【毎日のテーマ】【建設版20160616】

水セメント比、セメント強度、気泡量、骨材の泥分含有量、骨材の強度粒度分布、養生方法、添加剤

コンクリートの強度に影響を与える主な要因には、コンクリートの製造方法、養生制度、およびコンクリートを構成する各種材料がある。コンクリートを製造する際の水セメント比、混合方法、振動方法は、すべてコンクリートの強度に大きな影響を与えます。作業性を保証する前提のもと、水セメント比をできるだけ低くすることで、コンクリートの強度を高めることができる。乾硬性コンクリートには強制式ミキサーが適しており、塑性コンクリートには自落式ミキサーを使用すべきである。振動法によりコンクリートを締固めることで強度が向上し、乾硬性コンクリートの場合は初期強度が20％～30％高まる。その他、真空脱水、転圧、加圧振動、遠心分離などの操作を行うことでも、コンクリートをより緻密にでき、強度を向上させることができる。 養生制度が強度に与える影響は、主に養生温度、養生期間、および養生時の湿度の3つの側面がある。養生温度が高いほど、養生期間が長いほど、また養生時の湿度が高いほど、コンクリートの強度は高くなる。 コンクリートを構成する各種材料のうち、セメントの強度とコンクリートの強度はほぼ線形関係にあり、つまりセメントの強度が高いほどコンクリートの強度も高くなる。骨材はコンクリートの強度にある程度影響を与えます。破砕された岩石は、多くが粗くて角張っているため、優れた機械的結合性を持ち、コンクリートの強度を高めることができる。しかし、水セメント比が増加すると、この効果は徐々に弱まる。骨材中の泥分と有機物の含有量が高いほど、コンクリートの強度はより低下する

答：セメントの強度等級と水セメント比が、コンクリートの強度を決定する主要な要因です。

構成材料と配合比。セメントの強度等級と水セメント比の影響。骨材の影響。添加剤および混合材。養生条件。試験方法

学んだこと：最も重要な要因は水セメント比です。現場でコンクリートの強度に問題が生じる場合、その多くは水セメント比が適切に管理されていないためです。もちろん、ミキシングプラントでの計量が不正確だと、各材料の配合比率が変わり、それも強度に影響を与えます。 もちろん、セメントの強度、気泡量、骨材の含泥量、骨材の強度グレード分布、養生方法、試験条件などもあります

コンクリートの強度に影響を与える要因は多岐にわたり、大きく分けると材料の組成、製造方法、養生条件、試験条件の4つが挙げられます。

コンクリートの強度に影響を与える要因　一、セメントの強度と水セメント比。セメントの強度と水セメント比は、コンクリートの強度を決定する最も重要な要因である。 セメントはコンクリートの結合成分であり、その強度の大きさがコンクリートの強度に直接影響を与えます。配合比が同じ条件の下では、セメントの強度が高いほど、コンクリートの強度も高くなる。同じセメント（種類と強度が同じ）を使用する場合、コンクリートの強度は主に水セメント比によって決まる；コンクリートが十分に密実になる場合、水セメント比が大きくなるほど、セメントペースト内の空隙が多くなり、強度は低下し、骨材との結着力も弱まるため、コンクリートの強度も低下する。逆に、水セメント比が小さいほど、コンクリートの強度は高くなる。コンクリートの圧縮強度は、水セメント比とセメント強度との間に以下のような近似関係が成り立つ：fcu=αafce(C/W—αb)ここで、Cは1立方メートルあたりのコンクリートに含まれるセメントの量（kg）である；W—コンクリート1立方メートルあたりの水使用量、kg；fcu—コンクリート28日圧縮強度、MPa；fce—セメントの実際の強度、MPa； αa、αbは経験係数で、骨材の種類などに関連し、その値は試験によって求める必要がある。通常の値は次の通りである：砕石の場合、αa=0.46、αb=0.07。 小石について：αa=0.48、αb=0.33。 FCEは試験によって決定されるべきである。セメントの実際の強度値が得られない場合は、次の式を用いてfce=γc·fce,kとして推定する。ここで、fce,kはセメントの強度等級値で、単位はMPaである； γc—セメントの強度等級値の安全係数（一般的に1.13とする）。 二、骨材の影響 骨材の表面状態はセメントペーストと骨材の接着に影響を及ぼし、それによってコンクリートの強度が変わる。砕石の表面は粗く、接着力が強い；小石の表面は滑らかで、粘着性は低い。したがって、配合比が同じ条件の下では、砕石コンクリートの強度は卵石コンクリートの強度よりも高い。骨材の最大粒径もコンクリートの強度に影響を与え、骨材の最大粒径が大きいほどコンクリートの強度は低下し、砂率が小さいほどコンクリートの圧縮強度は高くなり、逆に圧縮強度は低くなる。 三、添加剤と混合材 コンクリートに添加剤を混入することで、早強性や高強度な特性を得ることができる。コンクリートに早強剤を加えると、初期強度が大幅に向上する；減水剤を混入することで、混合に必要な水の量を大幅に削減でき、低いセメント比でもコンクリートは十分に密実に成形され、高い28日強度が得られる。コンクリートに混和材を加えることで、セメントペーストの密度が向上し、セメントペーストと骨材の界面接着強度が改善され、コンクリートの長期強度が高まる。したがって、コンクリートに高性能減水剤や混和材を添加することは、高強度かつ高性能なコンクリートを製造するために必要な技術的措置である。 四、養生の温度と湿度 コンクリートの硬化は、セメントの水和および凝結硬化によるものである。養生温度はセメントの水和速度に顕著な影響を与え、養生温度が高いほどセメントの初期水和速度が速くなり、コンクリートの早期強度も高くなる。高い湿度は、セメントの正常な水和に必要な水分を確保し、強度の向上に寄与する。20℃未満では、養生温度が低くなるほどコンクリートの圧縮強度は低下するが、20℃～30℃の範囲では、養生温度はコンクリートの圧縮強度にほとんど影響を与えない。養生湿度が高いほど、コンクリートの圧縮強度は高くなり、逆に養生湿度が低いほど圧縮強度は低下する。五、経過日数 コンクリートは適切な養生条件のもとでは、経過日数が増えるにつれて強度が向上する。最初の7～14日間は強度が急速に増加し、28日以降は増加が緩やかになるが、経過日数が長くなってもコンクリートの強度は引き続き上昇する。温度がコンクリートの性能に与える影響
コンクリートの温度は、その内部に蓄えられている熱エネルギーによって決まる。コンクリートの温度と外部の気温に差があるため、コンクリートと周囲の環境との間で熱交換が生じる。新しく練り上げられたコンクリートの温度変化について言えば、セメントの水和反応によってコンクリートの温度が上昇する以外は、すべてコンクリートと周囲の環境との熱交換によるものである。環境温度が非常に低い場合、この熱交換によってコンクリートの温度は急速に下がってしまう。新しく練り上げられたコンクリートにおいて、温度がどれだけ速く下がるかが、水和反応の進行度を決定する。言い換えれば、温度が速く下がるほど、強度の増加は遅くなる。コンクリートが早期に凍結されると、強度はもはや向上しなくなり、コンクリート内部の遊離水分も増加する。その結果、凍結による膨張応力が大きくなり、コンクリートは破壊されやすくなる。コンクリートの強度が低下する原因は、要約すると以下の3つの点がある：①水が凍結すると体積が9倍になり、コンクリート内の遊離水分が多ければ多いほど膨張応力は大きくなる。そして凍結によって膨張した体積は解凍後も元に戻らず、そのまま残ってしまう。したがって、新たに打設されたコンクリートは凍結すると空隙率が著しく上昇する。もし孔隙率が15に上昇した場合。強度は10下がります。凍上応力がひび割れを生じるほど大きくなると、コンクリート構造物は破壊され、強度はもはや向上しない。 ②骨材の周囲には水膜またはセメントペーストの膜があり、凍結するとその接着力が著しく損なわれ、解凍しても回復しない。実験によると、接着力が完全に失われると強度は13％低下する。 ③凍結および融解の過程で、水分移動が起こります。凍結時にはコンクリート表面の温度が低いため、まず凍結して凍胀圧力が生じ、その結果水分がコンクリート内部へ押し出されます。溶解過程において、外部が先に溶解し内部の応力が高まると、水分が表面に押し出され、水分は逆方向に移動する。この水分量の逆変化により、コンクリートの各成分の相対的な位置が変わり、強度がまだ低い新しいコンクリートでは構造的なひび割れが生じやすくなる。コンクリートを打設した後の最初の数時間は、最も危険な時期であり、コンクリートの耐久性は、1、2回の凍結融解サイクルだけで深刻に損なわれる可能性がある。観察により、新しく練られたコンクリートを一定時間保温し、ある程度の強度に達させれば凍害を恐れる必要がないことがわかり、これによって凍害を受ける臨界強度という概念が生まれました。臨界強度とは、打設直後のコンクリートが凍結された後に再び温度を上げて養生することで、強度がさらに向上し、設計基準強度の95％以上に達したときに必要となる初期強度のことです。臨界強度に達した時点で、コンクリート内のかなりの量の混和水が既に生成されている水和物に固定されており、この時点では凍結可能な水量も少なく、コンクリート自体もある程度の強度を持ち、一定の耐凍性を有している。現在、臨界強度の概念は多くの**に受け入れられ、規格で使用されている。 実際、コンクリートの冬期施工で最も解決すべき問題は、以下の2つです。 ①コンクリートが凍結するのを防ぐためです。 ②コンクリートの強度を向上させ、特に早期強度を高める。 コンクリートのスランプ低下の原因分析 コンクリートのスランプ低下は、一般的な問題です。コンクリートのスランプ損失に影響を与える要因は多岐にわたり、これらの要因は互いに関連している。主に4つの側面がある。1つ目はセメントに関するもので、セメント中の鉱物成分の種類、各鉱物成分の含有量、アルカリ含有量のバランス、粒度や粒子の粒度分布などである。2つ目は化学的添加剤に関するもので、高性能減水剤の化学組成、分子量、架橋度、スルホン化度、平衡イオン濃度、そして遅延剤の種類や使用量などである。3つ目は環境条件で、温度、湿度、輸送時間などが該当する。4つ目はコンクリート自体の水セメント比、減水剤の投入タイミング、混合材の種類および添加比率である。

セメントの強度と水セメント比は、コンクリートの強度を決定する最も重要な要因です。セメントはコンクリートの結合成分であり、その強度の大きさがコンクリートの強度に直接影響を与えます。配合比が同じ条件の下では、セメントの強度が高いほど、コンクリートの強度も高くなる。同じセメント（種類と強度が同じ）を使用する場合、コンクリートの強度は主に水セメント比によって決まる；コンクリートが十分に密実になる場合、水セメント比が大きくなるほど、セメントペースト内の空隙が多くなり、強度は低下し、骨材との結着力も弱まるため、コンクリートの強度も低下する。逆に、水セメント比が小さいほど、コンクリートの強度は高くなる。