Transcript 高性能コンクリート
高性能コンクリート コンクリート工学研究室 岩城 一郎 高性能コンクリート（High-performance Concrete ハイパフォーマンスコンクリート） • 1990年代初頭：我が国では自己充てん性を有 するコンクリートを意味する用語として用いられ ていた．By Okamura • 同時期に欧米では一般に水セメント比W/Cまた は水結合材比W/Bを25-30%程度にまで小さくし た高強度コンクリートあるいは高耐久コンクリー トを意味する． 高性能コンクリートの種類 高強度コンクリート（High-strength Concrete） • 一般のコンクリートに比べ，強度の高いコンクリート．土木では 設計基準強度f’ck=60MPa以上，建築ではf’ck=42MPa以上，超 高強度コンクリート：f’ck=100MPa以上 高耐久コンクリート（High-durability Concrete） • 一般のコンクリートに比べ，耐久性の高いコンクリート（定義が あいまい：おかれる環境ごとに劣化要因が異なる）例 非常に厳 しい環境においても所要の耐用年数（50年）を満足するコンク リート，一般あるいは厳しい環境において，耐用年数100年を満 足するようなコンクリート 高流動コンクリート（High-fluidity Concrete） • 材料分離抵抗性を損なうことなく，流動性を著しく高めたコンク リート．このうち，締固めが不要なコンクリートについては自己充 てん性を有するコンクリート(Self-compacting Concrete)と呼ぶ． 高強度コンクリート • 低水結合材比→細孔組織の緻密化（f’c－C/W関係は直線） • 反応性微粉末混和材の使用（シリカフューム：比表面積 200,000cm2/g，粉末度の高い高炉スラグ微粉末：8000cm2/g ＞普通ポルトランドセメント：3000cm2/g）→細孔組織の緻密 化と遷移帯の改質（水酸化カルシウムの消費） • 遷移帯（Transition Zone）：セメントペーストと骨材界面に存 在する厚さ20μm程度の脆弱な層，水酸化カルシウムの結 晶が多く存在，コンクリートの力学的性質や物質移動性に大 きな影響を及ぼす．（ブリーディングの影響を大きく受ける場 合，界面での性質はさらに悪化） • 高性能（AE）減水剤の使用→フレッシュコンクリートの品質の 向上 • 良質な骨材の使用→骨材強度＞セメントペースト強度 普通コンクリートと高強度コンクリートとの違い 普通強度コンクリートの一例（寒冷地仕様） • W/C=50%，AE剤使用，スランプ8cm，空気量4.5%， f’ck=30N/mm2 高強度コンクリートの一例 • W/B=25%，B=C+SF，SF/(C+SF)=10%，高性能AE減水 剤使用，スランプ8cm or スランプフロー60cm，空気量 4.5%，f’ck=80N/mm2 高強度コンクリートの用途 • 部材の軽量化と部材寸法の縮小，高強度化≒高耐久 化→信頼性の向上，LCCの低減 • 具体的には圧縮力が卓越する部材（柱，PC部材） 高強度コンクリートの問題点 • 引張強度（および弾性係数）は圧縮強度の増加割合 ほど期待できない．例 示方書式 ftk=0.23f’ck2/3， f’ck=30MPa→ftk=2.22MPa，f’ck=60MPa（2倍） →3.53MPa（1.6倍），圧縮強度に対する引張強度に比 1/13.5→1/17 • 破壊が脆性的であり，変形性能に乏しい（ポストピー ク）． • 温度ひび割れおよび収縮ひび割れの危険性 大 • 耐火性：火災を受けたときに爆裂し易い．コンクリート 中の水蒸気圧の上昇 • 高濃度の硫酸環境：普通コンクリートよりも侵食速度 大（例 下水溝構造物のうち特に腐食性環境の厳しい ところ，強酸性の温泉地域） 高耐久コンクリート • 基本的には高強度コンクリート＝高耐久コンクリート＝ 高性能コンクリートと考えられていた．→水和熱および 自己収縮・乾燥収縮に起因したひび割れ等の要因に より，必ずしも成り立たない． 高耐久コンクリートのポイント • 低水セメント比とすることによる組織の緻密化と混和 材（GGBS，SF，FA）の使用による，物質移動性の制御 および遷移帯の改質（水酸化カルシウムの消費） • 施工段階におけるひび割れの制御 各劣化要因に対する高耐久化(1) 塩害に対して • W/Cの低下→細孔組織の緻密化 • 施工段階におけるひび割れの制御（使用材料の吟味：セメント，膨張 材等＋施工方法：養生等） • 高炉スラグ微粉末の使用による塩分の固定化（フリーデル氏塩：Cl-と C3Aの反応により3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2Oが生成）の促進→耐久性 の向上に寄与 中性化に対して • W/Cの低下→細孔組織の緻密化 • 施工段階におけるひび割れの制御 • 高炉スラグ微粉末を混和した場合，（少なくとも促進試験結果では）中 性化の進行が速くなるため注意（鉄筋腐食との相関は明らかではな い．） 各劣化要因に対する高耐久化(2) 凍害に対して • W/C45%以下，空気量4-6%（塩分環境下では5%以上）とすればほぼ満 足 • 低W/C，低空気量の場合，しばらくは良好な耐凍害性を示すものの， 突然，急激に低下する．（標準的な300サイクルの試験方法では判定 できない．）特に乾燥の影響を受けた場合，その傾向が強い→高強度 であっても，AEコンクリートとすることが不可欠． ASRに対して • 混和材（スラグ，FA，SF）の添加が有効 • 水，アルカリ，反応性骨材のどれかを制御 • 単に水セメント比を下げただけではASR対策とはならない． 化学的侵食に対して • 高濃度の硫酸が作用する場合，低水セメント比のコンクリートほど侵 食作用が激しい． • スラグの混和による効果は確認（著しい耐久性の向上は認められな い）：コンクリートによる対策は現在のところ困難