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）（プリント参照） 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 普通強度コンクリートと高強度コンク リートとの配合の違い 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=40N/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 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 高流動コンクリート 要求性能：高流動性，材料分離抵抗性（高粘性）， 間げき通過性→自己充てん性：フレッシュコンクリー トの自重により型枠内に充てんする性能 試験方法：流動性→スランプフロー試験（スランプフ ロー500-750mm），粘性→V漏斗試験（漏斗流下時 間7-13s），間げき通過性→自己充てん性のレベル に応じて鉄筋による障害のレベルを変えたボックス 試験（充てん高さ300mm以上） 自己充てん性のレベル ランク1：最小鋼材あきが35-60mm程度で，複雑な断 面形状，断面寸法の小さい部材又は箇所で自己充 てん性を有する性能 ランク2：・・・60-200mm程度の鉄筋コンクリート構造 または部材において，・・・ ランク3：・・・200mm程度以上，断面寸法が大きく配 筋量の少ない部材または箇所，無筋の構造物にお いて，・・・ （通常は一般の鉄筋コンクリート構造物や部材を対象 としたランク2を適用） 高流動コンクリートの種類（粘性を付 与するための材料による分類） 粉体系高流動コンクリート：増粘剤を用いず，主に水 粉体比の減少により，適正な材料分離抵抗性（高粘 性）を付与した高流動コンクリート． 増粘剤系－：増粘剤により，適正な材料分離抵抗性 を付与した高流動コンクリート． 併用系－：主に水粉体比の減少により，適正な材料 分離抵抗性を付与し，増粘剤によってフレッシュコン クリートの品質変動を少なくした高流動コンクリート 配合設計の手順（粉体系を例に） 間げき通過性の改善：骨材同士の相対距離を大きくとること により，粒子相互の衝突や接触の頻度を低下させる．単位粗 骨材容積の制限，ランク2の場合0.30-0.33m3/m3→単位粗骨 材量900kg/m3程度 硬化コンクリートの品質の確保：（出来るだけ低い方が望まし い）単位水量150-175kg/m3 粘性の確保：水粉体容積比（w/p）の低下，一般に85-115%程 度→W/C（W/P）28-33%程度．ただし，セメント量が多くなるこ とによる欠点（温度ひび割れ，収縮ひび割れ，スランプロス） を補うため，FA，GGBS，LSを混和する．（あるいはこれらの 影響の少ないセメントを使用する．低熱PC，中庸熱PC） 流動性の向上：高性能（AE）減水剤の使用：種類によって添 加量の推奨範囲が異なる．例えばセメント質量の0.5-2.0% 以上の条件を満足する初期配合を設計→試練りを行う→全 ての条件を満足すればO.K. そうでなければ配合の補正を行 う． 高流動コンクリートの特徴 従来のコンクリートと比較して 単位粗骨材量が少なく，高性能（AE）減水剤（SP剤）の使用量が多い 粉体系：水粉体比 小，増粘剤系：増粘剤の使用が不可欠 ブリーディングおよびレイタンスの発生が少ない．（高粘性） 凝結硬化が遅延する傾向（流動性確保のため，SP剤により初期の水和反応を抑 制） 使用材料の品質変動，計量誤差による影響を受け易い→厳しい品質管理，製造 管理，施工管理が必要 コンクリートポンプによる圧送時の抵抗 大 用途 振動締固めが困難な箇所（振動機が入らないところ．例 サンドイッチ構造，コン クリート充填鋼管柱） 工場製品（騒音防止） 汎用コンクリートとしての適用（打込み作業の省力化，合理化，コンクリートの品質 に対する信頼性の向上） 問題点 コスト，品質変動，型枠の補強