JP6474097B2 - コンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法 - Google Patents
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Description
本発明は、３相複合モデルを用いてコンクリートの乾燥収縮ひずみを予測する方法に関する。
コンクリートは引張強度が低いため、コンクリートの収縮によりひび割れ（収縮ひび割れ）が発生する場合がある。この収縮ひび割れは、コンクリート構造物の美観を損なうほか、コンクリートの水密性・気密性の低下や鉄筋の腐食などの、構造物の耐久性低下の原因にもなっている。したがって、コンクリートの耐久性を確保するためには、収縮ひび割れを制御することが必要となる。
この収縮ひび割れの主因はコンクリートの乾燥収縮ひずみが挙げられる。したがって、コンクリートの収縮ひび割れを制御するには、乾燥収縮ひずみを事前に予測して把握する必要がある。
この収縮ひび割れの主因はコンクリートの乾燥収縮ひずみが挙げられる。したがって、コンクリートの収縮ひび割れを制御するには、乾燥収縮ひずみを事前に予測して把握する必要がある。
コンクリートの乾燥収縮ひずみを予測する式は、複合モデル、ＣＥＢ−ＦＩＰ−１９９０モデルコード式、Ｂａｚａｎｔ式、Ｇａｒｄｎｅｒ式、および土木学会式等が提案されている。これらの中で、複合モデルは、乾燥収縮ひずみに大きく影響する骨材の特性値を変数として含むため、予測精度が高いと云われている。そして、複合モデルは、セメントペーストおよび細骨材の２相の特性値、またはモルタルおよび粗骨材の２相の特性値を変数として含む２相複合モデルと、セメントペースト、細骨材、および粗骨材の３相の特性値を変数として含む３相複合モデル（非特許文献１）がある。
参考として、図１に骨材の種類がコンクリートの乾燥収縮ひずみに影響する程度を示す。
参考として、図１に骨材の種類がコンクリートの乾燥収縮ひずみに影響する程度を示す。
しかし、いずれの複合モデルも、粗骨材と細骨材のヤング係数と乾燥収縮ひずみの最終値を変数として含むため、粗骨材では、これらの物性値を測定して求める必要があり、また細骨材では小さすぎて、これらの物性値を測定できないため、推奨値（ヤング係数は６０ｋＮ／ｍｍ２、乾燥収縮ひずみの最終値は３３７μ）を用いざるを得なかった。しかし、図１に示すように、細骨材の種類が変わると、コンクリートの乾燥収縮ひずみも変わるから、推奨値（一定値）を用いることは、コンクリートの乾燥収縮ひずみに及ぼす細骨材の種類の影響を無視することになり、後掲の図５に示すように、乾燥収縮ひずみの予測精度を低下させる原因になっていた。
「鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ制御設計・施工指針（案）・同解説」、１９０〜１９２頁、日本建築学会編、２００６年２月発行
そこで、本発明は、粗骨材のヤング係数と乾燥収縮ひずみの最終値の測定が不要で、かつ細骨材の推奨値を用いる必要がないコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法を提供することを目的とする。
本発明者は、前記目的にかなう予測方法を検討した結果、（i）簡易に測定できる粗骨材と細骨材の吸水率を用いて、粗骨材と細骨材のヤング係数と乾燥収縮ひずみの最終値を算出する式を導出し、（ii）該式を用いて算出した粗骨材および細骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値と、前記３相複合モデルを用いて得られる、コンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値は、コンクリートの乾燥収縮ひずみの実測値と高い精度で一致することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の構成を有するコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法である。
すなわち、本発明は、以下の構成を有するコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法である。
［１］細骨材および粗骨材の吸水率と、下記（ａ）式および（ｂ１）式または（ｂ２）式を用いて、細骨材および粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出する第１の算出工程と、
該算出した値と、下記（１）〜（１２）式を用いてコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値を算出する第２の算出工程と
を含む、コンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法。
該算出した値と、下記（１）〜（１２）式を用いてコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値を算出する第２の算出工程と
を含む、コンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法。
本発明のコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法は、粗骨材のヤング係数と乾燥収縮ひずみの最終値の測定が不要で、細骨材の推奨値を用いる必要がなく、また乾燥収縮ひずみを高い精度で簡易に予測することができる。
本発明は、前記のとおり、細骨材および粗骨材の吸水率と、下記（ａ）式および（ｂ１）式または（ｂ２）式を用いて、細骨材および粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出する第１の算出工程と、該算出した値と、下記（１）〜（１２）式を用いてコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値を算出する第２の算出工程とを含む、コンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法である。
以下、本発明について、前記各工程等に分けて詳細に説明する。
以下、本発明について、前記各工程等に分けて詳細に説明する。
１．（ａ）式、（ｂ１）式、および（ｂ２）式の導出
細骨材および粗骨材の吸水率の測定は、それぞれＪＩＳ Ａ １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」、およびＪＩＳ Ａ １１１０「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定する。
また、前記粗骨材のヤング係数は、原石コアまたは粗骨材そのものを用いて、超音波法または載荷試験によって求める。前記粗骨材の乾燥収縮ひずみの最終値は、原石コアあるいは粗骨材そのものを用いて、ひずみゲージやコンタクトゲージによって求める。
（ａ）式は、後掲の図２に示すように、複数の粗骨材のヤング係数および吸水率の実測値を用いて、回帰分析により導出する。また、（ｂ１）式と（ｂ２）式は、後掲の図３に示すように、複数の粗骨材の乾燥収縮ひずみの最終値および吸水率の実測値を用いて、粗骨材を堆積岩と火成岩に分けて、別々に回帰分析して導出する。
細骨材および粗骨材の吸水率の測定は、それぞれＪＩＳ Ａ １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」、およびＪＩＳ Ａ １１１０「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定する。
また、前記粗骨材のヤング係数は、原石コアまたは粗骨材そのものを用いて、超音波法または載荷試験によって求める。前記粗骨材の乾燥収縮ひずみの最終値は、原石コアあるいは粗骨材そのものを用いて、ひずみゲージやコンタクトゲージによって求める。
（ａ）式は、後掲の図２に示すように、複数の粗骨材のヤング係数および吸水率の実測値を用いて、回帰分析により導出する。また、（ｂ１）式と（ｂ２）式は、後掲の図３に示すように、複数の粗骨材の乾燥収縮ひずみの最終値および吸水率の実測値を用いて、粗骨材を堆積岩と火成岩に分けて、別々に回帰分析して導出する。
２．第１の算出工程
該工程は、細骨材および粗骨材の吸水率と、下記（ａ）式および（ｂ１）式または（ｂ２）式を用いて、細骨材および粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出する工程である。本発明の予測方法では、細骨材のヤング係数（Ｅｓ）および粗骨材のヤング係数（Ｅｇ）の算出は、いずれも（ａ）式を用いて行う。また、細骨材の乾燥収縮ひずみの最終値（εｓｓ∞）および粗骨材の乾燥収縮ひずみの最終値（εｓｇ∞）の算出は、岩種が堆積岩と火成岩で異なり、該骨材が堆積岩の場合は細骨材および粗骨材のいずれも（ｂ１）式を用いて行い、該骨材が火成岩の場合は細骨材および粗骨材のいずれも（ｂ２）式を用いて行う。
なお、細骨材および粗骨材の吸水率の測定は、前記と同様、それぞれＪＩＳ Ａ １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」、およびＪＩＳ Ａ １１１０「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定する。
該工程は、細骨材および粗骨材の吸水率と、下記（ａ）式および（ｂ１）式または（ｂ２）式を用いて、細骨材および粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出する工程である。本発明の予測方法では、細骨材のヤング係数（Ｅｓ）および粗骨材のヤング係数（Ｅｇ）の算出は、いずれも（ａ）式を用いて行う。また、細骨材の乾燥収縮ひずみの最終値（εｓｓ∞）および粗骨材の乾燥収縮ひずみの最終値（εｓｇ∞）の算出は、岩種が堆積岩と火成岩で異なり、該骨材が堆積岩の場合は細骨材および粗骨材のいずれも（ｂ１）式を用いて行い、該骨材が火成岩の場合は細骨材および粗骨材のいずれも（ｂ２）式を用いて行う。
なお、細骨材および粗骨材の吸水率の測定は、前記と同様、それぞれＪＩＳ Ａ １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」、およびＪＩＳ Ａ １１１０「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定する。
２．第２の算出工程
該工程は、第１の算出工程で算出した細骨材と粗骨材のヤング係数と乾燥収縮ひずみの最終値を用いて、前記（１）〜（１２）式によりコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値を算出する工程である。
なお、前記（１）〜（１２）式は非特許文献１に記載の３相複合モデルである。
本発明のコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法の予測精度は、図４に示すように、決定係数（Ｒ２）が０．９４３７であるから、極めて高いといえる。
該工程は、第１の算出工程で算出した細骨材と粗骨材のヤング係数と乾燥収縮ひずみの最終値を用いて、前記（１）〜（１２）式によりコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値を算出する工程である。
なお、前記（１）〜（１２）式は非特許文献１に記載の３相複合モデルである。
本発明のコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法の予測精度は、図４に示すように、決定係数（Ｒ２）が０．９４３７であるから、極めて高いといえる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料とコンクリート配合
本実施例において使用した材料を表１に示す。使用した粗骨材は表３に示すＧ１〜１９である。また、使用したコンクリート配合を表２に示す。
１．使用材料とコンクリート配合
本実施例において使用した材料を表１に示す。使用した粗骨材は表３に示すＧ１〜１９である。また、使用したコンクリート配合を表２に示す。
１．コンクリートの乾燥収縮ひずみの最終値の予測
（１）（ａ）式等の導出
前記Ｇ１〜１９の粗骨材の、吸水率、ヤング率および乾燥収縮ひずみの最終値を測定した。前記吸水率は、ＪＩＳ Ａ １１１０「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して、前記ヤング率は、破砕前の母岩から抜き取ったコア(φ32×64mm)を用いて載荷試験時の応力-ひずみ曲線から求めた。前記乾燥収縮ひずみの最終値は、日本コンクリート工学会「コンクリートの収縮特性評価およびひび割れへの影響に関する調査研究委員会報告書」に示される「ひずみゲージによる粗骨材の乾燥収縮率試験方法試案」に準拠して測定した。これらの結果を、表３に示す。
また、細骨材（混合砂と砂岩砕砂）の吸水率は、ＪＩＳ Ａ １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定した。得られた吸水率は、混合砂が１．２０％、砂岩砕砂が２．０６％であった。
（１）（ａ）式等の導出
前記Ｇ１〜１９の粗骨材の、吸水率、ヤング率および乾燥収縮ひずみの最終値を測定した。前記吸水率は、ＪＩＳ Ａ １１１０「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して、前記ヤング率は、破砕前の母岩から抜き取ったコア(φ32×64mm)を用いて載荷試験時の応力-ひずみ曲線から求めた。前記乾燥収縮ひずみの最終値は、日本コンクリート工学会「コンクリートの収縮特性評価およびひび割れへの影響に関する調査研究委員会報告書」に示される「ひずみゲージによる粗骨材の乾燥収縮率試験方法試案」に準拠して測定した。これらの結果を、表３に示す。
また、細骨材（混合砂と砂岩砕砂）の吸水率は、ＪＩＳ Ａ １１０９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定した。得られた吸水率は、混合砂が１．２０％、砂岩砕砂が２．０６％であった。
次に、説明変数として粗骨材の吸水率を用い、目的変数として実測した粗骨材のヤング率または乾燥収縮ひずみの最終値を用いて回帰分析を行って、前記（ａ）式、（ｂ１）式、および（ｂ２）式を導出した。ただし、乾燥収縮ひずみの最終値については、粗骨材を火成岩と堆積岩の２種類に分けると相関がより高くなることが判明したため、粗骨材を火成岩と堆積岩に分けて回帰分析を行って（ｂ１）式と（ｂ２）式を導出した。これらの結果を図２と図３に示す。
（２）コンクリートの乾燥収縮ひずみの最終値の算出
表３に記載の粗骨材の吸水率の値と、前記の細骨材の吸水率の値を用いて、（ａ）式、（ｂ１）式、および（ｂ２）式から、各粗骨材および各細骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出した。
次に、前記算出したヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値と、３相複合モデルの各パラメータ値（Ｖs＝０．３０７〜０．３４３、Ｖg＝０．３３５〜０．３７１、ｔ＝１８２日、Ｗ/Ｃ＝５０％、Ｖ/Ｓ＝２．５ｃｍ、ｈ＝６０％、Ｒａ＝０．２２）を用いて、前記（１）〜（１２）式により、コンクリートの乾燥収縮ひずみ（最終値）の予測値を算出した。
また、表２に記載の配合のコンクリートを用いて、ＪＩＳ Ａ １１２９−２「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法−第２部：コンタクトゲージ方法」に準拠して、材齢１８２日のコンクリートの乾燥収縮ひずみ（最終値）を実測した。図４に、前記予測値と実測値の相関を示す。本発明のコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法の予測精度は、図４に示すように、決定係数（Ｒ２）が０．９４３７と極めて高い。これに対し、非特許文献１に記載の３相複合モデル（細骨材のヤング係数は６０ｋＮ／ｍｍ２、乾燥収縮ひずみの最終値は３３７μの推奨値を用いる予測方法。ただし、粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値は実測値を用いる。）を用いて算出したコンクリートの乾燥収縮ひずみ（最終値）の予測値と実測値の相関は、図５に示すように低い。
表３に記載の粗骨材の吸水率の値と、前記の細骨材の吸水率の値を用いて、（ａ）式、（ｂ１）式、および（ｂ２）式から、各粗骨材および各細骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出した。
次に、前記算出したヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値と、３相複合モデルの各パラメータ値（Ｖs＝０．３０７〜０．３４３、Ｖg＝０．３３５〜０．３７１、ｔ＝１８２日、Ｗ/Ｃ＝５０％、Ｖ/Ｓ＝２．５ｃｍ、ｈ＝６０％、Ｒａ＝０．２２）を用いて、前記（１）〜（１２）式により、コンクリートの乾燥収縮ひずみ（最終値）の予測値を算出した。
また、表２に記載の配合のコンクリートを用いて、ＪＩＳ Ａ １１２９−２「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法−第２部：コンタクトゲージ方法」に準拠して、材齢１８２日のコンクリートの乾燥収縮ひずみ（最終値）を実測した。図４に、前記予測値と実測値の相関を示す。本発明のコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法の予測精度は、図４に示すように、決定係数（Ｒ２）が０．９４３７と極めて高い。これに対し、非特許文献１に記載の３相複合モデル（細骨材のヤング係数は６０ｋＮ／ｍｍ２、乾燥収縮ひずみの最終値は３３７μの推奨値を用いる予測方法。ただし、粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値は実測値を用いる。）を用いて算出したコンクリートの乾燥収縮ひずみ（最終値）の予測値と実測値の相関は、図５に示すように低い。
Claims (1)
- 細骨材および粗骨材の吸水率と、下記（ａ）式および（ｂ１）式または（ｂ２）式を用いて、細骨材および粗骨材のヤング係数および乾燥収縮ひずみの最終値を算出する第１の算出工程と、
該算出した値と、下記（１）〜（１２）式を用いてコンクリートの乾燥収縮ひずみの予測値を算出する第２の算出工程と
を含む、コンクリートの乾燥収縮ひずみの予測方法。
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