高性能コンクリート コンクリート工学研究室 岩城　一郎.

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1 高性能コンクリート コンクリート工学研究室 岩城　一郎

2 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．

3 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．

4 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）（プリント参照） 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

5 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=40N/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）

6 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）

7 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

8 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 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．）

9 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

10 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 mm），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）

11 自己充てん性のレベル ランク1：最小鋼材あきが35-60mm程度で，複雑な断面形状，断面寸法の小さい部材又は箇所で自己充てん性を有する性能
（通常は一般の鉄筋コンクリート構造物や部材を対象としたランク2を適用）

12 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

13 配合設計の手順（粉体系を例に） 間げき通過性の改善：骨材同士の相対距離を大きくとることにより，粒子相互の衝突や接触の頻度を低下させる．単位粗骨材容積の制限，ランク2の場合 m3/m3→単位粗骨材量900kg/m3程度 硬化コンクリートの品質の確保：（出来るだけ低い方が望ましい）単位水量 kg/m3 粘性の確保：水粉体容積比（w/p）の低下，一般に85-115%程度→W/C（W/P）28-33%程度．ただし，セメント量が多くなることによる欠点（温度ひび割れ，収縮ひび割れ，スランプロス）を補うため，FA，GGBS，LSを混和する．（あるいはこれらの影響の少ないセメントを使用する．低熱PC，中庸熱PC） 流動性の向上：高性能（AE）減水剤の使用：種類によって添加量の推奨範囲が異なる．例えばセメント質量の % 以上の条件を満足する初期配合を設計→試練りを行う→全ての条件を満足すればO.K.　そうでなければ配合の補正を行う．

14 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