経年コンクリートの圧縮強度の推定に関する研究

総合研究所・都市減災研究センター(UDM) 研究報告書 (平成25年度)

テーマ3 小課題番号3.1-5

1

経年コンクリートの圧縮強度の推定に関する研究

尾作勇介^＊１ 阿部道彦^＊２ コンクリート 暴露 含水率

反発度 コア 圧縮強度

１．はじめに

長期間暴露したコンクリートの圧縮強度については、

これまで多くの実験的研究が行われてきている。しかし ながら、暴露条件の相違が圧縮強度に及ぼす影響につい てはあまり検討例がない。本実験では各種条件で暴露し た角柱供試体からコアを採取して圧縮強度を調べるとと もに、採取に先立って実施した反発度試験の結果からコ アの圧縮強度を推定することを試みた。

２．実験概要

2.1

暴露供試体

暴露供試体はコンクリートの中性化試験の一環として

1987

年に作製して同年

7

月より暴露を開始したもの¹⁾で、

当初の寸法は

150×150×530mm

で、その後２回の中性 化試験により長さが約

400mm

になったものである。供 試体は、打込み時の側面２面を開放して他の

4

面をエポ キシ樹脂でコーティングしている。

2.2

暴露場所

暴露場所は、つくば市の

RC

造平屋の南側と北側で、

それぞれアクリル製の屋根を付けたものと屋根なしの鉄 パイプの架台上に供試体の開放面を南北にし長手を上下 にして設置している。

2.3

コンクリートの種類

コンクリートの種類は、

AE

減水剤を使用した普通コン クリート（砕石・砂コンクリート）で、セメントは普通 ポルトランドセメント、高炉セメント

B

種およびフライ アッシュセメント

B

種を使用したものと、普通ポルトラ ンドセメントを使用した軽量コンクリート１種である。

水セメント比は、50％、60％、70％で、軽量コンクリー

ト１種は

50％、60％である。目標スランプは 18cm、目

標空気量は

4.5

％である。

2.4

試験項目と試験方法

試験項目と試験方法は、表

1

に示すとおりで、供試体 の寸法・質量測定、表面の含水率の測定、透気試験、超 音波伝播速度試験、反発度試験（下向き）を実施した後、

直径

75mm

のコアを打込み方向と直交方向に２本採取し、

中性化深さの測定、

2

日水中浸漬後に、超音波伝播速度試 験、動弾性係数試験、静弾性係数試験および圧縮強度試

験を行った。その後、供試体を長手方向に直交方向に切 断して、切断面について中性化深さ等の測定を行った。

表１ 試験項目と試験方法

供試体 試験項目 試験方法

密度 寸法・質量測定による

含水率 低周波水分計による

透気係数 トレント法による 超音波伝播速度 パンジットによる 反発度 JIS A 1155 中性化深さ JIS A 1152

含水率 低周波水分計による

透気係数 トレント法による 反発度 JIS A 1152 中性化深さ JIS A 1152 超音波伝播速度 パンジットによる 動弾性係数 JIS A 1127 静弾性係数 JIS A 1149 圧縮強度 JIS A 1107 角柱供

試体切 断前

コア 切断後

３．実験結果

表１に各種試験結果の一覧を示す。

3.1

供試体の密度

図１に供試体の密度測定結果を示す。ここには、供試 体切断前と

2

日水中浸漬後のコア供試体の密度および供 試体作製時のフレッシュコンクリートの単位容積質量

（以下、フレッシュ時単質）を示している。

これによると、データにかなりばらつきは認められる が、普通ポルトランドセメントを使用した場合には、切 断前の供試体は全般にフレッシュ時単質よりやや密度が 小さくなっている。一方、高炉セメントＢ種およびフラ イアッシュセメントＢ種を使用し屋根なしの場合には、

全般にフレッシュ時単質と同等以上の密度を示している。

これは、これらの混合セメントを使用したコンクリート では、水分供給がある場合には長期にわたり水和が進行 しているためと推測される。一方、屋根ありの場合には、

普通ポルトランドセメントを使用した場合と同様、フレ ッシュ時単質よりやや小さくなる傾向が認められた。

普通コンクリートでは、コア供試体の２日水中浸漬後 の密度は、フレッシュ時単質より大きくなっているが、

＊1：工学院大学建築学科4年 ＊2：工学院大学建築学科 教授 工博

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テーマ3 小課題番号3.1-5

2 軽量コンクリート１種ではコア供試体の密度もフレッシ ュ時単質より小さくなっている。これは、切断前供試体 の密度とコア供試体の密度の差が、普通コンクリートと あまり異ならないことから、人工軽量粗骨材中の水分の 逸散によるものと考えられる。

3.2

供試体表面の含水率

図示していないが、表面の含水率はいずれのコンクリ ートも雨が当りにくく乾燥しやすい南側・屋根ありが最 も小さく、次いで北側・屋根ありで、南側・屋根なしと 北側・根なしは両者ほとんど差が認められなかった。

3.3

反発度

図２に反発度を示す。 いずれのコンクリートも水セメ

ント比の増加に伴い反発度は小さくなることが確認され た。また、全般に屋根ありの方が、反発度は大きく、屋 根なしの方が小さくなる傾向を示した。

3.4

コアの圧縮強度

図３にコアの圧縮強度を示す。全般に屋根なしの方が 屋根ありより圧縮強度は大きくなっており、この傾向は 反発度と異なっている。また、図中には標準養生を行っ た４週圧縮強度を示しているが、普通ポルトランドセメ ントを使用した普通コンクリートでは、屋根ありでこの 値を下回る場合も認められたが、混合セメントを使用し た場合にはそのようなことは認められなかった。

表２ 各種試験結果

設 置 場 所

屋根 の 有無

密度

（g/cm³) 含水

率

（％）

透気 係数

超音波 伝播 速度 (km/s)

反発度 含水

率

（％）

透気

係数 反発度 密度

（g/cm³) 含水

率

（％）

透気 係数

密度

（g/cm³) 中性化

深さ (mm)

超音波 伝播 速度 (km/s)

動弾性 係数 (kN/

mm²) 圧縮 強度 (N/

mm²) 単位 容積 質量 (kg/ｌ）

4週 圧縮 強度 (N/

mm²) なし 2.28 3.93 0.14 4.48 39.2 4.08 0.75 43.9 2.28 3.15 0.34 2.32 4.2 4.68 37.4 52.5

あり 2.27 3.40 0.63 4.63 43.9 3.41 1.80 38.1 2.27 3.05 0.50 2.34 6.5 4.68 37.8 44.4

なし 2.26 3.70 0.27 4.45 36.9 3.98 0.81 40.3 2.29 3.70 0.47 2.33 0.8 4.77 38.6 47.6

あり 2.26 3.90 0.03 4.87 44.5 4.08 0.90 43.6 2.27 3.70 0.09 2.33 3.6 4.72 39.3 47.5

なし 2.25 3.23 0.68 4.51 34.0 3.61 1.70 34.8 2.31 2.95 0.99 2.33 4.6 4.53 37.8 33.8

あり 2.26 2.70 4.45 4.71 35.4 3.00 6.00 37.6 2.26 2.20 17.00 2.35 17.8 4.36 34.7 30.2

なし 2.26 3.40 0.38 4.21 34.7 3.61 1.40 40.9 2.25 3.00 0.44 2.32 3.2 4.53 36.7 34.2

あり 2.26 3.40 1.16 4.73 34.7 3.66 2.50 37.6 2.24 3.10 3.60 2.33 7.6 4.56 35.1 29.9

なし 2.21 3.25 0.64 4.46 31.2 3.58 1.20 36.4 2.30 3.05 0.50 2.31 7.8 4.50 35.2 36.5

あり 2.20 2.55 6.95 4.40 29.2 2.64 9.10 35.7 2.27 2.00 10.00 2.31 26.2 4.26 30.8 21.6

なし 2.28 3.35 0.79 4.48 28.7 3.90 3.90 37.9 2.30 3.05 0.90 2.31 9.9 4.35 35.5 29.0

あり 2.26 2.50 2.80 4.31 29.3 3.98 4.80 29.7 2.26 2.25 3.10 2.32 22.8 4.39 32.9 24.9

なし 2.29 3.40 0.63 4.52 37.1 3.66 1.00 41.4 2.36 3.10 1.40 2.33 3.8 4.59 39.1 43.2

あり 2.24 3.05 2.60 4.72 38.6 3.06 3.70 42.7 2.32 2.85 2.90 2.32 11.3 4.62 35.4 39.3

なし 2.30 3.80 0.30 4.57 34.4 3.91 0.38 42.6 2.31 3.60 0.31 2.32 2.9 4.82 39.4 45.6

あり 2.33 3.38 1.30 4.70 40.4 3.58 1.50 39.4 2.30 3.30 1.99 2.31 8.9 4.77 38.2 42.8

なし 2.26 3.70 0.52 4.50 31.2 3.49 0.96 42.4 2.25 3.00 0.67 2.30 3.6 4.73 37.7 41.2

あり 2.25 2.53 4.65 4.55 33.2 2.79 5.80 41.1 2.31 2.45 0.40 2.33 17.0 4.43 33.2 31.3

なし 2.32 3.40 0.45 4.35 29.9 3.54 0.59 40.7 2.32 3.05 0.45 2.33 5.0 4.71 37.7 39.1

あり 2.33 2.90 2.35 4.40 32.9 3.06 4.30 41.0 2.32 2.65 2.40 2.33 16.1 4.51 33.0 32.2

なし 2.27 3.20 0.31 4.31 31.2 3.46 0.73 36.6 2.28 2.65 0.51 2.31 9.1 4.63 36.2 36.8

あり 2.28 2.35 9.95 4.47 29.4 2.70 10.0 37.1 2.26 2.05 9.30 2.33 28.3 4.35 29.8 25.6

なし 2.29 3.13 0.33 4.49 25.7 3.70 0.70 36.0 2.28 2.65 0.67 2.31 6.4 4.57 36.4 36.0

あり 2.25 2.75 4.60 4.44 28.1 2.86 3.90 37.2 2.27 2.45 5.60 2.32 18.6 4.49 32.1 28.0

なし 2.26 3.68 0.23 4.82 37.8 3.68 0.28 40.7 2.28 3.05 0.25 2.32 4.3 4.82 40.5 50.5

あり 2.28 3.10 0.80 4.81 40.0 3.16 0.95 41.8 2.29 2.80 0.80 2.33 10.6 4.69 37.8 44.4

なし 2.26 3.70 0.26 4.40 35.8 3.75 0.12 42.4 2.29 3.40 0.42 2.31 1.1 4.71 40.2 51.1

あり 2.24 3.30 0.49 4.86 40.4 3.51 0.62 40.1 2.27 3.10 0.47 2.33 10.4 4.71 38.8 46.8

なし 2.23 3.38 0.25 4.79 33.2 3.59 0.59 44.8 2.27 2.85 0.35 2.30 6.0 4.78 38.8 41.9

あり 2.22 2.78 1.55 4.65 31.9 3.01 1.90 39.9 2.25 2.30 1.90 2.31 19.7 4.51 33.9 31.7

なし 2.27 3.15 0.26 4.68 33.1 3.55 0.49 39.7 2.28 2.80 0.28 2.34 5.5 4.72 39.9 41.2

あり 2.29 2.90 1.60 4.87 34.2 3.46 2.00 35.7 2.28 2.60 1.00 2.32 19.6 4.60 36.2 32.0

なし 2.27 3.08 1.30 4.72 30.3 3.51 2.00 33.6 2.29 2.70 2.40 2.33 9.8 4.61 37.8 33.6

あり 2.24 2.28 5.40 4.32 30.3 2.60 5.90 29.0 2.29 2.05 5.80 2.34 31.1 4.37 31.3 25.4

なし 2.30 2.80 1.25 4.57 25.1 3.69 1.20 35.4 2.30 2.70 1.20 2.32 12.4 4.54 36.6 30.6

あり 2.26 2.88 3.55 4.73 28.3 3.16 3.10 38.9 2.31 2.35 4.30 2.28 28.1 4.42 33.0 26.0

なし 1.81 3.68 0.25 4.12 35.5 3.91 1.40 32.0 1.80 3.55 0.28 1.84 0.4 4.01 22.5 44.8

あり 1.74 2.85 1.19 4.18 37.3 3.18 4.40 27.0 1.78 2.40 2.30 1.81 12.9 3.91 20.2 37.5

なし 1.82 3.10 0.82 4.17 37.8 4.24 1.70 27.1 1.83 3.25 1.20 1.84 1.6 4.01 22.3 42.7

あり 1.79 3.38 1.45 4.09 37.8 3.49 2.70 30.2 1.82 3.45 1.90 1.85 3.7 3.96 20.7 39.6

なし 1.79 3.30 1.01 3.90 28.1 3.60 3.30 23.3 1.82 2.20 1.40 1.86 8.1 3.91 21.2 31.5

あり 1.75 1.85 9.50 3.68 30.3 1.88 4.80 25.7 1.81 1.25 8.20 1.86 32.3 3.66 19.5 24.0

なし 1.81 3.78 0.25 3.90 29.4 3.49 2.80 25.1 1.82 2.30 0.81 1.84 7.8 3.86 21.2 31.2

あり 1.76 2.30 5.05 3.61 29.9 2.46 6.00 25.2 1.81 1.85 2.10 1.85 23.8 3.77 19.3 27.6 70

50

60 60

70

50

60 50

60

70

50

コア

切断前試験体 切断面 切断後試験体

南 側 北 側 南 側 北 側

北 側 南 側 北 側 南 側 北 側

北 側

普 通 ポ ル ト

高 炉 Ｂ 種

フ ラ イ ア ッ シ ュ Ｂ 種

軽 量 １ 種

南 側 北 側 南 側 北 側 南 側

環境 種

類 W/C

(%)

南 側 北 側 南 側 北 側 南 側 北 側 南 側

参考

2.29 41.3

2.28 32.9

2.27 24.1

2.26 33.8

2.26 27.1

2.25 21.4

2.27 37.9

2.24 28.3

1.89 21.0 2.29 22.7

1.90 36.1

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3

図１ 供試体の密度測定結果

図２ 反発度試験結果

図３ コアの圧縮強度試験結果

2030 4050 60

40 50 60 70 80

南側・屋根なし 南側・屋根あり 北側・屋根なし 北側・屋根あり 4週強度 2030

4050

4050607080 南側・屋根なし 南側・屋根あり 北側・屋根なし 北側・屋根あり 2.12.2

2.32.4

40 50 60 70 80 南側・屋根なし ｺｱ南側・屋根なし 南側・屋根あり ｺｱ南側・屋根あり 北側・屋根なし ｺｱ北側・屋根なし 北側・屋根あり ｺｱ北側・屋根あり ﾌﾚｯｼｭ単質

普通ポルトランドセメント

2.1 2.2 2.3 2.4

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

密度（g/cm3 ）

高炉セメントB種

2.1 2.2 2.3 2.4

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

密度（g/cm3 ）

普通ポルトランドセメント

20 30 40 50

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

反発度

高炉セメントB種

20 30 40 50

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

反発度

フライアッシュセメントB種

20 30 40 50

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

反発度

軽量コンクリート

20 30 40 50

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

反発度

普通ポルトランドセメント

20 30 40 50 60

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

圧縮強度(N/mm2 )

高炉セメントB種

20 30 40 50 60

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

圧縮強度(N/mm2 )

フライアッシュセメントB種

20 30 40 50 60

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

圧縮強度(N/mm2 )

軽量コンクリート

20 30 40 50 60

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

圧縮強度(N/mm2 ) フライアッシュセメントB種

2.1 2.2 2.3 2.4

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

密度（g/cm3 ）

軽量コンクリート

1.7 1.8 1.9 2.0

40 50 60 70 80

水セメント比（％）

密度（g/cm3 ）

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4

3.5

反発度による圧縮強度の推定

図

4

に反発度と圧縮強度の関係を示す。ここでＲは今 回の実験では打撃の方向が下向きのため、Ｒが

25

から

45

の範囲で次式による補正値を加えて水平方向の値に換 算し、a'を求めた。

⊿Ｒ＝－0.047Ｒ＋5.4 ・・・・・・（１）

これによると同一反発度でも圧縮強度にはかなりの開 きがある。これは一般に指摘されているように、供試体 の含水状態や使用材料の相違によるものと考えられる。

このため、斯波らの提案する圧縮強度Ｆと反発度Ｒの関 係式²⁾

F=a' R／(1－0.0135R)

・・・・・・（２）

a'=ak

における係数

k

をコンクリートの種類および暴露条件別 に求めることとした。

表３に係数

a'を示す。これによると、水セメント比お

よび供試体の設置場所にかかわらず、コンクリートの種 類と屋根の有無により

a'が定まるとみなしてよいことが

わかる。このため、

a

を普通・屋根ありの平均として

0.450

とし、係数

k

を

k

1、k2とに分け、k1として普通ポルトラ ンドセメントを使用した場合は

1.00、高炉セメントＢ種

は

1.21

、フライアッシュセメントＢ種は

1.17

、軽量コン クリート１種は

1.09

とし、屋根の有無では屋根ありを基 準

k

2

=1.00

として屋根なしは

k

2

=1.45

とした。

図５に圧縮強度の実測値とこのようにして設定した

k

1、

k

2を用いて計算した推定値の対応を示す。推定値はおお むね実測値の±20％の範囲に収まっているといえる。

４．まとめ

コンクリートの種類および暴露条件を変えた材齢

25

年における実験の結果、混合セメントを使用したコンク リートは、降雨を受ける状態では長期強度の伸びが認め られ、また、使用材料の種類と暴露条件から反発度によ る圧縮強度の推定が可能であることが分かった。

参考文献

1) 長谷川拓哉、他：暴露試験に基づく中性化に影響する各 種各種環境条件に関する検討、日本建築学会大会学術講演梗 概集、pp.403-404, 1998

2) 斯波明宏、他：リバウンドハンマーによる強度推定式に 及 ぼ す 各 種 因 子 の 影 響, コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集,Vol.26, No.1,pp.1821-1826, 2004

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50

圧縮強度 F （ N /m m

2

)

反発度R

図４ 反発度と圧縮強度の関係

表３ 係数

a'

の算出結果

屋根 なし

屋根 あり

屋根 なし

屋根 あり 50 0.630 0.411 0.646 0.426 60 0.537 0.445 0.524 0.458 70 0.678 0.449 0.619 0.512 平均 0.615 0.435 0.596 0.466 50 0.583 0.487 0.708 0.482 60 0.766 0.520 0.781 0.544 70 0.685 0.525 0.914 0.619 平均 0.678 0.510 0.801 0.548 50 0.653 0.510 0.738 0.526 60 0.695 0.566 0.691 0.503 70 0.655 0.495 0.809 0.568 平均 0.668 0.524 0.746 0.532 50 0.657 0.499 0.554 0.513 60 0.697 0.470 0.639 0.550 平均 0.677 0.484 0.597 0.531

南側 北側

種類 W/C

（％）

普通

高炉B種

フライアッ シュB種

軽量１種

図５ 圧縮強度の実測値と推定値の対応

F=0.561R/(1-0.0135R)