(4) 単位水量 W および細骨材率 s/a の選定細骨材率 s/a は, 所要のワーカビリティーが得られる範囲内で単位水量 W が最小となるように, 試験によって定める. 粗大寸法(mm) 骨材の最空気量 AE コンクリート AE 剤を用いる場合細骨材率 s/a 単位水量 W (kg) AE

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さゆりたにしき
5 years ago
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1 第 1 回コンクリートの配合設計と練り混ぜ 1. コンクリートの配合設計 1.1 配合設計の目的コンクリートの配合は, 構造物に必要な強度, 水密性, 耐久性, 鋼材を保護する性能および作業に適するワーカビリティーを持つ範囲内で, 単位水量ができるだけ少なくなるように定める. 1.2 使用材料の種類と特性値 (1) 粗骨材砕石, 表乾密度 ρ g = 2.67 (g/cm 3 ), 最大寸法 G max = 20 (mm) (2) 細骨材川砂, 表乾密度 ρ s = 2.58 (g/cm 3 ), 粗粒率 F.M. = 2.77 (3) セメント早強ポルトランドセメント, 密度 ρ c = 3.14 (g/cm 3 ) 付記 1.1 W/C 一定の下で単位水量 W が多くなると, 単位セメント量 C も増加して不経済となる. また, セメントペーストが多くなるため, 材料分離が生じやすくなるだけでなく, 水和発熱, 乾燥収縮などひび割れを発生させる要因の影響が大きくなる. 1.2 これらは本講義で用いる材料であり, 現場によってセメントや骨材の種類, 密度や表面水率は異なる. 常にこれと同じ物性値になると勘違いしないこと. セメントを計量ミキサへ投入する際は口に吸い込まないようにマスクを着用すること. 1.3 基準配合の計算 (1) 水セメント比 W/C の選定 1 セメント水比 C/W( 水セメント比の逆数 ) と圧縮強度 f' c ( 材齢 28 日における強度 ) との関係をあらかじめ求めておく. f' c [N/mm 2 ]=A+B ( C/W )(A, B: 定数 ) 2 コンクリートの圧縮強度の試験値が, 設計基準強度 f ck を下回る確率が 5% 以下となるように, 割増し係数 α を乗じて配合強度 f' cr (= α f' ck ) を算定する. 1.3(1) 1 セメント水比と圧縮強度の関係式は, 数多くの試験結果を回帰して求める. 本実験では, 今まで埼玉大学で行った実験結果をもとに決めた A = ,B = 25.4 を用いる. 2 割増し係数は, 予想される圧縮強度の変動係数に応じて定められる ( 一般に 1.1~1.7 程度 ) が, 本実験では配合強度 = 設計基準強度 (α = 1) とする. 3 1 で求めた関係式に,2 で求めた配合強度 f' cr を代入して, 対応する水セメント比 W/C を算定する. (2) 粗骨材最大寸法 G max の選定粗骨材最大寸法 G max は, 部材寸法や鉄筋あきを考慮して設定し, 鉄筋コンクリートの場合, 部材最小寸法の 1/5, 鉄筋の最小あきの 3/4, 鉄筋のかぶりの 3/4 を超えてはならない. (3) スランプの選定スランプは, 大きくすると施工性が高まるが, その反面, 材料分離も生じやすくなるため, 施工可能な範囲内 ( 部材寸法や鉄筋あきなどの配筋条件, 締め固め作業などの施工条件などを考慮する ) で, できるだけ小さく設定する ( 単位水量の最小化とほぼ同義 ). 1.3(2) 本実験では,Gmax = 20(mm) を用いることとする. 無筋コンクリートである場合,G max は部材最小寸法の 1/4 を超えてはならない. 1.3(3) 実際には, 打設時の最小スランプに対して, コンクリートの現場までの運搬や時間経過に伴うスランプの低下 ( スランプロス ) を考慮して, 練り上がり時の目標スランプを設定する. 本実験では事前に定められた目標スランプ値を用いる. 1

2 (4) 単位水量 W および細骨材率 s/a の選定細骨材率 s/a は, 所要のワーカビリティーが得られる範囲内で単位水量 W が最小となるように, 試験によって定める. 粗大寸法(mm) 骨材の最空気量 AE コンクリート AE 剤を用いる場合細骨材率 s/a 単位水量 W (kg) AE 減水剤を用いる場合細骨材率 s/a 単位水量 W (kg) (4) 今回は, 左の表に従って基準配合を選定する. 一般には, 選定した基準配合で試し練りを行い, 必要に応じて配合補正を行う. 本実験では AE 減水剤を用いる場合によって設定する. 注 ) 単位量あるいは単位量とはコンクリート 1m 3 を作製するために必要となる各材料の質量のことを意味する. 上の表に示す値は, 細骨材として普通の粒度の砂 ( 粗粒率 2.80 程度 ), 粗骨材として砕石を用い, 水セメント比 W/C = 0.55 程度, スランプ 8cm 程度のコンクリートに対するものである. 使用材料や目標品質が異なる場合は, 以下の補正表に従って補正する. 区分 s/a の補正 W (kg/m 3 ) の補正細骨材の粗粒率 ±0.1 ±0.5 補正しないスランプ ±1 cm 補正しない ±1.2 % 空気量 ±1 % 0.5 ~ % 水セメント比 ±0.05 ±1.0 補正しない粗骨材の種類川砂利 3 ~ 5 9 ~ 15 kg 注 ) 細骨材および粗骨材が与えられた場合, 所要のワーカビリティーが得られ, かつ単位水量が最小となるような最適な細骨材率が存在する. この値は, 用いる細骨材の粒度やコンクリートの空気量, 単位セメント量, 混和材料の種類などによって相違するので, 本来は試験によってこれを定めるように規定されている. (5) 試験配合 ( 基準配合 ) の計算 1 単位セメント量 C (kg/m 3 ) を算定する. 2 単位骨材容積 a (m 3 ) を算定する. 単位骨材容積 am 3 = 1m 3 - 水の容積 + セメント容積 + 空気量 = 1m 3 単位水量単位セメント量セメント密度単位細骨材量 S (kg/m 3 ), 単位粗骨材量 G (kg/m 3 ) を算定する. 単位細骨材量 S kg/m 3 = 細骨材密度単位細骨材容積 1000 = 細骨材密度 ρ s 単位骨材容積 a 空気量 100 細骨材率 s/a 単位粗骨材量 G kg/m 3 = 粗骨材密度 ρ g 単位骨材容積 a 細骨材率 s/a

3 (6) 基準配合の表示算定した基準配合を, 以下の表形式でまとめる. 基準配合表班名 f' cr (N/mm 2 ) G max (mm) スランプ (cm) 空気量 W/C s/a 水 W セメント C 単位量 (kg/m 3 ) 細骨材粗骨材 S G AE 剤 AE 減水剤 (ml) M1 講義中に M2 伝える注 ) 混和剤 (AE 剤,AE 減水剤 ) の混入量は事前実験により求めてある. 本実験では,AE 剤 : 単位セメント量の 0.006%, AE 減水剤 : 単位セメント量 100kg あたり 250ml とする. ただし, これは目安であり, 実際は材料や天候などに応じて微調整する. 上記の値が常に適切とは限らないので注意. 1.4 基準配合の意味実際のコンクリート施工に用いられる配合, すなわち, 所要の品質 ( 強度, 水密性, 耐久性, ワーカビリティー ) を有するコンクリートが得られる配合のことを示方配合と呼ぶ. 所要の品質のコンクリートを得るための配合は唯一ではないため, 使用材料特性や構造物の環境条件, 施工条件に応じて, 試行錯誤によって決定する必要がある. 今回計算した基準配合は, あくまでも暫定的な配合であり, 自分たちが必要とする示方配合を定めるためのスタートとなる配合である. したがって, 計算された基準配合に基づいてコンクリートを作製しても, 所要の品質 ( 強度, スランプ ) が一発で得られるとは限らない. 仮に, セメントと骨材の密度や細骨材の粗粒率, 粗骨材最大寸法など配合計算に用いる特性値が全く等しい材料を用いたとしても, セメントの粉末度, 骨材の粒度分布や粒形, コンクリートを作製する環境条件などが異なった場合は, でき上がるコンクリートの性状は異なったものとなる. 教室で計算した基準配合を用いて, コンクリートの練り混ぜを実験で行うが, 実験レポートでは間違っても 1 回目の練り混ぜで予定通りのスランプが出なかったので実験は失敗だったなどという考察は書かないように. 失敗ではなくむしろ予定通り出なくても全く不思議ではないのである. 2. コンクリートの練り混ぜ 2.1 示方配合の決定所要の強度, スランプ, 空気量から計算された基準配合を用いて練り混ぜを行い, 最終的な示方配合を決定する ( 班毎 ). (1) 計量配合 ( 現場配合 ) の計算基準配合や示方配合は単位量で示されているため, 実際にはコンクリートの製造量 ( 今回は 40 l とする ) に応じて材料を準備する. 水, 細骨材は, 細骨材の表面水補正を行った上で計量する. (2) 計量水セメントの計量はプラスチックバケツ, 細骨材粗骨材はバケツあるいはプラスチックボックスを用いる. 水と骨材は計量後, 蒸発乾燥を防ぐために濡れたウェスを容器にかぶせておく. 2.1 教室で計算した 2 配合に対して, 2 班に分かれて示方配合を決定するための練り混ぜ実験を行う. 2.1(1) 基準配合練混ぜ量 (l ) 1000 S' = S ( 1 + k ),W' = W-S k (k: 細骨材の表面水率 ) 2.1(2) 計量した混和剤は, 練混ぜ水に溶かす. 3

4 (3) 練混ぜの手順 1 細骨材の 1/2, セメント, 細骨材の残りの順に投入する. 2 ミキサ回転 (30 秒 ) かき落としミキサ回転 (30 秒 ) 3 水を 9 割ほど投入する. こぼさないように. 4 ミキサ回転 (60 秒 ) かき落としミキサ回転 (30 秒 ) 5 粗骨材と水の残りを投入する. 6 ミキサ回転 (60 秒 ) かき落としミキサ回転 (60 秒 ) 7 完成搬出 (4) スランプ試験 p.6 に示す方法により, スランプ試験を行う. (5) 示方配合の決定と配合の修正スランプの実測値が目標スランプから ±1.5cm 以内におさまった場合は, その時の基準配合をそのまま示方配合とする. おさまらなかった場合は, 得られた結果に応じて配合を修正し, 基準配合を再計算する [ 時間の都合上, 練混ぜは各班 3 回までとする ]. スランプを 1cm 増減させるためには, 単位水量 W を 1.2% 増減させる. 水セメント比 W/C および細骨材率 s/a は変化させないが, 単位水量が変われば, その他の単位量は全て変化する. 2.1(3) スコップスランプコーンはウェスで濡らし, 使用直前まで濡れたウェスで覆っておく. ミキサも使用前に内側を軽く濡らしておく. 少量の水の蒸発がスランプに影響するのである. 注 ) ミキサ回転中は危険なので, 覗き込んだりしないこと. 2.1(4) 突き固めを均一に行うこと, スランプコーンを一定速度で鉛直に引き上げることが重要である. 2.1(5) 単位水量の増加は, 強度低下には直接つながらない ( 強度は水セメント比のみで決まることを前提としているため ). 水セメント比一定のもとでは, 単位水量の増加によって単位セメント量も増加するため, セメントペースト量が増加 ( 細骨材粗骨材量が減少 ) する. 注 ) 本来は, スランプ空気量が目標値でも, 所要のワーカビリティーを得るため, 細骨材率と単位水量を調整することがある (s/a:±1% W:±1.5kg). 示方配合は, 以下の表に基づいて作成する ( 非常に重要!!). 示方配合表班名 f' cr (N/mm 2 ) G max (mm) スランプ (cm) 空気量 W/C s/a 水 W セメント C 単位量 (kg/m 3 ) 細骨材粗骨材 S G AE 剤 AE 減水剤 (ml) (6) 空気量測定試験スランプが所定の値を満たした後,p.7 に示す方法により, 空気量測定試験を行う. (7) 強度試験用供試体の作製詳細は TA の指示に従って作製すること. 1 圧縮強度試験用供試体 (φ10 20cm) 3 体注 ) 本来はスランプのみでなく, 空気量も目標値と実測値の差に応じて修正する. 本実験では, 時間の都合上, 空気量は測定のみとし, 目標値と異なっていても配合修正には考慮しないものとする. 鋼製型枠に 2 層で詰める. 各層を突き棒で 10 回突き固め, 型枠上縁まで詰め, 上端はてこでならす. 2 引張強度試験用供試体 (φ15 20cm) 3 体鋼製型枠に半分 ~2/3 の高さまで 2 層で詰める ( 高くしすぎると試験不可能となるので注意 ). 各層を突き棒で 25 回突き固め. (8) 後片付け使った道具は, コンクリートが固まる前にきれいに洗う. 4

5 (9) 後日 (TA が実施 ) 脱型 ( 水曜日 ): 型枠をはずし, 養生槽に入れる. 2.2 レポート (1) 示方配合決定までの過程 ( 練混ぜ結果 ) 基準配合表 (1m 3 あたりの量. 小数点以下を四捨五入 ) 練混ぜ結果 ( スランプ試験, 作製したコンクリートの状態 ) 目標スランプ ±1.5cm におさまった場合 : その時の暫定配合をそのまま示方配合とする. 目標スランプ ±1.5cm におさまらなかった場合 : 目標スランプとの差の分を補正し, これを示方配合とする. (2) 決定した示方配合表 (1m 3 あたりの量. 小数点以下を四捨五入 ) 必ず前頁の表の形式で表記すること. 示方配合表が正しく示されていないレポートは大幅に減点する. (3) 考察配合の修正によって各材料の比率がどのように変わり, それによって何ゆえにスランプが変わったかなどを考察すること. 一発で目標値が得られた場合は, スランプをより小さく ( もしくは大きく ), ワーカビリティーをより向上させるためにはどうすればいいかなどを考察する. 思うようなスランプが得られなかった場合は, その原因, 目標通りのスランプを得るためにはどのように補正すればよかったなどを考察する. (4) 感想自由に記述してよい. 建設工学実験 ( コンクリート実験 ) レポート作成上の注意注 1) 作製したコンクリートの状態を説明するのに, べちょべちょしていた, どろどろだった, カチカチだったなど, 小学生みたいな表現は使わないこと. 注 2) 基準配合示方配合の水, セメント, 骨材の単位量は, 小数点以下を四捨五入すること. 注 3) 基準配合表示方配合表は, 計量配合ではなく, 表乾状態の骨材を用いてコンクリート 1m 3 を作製するために必要な各材料の量 ( すなわち, 練り混ぜ量や表面水補正を行う前段階での分量 ) を示すこと. 全く同一の品質のコンクリートを製造する場合でも, 日々の気温湿度変動に伴って変化する細骨材の表面水率などによって, 毎回異なる計量配合を適用する. したがって, 実務で配合表を開示するときには, 練混ぜ量や現場の環境条件の違いによって変動しない配合を示すのが通常である. 注 4) とても疲れた, 初めてコンクリートを触って楽しかった, コンクリートの性質が変わってびっくりした, などは感想であり考察ではない. 2.3 誤解しないでほしい事項配合設計で所要のスランプ空気量に従って配合を計算し, 実際にコンクリートを練混ぜてみると, 目標のスランプ空気量を満足しないことはよくある. だからと言って実験が失敗というわけではない. 計算した配合はあくまでも暫定的な基準配合であり, 所要の性質を持つコンクリートを製造するための唯一の配合ではなく, 使用材料の特性や天候などの環境条件に応じて修正する必要がある. さらに, 補正表に従って基準配合を修正しても, ぴったり目標値におさまるとは限らない. 配合修正に用いる補正表は, 膨大な数の試験に基づいた経験的なものであり, ぴったりその通りになるわけではない. あくまでも目安として用い, 後は微調整して目標スランプ空気量に近づけるのである. 実際の現場では, 必要なワーカビリティ- 空気量を得るために,AE 剤や AE 減水剤などの混和剤添加量も微調整を行うが, 混和剤量の調整は熟練した経験が必要であることと, 時間の都合上, 本実験では単純に単位水量の調整のみで目標値を目指すこととした. 混和剤の量も調整すれば, より容易に目標値に近づけやすくなる. 考察では, 単位水量を減らすということは何を意味するかなどに着目して考察を進めること. 5

6 JIS A 1101 スランプ試験方法 1. 試験の目的スランプ試験は, まだ固まらないコンクリートのコンシステンシーを測定する方法であり, ワーカビリティーを判定する一つの手段として行う. 2. 使用機器スランプコーン( 上端内径 10cm, 下端内径 20cm, 高さ 30cm の円錐台形の円管 ) 突き棒, スランプ測定器, 水密性平板, こて, ハンドスコップ 1. コンクリートのワーカビリティーは, 練混ぜ, 運搬, 打設, 締め固め, 仕上げなどの作業の容易さと, 均一性を失わない性質とで判定される. そのため, 一つの試験方法でこれらの性質を総合的に測定することは極めて困難であるが, スランプ値とスランプ試験後のコンクリートのプラスチシティーならびに材料分離の程度によって, ワーカビリティーを定性的に判定することができる. 3. 試験方法 1 JIS A 1115 または JIS A 1138 の規定に従って試料を準備し, 直ちにスランプ試験を開始する. 2 スランプコーンの内面と水密性平板を湿布でふき, 平板の上にコーンを鉛直に立てて押さえる. 3 コーンの容積の約 1/3 程度ずつ,3 層に分けて試料を詰める. 各層は突き棒で表面をならした後,25 回ずつ均等に突き固める. 4 最上層を突いた後, コンクリートの上面をコーンの上端に合わせ, こてで平らに仕上げる. 5 直ちにコーンを鉛直情報に静かに引き上げる (2~3 秒 ). 6 コンクリート頂面中央部の下がりを 0.5cm の単位まで測定し, これをスランプ値とする. 7 スランプ測定後, 試料の側面を突き棒で軽く叩いてプラスチシティーと材料分離の傾向を観察し, コンクリートのワーカビリティーを判断する層詰めを行った場合の, 各層の底面からの高さはそれぞれ約 6.5cm, 15cm,30cm となる. 詰め始めてから 3 分以内に詰め終わらなければならない. 突き固めの際には, 周辺部から次第に中央部を突くようにし, 中央部で突き終わるようにするのが適当である. 第 1 層を突く際は, 平板を突かないようにし, 第 2,3 そうでは突き入れ深さを前の層にようやく届く程度とする. 3.6 引き上げた際に試料が割れたり, 一部分が割れ落ちたり, 著しく傾いたりした場合は, 別の試料によって試験をやり直さなければならない. 4. 参考コンクリートの単位水量を 3% 増減すると, スランプは約 2.5cm 程度増減する. このように, スランプは単位水量の変化を比較的鋭敏に反映するので, スランプ試験によって均質なコンクリートが造られているかどうかを判断することができ, また間接的に水セメント比を管理することができる. 分離傾向のコンクリートプラスチックなコンクリート 6

JIS A 1128 フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法 1. 試験の目的空気量測定試験は, まだ固まらないコンクリートの空気量を圧力の減少によって求めるものである. 試験原理はボイルの法則に基づくものである. 1. 空気を適切に連行することで, フレッシュコンクリートの作業性 ( ワーカビリティー ) の改善や, 硬化コンクリートの耐久性 ( 耐凍害性など ) の向上が得られる.

7 JIS A 1128 フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法 1. 試験の目的空気量測定試験は, まだ固まらないコンクリートの空気量を圧力の減少によって求めるものである. 試験原理はボイルの法則に基づくものである. 1. 空気を適切に連行することで, フレッシュコンクリートの作業性 ( ワーカビリティー ) の改善や, 硬化コンクリートの耐久性 ( 耐凍害性など ) の向上が得られる. 2. 使用機器空気量測定器, 突き棒, 木づち, こて, ハンドスコップ 3. 試験方法 1 JIS A 1115 または JIS A 1138 の規定に従って試料を準備し, 直ちに空気量測定試験を開始する. 2 試料を容器の約 1/3 まで入れ, 表面をならした後, 容器の底を突かないように各層を突き棒で 25 回均等に突く. 突き穴がなくなり, コンクリートの表面に大きな泡が見えなくなるように, 容器の側面を 10~15 回木づちなどで叩く. 次に, 試料を容器の約 2/3 まで入れ, 前回同様な操作を繰り返す. 最後に, 試料を容器から少しあふれる程度に入れ, ほぼ各層の厚さとする. 3 容器とフランジの上面と, ふたのフランジの下面, 特にゴムリング部分を完全にぬぐった後, ふたのコックを開いて静かに容器に取り付け, クランプを相対的に締め付け, 空気が漏れないように完全に取り付ける. コックおよび各弁を閉め, 空気ポンプを押して針が初圧点のやや上に来るまで圧力を上げ,4~5 秒置いて指針が正しく初圧点を指すように調整する. 4 圧力平衡弁を押して空気室の高圧空気を容器へ流れ込ませ, 容器の空隙内と空気室内の圧力が平衡に達したときに圧力計を軽くたたいて指針を安定させ ( この間, 平衡弁は押したままの状態 ), 指針が示す値をコンクリートの見かけの空気量 A 1 とする. 実際には, 骨材粒の内部に含まれる空気が試験結果に及ぼす影響を排除するための骨材修正係数を A1 から差し引いたものが実際のコンクリート中の空気量となるが, ここでは時間の関係上省略する. 3.2 ふたを取り付ける際, コックや各弁が開いた状態であることを確認する. 3.3 初圧点に合わせる調整は, 圧力計を軽くたたきながらポンプを押して合わせると楽に行える. もし指針が上がりすぎたら, 調整弁を開いて指針を一度初圧点より下げ, また前記の捜査を行って初圧点に合わせる. 3.4 圧力平衡弁を押す前に, コックと排気弁が閉じていることを確認する. 4. 参考コンクリートの空気量は,AE 剤,AE 減水剤などの混和剤によって調整する. コンクリートの中に多くの独立した微細な空気泡を連行することで, ワーカビリティーの改善, 凍結融解抵抗性の増大などの効果がある. 空気量は一般的にコンクリートの容積の 4~7% 程度が標準であるが, 圧縮強度はほぼ空気量に比例して低下 ( 空気量 1% の増加に対して同一水セメント比の場合, 材齢 28 日強度は 4~6% 低下 ) するので空気量の過多には注意を要する. 7

3. 第 1 回コンクリート実験 3.1 概要下記の示方配合から設計した現場配合でコンクリートを練り混ぜ, スランプ試験と空気量試験を行う. その後, 圧縮強度試験用としてφ10 20 cm の円柱供試体を 4 本 ( うち 1 本は予備 ), 割裂引張強度試験用としてφ15 15 cm の円柱供試

3. 第 1 回コンクリート実験 3.1 概要下記の示方配合から設計した現場配合でコンクリートを練り混ぜ, スランプ試験と空気量試験を行う. その後, 圧縮強度試験用としてφ10 20 cm の円柱供試体を 4 本 ( うち 1 本は予備 ), 割裂引張強度試験用としてφ15 15 cm の円柱供試平成 28 年度社会環境工学実験構造 1, 構造 2( コンクリート実験 ) 目次 1. スケジュール 2. レポートの提出場所 3. 第 1 回コンクリート実験 4. 第 2 回コンクリート実験と RC 梁供試体の作製別紙資料 1( スランプ試験と空気量試験の方法 ) 別紙資料 2( コンクリートの圧縮強度試験および割裂引張強度試験 ) 1. スケジュール第 1 回授業 ( 当日 ): W/C