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 = 40, 50, 60 % のコンクリートの配合設計コンクリートの練混ぜスランプ試験, 空気量試験圧縮強度試験用供試体の作製作業日 ( 翌日昼休み ): 脱型と養生レポート提出 : 翌週月曜日 ( 月曜日が休日の場合は火曜日 ) の 13:00 までに, 建設材料学研究室 (3 階 302 号室 ) 入口のボックスに提出 第 2 回授業 ( 当日 ): 強度試験 ( 圧縮強度試験, 割裂引張強度試験 ) 圧縮強度とセメント水比の関係式 (f c C/W 直線 ) の導出設計基準強度に基づいたコンクリートの配合設計コンクリートの練混ぜスランプ試験, 空気量試験圧縮強度試験用供試体および RC 梁供試体の作製作業日 ( 翌日昼休み ): 脱型と養生作業日 (7 日後 ): 圧縮強度試験圧縮試験の結果は, 試験当日の 20 時から下記の URL より内容を閲覧できる. http://cm.civil.tohoku.ac.jp/exp/index.html レポート提出 : 翌々週月曜日 ( 月曜日が休日の場合は火曜日 ) の 13:00 までに, 建設材料学研究室 (3 階 302 号室 ) 入口のボックスに提出 2. レポートの提出場所 人間 環境系教育研究棟 3 階 302 号室建設材料学研究室入口のボックス 1/10
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 の円柱供試体を 1 本, それぞれ製作し, 材齢 7 日の圧縮強度および引張強度を測定する. 表 -3.1 コンクリートの示方配合 担当 粗骨材の最大寸法 G max (mm) スランプ (cm) 水セメント比 W/C (%) 空気量 (%) 細骨材率 s/a (%) 水 W (kg/m 3 ) セメント C (kg/m 3 ) 単位量 細骨材 S (kg/m 3 ) 粗骨材 G (kg/m 3 ) AE 減水剤 (g/m 3 ) AE 剤 (g/m 3 ) A1, A4 20 8.0 40 5.0 A2, A5 20 8.0 50 5.0 A3, A6 20 8.0 60 5.0 注意 単位水量には化学混和剤の量も含む AE 減水剤 ( ポゾリス No.70): 単位量は原液の量を示す. AE 剤 ( マイクロエア 101): 単位量は原液の量を示す. 3.2 手順 (1) 現場配合の計算表 -3.1 の示方配合をもとに, 現場配合 ( 実際に計量する材料の量 ) を計算する. 計算に際しては,3.3(2) の 現場配合の計算表 およびを参考にするとよい. 1 細骨材の表面水率による水量と細骨材量の補正 ( 表面水率は実験当日測定 ) 2AE 減水剤の希釈水による水量の補正 ( 原液を 4 倍希釈して使用 ) 3AE 助剤の希釈水による水量の補正 ( 原液を 100 倍希釈して使用 ) 4 粒径範囲毎の粗骨材量 (5-15 mm:10-20 mm=1.0:1.8, 質量比 ) 5 練混ぜ量に対する質量換算 (1 バッチあたり 30 L) (2) 材料の準備 (1) で設計した現場配合に基づき, 材料を計量する. (3) コンクリートの練混ぜ (2) で準備した材料を練り混ぜる. 練混ぜにはパン型ミキサ ( 容量 :40 L) を使用する. (4) コンクリートのスランプ試験および空気量試験別紙資料 1 の手順にて, 練り上がったフレッシュコンクリートのスランプおよび空気量試験を行う. スランプおよび空気量の試験で, 一方または両方が許容の範囲を外れた場合には, 新しく試料を採取して 1 回に限りスランプ, 空気量試験を行い, 両者とも規定に適合すれば合格と判定する. 試験方法の詳細は別紙資料 1 を参照すること. なお, 本実験におけるスランプおよび空気量の許容の範囲は次の通りである. 2/10
スランプ 8.0±2.5 cm 空気量 5.0±1.5 % ワーカビリティーの判断にはスランプ試験が終わった後に, コンクリートの側面を軽打するなどしてコンクリートが平らになる状態を観察することが役立つ.( 下図参照 ) (5) コンクリートの型枠への打込みおよび締め固め φ10 20 cm の円柱型枠 =4 本,φ15 30 cm の円柱型枠 =1 本 ( 高さ 15cm 程度まで ) に, コンクリートを打ち込み, 締め固める.( 別紙資料 1 参照 ) (6) 型枠の脱型と養生打込みをした翌日, 型枠を脱型する. 供試体の打込み底面に以下の項目を記入し,20 C の水中養生を行う. 1 班名 2 打込み日 3 供試体番号 ( W/C=50% - 1 のように示す) 3/10
場配合3.3 試験結果の整理 (1) 使用材料 使用材料一覧 種類 諸元 セメント :ρ C 早強ポルトランドセメント 密度 :3.13 g/cm 3 細骨材 :ρ S 宮城県黒川郡大和町鶴巣産山砂 密度 :2.57 g/cm 3, 粗粒率 :2.71 粗骨材 :ρ G 宮城県伊具郡丸森町産砕石 密度 : 2.85 g/cm 3 AE 減水剤 ポゾリス No.70 密度 :1.25 g/cm 3 AE 剤 マイクロエア 101 密度 :1.06 g/cm 3 骨材の密度は表面乾燥飽水状態における密度 (2) 現場配合の計算 現場配合の計算表 水 W セメント C 細骨材 S 粗骨材 G AE 減水剤 A 1 AE 剤 A 2 示方配合表面水率の補正 H= (a) % AE 減水剤の補正 ( (b) 倍希釈 ) AE 助剤の補正 ( (c) 倍希釈 ) 単位質量 (kg) (1) kg/m 3 (2) kg/m 3 (3) kg/m 3 (4) kg/m 3 (5) g/m 3 (6) g/m 3 現- (3) (a) % =- (7) kg/m 3 + (3) (a) % = + (8) kg -( (5) (b) ) g =- (10) kg/m 3 (5) (b) = (9) g -( (6) (C) ) g =- (12) kg/m 3 (1) - (7) - (10) - (12) = (13) kg (2) kg (3) + (8) = (14) kg [5-15mm] (4) 1.0 / (1.0 + 1.8) = (15) kg [10-20mm] (4) 1.8 /(1.0 + 1.8) = (16) kg (9) g (6) (c) = (11) g (11) g 練混ぜ量換算計量質量 kg/ (d) L (13) = (18) kg (2) = (19) kg (14) = (20) kg [5-15mm] (15) = (21) kg [10-20mm] (16) = (22) kg (9) = (24) g (11) = (25) g 注意 空欄中の単位 ( 特に % ) に注意すること. AE 減水剤および AE 剤の原液と希釈水は単位水量の一部になるように補正する. (3) 試験室の状態室温 :, 相対湿度 : % (4) コンクリートのフレッシュ性状フレッシュコンクリートの練り上がり温度 : スランプ値 : cm スランプは 0.5 cm 単位で表示する空気量 : % 空気量は 0.1 % 単位で表示する 4/10
4. 第 2 回コンクリートの実験と RC 梁供試体の作製 4.1 概要第 1 回で作製した供試体の圧縮強度試験および割裂引張強度試験を行う. この試験結果から圧縮強度とセメント水比の関係式 (f c C/W 直線 ) を算出し, この f c C/W 直線を用いて要求性能である設計基準強度, スランプおよび空気量を満足する示方配合を設計する. f c C/W 直線は次式で表される. f c = A + B (C/W) ここで,A,B: 材料に応じ, 実績から定まる定数. 示方配合を設計した後, 現場配合を計算する. そして, 材料を計量してコンクリートを練り混ぜ, スランプ試験および空気量試験によりフレッシュコンクリートの品質を確認する. また, 硬化後の要求性能を満足しているかを確認する圧縮強度試験用供試体の作製と, 構造 土質 4 で使用する RC 梁供試体を作製する. 要求性能 1 設計基準強度 f ck : 24 N/mm 2 ( 本実験では材齢 7 日の圧縮強度とする ) 2スランプ : 8.0±2.5 cm 3 空気量 : 5.0±1.5 % 4.2 手順 (1) 圧縮強度試験および割裂引張強度試験 別紙資料 2 の手順にて, 圧縮強度試験および割裂引張強度試験を行う. (2) 圧縮強度とセメント水比の関係式 (f c C/W 直線 ) の算出 3 班で行った圧縮強度試験の結果 (W/C=40, 50, 60 %) より, 圧縮強度 f c と C/W の関 係式である f c C/W 直線を最小二乗法により算定する. 注 ) 一般に,f c C/W 直線を求めるには材齢 28 日の圧縮強度が必要であるが, 今回の実験では材齢 7 日で実施したものを用いてもよいこととした. (3) 暫定示方配合の設計 コンクリートの示方配合は試験練り ( 試練りともいう ) を繰り返し, 材料の比率を少 しずつ調整しながら, 所定の性能を満足する配合を決定する. この行為の初回の試験 練りに用いる配合を暫定示方配合と呼ぶ. 暫定示方配合の決定は, コンクリート標 準示方書 [ 施工編 ], 性能にもとづくコンクリートの配合設計 施工指針 ( 案 ) ( ともに土木学会 ) を参考にするとよい. ここでは前者の資料を用いて暫定示方配合 を設計する. a) 配合強度 f cr の算定 配合強度 f cr はコンクリート強度のばらつきを考慮して, 設計基準強度 f ck に割増し 係数 α を乗じて次式により算定する. f cr = α f ck, α = 1 1.645 V 1 100 5/10
ここに,V: 変動係数 (%) であり, 本実験では V = 9 % とする. 参考一般に, 割増し係数は, 強度の試験値が設計基準強度を下回る確率が 5 % 以下となるように定める. b) 粗骨材の最大寸法の決定 本実験では 20 mm とする. c) スランプおよび空気量の決定 本実験では, スランプは 8.0 cm, 空気量は 5.0 % とする. d) 水セメント比 W/C の選定 a) で得られた配合強度 f cr を (2) で得られた f c C/W 直線に代入することで,C/W を求める. この C/W の逆数である W/C が, 本実験で練り混ぜるコンクリートの水セ メント比となる. e) 単位水量 W および細骨材率 s/a の算定 2012 年制定コンクリート標準示方書 [ 施工編 ],p. 86, 解説表 4.6.2 および 解説表 4.6.3 を参考に計算する. 計算に際しては次頁の s/a と W の補正表 を利 用するとよい. 注 ) 配合の手順は, まず上表を利用して単位水量および化学混和剤を加減して所望のスランプおよび空気量のコンクリートをつくる. 次にワーカビリティーを判断するためにスランプおよび空気量を一定に保ちながら細骨材量 ( 細骨材率 s/a) を加減しプラスチックな良いコンクリートをつくれたと判断したら, そのときの諸量を示方配合として決定する. 2012 年制定コンクリート標準示方書 [ 施工編 ],p. 86, 解説表 4.6.2 コンクリートの単位粗骨材かさ容積, 細骨材率および単位水量の概略値 AE コンクリート粗骨材の単位 AE 剤を用いる場合 AE 減水剤を用いる場合最大寸法粗骨材かさ空気量 G 細骨材率単位水量細骨材率単位水量 max 容積 s/a W s/a W (mm) (m 3 /m 3 ) (%) (%) (kg/m 3 ) (%) (kg/m 3 ) 15 0.58 7.0 47 180 48 170 20 0.62 6.0 44 175 45 165 25 0.67 5.0 42 170 43 160 40 0.72 4.5 39 165 40 155 この表に示す値は, 全国の生コンクリート工業組合の標準配合等を参考にして決定した平均的な値で, 骨材として普通の粒度の砂 ( 粗粒率 2.80 程度 ) および砕石を用いた水セメント比 55 % 程度, スランプ 8 cm 程度のコンクリートに対するものである. 2012 年制定コンクリート標準示方書 [ 施工編 ],p. 86, 解説表 4.6.3 使用材料あるいはコンクリートの品質の違いに対する細骨材率および単位水量の補正の目安 区分 s/a の補正 (%) W の補正 砂の粗粒率が 0.1 だけ大きい ( 小さい ) ごとに 0.5 だけ大きく ( 小さく ) する 補正しない スランプが 1 cm だけ大きい ( 小さい ) ごとに 補正しない 1.2 % だけ大きく ( 小さく ) する 空気量が 1 % だけ大きい ( 小さい ) ごとに 0.5~1 だけ小さく ( 大きく ) する 3 % だけ小さく ( 大きく ) する. 水セメント比が 0.05 大きい ( 小さい ) ごとに 1 だけ大きく ( 小さく ) する 補正しない s/a が 1 % 大きい ( 小さい ) ごとに 1.5 kg だけ大きく ( 小さく ) する 川砂利を用いる場合 3~5 だけ小さくする 9~15 kg だけ小さくする なお, 単位粗骨材かさ容積による場合は, 砂の粗粒率が 0.1 だけ大きい ( 小さい ) ごとに単位粗骨材かさ容積 1 % だけ小さく ( 大きく ) する. 6/10
条件 s/a と W の補正表 補正計算 s/a (%) W (kg/m 3 ) G max =20 mm,ae 減水剤コンクリート 45 165 2.71 2.80 細骨材の粗粒率 F. M. = 2.71 より 45 + 0. 1 0.5 = 44. 55 補正しない = 165 目標スランプ = 8.0 cm より 補正しない=44.55 165 + { 165 (8.0 8.0) 0.012} = 165 目標空気量 = 5.0 % より 44.55 ( 5.0 6.0) 1 = 45. 55 165 { 165 ( 5.0 6.0) 0.03} = 169. 95 W/C = ( イ ) % ( イ ) 0.55 45.55 + 0. 05 1 = ( ロ ) 補正しない = 169.95=( ハ ) 170 数値の丸め方小数点第二を四捨五入して数値をも丸める小数点第一位を四捨五入して整数値に丸める f) 単位セメント量の算定 空欄 ( イ ) には d) で選定した W/C を記入し,( ロ ) の s/a を算定する. d),e) の水セメント比 W/C および単位水量 W より, 単位セメント量 C を算定する. C = W 1/(W/C) kg/m 3 g) 骨材の絶対容積 a の算定 骨材の絶対容積 a (m 3 /m 3 ) は, コンクリートの単位体積 1m 3 から水, セメントおよび 空気がしめる体積を控除することで算定する. なお, 空気量を V A %, 水およびセ メントの密度をそれぞれ ρ W,ρ C kg/m 3 とする. W C V A a = 1 + + 1 ρw ρc 100 m 3 /m 3 h) 単位細骨材量 S および単位粗骨材量 G の算定 e) および g) で算定した細骨材率 s/a および骨材の絶対容積 a より, 単位細骨材量お よび単位粗骨材量を次式により算定する. なお, 細骨材および粗骨材の密度をそれ ぞれ ρ S,ρ G kg/m 3 とする. S = a s/a ρ S kg/m 3 G = a ( 1 s/a ) ρ G kg/m 3 i)ae 減水剤 A 1 および AE 剤 A 2 の単位量の算定 AE 減水剤 ( 商品名ポゾリス No.70) はセメント質量に対して 0.312 % だけ使用する. A 1 = C ( 0.312/100 ) 10 3 g/m 3 AE 剤 ( 商品名マイクロエア 101) はセメント質量に対して 0.006 % だけ使用する. A 2 = C ( 0.006/100 ) 10 3 g/m 3 以上の結果を示方配合として表にまとめる. 各々の密度については,p.4 使用材料一覧を参照すること. 示方配合表 粗骨材のスランフ 水セメント比空気量細骨材率単位量 最大寸法 W/C s/a 水セメント細骨材粗骨材 AE 減水剤 AE 剤 W C S G A 1 A 2 (mm) (cm) (%) (%) (%) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (g/m 3 ) (g/m 3 ) 7/10
(4) 現場配合の設計実験 1と同じ要領で現場配合を計算する. 練混ぜはジクロスミキサーを用いて行い, 練混ぜ量は 60 L とする. (5) 材料の準備 (4) で設計した現場配合に基づき, 材料を計量する. (6) コンクリートの練混ぜ (5) で準備した材料を練り混ぜる. 練混ぜ方法は教員または TA の指示に従う. (7) コンクリートのスランプ試験および空気量試験実験 1に同じ (8) コンクリートの型枠への打込みおよび締め固め RC 梁作製用型枠 1 本と圧縮強度試験用供試体 (φ10 20 cm)6 本をそれぞれ作製する. (9) 型枠の脱型と養生打込みを実施した翌日の昼休みに, 圧縮強度試験用供試体 3 本の型枠を脱型する. 供試体は以下の必要項目を記入し,20 の水中養生を行う. なお, 残りの 3 本については,RC 梁作製用供試体と同じ養生条件とする. 1 班名,2 打込み日,3 供試体の番号 ( W/C=50 % 1 のように示す.) 重要 実務においては, 所要のスランプと空気量が得られるまで示方配合を修正し, 繰り返しコンクリートの練混ぜを行う. 本実験では, 所要のスランプおよび空気量が得られなくてもコンクリートを型枠へ打込むが, レポートには修正した示方配合についても記述する. 8/10
4.3 試験結果の整理 (1) コンクリートの強度試験 a) コンクリートの圧縮強度試験 試験年月日 年 月 日 供試体の番号 W/C= %-1 W/C= %-2 W/C= %-3 材齢 (d) 養生方法及び温度供試体の直径 (mm) 最大荷重 (N) 圧縮強度 (N/mm 2 ) 欠陥の有無及びその内容供試体の破壊状況見掛け密度 (kg/m 3 ) b) コンクリートの割裂引張強度試験試験年月日年月日供試体の番号材齢 (d) 養生方法及び温度供試体の直径 (mm) 供試体の長さ (mm) 最大荷重 (N) 引張強度 (N/mm 2 ) 供試体の破壊状況 (2) 圧縮強度とセメント水比の関係式 (f c C/W 直線 ) の算出 水セメント比 W/C (%) 40 50 60 セメント水比 C/W 材齢 7d の圧縮強度 (N/mm 2 ) f c C/W 直線 f c = + /(C/W) (3) 示方配合の設計 設計基準強度 : N/mm 2 示方配合表 粗骨材の スランフ 水セメント比 空気量 細骨材率 単位量 最大寸法 W/C s/a 水 セメント 細骨材 粗骨材 AE 減水剤 AE 剤 W C S G A 1 A 2 (mm) (cm) (%) (%) (%) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (g/m 3 ) (g/m 3 ) 9/10
場配合(4) 現場配合の計算 現場配合計算表 水 W セメント C 細骨材 S 粗骨材 G AE 減水剤 A 1 AE 剤 A 2 示方配合表面水率の補正 H= (a) % AE 減水剤の補正 ( (b) 倍希釈 ) AE 助剤の補正 ( (c) 倍希釈 ) 単位質量 (kg) (1) kg/m 3 (2) kg/m 3 (3) kg/m 3 (4) kg/m 3 (5) g/m 3 (6) g/m 3 現- (3) (a) % =- (7) kg/m 3 + (3) (a) % = + (8) kg -( (5) (b) ) g =- (10) kg/m 3 (5) (b) = (9) g -( (6) (C) ) g =- (12) kg/m 3 (1) - (7) - (10) - (12) = (13) kg (2) kg (3) + (8) = (14) kg [5-15mm] (4) 1.0 / (1.0 + 1.8) = (15) kg [10-20mm] (4) 1.8 /(1.0 + 1.8) = (16) kg (9) g (6) (c) = (11) g (11) g 練混ぜ量換算計量質量 kg/ (d) L (13) = (18) kg (2) = (19) kg (14) = (20) kg [5-15mm] (15) = (21) kg [10-20mm] (16) = (22) kg (9) = (24) g (11) = (25) g (5) コンクリートの練混ぜ 試験室の状態室温 :, 相対湿度 : % 使用材料実験 1 と同じ. (6) コンクリートのフレッシュ性状フレッシュコンクリートの練り上がり温度 : スランプ値 : cm スランプは 0.5 cm 単位で表示する空気量 : % 空気量は 0.1 % 単位で表示する (7) コンクリートの圧縮強度試験 試験年月日年月日 供試体の番号 W/C= %-1 W/C= %-2 W/C= %-3 材齢 (d) 養生方法及び温度供試体の直径 (mm) 最大荷重 (N) 圧縮強度 (N/mm 2 ) 欠陥の有無及びその内容供試体の破壊状況見掛け密度 (kg/m 3 ) 材齢 28d 圧縮強度推定値 (N/mm 2 ) 10/10