高性能コンクリート
コンクリート工学研究室
岩城 一郎
高性能コンクリート(High-performance Concrete
ハイパフォーマンスコンクリート)
• 1990年代初頭:我が国では自己充てん性を有
するコンクリートを意味する用語として用いられ
ていた.By Okamura
• 同時期に欧米では一般に水セメント比W/Cまた
は水結合材比W/Bを25-30%程度にまで小さくし
た高強度コンクリートあるいは高耐久コンクリー
トを意味する.
高性能コンクリートの種類
高強度コンクリート(High-strength Concrete)
• 一般のコンクリートに比べ,強度の高いコンクリート.土木では
設計基準強度f’ck=60MPa以上,建築ではf’ck=42MPa以上,超
高強度コンクリート:f’ck=100MPa以上
高耐久コンクリート(High-durability Concrete)
• 一般のコンクリートに比べ,耐久性の高いコンクリート(定義が
あいまい:おかれる環境ごとに劣化要因が異なる)例 非常に厳
しい環境においても所要の耐用年数(50年)を満足するコンク
リート,一般あるいは厳しい環境において,耐用年数100年を満
足するようなコンクリート
高流動コンクリート(High-fluidity Concrete)
• 材料分離抵抗性を損なうことなく,流動性を著しく高めたコンク
リート.このうち,締固めが不要なコンクリートについては自己充
てん性を有するコンクリート(Self-compacting Concrete)と呼ぶ.
高強度コンクリート
• 低水結合材比→細孔組織の緻密化(f’c-C/W関係は直線)
• 反応性微粉末混和材の使用(シリカフューム:比表面積
200,000cm2/g,粉末度の高い高炉スラグ微粉末:8000cm2/g>
普通ポルトランドセメント:3000cm2/g)→細孔組織の緻密化と
遷移帯の改質(水酸化カルシウムの消費)
• 遷移帯(Transition Zone):セメントペーストと骨材界面に存在
する厚さ20μm程度の脆弱な層,水酸化カルシウムの結晶が
多く存在,コンクリートの力学的性質や物質移動性に大きな影
響を及ぼす.(ブリーディングの影響を大きく受ける場合,界面
での性質はさらに悪化)
• 高性能(AE)減水剤の使用→フレッシュコンクリートの品質の向
上
• 良質な骨材の使用→骨材強度>セメントペースト強度
普通強度コンクリートと高強度コンクリートとの
配合の違い
普通強度コンクリートの一例(寒冷地仕様)
• W/C=50%,AE剤使用,スランプ8cm,空気量4.5%,
f’ck=30N/mm2
高強度コンクリートの一例
• W/B=25%,B=C+SF,SF/(C+SF)=10%,高性能AE減水剤使用,
スランプ8cm or スランプフロー60cm,空気量4.5%,
f’ck=80N/mm2
用途
• 部材の軽量化と部材寸法の縮小,高強度化≒高耐久化→信頼
性の向上,LCCの低減
• 具体的には圧縮力が卓越する部材(柱,PC部材)
高強度コンクリートの問題点
• 引張強度(および弾性係数)は圧縮強度の増加割合ほど期待
できない.例 示方書式 ftk=0.23f’ck2/3,
f’ck=30MPa→ftk=2.22MPa,f’ck=60MPa(2倍)→3.53MPa(1.6
倍),圧縮強度に対する引張強度に比1/13.5→1/17
• 破壊が脆性的であり,変形性能に乏しい(ポストピーク).
• 温度ひび割れおよび収縮ひび割れの危険性 大
• 耐火性:火災を受けたときに爆裂し易い.コンクリート中の水蒸
気圧の上昇
• 高濃度の硫酸環境:普通コンクリートよりも侵食速度 大(例
下水溝構造物のうち特に腐食性環境の厳しいところ,強酸性の
温泉地域)
高耐久コンクリート
• 基本的には高強度コンクリート=高耐久コンクリート=高性能コ
ンクリートと考えられていた.→水和熱および自己収縮・乾燥収
縮に起因したひび割れ等の要因により,必ずしも成り立たない.
高耐久コンクリートのポイント
• 低水セメント比とすることによる組織の緻密化と混和材(GGBS,
SF,FA)の使用による,物質移動性の制御および遷移帯の改
質(水酸化カルシウムの消費)
• 施工段階におけるひび割れの制御
各劣化要因に対する高耐久化(1)
塩害に対して
• W/Cの低下→細孔組織の緻密化
• 施工段階におけるひび割れの制御(使用材料の吟味:セメント,
膨張材等+施工方法:養生等)
• 高炉スラグ微粉末の使用による塩分の固定化(フリーデル氏
塩:Cl-とC3Aの反応により3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2Oが生成)の
促進→耐久性の向上に寄与
中性化に対して
• W/Cの低下→細孔組織の緻密化
• 施工段階におけるひび割れの制御
• 高炉スラグ微粉末を混和した場合,(少なくとも促進試験結果で
は)中性化の進行が速くなるため注意(鉄筋腐食との相関は明
らかではない.)
各劣化要因に対する高耐久化(2)
凍害に対して
• W/C45%以下,空気量4-6%(塩分環境下では5%以上)とすればほぼ満足
• 低W/C,低空気量の場合,しばらくは良好な耐凍害性を示すものの,突
然,急激に低下する.(標準的な300サイクルの試験方法では判定できな
い.)特に乾燥の影響を受けた場合,その傾向が強い→高強度であって
も,AEコンクリートとすることが不可欠.
ASRに対して
• 混和材(スラグ,FA,SF)の添加が有効
• 水,アルカリ,反応性骨材のどれかを制御
• 単に水セメント比を下げただけではASR対策とはならない.
化学的侵食に対して
• 高濃度の硫酸が作用する場合,低水セメント比のコンクリートほど侵食作
用が激しい.
• スラグの混和による効果は確認(著しい耐久性の向上は認められない):
コンクリートによる対策は現在のところ困難
高流動コンクリート
• 要求性能:高流動性,材料分離抵抗性(高粘
性),間げき通過性→自己充てん性:フレッシュ
コンクリートの自重により型枠内に充てんする
性能
• 試験方法:流動性→スランプフロー試験(スラン
プフロー500-750mm),粘性→V漏斗試験(漏斗
流下時間7-13s),間げき通過性→自己充てん
性のレベルに応じて鉄筋による障害のレベルを
変えたボックス試験(充てん高さ300mm以上)
高流動コンクリートの種類(粘性を付与す
るための材料による分類)
• 粉体系高流動コンクリート:増粘剤を用いず,主
に水粉体比の減少により,適正な材料分離抵
抗性(高粘性)を付与した高流動コンクリート.
• 増粘剤系-:増粘剤により,適正な材料分離抵
抗性を付与した高流動コンクリート.
• 併用系-:主に水粉体比の減少により,適正な
材料分離抵抗性を付与し,増粘剤によってフ
レッシュコンクリートの品質変動を少なくした高
流動コンクリート
高流動コンクリートの特徴
従来のコンクリートと比較して
• 単位粗骨材量が少なく,高性能(AE)減水剤(SP剤)の使用量が多い
• 粉体系:水粉体比 小,増粘剤系:増粘剤の使用が不可欠
• ブリーディングおよびレイタンスの発生が少ない.(高粘性)
• 凝結硬化が遅延する傾向(流動性確保のため,SP剤により初期の水和反応
を抑制)
• 使用材料の品質変動,計量誤差による影響を受け易い→厳しい品質管理,
製造管理,施工管理が必要
• コンクリートポンプによる圧送時の抵抗 大
用途
• 振動締固めが困難な箇所(振動機が入らないところ.例 サンドイッチ構造,
コンクリート充填鋼管柱)
• 工場製品(騒音防止)
• 汎用コンクリートとしての適用(打込み作業の省力化,合理化,コンクリートの
品質に対する信頼性の向上)
問題点
• コスト,品質変動,型枠の補強
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