JP6585923B2

JP6585923B2 - 構造部材および床版

Info

Publication number: JP6585923B2
Application number: JP2015101031A
Authority: JP
Inventors: 克紀綾野; 隆史藤井; 教治二井谷; 篤彦杉田; 細谷　多慶; 多慶細谷; 大月　隆行; 隆行大月; 高橋　克則; 克則高橋; 渡辺　圭児; 圭児渡辺
Original assignee: JFE Steel Corp; Okayama University NUC; Oriental Shiraishi Corp; Landes Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Okayama University NUC; Oriental Shiraishi Corp; Landes Co Ltd
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2035-05-18
Also published as: JP2016216284A

Description

本発明は、例えば橋梁のコンクリート床版のような繰り返し荷重が作用する構造部材用の材料として好適なコンクリート用組成物およびそれを成形してなる成形品ならびに床版に関するものである。

寒冷地における海岸付近や凍結防止剤を散布する地域では、塩害による劣化に加えて、凍結融解作用による劣化が促進されるため、コンクリート構造物の劣化は著しく進行する。特に橋梁のコンクリート床版においては、橋面などから供給される塩分や水分、車両の通行による繰り返し荷重の載荷、およびそれらの複合作用により、コンクリートが土砂化によって劣化する事例が顕在化しており、その耐久性が問題となっている。

著しく劣化した床版は、劣化具合が悪化すれば交通に支障をきたすことから、補修や取り替え工事により耐久性の高いプレストレストコンクリート床版（以下、ＰＣ床版という。）などに取り替えられる。この取り替え工事には多大な費用、労力、時間を要することから、土砂化を抑制することのできる耐久性に優れたコンクリートの開発が望まれていた。

また、ＰＣ床版は、プレキャスト（以下、ＰＣａという。）工場などにおいて、プレストレスの導入と所要の発現強度を得るために蒸気養生を経て製作される。しかしながら、蒸気養生により、コンクリート中に導入された気泡が抜け出して凍結抵抗性が低下するおそれがあることから、寒冷地や塩害環境下で使用した場合の劣化が懸念されていた。

一方、既往の研究において、高炉スラグ細骨材と高炉スラグ微粉末を配合したコンクリートは、耐塩害性、凍結融解抵抗性に優れることが知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特許文献１は、高炉スラグ細骨材、ならびに高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントを含む結合材を含有するモルタルまたはコンクリート用組成物であって、全細骨材に対する高炉スラグ細骨材の含有率が質量比で６６．７％以上であるものである。このモルタルまたはコンクリート用組成物は、細骨材に高炉スラグ細骨材を使用することによりモルタルまたはコンクリートが緻密化し、高強度となることで塩化物イオンの浸透を抑制するので、耐塩害性能に優れるという特長がある。

特許文献２は、細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するモルタルまたはコンクリート用組成物であって、前記細骨材または前記結合材の少なくとも一方に高炉スラグからなる材料を含み、前記モルタルまたはコンクリート用組成物により作製したモルタルまたはコンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験における凍結融解サイクル３００回での相対動弾性係数が６０％以上であり、耐凍害性に優れるものである。このモルタルまたはコンクリート用組成物は、細骨材または結合材の少なくとも一方に高炉スラグを使用することにより凍害および塩害による複合劣化に対する抵抗性に優れるという特長がある。

図１５は、普通コンクリートに対する１０％濃度の塩水を用いた凍結融解試験結果を示したものである。水セメント比Ｗ／Ｃ＝４０％、結合材（Ｂ）に対する高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦ）の質量比ＧＧＢＦ／Ｂ＝０％、細骨材として砂岩砕砂１００％を使用したコンクリート供試体についてのものであり、養生方法とＡＥ剤の添加の有無を変えている。このコンクリート供試体は高炉スラグを含んでいない。この図に示すように、高炉スラグを含まない普通コンクリートではＡＥコンクリート（水中養生）を除いて凍結融解サイクル３００回での相対動弾性係数が６０％未満となっており、耐凍害性に劣っている。

これに対し、図１６は、高炉スラグ細骨材を用いたコンクリートに対する１０％濃度の塩水を用いた凍結融解試験結果を示したものである。水セメント比Ｗ／Ｃ＝４０％、結合材（Ｂ）に対する高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦ）の質量比ＧＧＢＦ／Ｂ＝４０％、蒸気養生後水中養生とした場合において、砂岩砕砂を用いた細骨材（Ｓ）に対する高炉スラグ細骨材（ＢＦＳ）の含有比ＢＦＳ／Ｓを変化させている。高炉スラグ細骨材を含むコンクリートは凍結融解サイクル３００回での相対動弾性係数が６０％以上となっており、耐凍害性に優れていることがわかる。

なお、高炉スラグからなる材料を含有する他のモルタルまたはコンクリート用組成物および成形品として、例えば特許文献３に示されるものが知られている。

特許文献３は、非晶質な高炉スラグ細骨材、ならびに比表面積がブレーン値で２５００〜７０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末およびポルトランドセメントを含む結合材を含有するモルタルまたはコンクリート用組成物であって、結合材に対するポルトランドセメントの質量比が０．３〜０．９のものである。このモルタルまたはコンクリート用組成物は、下水道施設等の硫酸性雰囲気に晒される環境で使用した場合に、表面に二水石こう層が形成されるので耐硫酸性に優れるという特長がある。

特開２０１３−２２７１８５号公報特開２０１４−１５９３５４号公報特許第５３３０８９５号公報

ところで、本発明者がコンクリートの凍害および疲労（繰り返し荷重載荷）の複合劣化に対する抵抗性に関して鋭意研究したところ、高炉スラグ細骨材を多く含有する組成物は、十分な抵抗性を有していることが判明した。すなわち、高炉スラグ細骨材を多く含む場合には凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性が向上することが判明した。本発明者は以上のような知見に基づき、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れた以下の本発明に至った。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れたコンクリート用組成物およびそれを成形してなる成形品ならびに床版を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコンクリート用組成物は、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物であって、前記コンクリート用組成物によって作製したコンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、所定の荷重条件下での繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行った場合において、前記疲労試験１６０万サイクルでも破壊しない高耐久性を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリート用組成物は、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物であって、前記コンクリート用組成物によって作製した設計曲げ耐力が１５．６ｋＮ・ｍの鉄筋コンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、最小荷重１５ｋＮ、最大荷重４５ｋＮ、周波数５Ｈｚの繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行った場合において、前記疲労試験１６０万サイクルでも破壊しない高耐久性を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリート用組成物は、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物であって、前記コンクリート用組成物によって作製した設計曲げ耐力が１５．６ｋＮ・ｍのプレストレストコンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、最小荷重１５ｋＮ、最大荷重４５ｋＮ、周波数５Ｈｚの繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行った場合において、前記疲労試験２４０万サイクルでも破壊しない高耐久性を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリート用組成物は、上述した発明において、前記疲労試験４００万サイクルでも破壊しない高耐久性を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリート用組成物は、上述した発明において、前記凍結融解試験における前記コンクリート供試体を浸漬させる溶液として、濃度が質量比で１０％の塩水を用いたことを特徴とする。

また、本発明に係るコンクリート成形品は、上述したコンクリート用組成物を成形してなることを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリート成形品は、上述したコンクリート用組成物を蒸気養生を経て成形したことを特徴とする。

また、本発明に係る他のコンクリート成形品は、上述したコンクリート用組成物をプレストレストコンクリート部材または鉄筋コンクリート部材として成形したことを特徴とする。

また、本発明に係る床版は、上述したコンクリート成形品からなることを特徴とする。

また、本発明に係る他の床版は、上述した発明において、道路または橋梁用の床版として用いられることを特徴とする。

本発明に係るコンクリート用組成物によれば、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物であって、前記コンクリート用組成物によって作製したコンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、所定の荷重条件下での繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行った場合において、前記疲労試験１６０万サイクルでも破壊しない高耐久性を有するので、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れたコンクリート用組成物およびそれを成形してなる成形品ならびに床版を提供することができるという効果を奏する。

図１は、試験体の寸法概略図であり、（１）はＲＣ梁の試験体、（２）はＰＣ梁の試験体である。また、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。図２は、疲労試験における載荷位置を示す図である。図３は、本発明による凍結融解試験と疲労試験の手順を示した図であり、（１）は概略図、（２）は（１）に対応する試験状況を示す写真図である。図４は、再載荷時の荷重−ひずみ図（ＲＣ梁）であり、（１）はコンクリート上縁ひずみ、（２）は鉄筋ひずみに関するものである。図５は、再載荷時の荷重−ひずみ図（ＰＣ梁）であり、（１）はコンクリート上縁ひずみ、（２）はＰＣ鋼棒ひずみに関するものである。図６は、複合劣化試験が終了したときのＲＣ梁（砕砂）の状況写真図である。図７は、複合劣化試験が終了したときのＲＣ梁（高炉スラグ細骨材）の状況写真図である。図８は、複合劣化試験が終了したときのＰＣ梁（砕砂）の状況写真図である。図９は、複合劣化試験が終了したときのＰＣ梁（高炉スラグ細骨材）の状況写真図である。図１０は、複合劣化試験が終了したときのひび割れ状況を示す図であり、（１）はＲＣ梁（砕砂）、（２）はＲＣ梁（高炉スラグ細骨材）、（３）はＰＣ梁（砕砂）、（４）はＰＣ梁（高炉スラグ細骨材）に関するものである。図１１は、繰り返し載荷時のコンクリート応力強度比の比較図である。図１２は、繰り返し載荷時の鋼材応力強度比の比較図である。図１３は、応力強度比（計算値）の比較図である。図１４は、供試体による凍結融解試験結果を示す図であり、（１）は相対動弾性係数、（２）は質量変化率に関する図である。図１５は、普通コンクリートに対する凍結融解試験結果を示す図である。図１６は、高炉スラグ細骨材を用いたコンクリートに対する凍結融解試験結果を示す図である。

以下に、本発明に係るコンクリート用組成物およびそれを成形してなる成形品ならびに床版の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係るコンクリート用組成物は、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物であって、コンクリート用組成物によって作製したコンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８（コンクリートの凍結融解試験方法）に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、所定の荷重条件下での繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行った場合において、疲労試験１６０万サイクルでも破壊しない高耐久性を有しており、凍害および疲労（繰り返し荷重載荷）の複合劣化に対する抵抗性に優れている。

ここで、上記の凍結融解試験においては、供試体を浸漬させる溶液に質量比で１０％の塩水（質量パーセント濃度で１０％の塩化ナトリウム水溶液）を用いて行ってもよい。一般的には、塩水を用いて凍結融解試験を行った方が、真水で行うよりも過酷な条件下での試験となる。

高炉スラグは、高炉で銑鉄を製造する際に副生されるものであり、その主成分はCaO、SiO₂、Al₂O₃、MgOである。この高炉スラグは、高炉スラグ細骨材の形態で用いることができる。

高炉スラグ細骨材は、非晶質な高炉スラグ細骨材である。非晶質な高炉スラグ細骨材としては、例えば、高炉スラグを水で急冷した高炉水砕スラグを軽破砕し、固結防止剤を添加したものを用いることができる。高炉水砕スラグの製造において急冷される直前の溶融高炉スラグの温度は１４００度〜１５００度であり、急冷することにより結晶への原子配列が行われないまま固結してガラス質（非結晶）となる。高炉スラグ細骨材の品質は、JIS A 5011-1に規定されている。

また、本発明で用いられるセメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等が挙げられる。

本発明のコンクリート用組成物は、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するものであるが、細骨材（Ｓ）に対する高炉スラグ細骨材（ＢＦＳ）の質量比（ＢＦＳ／Ｓ）は０．６〜１．０とするのが好ましい。なお、細骨材としては、高炉スラグ細骨材に加えて例えば砂岩砕砂などの一般的な細骨材を用いることができる。

本発明のコンクリート用組成物は通常さらに粗骨材を含むものであり、コンクリート用組成物が硬化してコンクリートが得られることとなる。粗骨材としては例えば砂岩砕石などの一般的な粗骨材を用いることができる。ここで、コンクリート用組成物における水の使用量（Ｗ）としては、結合材（Ｂ）に対する水（Ｗ）の質量比（Ｗ／Ｂ）が０．２５〜０．４０であること、つまり結合材（Ｂ）１００質量部に対して、水（Ｗ）が２５〜４０質量部であることが好ましい。また、コンクリート用組成物における粗骨材の使用量としては、結合材（Ｂ）１００質量部に対して、粗骨材が１００〜５００質量部であることが好ましい。また、本発明のコンクリート用組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、さらにその他の成分を含有しても構わない。

本発明のコンクリート用組成物は、凍害に対する抵抗性、繰り返し載荷による疲労に対する抵抗性に優れている。したがって、本発明のコンクリート用組成物は、耐凍害性および耐疲労性が要求される寒冷地や塩害環境下の道路橋のコンクリート床版や梁などのコンクリート構造物の材料として有効である。また、本発明によれば、道路橋のコンクリート床版の表面などに生じる土砂化を確実に抑制することが可能である。

また、本発明のコンクリート用組成物は、後述するように塩害に対する抵抗性にも優れている。したがって、耐塩害性が要求される建造物等の施工や、冬季に融雪剤が散布される山間部の高速道路といった凍害と塩害と疲労が複合して生じ得る場所に対して特に有効である。また、こうした用途以外にも例えば、寒冷地における海岸構造物、海洋構造物、水路構造物、道路構造物、擁壁構造物の耐凍害性と耐疲労性と耐塩害性が要求される現場で好適に用いられる。このとき、予め本発明のコンクリート用組成物を成形し、成形品（プレキャストコンクリート製品）として施工してもよい。

［本発明の作用効果の検証］
次に、本発明の作用効果について、図１〜図１４の試験概要および試験結果を用いて説明する。この試験では、本発明のコンクリート用組成物が、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れることを確認するために、上記のＪＩＳＡ１１４８（コンクリートの凍結融解試験方法）に記載のＡ法に基づく凍結融解試験に基づいた試験と、繰り返し載荷による疲労試験とを交互に実施する複合劣化試験を行っている。

（試験体の概要）
細骨材に高炉スラグ細骨材および砂岩砕砂を用いたコンクリートにより鉄筋コンクリート（以下、ＲＣという。）構造およびＰＣ構造の梁型の試験体（供試体。以下、ＲＣ梁、ＰＣ梁ともいう。）を作成した。試験体の概要を図１に示す。各試験体の寸法は、大型凍結融解試験装置に収まるように、長さ１３５０ｍｍ×幅１２５ｍｍ×高さ２００ｍｍとした。試験体は、ＲＣ梁、ＰＣ梁とも曲げ耐力が同等となるように、鋼材寸法や位置を調整した。これは、構造の違いによる劣化の違いを確認するためである。

試験体のコンクリートの配合を表１に示す。配合は細骨材に高炉スラグ細骨材のみを使用する場合、砂岩砕砂のみを使用する場合の２種類とした。

ここで、結合材（Ｂ）には早強ポルトランドセメント（Ｃ）を、粗骨材（Ｇ）には砂岩砕石を、細骨材（Ｓ）には砂岩砕砂（ＣＳ）および高炉スラグ細骨材（ＢＦＳ）を用いた。砂岩砕砂を用いたコンクリートの混和剤には、ＡＥ剤および高性能ＡＥ減水剤を使用し、高炉スラグ細骨材を用いたコンクリートには、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤および消泡剤を用いた。空気量（Ａｉｒ）は４．５％、２．０％とした。細骨材率（ｓ／ａ）は表１に示すとおりである。コンクリートの水セメント比（Ｗ／Ｂ）は３５％として強度をほぼ同程度とし、単位水量（Ｗ）は１５５ｋｇ／ｍ^３とした。これは、ＰＣａ工場で製造されるコンクリートを想定し、同程度のフレッシュ性能を有する配合としたものである。試験体番号に対応する使用材料の物性値を表２に示す。なお、試験体番号２、４が本発明の実施例に対応する。試験体番号１、３は比較例である。

（試験体の複合劣化試験）
複合劣化試験は、図３に示すように、材齢７日より開始するものとし、試験体に対するＪＩＳＡ１１４８：２０１０に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、最小荷重１５ｋＮ、最大荷重４５ｋＮ、周波数５Ｈｚの繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して試験体が破壊するまで行う。ここで、疲労試験は、図２に示すような載荷位置に対する荷重制御で載荷を行う。

各試験体は、蒸気養生後、材齢７日まで気中養生を行っている。まず、複合劣化載荷の前に試験体に静的載荷試験を行い、ダメージを与えた後に、複合劣化試験を行った。この静的載荷試験は、各試験体に終局荷重まで載荷した後、一度除荷し、再び終局荷重まで載荷した１サイクルの荷重載荷を経験させている。複合劣化試験は、この終局荷重を経験した後、凍結融解試験３０サイクルと疲労試験２０万サイクルとを交互に実施することにより行う。

凍結融解試験は、ＪＩＳＡ１１４８：２０１０に規定される水中凍結融解方法（Ａ法）を参考に、１０％ＮａＣｌ水溶液（質量パーセント濃度で１０％の塩化ナトリウム水溶液）を使用し、試験体に吸水シートを巻き付け、湿潤状態で凍結させ、２０℃の水中で融解を行った。一般的には、塩水（ＮａＣｌ水溶液）を用いて凍結融解試験を行った方が、真水で行うよりも過酷な条件下での試験となる。

所定の凍結融解サイクル終了後に行う疲労試験は、最小荷重をひび割れ発生荷重である１５ｋＮに、最大荷重を使用荷重の２倍である４５ｋＮにし、周波数が５Ｈｚのサイン波を載荷して行った。凍結融解試験３０サイクルと疲労試験２０万サイクルの組み合わせを１サーキットとし、これを繰り返し行った。

なお、各試験体の疲労試験は同時に行えないため、開始までに１０％ＮａＣｌ水溶液中に静置した。疲労試験の開始前および終了後には、ひび割れの進展状況を確認し、主要箇所のひび割れ幅をマイクロスコープで計測した。

（試験結果）
図４（１）はＲＣ梁の再載荷した時の荷重−コンクリート上縁ひずみ図、（２）は荷重−鉄筋ひずみ図である。細骨材に高炉スラグ細骨材を用いたＲＣ梁は、砂岩砕砂を用いたものに比べ、同一荷重においてコンクリート上縁のひずみが若干大きくなっている。図５（１）はＰＣ梁の再載荷した時の荷重−コンクリート上縁ひずみ図、（２）は荷重−ＰＣ鋼棒ひずみ図である。細骨材に高炉スラグ細骨材を用いたＰＣ梁は、砂岩砕砂を用いたものに比べ、同一荷重においてコンクリート上縁のひずみが若干大きくなっている。これは、ひび割れの下縁からの高さが異なることによる中立軸の位置の違いが要因の一つと考えられる。ＲＣ梁の方は、砂岩砕砂と高炉スラグ細骨材とで差が大きいが、ＰＣ梁の方は、この差は大きくない。

表３は、複合劣化試験の破壊・終了した結果を示したものである。図６〜図９は、複合劣化試験がそれぞれ終了した状況の写真を示したものである。図１０はひび割れ分布を示した図であり、（１）が図６に、（２）が図７に、（３）が図８に、（４）が図９に対応している。

図６に示すように、砕砂を使用したＲＣ梁は、８サーキット目（凍結融解試験２４０サイクル、疲労試験１６０万サイクル）でＲＣ梁内部の引張りを受ける鋼材（引張鉄筋）が破断することによって破壊し、試験が終了した。

図７に示すように、高炉スラグ細骨材を使用したＲＣ梁は、８サーキット目はもちろんのこと、２０サーキット目（凍結融解試験６００サイクル、疲労試験４００万サイクル）でも引張鉄筋が破断せず、破壊しなかった。このように、高炉スラグ細骨材を使用したＲＣ梁は、砕砂を使用したＲＣ梁の２倍以上の複合劣化作用によっても影響を受けないことが確認された。したがって、本発明のコンクリート用組成物およびその成形品は、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れることがわかる。

図８に示すように、砕砂を使用したＰＣ梁は、１２サーキット目の途中（凍結融解試験３６０サイクル、疲労試験２３０万サイクル）でコンクリートの上縁が圧潰（土砂化）し、試験が終了した。

図９に示すように、高炉スラグ細骨材を使用したＰＣ梁は、２０サーキット目（凍結融解試験６００サイクル、疲労試験４００万サイクル）でもコンクリートが圧潰せず、破壊しなかった。このように、高炉スラグ細骨材を使用したＰＣ梁は、砕砂を使用したＰＣ梁の約２倍程度の複合劣化作用によっても影響を受けないことが確認された。したがって、本発明のコンクリート用組成物およびその成形品は、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れることがわかる。

図１０に示すように、複合劣化のひび割れ図および試験終了時のＲＣ梁、ＰＣ梁の状態から、試験体番号１、試験体番号２（ＲＣ梁）は、ひび割れ箇所が梁の長手方向に分散し、ひび割れ幅も小さいことがわかる。一方、試験体番号３、試験体番号４（ＰＣ梁）は、ひび割れ箇所が載荷点の直下に集中しており、下縁から上縁に向かって進展していることがわかる。砂岩砕砂を用いた試験体番号１は、主鉄筋が破断して試験を終了した。ひび割れ図からは、その破断した位置のひび割れの傾向が明瞭ではないが、終了後に試験体を切断したところ、ひび割れ部分の鉄筋の発錆が確認されたことから、腐食とひび割れ部に応力が集中したため破断したと考えられる。

試験体番号３、試験体番号４（ＰＣ梁）は、１０サーキット以上の複合劣化作用を受けているが、試験体番号３においては１２サーキットで上縁のコンクリートの欠落により試験を終了した。

最小荷重および最大荷重時の上縁コンクリート、鉄筋およびＰＣ鋼棒に生じる応力を表４および表５に、分布図を図１１および図１２に示す。なお、参考までに計算値を図１３に示す。図１３の計算値は、上下限載荷荷重の４５ｋＮ、１５ｋＮにより作用するコンクリートの圧縮応力および鋼材の引張応力の上下限（応力振幅）であり、断面が健全であると仮定した場合のものである。

ＲＣ梁の上縁コンクリート応力状態については、細骨材に高炉スラグ細骨材を用いた試験体番号２は、砂岩砕砂を用いた試験体番号１に比べて大きい応力強度を受けて、かつ、応力振幅も大きい状態で疲労載荷がなされている。また、鉄筋の応力強度、応力振幅も同様である。

ＰＣ梁の上縁コンクリート応力状態については、細骨材に高炉スラグ細骨材を用いた試験体番号４は、砂岩砕砂を用いた試験体番号３に比べて大きい応力強度を受けて、かつ、応力振幅も大きい状態で疲労載荷がなされている。ＰＣ鋼棒応力強度については、砂岩砕砂を用いた試験体番号３の方が、細骨材に高炉スラグ細骨材を用いた試験体番号４より大きい応力強度、応力振幅で作用している。ＲＣ梁とＰＣ梁の上縁コンクリート応力強度を比べるとＰＣ梁の上縁コンクリートの応力強度比の振幅は、ＲＣ梁よりも大きく、上縁コンクリートにおいてはＰＣ梁の方が、ＲＣ梁よりも負担が大きい。引張側の鋼材である鉄筋、ＰＣ鋼棒の応力強度比の振幅は、鉄筋の応力振幅がＰＣ鋼棒の応力強度振幅よりも大きい。

ひび割れ状態や疲労載荷作用時の応力状態から、高炉スラグ細骨材を使用したコンクリートは、砂岩砕砂を使用したコンクリートより、複合劣化に対して優位性が見られる。また、ＰＣ梁は、複合劣化作用に対してＲＣ梁に比べて優位性が見られる。これは、ＲＣとＰＣとの構造の違いにより、引張鋼材とコンクリートとの負担率も違っており、破壊形態も異なることが影響しているものと考えられる。砂岩砕砂を使用したＰＣ梁は、上縁のコンクリートが徐々に剥落したことで中立軸が下がり、上縁のコンクリート応力度とＰＣ鋼棒応力強度が大きくなり、複合劣化により、損傷が進行したものと考えられる。高炉スラグ細骨材を使用したＰＣ梁は、コンクリート応力状態が高い状態においても、優れた劣化抵抗性が見られる。

（試験体に使用した高炉スラグ細骨材を用いたコンクリート物性の検証）
上記の高炉スラグ細骨材を使用したコンクリート試験体の凍結融解抵抗性について検討を行い、砂岩砕砂を細骨材として使用したコンクリート試験体と比較を行った。これについて以下に説明する。

（試験方法）
上記の試験体で使用したコンクリートと同様に物性用の供試体を採取した。凍結融解試験は、蒸気養生または水中養生を行った１００×１００×４００ｍｍの角柱供試体に対して、ＪＩＳＡ１１４８：２０１０に規定される水中凍結融解方法（Ａ法）に準拠して行った。凍結融解試験における凍結用水として、質量パーセント濃度で１０％の塩化ナトリウム水溶液を使用した。

（試験結果）
図１４に凍結融解試験結果を示す。図１４（１）に示すように、凍結融解試験では、いずれの供試体も３００サイクルまでに相対動弾性係数が６０％を下回るものはない。蒸気養生後に水中養生を行い、細骨材に砂岩砕砂を用いたコンクリートは３００サイクルを超えたところで相対動弾性係数が大きく下がって劣化しており、また、図１４（２）の質量変化率も質量損失が先行している。以上からＡＥ剤を用いない場合でも、細骨材に高炉スラグ細骨材を用いれば十分な凍結融解抵抗性が発揮されることがわかる。

（まとめ）
上記の各試験により、以下のことが確認された。
（１）高炉スラグ細骨材を用いたコンクリート構造部材であるＲＣ梁およびＰＣ梁の凍結融解および繰り返し載荷による複合劣化について検討した結果、コンクリート構造部材の細骨材として高炉スラグ細骨材を用いることで、凍結融解および繰り返し載荷による複合劣化を抑制することができる。したがって、本発明のコンクリート用組成物およびその成形品は、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れている。

（２）Ｎｏｎ−ＡＥコンクリートで蒸気養生を行った場合においても、高炉スラグ細骨材を用いたコンクリートは、凍結融解抵抗性が低下することなく、耐久性が高い。

（３）コンクリートが高い応力度で、かつ、大きな応力度振幅を受けた状態においても、高炉スラグ細骨材を用いたコンクリートは、高い耐久性を有する。

（４）高炉スラグ細骨材を用いたＲＣ梁は、細骨材として砕砂を用いたＲＣ梁よりも高い繰り返し載荷作用に耐えることができる。また、高炉スラグ細骨材を用いたＰＣ梁は、細骨材として砕砂を用いたＰＣ梁よりも高い繰り返し載荷作用に耐えることができる。

以上より、コンクリートの耐複合劣化性能を改善するためには、コンクリート用組成物において、細骨材の一部として高炉スラグ細骨材を使用することが好適である。この場合、耐複合劣化性能をより高める上で、結合材に対する水の質量比（Ｗ／Ｂ）を０．２５〜０．４０とすることが好ましく、０．３５（Ｗ／Ｂ＝３５％）とするのがより好ましい。また、細骨材に対する高炉スラグ細骨材の質量比が１．０であることが好ましい。

また、本発明の成形品をプレストレストコンクリート部材または鉄筋コンクリート部材として寒冷地の道路または橋梁用の床版に適用した場合、その優れた耐凍害性および耐疲労性により、コンクリートの土砂化は抑制される。したがって、本発明の成形品を用いた場合には、一般的な普通のプレストレストコンクリート部材または鉄筋コンクリート部材を用いた場合に比べて床版の耐用年数を延ばすことができる。このため、補修や更新費用を抑制することが可能である。

以上説明したように、本発明に係るコンクリート用組成物によれば、高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物であって、前記コンクリート用組成物によって作製したコンクリート供試体に対するＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、所定の荷重条件下での繰り返し載荷による疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行った場合において、前記疲労試験１６０万サイクルでも破壊しない高耐久性を有するので、凍害および疲労の複合劣化に対する抵抗性に優れたコンクリート用組成物およびそれを成形してなる成形品ならびに床版を提供することができるという効果を奏する。

以上のように、本発明に係るコンクリート用組成物およびそれを成形してなる成形品ならびに床版は、橋梁のコンクリート床版のような繰り返し荷重が作用する構造部材用の材料として有用であり、特に、コンクリートの土砂化を抑制するのに適している。

Claims

繰り返し荷重が作用する鉄筋コンクリートからなる構造部材であって、
高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物からなるコンクリートと、前記コンクリートの内部に設けられ、引張りを受ける鉄筋とを備え、ＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、最小荷重１５ｋＮ、最大荷重４５ｋＮ、周波数５Ｈｚの繰り返し載荷による繰り返し荷重の作用によって前記鉄筋に作用する応力強度比の振幅が前記コンクリートに作用する応力強度比の振幅を卓越する疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行う試験条件において、前記疲労試験１６０万サイクル以上の繰り返し荷重に対する耐久性を有することを特徴とする構造部材。
繰り返し荷重が作用するプレストレストコンクリートからなる構造部材であって、
高炉スラグ細骨材を含む細骨材と、セメントを含む結合材と、水とを含有するコンクリート用組成物からなるコンクリートと、前記コンクリートの内部に設けられたＰＣ鋼材とを備え、ＪＩＳＡ１１４８に記載のＡ法に基づく凍結融解試験３０サイクルと、最小荷重１５ｋＮ、最大荷重４５ｋＮ、周波数５Ｈｚの繰り返し載荷による繰り返し荷重の作用によって前記コンクリートに作用する応力強度比の振幅が前記ＰＣ鋼材に作用する応力強度比の振幅を卓越する疲労試験２０万サイクルとを交互に繰り返して行う試験条件において、前記疲労試験２４０万サイクル以上の繰り返し荷重に対する耐久性を有することを特徴とする構造部材。
前記疲労試験４００万サイクル以上の繰り返し荷重に対する耐久性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の構造部材。
前記凍結融解試験における試験体を浸漬させる溶液として、濃度が質量比で１０％の塩水を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の構造部材。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の構造部材からなることを特徴とする床版。
道路または橋梁用の床版として用いられることを特徴とする請求項５に記載の床版。