強度のメカニズムコンクリートは骨材同士をセメントペーストで結合したものですしたがってコンクリート強度はセメントペーストの接着力に支配されますセメントペーストの接着力は水セメント比 (W/C 質量比 ) によって決められます水セメント比が小さいほど高濃度のセメントペーストとなり接着

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くにもとながだき
5 years ago
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1 コンクリートの強度コンクリートの最も重要な特性は強度ですここではまずコンクリート強度の基本的特性について解説し次に呼び強度および配合強度がどのように設定されるかについて説明します強度のメカニズム強度の影響要因強度性状構造物の強度と供試体強度配合 ( 調合 ) 強度と呼び強度の算定材料強度のばらつき配合強度の設定呼び強度の割増し構造体強度補正値舞鶴市および周辺部における構造体強度補正値コンクリート強度の確認方法白鳥生コン株式会社記事の無断転載を禁じます Copyright SHIRATORI NAMAKON CORPORATION.

2 強度のメカニズムコンクリートは骨材同士をセメントペーストで結合したものですしたがってコンクリート強度はセメントペーストの接着力に支配されますセメントペーストの接着力は水セメント比 (W/C 質量比 ) によって決められます水セメント比が小さいほど高濃度のセメントペーストとなり接着力が大きくなりますよって水セメント比が小さいほどコンクリート強度は大きくなりますコンクリート強度を水セメント比の逆数セメント水比 (C/W) で表すと下図のような直線関係となることが知られていますただしこれには前提条件がありますセメントペースト強度よりも骨材自体の強度が大きいという条件ですすなわちセメントペースト強度 < 骨材強度が成立する必要があります強度 fc f c AB C W A, B: 定数破壊論から見るとコンクリートに載荷していくとき最初に骨材とセメントペーストの境界面にひび割れが生じこれが引き金となってひび割れが全体に進展し破壊に至りますセメント水比 C/W

3 強度の影響要因 1. 材齢コンクリート強度は水とセメントの水和反応によって時間をかけて発現します水が供給され続けば水和反応は進行し時間経過とともに強度は増大していきますしかしコンクリート中の水が乾燥などによってなくなれば水和反応は停止します設計や管理においては強度は一般に材齢 28 日を基準にします 2. 温度セメントの水和反応は温度が高いほど活発となりますしたがって養生温度が高いほどコンクリート強度は大きくなりますコンクリートは -10 で水和反応が停止します 85 以上となると結晶が粗くなるため強度が著しく低下します 3. 湿度湿潤状態にあるコンクリートは水和反応が進行しますコンクリート打込み後水和反応が十分に進行するまでの間湿潤状態を保つことが極めて重要です 4. 空気量コンクリート中の空気量が多くなるほど強度は低下します施工においてコンクリート中の空気量をできるだけ少なくなるようバイブレータで入念に締固めを行うことが重要です AE 剤を添加したコンクリートは微小な空気が導入されることによって施工性や凍結融解に対する抵抗性が改善しますが強度については若干低下することを知っておくべきです 5. セメントの種別セメントの粒径が小さいほどつまり粉末度が大きいほど水和反応は促進されます硬化の速さはおおむね次の順番であります超早強セメント > 早強セメント > 普通セメント > 高炉セメント > 中庸熱セメント

4 強度性状コンクリートの強度性状は一般に次のとおりです圧縮強度 18~150 N/mm 2 引張り強度圧縮強度の 1/10~1/13 曲げ強度圧縮強度の 1/5~1/7 せん断強度圧縮強度の 1/4~1/6 コンクリート分野において単に強度は圧縮強度を指します高強度コンクリートの定義土木学会コンクリート標準示方書設計基準強度が 60 N/mm 2 を超えるコンクリート日本建築学会 JASS 5 設計基準強度が 36 N/mm 2 を超えるコンクリート

5 白鳥生コン構造物の強度と供試体強度材齢 3 か月の構造物躯体のコンクリート強度は標準養生した材齢 28 日における供試体 ( テストピース ) の強度とほぼ等価であります構造物は気温や乾湿などの養生条件の影響を受け標準養生した供試体に比べ強度発現が遅くなります通常構造物はコンクリート打設後約 3 か月で供用されますしたがって標準養生した材齢 28 日における供試体強度によって構造物躯体の強度を判定することが可能であります強度 (N/mm 2 ) 標準養生した供試体構造物躯体 0 3ヶ月材齢 ( 日 ) コンクリート強度の推移

6 注 ) 配合 ( 調合 ) 強度と呼び強度の算定白鳥生コン配合 ( 調合 ) 強度 = 呼び強度 + 割増し強度生コン工場が目標とする強度生コン工場において設定するばらつきを考慮した強度の割増し土木学会コンクリート標準示方書では呼び強度 = 設計基準強度日本建築学会 JASS 5 では呼び強度 = 設計基準強度 ( 耐久設計基準強度 ) + 構造体強度補正値供試体と構造物の強度差を考慮した割増し注 ) JIS および土木分野では配合建築分野では調合と呼ぶ

7 材料強度のばらつき白鳥生コン材料強度は同一条件下においてもバラツキが生じます一般にそのバラツキの分布は下図に示す正規分布で表されます平均値が同じである二つの強度分布図を示します山が高いほどバラツキが小さく ( 標準偏差が小さい ) 山が低いほどバラツキが大きい ( 標準偏差が大きい ) ことを示しています材料の品質変動や試験誤差などが生じるためであります生コン工場では一定の確率で呼び強度を満足するよう強度を割り増すことが行われますどの程度割り増すかはバラツキや安全性を考慮した確率論的な取り扱いによって決められます標準偏差は σ( シグマ ) で表されます確率 ( 頻度 ) 平均値正規分布図標準偏差が小さい標準偏差が大きい強度

8 配合強度の設定生コン工場ではコンクリートのばらつきを考慮し呼び強度に対して練混ぜを行う際の目標強度を決める必要がありますこれが配合強度ですもし目標とする強度の平均値が呼び強度になるように設定するすなわち呼び強度 = 配合強度に設定すると下図の正規分布の平均値未満の半数は呼び強度に到達せず不合格になります ( 図中の赤色部 ) 安全性を確保するため呼び強度 < 配合強度となるように設定する必要があります f cd f ck 確率 ( 頻度 ) 不合格ここに f cd : 配合強度 f ck : 呼び強度 α: 割増し係数 (α>1.0) 割増し係数 α は確率統計論を用い不合格となる確率 ( 不良率 ) が設定できれば求められます 0 平均値呼び強度 = 配合強度強度

9 呼び強度の割増し配合強度が呼び強度以下になる確率すなわち不合格となる確率を定めて割増強度を算定します呼び強度配合強度および割増し強度の関係を下図に示します呼び強度と不合格となる確率 ( 不良率 )p を定めれば配合強度は次のとおり求められます f ck V f f f f cd ck cd cd 1 1 k 100 k V f cd 1 k 0.4 V 呼び強度配合強度割増し強度 kσ ここに f ck : 呼び強度 (N/mm 2 ) f cd : 呼び強度 (N/mm 2 ) k: 正規分布の係数 σ: 標準偏差 V: 変動係数 (%) α: 割増し係数確率 ( 頻度 ) 不合格となる確率 p f ck f cd 強度

10 割増し係数割増し係数 α は変動係数との関係において JIS JASS 5 および土木学会示方書で下図のように規定されています JIS と JASS 5 は同一となっています割増係数 α JIS, JASS 5 土木学会変動係数 V (%)

11 白鳥生コン構造体強度補正値 ms n 日本建築学会 JASS 5 セメントの種類コンクリートの打込みから 28 日までの期間の予想平均気温 θ の範囲 ( ) 早強ポルトランドセメント 5 θ 0 θ<5 普通ポルトランドセメント 8 θ 0 θ<8 高炉セメント B 13 θ 0 θ<13 構造体強度補正値 28S 91 (N/mm 2 ) 3 6 暑中期間における構造体強度補正値 28S 91 は 6N/mm 2 注 m S n : 標準養生した供試体の材齢 m 日における圧縮強度と構造体コンクリートの材齢 n 日における圧縮強度の差による構造体強度補正値

12 白鳥生コン舞鶴市および周辺部における構造体強度補正値 28S 91 適応期間構造体強度補正値 28S 91 (N/mm 2 ) 6 ( 暑中期間 ) 3 6 普通ポルトランドセメント 3 月 9 日 ~7 月 12 日 9 月 3 日 ~11 月 17 日 8 θ 月 18 日 ~3 月 8 日 0 θ 8 早強ポルトランドセメント 7 月 13 日 ~9 月 2 日 25 <θ 2 月 15 日 ~7 月 12 日 9 月 3 日 ~12 月 12 日 5 θ 月 13 日 ~2 月 14 日 0 θ 5 高炉セメント B 種 9 月 3 日 ~10 月 21 日 4 月 4 日 ~7 月 12 日 13 θ 月 22 日 ~4 月 3 日 0 θ 13 θ: コンクリートの打込みから 28 日までの期間の予想平均気温の範囲 ( ) 予想平均気温は気象庁発表舞鶴地区日別平均気温 (1971~2009) の資料により算出

13 白鳥生コン JASS 5 に規定された耐久設計基準強度耐久設計基準強度とは構造物の使用期間に応じた耐久性を確保するために必要とする圧縮強度を指します構造物の計画供用期間の級に応じて強度を高めています計画供用期間の級耐久設計基準強度 (N/mm 2 ) 短期 18 標準 24 長期 30 超長期 36 * * かぶり厚さを 10mm 増やした場合は 30 N/mm 2 とすることができる

14 白鳥生コンコンクリート強度の確認方法 JIS A 5308 および JASS 5 の場合 (1) 1 回の試験結果は呼び強度の 85% 以上でなければならない (2) 3 回の試験結果の平均値は呼び強度以上でなければならない土木学会コンクリート標準示方書の場合 3 回の試験結果の平均値は呼び強度を下回る確率が 5% 以下であること

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<4D F736F F F696E74202D E838A815B836782CC92B28D875F31205B8CDD8AB B83685D> コンクリートの調合水, 粉に対する水の量が少コシ大, 但し, 扱い難い ( 固い ) セメント水砂利 ( 粗骨材 ) 砂 ( 細骨材 ) 水, セメントに対する水の量が少強度, 耐久性大但し, 扱い難い ( 固い ) 化学混和剤水分少縮み量小数年かけて水分少縮み量小水が少水が多強度小さい収縮耐久性施工性コンクリートの調合上のポイント目標とするコンクリートの性能構造安全性