硬化コンクリートの性質 コンクリート工学研究室 岩城 一郎
コンクリート中の空げき（間げき） エントラップトエア（数mmまで）→エントレインドエア（数100μmまで）→毛管空げき（数μmまで）→ゲル間げき（数nmまで） 毛管空げき：もともと水が占めていた部分．セメントゲル（水和物）によってその空間を満たさなかったため空げきとして残存．連続性を有する（迷路）． - W/C 高 or 水和度 低→毛管空げき 多：強度 低 - 水みち，物質（Cl-，CO2）の移動経路 →耐久性（劣化）に影響 ゲル間げき：セメントゲル中に存在する間げき．毛管空げきに比べ，強度，耐久性への影響 小：連続性(移動性)はない
毛管空げき，ゲル間げきのイメージ 毛管空げき セメント 水 水和直後 数時間後 数日後～数年後 ゲル間げき
コンクリートの質量 コンクリートの単位容積質量：2.2-2.4t/m3（g/cm3）→水の約2.3倍 鉄筋コンクリート2.5t/m3（g/m3） コンクリートのイメージ：重い（実は鉄の単位容積質量よりずっと小さい） 設計上不利な点：橋のスパン，耐震→軽量化への取組み（軽いコンクリート，高強度化→軽い部材） 有利な点：重力式ダム，消波ブロック（テトラポット：ラテン語の４）等（安くて重い）
強度の種類 圧縮強度 引張強度 曲げ強度 せん断強度 付着強度 疲労強度等々
圧縮強度 コンクリートの強度の中で最も重要 コンクリートは圧縮に強く，引張に弱い（引張強度は圧縮強度の1/10程度）→コンクリートは一般に圧縮部材（圧縮力に対して抵抗する部材）として利用（引張力に対する抵抗は無視） 圧縮強度の測定が一番簡単 圧縮強度の測定値はばらつきが最も少ない．
圧縮強度に影響を及ぼす要因 供試体形状 水セメント比（セメント水比） 養生条件（乾燥条件，温度条件） その他の要因 - モルタルと粗骨材の付着条件 - 空気量 - 粗骨材の最大寸法 - 初期凍害
供試体形状 圧縮強度試験用供試体（JIS A 1132）：（我が国では）直径の2倍の高さをもつ円柱（例えば，φ15×30cm，φ10×20cm） 立方体（英，独他：一辺150mm）＞円柱供試体（米，仏，日他）（約25%増）：拘束による影響 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
水セメント比（セメント水比） コンクリートの圧縮強度f’cは水セメント比W/Cが小さいほど（セメント水比C/Wが大きいほど）大きくなる． f’cとC/Wの関係：f’c＝A+B・C/W（あるC/Wの範囲において直線関係）．骨材が弱い場合，締固めが不十分な場合両者の関係が崩れる． 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
設計基準強度 設計基準強度f’ck：設計の基準となる強度， 標準養生（20℃水中養生）を行ったコンクリート円柱供試体の材齢28日における圧縮強度． 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 養生の影響 コンクリート強度に及ぼす養生の影響：大． 湿潤養生（水中養生）≒封かん養生＞＞気中養生 温度が高いほど早く強度が出る．長期の伸びは乏しい． 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 コンクリート便覧，技報堂出版
その他の影響 モルタルと粗骨材との付着強度：砕石（フレッシュ性状 劣）＞川砂利 モルタルと粗骨材との付着強度：砕石（フレッシュ性状 劣）＞川砂利 空気量 多→強度 低，AEコンクリート（ワーカビリティーが改善されることにより相殺） 骨材最大寸法 大→強度 小（表面積，付着と関係）：ワーカビリティーの改善効果と相殺 初期凍害：まだ十分固まっていないコンクリートが凍結した場合，後で融解させて十分養生しても強度は大幅に低下する．
試験方法の影響 供試体の高さと直径との比（h/d） 大→強度 小 供試体の寸法 大（h/d=2.0：const）→強度 小（弱点の存在する確率，φ600mm以上で頭打ち） 載荷速度 大→強度 大 含水状態 高→強度 小 試験条件を一定としないと 圧縮強度の値に様々な要因 による影響を含むため，正しい 判断ができない！ →規格に従うことが重要！！ 三浦尚著：土木材料学（改訂版）， コロナ社
三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 引張強度 弾性体の円板に直角方向の集中荷重を載荷→割裂引張強度（≒直接引張強度） 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 曲げ強度 3等分点載荷 他に，せん断強度，支圧強度，ゆ着強度，疲労強度 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 弾性係数（静弾性係数） 弾性係数（ヤング係数）：硬さを表す指標．静弾性係数と動弾性係数に分かれる． 静弾性係数：コンクリート供試体に静的荷重を与えた際の応力－ひずみ関係より得られる弾性係数（E=σ／ε） ． 初期接線ヤング係数，割線ヤング係数，接線ヤング係数 1.4×104N/mm2 鋼材（鉄筋）のヤング係数： 2.0×105N/mm2 3.0×104N/mm2 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 弾性係数（動弾性係数） 動弾性係数：コンクリート供試体を振動させ，その一次共鳴振動数を測定することにより得られる弾性係数（硬いものほど共鳴振動数が多い）．非破壊検査 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 クリープ クリープ：コンクリートに持続荷重を作用させた際に，時間の経過と共にコンクリートのひずみが増加する現象． 全体の変形＝弾性変形+クリープ変形 欠点：たわみ，変形，プレストレスのロス 長所：拘束応力（内力）の緩和（ひび割れの抑制） 持続荷重 瞬間弾性回復 ＋ クリープ回復 弾性 ひずみ 残留変形 クリープ ひずみ 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社
収縮 乾燥収縮と自己収縮に分けられる． 乾燥収縮：硬化したコンクリートが乾燥によるコンクリート中の水分の蒸発に伴い収縮する現象 主として毛管空げき中の水が蒸発→毛管張力→収縮 相対湿度 低，単位水量 大 → 乾燥収縮 大 乾燥収縮ひび割れ：乾燥収縮による変形が拘束されることによりひび割れが発生 自己収縮：セメントの水和反応に伴いコンクリート中の水分が消費され（自己乾燥），収縮する現象（コンクリートの内外で水分の移動がなくても発生する．） W/C 低 → 自己収縮 大（高強度コンクリートの設計に配慮）
ひび割れはなぜ発生するか？ 物理的現象 人為的現象 設計・施工上のミス 手抜き・偽装！！ 技術力不足 技術者としての気の緩み，責任感の欠如
ひび割れの何が問題か？ 美観の低下：建物の資産価値（ある長大橋の例） 機能性（水密性）の低下：漏水 耐久性の低下：劣化因子の侵入 コンクリートのひび割れがわかる本， セメントジャーナル社 コンクリートの劣化と補修がわかる本， セメントジャーナル社
ひび割れの原理 コンクリートは圧縮に強く，引張に弱い材料 である．→鋼材により引張側を補強 コンクリートは圧縮に強く，引張に弱い材料 である．→鋼材により引張側を補強 コンクリートに何らかの作用により，巨視的・ 微視的に引張が生じると，これと垂直にひび割れが発生（マクロクラック，マイクロクラック）
ひび割れの分類 外力により生じるひび割れ（曲げひび割れ，せん断ひび割れ） 変形の拘束により生じるひび割れ（収縮ひび割れ，温度ひび割れ） コンクリート内部の膨張圧により生じるひび割れ（塩害，アルカリシリカ反応，凍害） その他（プラスチック収縮ひび割れ，沈みひび割れ等）
主応力線図（実線：主引張応力線，点線：主圧縮応力線） 外力によるひび割れ 主引張応力線と垂直に（主圧縮応力線に沿って）ひび割れ発生 曲げひび割れ せん断ひび割れ （斜めひび割れ） 主応力線図（実線：主引張応力線，点線：主圧縮応力線）
変形の拘束により生じるひび割れ コンクリートの収縮変形が拘束されると，コンクリートに引張応力が作用し，これが引張強度を上回るとひび割れが発生 施工段階におけるひび割れ - 収縮ひび割れ →薄い部材，建築構造物，冬期 - 温度ひび割れ →マスコンクリート，土木構造物，夏期 コンクリート工学2005/5表紙より コンクリート名人養成講座， 日経コンストラクション
収縮ひび割れのメカニズム コンクリートの自己収縮及び乾燥収縮に伴う変形が，内的あるいは外的に拘束されると，コンクリートに引張応力が作用し，ひび割れが発生 自己収縮とは？ セメントの水和反応の進行によりコンクリートの体積が減少し，収縮する現象 （W/C 小→自己収縮 大） 乾燥収縮とは？ 乾燥によるコンクリート中の水分蒸発により，コンクリートの体積が減少し，収縮する現象 （W，W/C 大→乾燥収縮 大） 三橋・佐藤，収縮ひび割れの予測と制御の現状，コンクリート工学2005/5
コンクリートのひび割れがわかる本，セメントジャーナル社 温度ひび割れのメカニズム セメントの水和熱に伴うコンクリート温度の上昇・降下がコンクリートの変形（膨張・収縮）を引き起こし，これが内的あるいは外的に拘束されると，コンクリートに引張応力が作用し，ひび割れが発生する現象 コンクリートのひび割れがわかる本，セメントジャーナル社
コンクリート内部の膨張圧（劣化）によって発生するひび割れ 塩害・中性化：鋼材腐食に伴う膨張 アルカリシリカ反応：骨材の反応に伴う膨張 凍害：細孔水の凍結に伴う膨張 小林一輔他編：コンクリート事典，オーム社