Transcript いわき地区のコンクリート構造物のこれからを共に考える

コンクリート構造物の
ひび割れについて
日本大学工学部
岩城 一郎
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ひび割れの原理
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コンクリートは圧縮に強く，引張に弱い材料
である．→鋼材により引張側を補強
コンクリートに何らかの作用により，巨視的・
微視的に引張が生じると，これと垂直にひび割
れが発生（マクロクラック，マイクロクラック）
2
ひび割れの発生要因
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鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ，日本建築学会より引用
ひび割れの種類
REINFORCED CONCRETE
by MacGregor, Prentice Hall
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ひび割れの分類
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外力により生じるひび割れ（曲げひび割れ，せん断
ひび割れ）
変形の拘束により生じるひび割れ（収縮ひび割れ，
温度ひび割れ）
コンクリート内部の膨張圧により生じるひび割れ
（塩害，アルカリ骨材反応，凍害）
その他（プラスチック収縮ひび割れ，沈下ひび割れ
等）
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外力によるひび割れ
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主引張応力線と垂直に（主圧縮応力線に沿って）
ひび割れ発生
曲げひび割れ
せん断ひび割れ
（斜めひび割れ）
主応力線図（実線：主引張応力線，点線：主圧縮応力線）
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変形の拘束により生じるコンクリートの
ひび割れ
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コンクリートの収縮変形が拘束されると，コンクリートに
引張応力が作用し，これが引張強度を上回るとひび割
れが発生
施工段階におけるひび割れ
収縮ひび割れ
→薄い部材，建築構造物，冬期
温度ひび割れ
→マスコンクリート，土木構造物，夏期
コンクリート工学
2005/5表紙より
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コンクリート名人養成講座，
日経コンストラクション
収縮ひび割れのメカニズム

コンクリートの自己収縮及び乾燥収縮に伴う変形
が，内的あるいは外的に拘束されると，コンクリート
に引張応力が作用し，ひび割れが発生
自己収縮とは？
セメントの水和反応の進行によ
りコンクリートの体積が減少し，
収縮する現象
（W/C 小→自己収縮 大）
乾燥収縮とは？
乾燥によるコンクリート中の水
分の蒸発により，コンクリートの
体積が減少し，収縮する現象
（W，W/C 大→乾燥収縮 大）
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三橋・佐藤，収縮ひび割れの予測と制御の現状，コンクリート工学2005/5
温度ひび割れのメカニズム

セメントの水和熱に伴うコンクリート温度の上昇・降下
がコンクリートの変形（膨張・収縮）を引き起こし，これ
が内的あるいは外的に拘束されると，コンクリートに引
張応力が作用し，ひび割れが発生する現象
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コンクリートのひび割れがわかる本，セメントジャーナル社
ひび割れの複雑性（自己収縮，乾燥収
縮，温度応力の複合＋拘束・クリープ）
P. Kumar Mehta・Paulo J. M. Monteiro著，田澤榮一，佐伯
昇監訳：コンクリート工学，技報堂出版
ひび割れ発生条件
ft(t)<σt(t)＝Kr(t)・Ec(t)/(1+φ(t))・ε(t)
佐藤良一，丸山一平：コンクリート工学，Vol.43，No.5
ここで，
ft(t)：コンクリートの引張強度（MPa）
σt(t)：コンクリートの引張応力（MPa）
Kr(t)：部材の拘束度
Ec(t)：コンクリートの弾性係数（MPa）
φ(t)：コンクリートのクリープ係数
ε(t)：コンクリートの（収縮）ひずみ
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これら全てが時間依存性，温湿度依存性を示す．
その他のひび割れ
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

コンクリート内部の膨張圧により発生するひび割れ：
塩害，アルカリ骨材反応，凍害
プラスチック収縮ひび割れ
沈下ひび割れ
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ひび割れの問題点
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
美観の低下
機能性（水密性）の低下：漏水
耐久性の低下
コンクリートのひび割れがわかる本，
セメントジャーナル社
コンクリートの劣化と補修がわかる本，
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セメントジャーナル社
ひび割れに対する考え方
鉄筋コンクリート構造物はひび割れを許容する．
ただし，
 使用荷重作用下における過大なひび割れは
許容しない．
 施工段階で発生する巨視的なひび割れは
許容しない．

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使用限界状態におけるひび割れの設計


使用限界状態に対する考え方：発生するひび割れ幅wが
許容ひび割れwa以下であることを照査：w≦wa
ひび割れ間隔lとひび割れ幅wの関係は，
s
' 
w     cs l, l  4c  0.7cs   
 Es

ここにσs：ひび割れ位置の鋼材応力度，Es：鋼材のヤング係数，
ε’cs：コンクリートの乾燥収縮ひずみ，c：かぶり，cs：鋼材の中
心間隔，φ：鋼材の直径
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コンクリート標準示方書[構造性能照査編]より
施工段階におけるひび割れの設計
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Ｉｃｒ(t)≧γｃｒ
Icr(t)：ひび割れ指数
Icr(t)＝ftk(t)/σt(t)
ftk(t)：材齢(t)におけるコンクリート引張
強度の特性値
σt(t)：材齢(t)におけるコンクリート最
大引張応力度→解析により算出
γcr：ひび割れ発生危険度およびひび
割れ指数の精度に関わる安全係数
一般に1.0～1.8としてよい．
ひび割れを防止したい場合：1.75以上
ひび割れの発生をできるだけ制限した
い場合：1.45以上
ひび割れの発生を許容するが、ひび割
れ幅が過大にならないように制限した
い場合：1.0以上
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コンクリート標準示方書[施工編]より
ひび割れの留意点
開孔部
温度
ひび割れ
幅の広いアバット
50ｃｍ以上：温度ひび割れ（カルバート等）
40ｃｍ以下：乾燥収縮ひび割れ（高欄等）
5～7m以上はひび割れが
入る可能性が高い
壁状の構造物
東北学院大学
石川教授資料より
80ｃｍ以上：
要検討
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ひび割れ対策
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単位水量（単位セメント量）をできるだけ小さくする．
養生を丁寧に出来るだけ長く行う（湿潤養生，封かん養生，
保温養生）．
混合セメント，低発熱セメントを使用する．
膨張材，収縮低減剤を使用する．
ひび割れに対する正しい知識と理解が必要（どんなに策を
講じて丁寧に施工してもひび割れは発生することがある）．
ひび割れの可能性（発生確率）を下げることは可能だが，
ゼロにすることは難しい．→コンクリートは「ひび割れ」るこ
とを前提に対策をし，説明しては？
経済的に可能な対策は不可欠＋誘発目地の配置，打設区
間の細分化，目地・打継部の止水対策・中性化抑制対策
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コンクリート工学2006/11川口徹氏の巻頭言より
ひび割れ誘発目地の例
配力筋
固定用鉄
筋
300
配力筋
塩ビ管(Φ200)
300
亜鉛メッキ鉄板
亜鉛メッキ鉄板
（誘発目地材）
（誘発目地材）
溝
溝
主筋
主筋
（ａ）鉄板を用いた例
（b）塩ビ管を用いた例
東北学院大学
石川教授資料より
断面欠損率は30%以上を確保することが望ましい
※断面欠損率は両表面の溝状欠損部の深さと断面内に埋設して付着を 18
切った部分の壁厚方向の幅の合計を元の壁厚で除した値で示す．
JCI東北支部「コンクリート構造物のひび
割れ研究委員会」における取組み
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委員会メンバー（委員長：石川雅美）：産官学，土木・建
築，東北六県，男女のバランスの取れた構成
東北地方に根ざしたひび割れに関する調査研究と社
会貢献を目的
東北地方に顕在化するひび割れの特徴の把握
解析に基づく，東北各地の四季を通したひび割れ発生
危険度の評価
東北地方の実務者に対し，ひび割れ照査，ひび割れ
対策を簡易に実施可能なツールを提供
ひび割れに関する実務者向けの教材を作成．東北六
県に対し，ひび割れ講習会・JCIのひび割れ解析ソフト
（JCMAC）のデモ＆講習会を実施予定
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