総合研究所・都市減災研究センター（UDM）研究報告書（平成22年度）
テーマ３ 小課題番号3.1-4
*1 建材試験センター 材料グループ 主幹 *2 工学院大学建築学科 教授
低発熱セメントを使用したコンクリートの耐久性評価の迅速化
促進中性化 強度発現 低発熱セメント 中村 則清*1 阿部 道彦*2
1.研究の背景と目的
コンクリートの中性化は、鉄筋コンクリート造建築物の 耐久性を評価する上で重要 な劣化現象の一つとされて お り、それに影響を及ぼす一般的な要因として、セメント、
混和材料などの使用材料の種類、水セメント比、空気量、
などの調合要因および養生条件などがある。
促進中性化試験方法はJIS A 1153で規定されているが、
これは普通ポルトランドセ メントを使用したコンクリ ー トを主な対象としており、強度発現の遅い低発熱系のセメ ントや副産物起源のセメン トを使用したコンクリート で は養生が不十分と考えられる。このため、ここではまずポ ルトランドセメントを使用したコンクリートを対象に、促 進中性化開始前の養生条件 が促進中性化に及ぼす影響 に ついて実験的検討を行い、強度発現の遅いセメントを用い た場合に対する促進養生の効果を把握することとした。
2.実験概要
実験の要因と水準を表1に示す。水セメント比は3水準 とり、セメントは強度発現の異なる5種類のものを使用し た。養生方法については、JISの標準養生を基準に、20℃
封かん養生と、養生期間の短縮を意図した 40℃封かん養 生とし、それぞれ養生期間をセメント種類ごとに設定した。
3.実験方法
3.1 使用材料および調合
セメントは、普通、早強、中庸熱2銘柄、低熱のポルト ランドセメントを使用した。(以下、N、H、MB、MC、L と略記する) それぞれ密度(g/cm3)は、3.16、3.14、3.19、
3.21、3.22で、比表面積(cm2/g)は、3300、4480、3860、3300、
3500である。細骨材は、大井川産陸砂(絶乾密度:2.68g/cm3、 吸水率:1.32%、粗粒率:2.87)を使用し、粗骨材は、青梅産 硬質砂岩砕石2005(絶乾密度:2.68g/cm3、吸水率:0.69%、実 積率:60.9%)を使用した。混和剤は、AE減水剤を、水は水 道水を使用した。調合は、目標スランプ18±2.5cm、目標空 気量4.5±1.5%に設定した。表2に調合およびフレッシュ試 験結果を示す。
3.2 試験方法の詳細
供 試 体 寸 法 に つ い て は 促 進 中 性 化 試 験 用 に 10cm×10cm×40cm の 鋼 製 型 枠 を 二 分 割 に し て 角 柱 (10cm×10cm×20cm)を作製し、圧縮強度と中性化の関係を みるために圧縮強度用の円柱供試体(φ10cm×20cm)も作製 し、養生終了時に試験した。養生については、材齢1日で 型枠を取り外した後、標準養生は 20℃水中で 4週間養生
後、温度 20±2℃、相対湿度 60±5%RH の恒温恒湿室で 4
週間乾燥させた。封かん養生は温度20℃と40℃で行い、
20℃封かんでは1、4、8、13週間、40℃封かんでは1、2、
4、8週間養生後、温度 20±2℃、相対湿度 60±5%RHの恒 温恒湿室で4週間乾燥させた。また、恒温恒湿室で乾燥を
表 2 調合およびフレッシュ試験結果
種 類
W/C (%)
s/a (%)
単位量(kg/m3) フレッシュ性状
W C S G スランプ (cm)
空気量 (%)
単位容積 質量 (kg/m3) N50 50 45.1 178 356 815 966 20.0 4.6 2315 N60 60 46.4 180 300 858 966 18.5 4.7 2319 N70 70 49.4 178 254 936 933 19.5 4.9 2277 H50 50 44.8 180 360 804 966 20.5 5.2 2291 H60 60 46.1 182 303 848 966 20.0 4.8 2289 H70 70 49.2 180 257 927 933 20.0 4.9 2280 MB50 50 45.2 178 356 818 966 18.0 5.0 2285 MB60 60 46.6 179 298 865 966 18.0 5.2 2284 MB70 70 49.3 180 257 931 933 20.0 5.1 2274 MC50 50 45.3 178 356 820 966 18.5 5.0 2329 MC60 60 46.6 179 298 866 966 18.0 4.8 2324 MC70 70 50.1 181 259 945 917 18.0 4.7 2309 L50 50 45.6 176 352 830 966 20.0 5.0 2341 L60 60 47.0 176 293 879 966 19.5 4.5 2345 L70 70 49.2 181 259 929 933 19.0 5.2 2317 表 1 要因と水準
要因 水準
水セメント比(%) 50, 60, 70
普通ポルトランドセメント(N) 早強ポルトランドセメント(H)※1 セメントの種類 中庸熱ポルトランドセメント B(MB)※2
中庸熱ポルトランドセメント C(MC)※2 低熱ポルトランドセメント(L)※2 養生方法
と養生期間 ( Week = W )
20℃水中 (W20) 4W 20℃封かん(S20) 1W, 4W, 8W,13W 40℃封かん(S40) 1W, 2W, 4W, 8W
※1は、W20-4W、S20-1W、S20-4W、S40-1W、S40-2W のみ
※2は、S20-1W は除く
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開始させて3～4週の間に、供試体の打込み 面、底面および両端面 をエ ポキシ樹脂でシ ールした。中性化の促進条件は、温度20±2℃、
相対湿度60±5%RH、二酸化炭素濃度5±0.2%
とし、促進材齢については1、4、8、13、26 週間とした。
4.結果および考察
4.1 中性化促進期間と中性化深さの関係 中性化促進期間(√週)と中性化深さの関係 を図 1に示す。両者の間には、比例関係(√t 則)があるとされており、今回の実験におい ても、一部ばらつきが みら れたものの、各 種セメント、各養生条件ともに√t 則が認め られた。また、水セメ ント 比が高くなるに つれて、中性化深さが 大き くなることが確 認された。これより求 めた 中性化速度係数 を表3に示す。
4.2 圧縮強度と中性化速度係数の関係 圧縮強度と中性化速度係数の関係を温度 ごとに図2、図3に示す。圧縮強度の逆数の 平方根と中性化速度係 数が 直線的な関係を 示していることから、 セメ ント種類や養生 条件に関わらず、圧縮 強度 が大きくなれば 中性化速度係数が小さ くな ることが認めら れた。ただし 、40℃ 封かん の場合には、 圧 縮強度と中性化速度係 数の 相関は良くなか った。また、セメント の種 類により同一圧 縮強度における中性化 速度 係数は異なる結 果となった。また、各 セメ ントについて、
図2の20℃封かんと図3の40℃封かんを比 較すると、封かん20℃より封かん40℃の方 が近似線の傾きがやや小さ くなっている が、
これは 40℃封かんでは強度発現が早いため
と思われる。
4.3 養生方法と中性化速度係数の関係 MB の 各養生期 間にお ける 中性化速度 係 数を水セメント比別に図 4 に示す。封かん 養生について、養生温 度が 同じであれば、
養生期間を長くするこ とに よって中性化が 小さくなることが確認 され た。標準養生し たコンクリー トの中性 化速 度係数は、40℃
封かんで 2 週間養生させたものと同程度の 値 を 示 し た が 、 水 セ メ ン ト 比 70％ の 時 は
40℃封かんで 4 週間養生させたものと同程
図 1 中性化促進材齢(√週)と中性化深さの関係
S20-1W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S20-1W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S20-1W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
S40-1W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-1W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-1W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
S40-2W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-2W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-2W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
W20-4W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
W20-4W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
W20-4W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
S20-4W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S20-4W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S20-4W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
S40-4W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-4W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-4W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ(mm）
S20-8W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S20-8W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S20-8W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
S40-8W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-8W(W/C=60%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 1 2 3 4 5 6
S40-8W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 1 2 3 4 5 6
中性化深さ（mm）
S20-13W(W/C=70%)
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
0 2 4 6
促進期間（√週）
S20-13W(W/C=60%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 2 4 6
促進期間√週）
S20-13W(W/C=50%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 2 4 6
促進期間（√週）
中性化深さ（mm）
N H MB MC L
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度の値を示した。他のセメントについても同様の傾向が認 められた。
次に、MBの各養生温度における中性化速度係数を水セ メント比別に図5に示す。封かん養生について、養生期間 が同じであれば、40℃で養生することによって中性化が小 さくなることが確認された。20℃封かんで4週間養生した コンクリート(MB-S20-4W)の中性化速度係数は、標準養生 より大きな値を示したが、40℃封かんで4週間養生したも の(MB-S40-4W)は、標準養生より小さな値を示した。また、
他のセメントについても同様の傾向が見られた。長期間の 養 生 と 高 温(40℃)で の 養 生 に よ り コ ン ク リ ー ト の 強 度 発 現が促進され、中性化が抑えられたと考えられる。
4.4 普通ポルトランドセメントの標準養生と、他セメン トの封かん養生(S40)の関係
標準養生を行った N の中性化深さをポルトランドセ メントのポテンシャルの中性化深さとみなすこととし、N の標準養生と H、MB、MC、L の封かん 40℃養生の関係 を図6に示す。図6より、標準養生と同程度の中性化深か さになる養生期間は、W/C=50%の場合、H、MB、L は 1
表 3 標準養生と養生 条件 ごとの中性化速度係数 養生条件 W/C N H MB MC L
W20-4W 標準養生
50% 2.83 3.45 3.10 3.54 3.06 60% 4.96 5.82 5.17 5.45 4.85 70% 6.31 8.57 7.15 9.79 8.44 S20-4W
50% 2.13 3.21 3.80 3.53 3.59 60% 5.83 6.23 6.06 5.78 5.88 70% 7.83 8.30 7.69 8.36 7.81 S20-8W
50% 1.06 2.95 3.56 1.13 60% 5.69 5.06 5.87 4.86 70% 6.99 8.48 8.46 7.40 S20-13W
50% 4.37 0.80 2.96 0.72 60% 6.07 4.58 5.93 3.83 70% 7.59 8.34 8.29 7.49
養生条件 W/C N H MB MC L W20-4W
標準養生
50% 2.83 3.45 3.10 3.54 3.06 60% 4.96 5.82 5.17 5.45 4.85 70% 6.31 8.57 7.15 9.79 8.44 S40-2W
50% 2.93 3.66 3.85 4.13 3.45 60% 5.22 5.75 5.36 6.36 5.46 70% 6.81 8.37 8.66 10.0 8.60 S40-4W
50% 1.19 2.72 3.37 2.79 60% 5.36 4.57 5.58 5.09 70% 7.43 6.82 7.84 8.09 S40-8W
50% 1.58 2.74 3.53 0.92 60% 6.03 5.15 5.58 4.11 70% 8.09 9.22 8.19 8.50
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週）
MB-W20-4W MB-S40-1W MB-S40-2W MB-S40-4W
図 4 MB の各養生条件における中性化速度係数
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週）
MB-W20-4W MB-S20-4W MB-S40-4W
図 5 MB の各養生温度における中性化速度係数 図 2 圧縮強度と中性化速度係数の関係（20℃）
図 3 圧縮強度と中性化速度係数の関係（40℃）
0 5 10 15
0.1 0.2 0.3
圧縮強度（1/√N/mm2)
中性化速度係数（mm/√週）
N-S20 MB-S20 H-S20 MC-S20 L-S20 MB
y=108.7x-12.05 R=0.894
MC y=86.37x-9.54
R=0.948
L y=80.69x-8.42
R=0.876
N y=53.73x-4.34
R=0.711 H y=60.48x-4.69
R=0.773
0 5 10 15
0.1 0.2 0.3
圧縮強度（1/√N/ mm2)
中性化速度係数（ mm/√週）
N-S40 MB-S40 H-S40 MC-S40 L-S40
MB y=85.4x-8.64
R=0.897
MC y=48.22x-3.07
R=0.900
L y=61.21x-5.60
R=0.853
N y=77.48x-9.66
R=0.93 H y=96.22x-11.52
R=0.976
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週、MCは 4週、W/C=60%の場合、Hは2週、MB、MC、
Lは4週、W/C=70%の場合、MBは4週で、その他は、今 回設定した養生期間を超えることとなった。通常のコンク リートの水セメント比は65%以下のため、40℃封 かんの養生期間としては4週程度が妥当と考えられる。
4.5 普通ポルトランドセメントの標準養生との比較 図７に標準養生と20℃封かん養生および40℃封かん養 生の中性化速度係数による比較を示す。
4.5.1 中庸熱ポルトランドセメント（MB）の場合
MBは20℃封かん養生の場合、水セメント比に関係な
く養生4週では標準養生よりも大きくなった。しかし、養 生8週では水セメント比 70％以外は標準養生と同程度の 値を示した。40℃養生の場合、養生2週では標準養生より も大きくなったが、養生4週では水セメント比に関係なく 標準養生と同程度の値を示した。
4.5.2 中庸熱ポルトランドセメント（MC）の場合
MCは20℃封かん養生の場合、養生4週、8週では標準
養生より大きくなった。養生13週になって少しずつ小さ くなっているが、標準養生よりも大きくなった。40℃封か ん養生の場合、水セメント比50％の養生4週、8週が標準 養生と同程度になったが、それ以外の場合には標準養生よ りも大きくなった。
4.5.3 低熱ポルトランドセメント（L）の場合
L は 20℃封かん養生の場合、養生 4週では標準養生よ
りも大きくなった。しかし、養生 8 週では水セメント比
70％以外は標準養生と同程度の値を示した。40℃封かん養
生の場合、水セメント比50％と60％の養生4週では標準
養生と同程度になったが、水セメント比 70％ではいずれ も標準養生よりも大きくなった。
5.まとめ
(1)中 性 化 促 進 期 間 （√週 ） と 中 性 化 深 さ の 間 に は 、 各種 セメント、各養生条件ともに√ｔ則が認められた。
(2)圧 縮 強 度 の 逆 数 の 平 方 根 と 中 性 化 速 度 係 数 の 間 に は 、 直線的な関係な関係が認められたが、セメントの種類や 養生条件によってやや異なった。
(3)20℃ 封 か ん 養 生 （S20） よ り 40℃ 封 か ん 養 生 （S40）
の方が、一部のセメントを除いて短期間の養生で標準養 生と同程度の中性化となることが確認された。
(4)強 度 発 現 の 遅 い ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト を 使 用 し た 場
合には、40℃養生より20℃養生より中性化が小さくなる
ことが確認され、また、養生期間を普通ポルトランドセ メントと同程度にできる可能性が示された。
謝辞
実験の実施にあたり、本学卒論生、宮崎雄君と山下修 平君の協力を得ました。記して謝意を表します。
【参考文献】
1)和田利之他 5名：低発熱 型セメントを用いたコンクリ
ートの中性化に関する研究，日本建築学会大会学術講演 梗概集(その 1、その2), pp.733-736, 2000.9
2)船本憲治他 5名：中庸熱 フライアッシュセメントを使
用 し た コ ン ク リ ー ト の 耐 久 性 に 関 す る 実 験 的 研 究(そ の 4),建築学会大会学術講演梗 概集, pp.173-174, 2009.8 図 6 N の標準養生と H、MB、MC、L の封かん 40℃養生の関係 図 7 標準養生 と 20℃・40℃封かん養生の比較
H70
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
H60
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
H50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
中性化深さ（mm）
MB70
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
MB60
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
MB50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
中性化深さ（mm）
MC70
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
MC60
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
MC50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
中性化深さ（mm）
L70
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 N70（標準）中性化深さ
L60
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 N60（標準）中性化深さ
L50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 N50（標準）中性化深さ
中性化深さ（mm）
MB
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週） N標準養生 S40-2W
S40-4W S40-8W
低熱（L）
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週）
N標準養生 S40-2W
S40-4W S40-8W
MC
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週） N標準養生 S40-2W
S40-4W S40-8W
低熱（L）
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週）
N標準養生 S20-4W
S20-8W S20-13W
MB
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週）
N標準養生 S20-4W
S20-8W S20-13W
MC
0 2 4 6 8 10 12 14
W/C=50% W/C=60% W/C=70%
中性化速度係数（mm/√週）
N標準養生 S20-4W
S20-8W S20-13W
S40-1W S40-2W S40-4W S40-8W
