲になるよう，高性能減水剤の

添加量や単位水量を適宜微調整した．

200 210 220 230 240 250

フロー(mm)

180 200 220

W-1%・Ad-2% 正規量 W+1%・Ad+2%

計量誤差の検討ケース 圧縮強度(N/mm2 )

図-11 水と高性能減水剤を誤計量した場合の検討結果

160 180 200 220 240

-2 -1 0 1 2

粉体材料の計量誤差値(wt.%) 圧縮強度(N/mm2 )

4 6 8 10 12

ひび割れ発生強度 (N/mm2 ) 圧縮強度 ひび割れ発生強度

図-12 粉体材料を誤計量した場合の検討結果

160 180 200 220 240

-4 -2 0 2 4

骨材の計量誤差値(wt.%) 圧縮強度(N/mm2 )

4 6 8 10 12

ひび割れ発生強度 (N/mm2 ) 圧縮強度 ひび割れ発生強度

図-13 骨材を誤計量した場合の検討結果 W-1%・Ad-2% 正規量 W+1%・Ad+2%

c) 実験方法

本節の実験では容量50リットル，または100リットル の多機能型ミキサを使用して練り混ぜた．練混ぜ量は各 ミキサ容量の半分程度とし，練混ぜ方法は第2章に示し た方法に準じた．また，供試体の養生方法，および各種 試験の実施方法は第2章に示した方法と同様である．

圧縮強度とひび割れ発生強度はφ100×200mmの供試 体を，曲げ強度は100×100×400mmの供試体を使用して 測定した．本配合の強度特性値を把握するため，供試体 の採取は約9ヶ月の間に計

8バッチを練り混ぜて行い，い

ずれの供試体も1バッチあたり最低

3本ずつ採取した．さ

らに，UFC指針（案）³⁾に示される手法に準拠して，切 欠きのある供試体の3等分点曲げ強度試験を実施し，試 験結果を逆解析して引張強度等を求めた．

d) 実験結果

実験結果を図-14，表-8に示す．圧縮強度は平均で

207N/mm

²，標準偏差は12.5N/mm²であり，これより試算 した特性値はUFC指針（案）³⁾に示される標準配合粉体 を用いた場合の特性値180 N/mm²と同等の強度であった．

ひび割れ発生強度は特性値で6.2 N/mm²であり，標準 配合粉体を用いた場合の特性値³⁾

8.0N/mm

²と比べると小 さい値であった．また，引張強度，曲げ強度についても 特性値は，UFC指針（案）³⁾に示される標準配合粉体を 用いた場合に比べてやや小さい値であった．その要因と しては，標準配合粉体に添加されている鋼繊維に比べて 本配合で使用しているものは長さが2mm短いために，引 張や曲げなど鋼繊維を引抜く力が作用した場合の抵抗力 がやや弱いことが挙げられる．また，粒径の大きい細骨 材を使用しているため鋼繊維とマトリックス部との付着 性状に差があることも要因として考えられる．

同一バッチから採取した100×100×400mm供試体につ いて，曲げ強度と逆解析による引張強度との関係を求め た結果を図-15に示す．同図には，UFC指針（案）³⁾に示 される標準配合粉体を用いた場合のデータも併記してい るが，これによれば，本UFCにおける両強度の関係は同 指針（案）³⁾の場合と同等であることがわかる．

以上より，本研究で対象としたUFC配合の強度特性は，

ひび割れ発生強度など全般的に標準配合粉体と15mm長 の鋼繊維を用いた場合よりやや低いが，UFC指針(案）³⁾ に示されるUFCとしての強度特性（圧縮強度

150N/mm

²以 上，ひび割れ発生強度4N/mm²以上，引張強度5N/mm²以 上を各特性値とする）を十分満足する品質であると考え られる．

(2) 耐久性 a) 概要

本節では，前節で対象としたUFC配合の凍結融解抵抗 性，中性化抵抗性，および塩化物イオン侵入抵抗性につ

0 5 10

170～175 180～185 190～195 200～205 210～215 220～225

度数

0 5 10 15

5～6 6～7 7～8 8～9 9～10 10～11 11～12 12～13

度数

図-14 圧縮強度とひび割れ発生強度の度数分布

表-8 各種強度試験結果 統計値

圧縮 強度 (N/mm²)

ひび割れ 発生強度

(N/mm²)

引張強度 (N/mm²)

曲げ強度 (N/mm²)

データ数 24 20 6 24

平均値 207 8.2 10.6 28.9

標準偏差 12.5 1.2 2.2 2.3

特性値^注1） 186 6.2 7.0 25.1

特性値^注2） 180 8.0 8.8 28.9

注1）正規分布と仮定して危険率5%として算出 注2）UFC指針（案）³⁾に示される標準配合粉体の特性値

20 30 40 50

0 5 10 15 20

引張軟化曲線での引張強度(N/mm²) 曲げ強度(N/mm2 )

UFC指針データ 対象UFC配合

図-15 曲げ強度と引張強度の関係^3） 175 185 195 205 215 225

圧縮強度（N/mm²） n=24

平均値 ：207N/mm² 標準偏差：12.5N/mm²

6 7 8 9 10 11 12 ひび割れ発生強度（N/mm²）

n=20

平均値 ：8.2N/mm² 標準偏差：1.2N/mm²

いて示す．

b) 使用材料および配合

本節の実験で使用した材料の品質，および検討配合は 前節と同様である．

c) 実験方法

本節の実験では容量100リットルの多機能型ミキサを 使用して練り混ぜた．練混ぜ量はミキサ容量の半分程度 とし，練混ぜ方法，供試体の養生方法は第2章に示した 方法と同様である．

凍結融解試験はJSCE-G 501のA法に，促進中性化試験 はJIS A 1153に準拠して行った．塩化物イオン侵入抵抗 性については，既報⁷⁾で報告した電気泳動法による実効 拡散係数の評価，および複合サイクル試験機を用いて行 う促進腐食試験により評価した．

実効拡散係数の評価においては，鋼繊維を添加した硬 化体で測定すると，測定中に繊維が腐食して妥当な試験 データが得られなかったため⁷⁾，鋼繊維無添加配合を測 定の対象とした．また，試験の対象は表-6に示す配合

No.1の他に，UFC指針（案）

³⁾に示される標準配合粉体

を用いたUFC配合，および普通ポルトランドセメントを 用いた水セメント比35％の高強度コンクリート配合とし た．両UFC配合については前述の標準熱養生を施し，高 強度配合については試験開始材齢（44または52日）まで 標準水中養生を行った．

促進腐食試験で用いた複合サイクル試験機は，雰囲気 温度および塩水の噴霧を自動的に制御可能な試験機であ る．本試験では，乾燥状態は雰囲気温度50℃で湿度

100％未満の状態を5

時間保持とし，湿潤状態は雰囲気温

度35℃で3％食塩水を噴霧させる状態を3時間継続させた．

以上の乾湿状態の繰返しを8時間／サイクルとして，試

験は96週間行った．

試験の対象は，実効拡散係数の評価の場合と同様の2 種のUFC配合とした．また，水セメント比35％の高強度 コンクリート配合をウェットスクリーニングしたモルタ ルに鋼繊維（φ0.2×15mm）を0.5vol.％添加した，鋼繊 維補強高強度モルタル配合についても試験の対象とした．

供試体の寸法は40×40×160mmとし，両UFC配合につい ては実効拡散係数評価と同様に標準熱養生を施し，鋼繊 維補強高強度モルタル配合については試験開始材齢（55 日）まで標準水中養生を行った．試験開始前には，一側 面（40×160mm）のみ暴露表面となるように，他の5面 にはシーリングを施して試験に供した．

d) 実験結果

凍結融解試験結果を図-16に示す．試験は1300サイク ルと長期間にわたって行ったが，相対動弾性係数の変動 はみられず，試験体外観にも変状はみられなかった．硬 化体組織が非常に緻密であるため，外部からの水の浸透 が極めて少なく，また，硬化体中の未反応水も極めて僅 かなため，凍結融解に対する高い抵抗性が示されたもの と考えられる．

ただし，試験前後で曲げ強度試験を実施したところ，

試験後の方がやや強度は高くなった．このことから，標 準熱養生後にも硬化体中には未水和水が僅かに残り，こ れが試験期間中に反応して強度が微増したものと考えら れる．以上の結果より，本研究で対象としたUFC配合の 凍結融解抵抗性は極めて高いことを確認した．

促進中性化試験は促進期間3年まで試験を実施したが，

中性化領域は認められなかった．UFC指針（案）³⁾やフ ランスのSETRA/AFGC指針⁸⁾では，一般にUFCは高い中 性化抵抗性を有することが示されているが，本研究で対 60

70 80 90 100 110

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 サイクル数

相対動弾性係数(%)

図-16 凍結融解試験結果

表-9 実効拡散係数測定結果

配 合 実効拡散係数 (cm²/年) 対象UFC配合

2.06

×

10

^-2 標準配合粉体使用UFC配合

6.38×10

^-3 水セメント比35％配合

8.47×10

^-1

曲げ強度（

N/mm

²）

試験前

27.3

試験後

31.6

図-17 促進腐食試験における塩分浸透分布状況 全塩化物イオン濃度（kg/m³） -40

-30 -20 -10 0

0 10 20 30

塩分浸透深さ (mm,暴露面＝0mm)

対象UFC(試験期間122週)

標準配合粉体使用UFC(試験期間96週) 水セメント比35%配合(試験期間96週)

40×40×160mm 供試体暴露面

(一面) 鋼材腐食発生

限界濃度 (1.2kg/m³)

象とした配合においても中性化抵抗性は極めて高いこと が確認された．

実効拡散係数の測定結果を表-9に示す．本研究で対象 としたノンプレミックス型UFC配合は，プレミックス型 標準配合粉体を使用した場合より1オーダー大きい2.06

×10^-2

cm

²/年であったが，水セメント比35％の高強度配 合に比べると1オーダー小さい結果であった．本研究で 対象としたUFC配合の実効拡散係数が，標準配合粉体を 使用したUFC配合より大きかったことの理由としては，

両配合で使用している結合材の種類・量や水結合材比の 相違，使用した骨材の最大径の相違（後者1mm未満^9）に 対して前者2.5mm）などが考えられる．

一方，図-17に示すように，促進腐食試験の結果にお いては本研究で対象とした配合の全塩化物イオン濃度分 布は標準配合粉体を使用した場合と同程度であり，両

UFC配合は水セメント比35％の高強度モルタル配合に比

べると遮塩性能に顕著な差があることがわかる．したが って，1×10^-2～1×10^-3

cm

²/年程度の範囲の実効拡散係数 を有する配合においては，遮塩性能としては大差はなく，

1×10

^-1

cm

²/年程度の配合と比べると同性能は顕著に高い と考えられる．以上より，本研究で対象とした配合は十 分な塩化物イオン侵入抵抗性を有していると考えられる．

以上の実験結果より，本研究で対象としたノンプレミ ックス型UFC配合は本節で実施した評価項目については 十分な耐久性を有していることを確認した．

4.

結論

本研究で得られた知見を以下に示す．

1) 骨材混合比50～60％程度の範囲で，絶乾状態の一般の

細骨材を7号珪砂と併用することにより，UFC指針

（案）³⁾に示されるUFCとしての強度特性を満足する ノンプレミックス型UFC配合が可能である．

2) 検討対象としたノンプレミックス型UFC配合におい

ては，細骨材の保水状態を絶乾状態とすることによ

り，表乾状態，あるいは表面水を保持させた場合よ

り圧縮強度や曲げ強度は高い．

3)

検討対象としたノンプレミックス型UFC配合において は，目標品質を満足する鋼繊維の最低添加量は

1.75vol.％である．

4) 細骨材の粗粒率が2.0～2.5程度の範囲であれば，骨材

粒度の変動はノンプレミックス型UFCの品質に及ぼ す影響は無い．

5) 検討対象としたノンプレミックス型UFC配合におい

ては，UFC指針（案）³⁾に示される各材料の計量誤差 の最大許容値の範囲においては，品質変動も小さく，

目標品質を満足する．

6) ノンプレミックス型UFCの凍結融解抵抗性，中性化

抵抗性，および塩化物イオン侵入抵抗性は，プレミ ックス型標準配合粉体を用いた場合と同等である．

参考文献

1) 野口孝俊，加藤浩司：羽田再拡張工事における超高強 度繊維補強コンクリートの活用，セメント・コンクリ ート，No.741，pp. 34-38，2008.11.

2) 武者浩透，渡辺典男，福原哲，一戸秀久：UFC を用い たGSE橋梁の設計と実務，プレストレストコンクリー ト，Vol.50，No.6，pp.13-20，2008.11.

3) 土木学会：コンクリートライブラリー113 超高強度繊 維補強コンクリートの設計・施工指針（案），2003.9.

4) 大野俊夫，坂井吾郎，保利彰宏，樋口正典：超高強度 繊維補強コンクリートの品質安定性に関する検討，コ ンクリート工学年次論文集，Vol.28，No.1，pp.1265- 1270，2006.7.

5) 岡村甫，前川宏一，小澤一雅：ハイパフォーマンスコ ンクリート，pp.130-131，1993.9.

6) 土木学会：2007年制定 コンクリート標準示方書 [施 工編]，pp.45，2007.3.

7) 坂本淳，新藤竹文，丸屋剛，杉山隆文：高緻密性材料 の塩分浸透性評価に関する研究，コンクリート工学年 次論文集，Vol.27，No.1，pp.325-330，2005.7.

8) Ultra high performance fiber-reinforced concrete, BFUP Group, AFGC/SETRA, 2002.

9) 田中良弘：コンクリートの常識を破った超高強度繊維 補強コンクリートの応用，未来材料，Vol.6，No.11，

pp.52-59，2006.11.

(2009. 11. 25 受付)

STUDY ON NON-PREMIXED TYPE ULTRA HIGH STRENGTH FIBER REINFORCED CONCRETE APPLYING FINE AGGREGATE

WHICH MAXIMUM SIZE IS 2.5mm

Jun SAKAMOTO, Yoshihiro TANAKA, Takefumi SHINDOH and Kimitaka UJI

This paper reports test results of non pre-mixed type ultra high strength fiber reinforced concrete,

making use of the fine aggregate which is used for the general concrete. From test results, it was

investigated that we could obtain the mix proportion of the concrete that satisfied necessary strength

quality, with jointly using the fine aggregate under absolute dry condition and the silica sand in the range

of the aggregate mixture ratio 50~60%. In addition, if fineness modulus of the fine aggregate was the

range of the 2.0~2.5, fluctuation of aggregate grain size didn't influence the quality of the concrete. It was

also investigated that the concrete had high freezing and thawing resistance, carbonation resistance, and

the chloride ion invasion resistance which are equal to the combination which uses the pre-mixed type

standard combination powder body.