各種結合材を用いた蒸気養生コンクリートの力学的特性および物質移動特性の評価

長崎大学工学部構造工学科

佐々木 謙二

原田 哲夫

コンクリート

力学的特性 耐久性

圧縮強度 静弾性係数

物質移動特性 空隙率 → 酸素拡散係数 → 水分拡散係数 → 塩化物イオン拡散係数 →

・物質移動の経路

養生条件の変化 結合材種類の変化

・鉄筋腐食， 中性化

・イオン移動， 鉄筋腐食

・塩害

配合，打設

蒸気養生 前置時間3時間，昇温速度20℃/h 最高温度65℃ , 保持時間4時間 降温速度4.5℃/h(徐冷)

後養生 気中養生

出荷

材料(結合材)

・高炉スラグ微粉末 ・フライアッシュ

保温養生

短いサイクルの蒸気養生

・前置時間0.5時間 ・急冷

水中養生

膜養生

副産資源の有効活用

前置時間,降温速度の影響

別の高温履歴との比較

水分供給の必要性の検討

水分保持効果の検討

PCa製品の一般的な製造過程 検討項目

示方配合

記号 結合材 種類

水結合材比 W/(C+SCM)

細骨材率 s/a

単位量（kg/m3）

水 W

セメント C

混和材 SCM

細骨材 S

粗骨材 G

混和剤 AD

シリーズ Ⅰ

N40 N

40% 37% 165

413 ― 648 1189 0.83*1

H40 H 413 ― 647 1182 1.03*1

NB40 N+B 268 145 644 1182 0.83*1

NF40 N+F 330 83 638 1172 0.62*1

シリーズ Ⅱ

N55 N

55% 40% 165

300 ― 711 1171 3.00*2 0.06*3

H55 H 300 ― 711 1171 3.00*2 0.06*3

NB55 N+B 195 105 709 1167 3.00*2 0.06*3

NF55 N+F 240 60 704 1159 3.00*2 0.48*4

※*1高性能減水剤 *2 AE減水剤 *3 AE剤 *4 FA用AE剤

N：普通ポルトランドセメント H：早強ポルトランドセメント NB：普通ポルトランドセメント＋高炉スラグ微粉末6000（65％：35％） NF：普通ポルトランドセメント＋フライアッシュⅡ種（80％：20％）

記号 養生方法 前置時間

（ｈ） 昇温速度 （℃/ｈ）

最高温度 保持時間

（ｈ）

降温速度 （℃/ｈ）

後養生方法

A-D

蒸気養生

3

20 4

4.5 気中養生

(20℃，R.H.60％)

B-D 0.5

C-D 3 急冷

D-D 0.5

A-W 3 4.5

水中養生(20℃)

A-M 膜養生(20℃)

I-D 保温養生(1日)→気中養生(20℃，R.H.60%)

A 封緘養生(1日)→水中養生(2日)→気中養生(20℃，R.H.60%)

S 標準養生(20℃水中養生)

養生条件

蒸気養生

10

20

30

40

50

60

70

0 6 12 18 24

温度

(℃)

時間(h)

前置時間

昇温速度

最高温度保持時間

降温速度

・前置時間 3時間 0.5時間

・降温速度 4.5℃/h（10時間後に20℃） 急冷

・後養生 気中養生（20℃，R.H.60％） 水中養生（20℃） 膜養生

養生条件【A-D，W，M】 （前置3時間－徐冷－気中，水中，膜）

保温養生

120cm

120cm

60cm

60cm

30cm

90cm 30cm 30cm

30cm

120cm

平面図

立面図

・・・コンクリート温度測定試験体 【保温養生槽内中心】

・・・コンクリート温度測定試験体 【保温養生槽内外側】

・・・保温養生槽内内側

・・・保温養生槽内外側

発泡スチロール

有機－無機複合型被膜養生剤を塗布 （200g/m2刷毛塗り）

蒸気養生

脱型

気中養生

膜養生

塗布

0

10

20

30

40

50

60

70

80

N

0 5 10 15 20 25 30

コン

クリ

ート

温度

（℃

）

時間（h）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

H

0 5 10 15 20 25 30

コン

クリ

ート

温度

（℃

）

時間（h）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NB

0 5 10 15 20 25 30

コン

クリ

ート

温度

（℃

）

時間（h）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NF

0 5 10 15 20 25 30

コン

クリ

ート

温度

（℃

）

時間（h）

蒸気養生と保温養生の初期温度履歴

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ微粉末混合 フライアッシュ混合

【A-D】(前置3時間－徐冷）【D-D】（前置0.5時間－急冷）

【I-D】（保温養生槽内中心）【I-D】（保温養生槽内外側）

→ 保温養生の場合でも最高温度50℃前後が得られた。

力学的特性に及ぼす初期温度履歴の影響

0

20

40

60

80

100

N

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

H

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

NB

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

NF

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

120

N

0 5 10 15 20 25 30

静弾

性係

数比

(%)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

120

H

0 5 10 15 20 25 30

静弾

性係

数比

(%)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

120

NB

0 5 10 15 20 25 30

静弾

性係

数比

(%)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100

120

NF

0 5 10 15 20 25 30

静弾

性係

数比

(%)

材齢（日）

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ微粉末混合 フライアッシュ混合

圧縮強度比

静弾性係数比

【A-D】(前置3時間－徐冷－気中）【D-D】（前置0.5時間－急冷－気中）

【I-D】（保温養生－気中）

→ 保温養生の場合でも，標準的な蒸気養生と同程度の力学的特性となった。

圧縮強度比に及ぼす後養生方法の影響

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ微粉末混合 フライアッシュ混合

0

20

40

60

80

100 N

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100 H

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100 NB

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

0

20

40

60

80

100 NF

0 5 10 15 20 25 30

圧縮

強度

比(%

)

材齢（日）

【A-D】(前置3時間－徐冷－気中）

【A-W】（前置3時間－徐冷－水中）

【A-M】（前置3時間－徐冷－膜養生）

→ 膜養生による水分保持により，強度増進が確認された。

→ 水分保持

→ 水分供給

長期圧縮強度に及ぼす蒸気養生条件の影響

0

10

20

30

40

50

60

70

80

N

1 10 100 1000

圧縮

強度

(N/m

m2)

材齢（日）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

H

1 10 100 1000

圧縮

強度

(N/m

m2)

材齢（日）

0

10

20

30

40

50

60

70

80NB

1 10 100 1000

圧縮

強度

(N/m

m2)

材齢（日）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NF

1 10 100 1000

圧縮

強度

(N/m

m2)

材齢（日）

【A-D】(前置3時間－徐冷－気中）【B-D】（前置0.5時間－徐冷－気中）【C-D】（前置3時間－急冷－気中）【D-D】（前置0.5時間－急冷－気中）

【A-W】（前置3時間－徐冷－水中）【S】（標準養生：W/B＝40％）【S】（標準養生：W/B＝55％，AEコンクリート）

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ微粉末混合 フライアッシュ混合

→ 後養生が気中養生の場合，長期材齢において強度増進は見られなかった。

長期静弾性係数に及ぼす蒸気養生条件の影響

【A-D】(前置3時間－徐冷－気中）【B-D】（前置0.5時間－徐冷－気中）【C-D】（前置3時間－急冷－気中）【D-D】（前置0.5時間－急冷－気中）

【A-W】（前置3時間－徐冷－水中）【S】（標準養生：W/B＝40％）【S】（標準養生：W/B＝55％，AEコンクリート）

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ微粉末混合 フライアッシュ混合

0

10

20

30

40

50 N

1 10 100 1000

静弾

性係

数(k

N/m

m2 )

材齢（日）

0

10

20

30

40

50 H

1 10 100 1000

静弾

性係

数(k

N/m

m2 )

材齢（日）

0

10

20

30

40

50 NF

1 10 100 1000

静弾

性係

数(k

N/m

m2 )

材齢（日）

0

10

20

30

40

50 NB

1 10 100 1000

静弾

性係

数(k

N/m

m2 )

材齢（日）

→ NBでは，材齢７日から材齢２８日まで著しい静弾性係数の低下が見られたが， 材齢２８日と材齢３６５日とでは同程度となった。

まとめ

①保温養生の圧縮強度比は普通ポルトランドセメント，早強ポルトラ ンドセメントでは，材齢1日から，普通ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末またはフライアッシュを混合したものでは材齢7日から標準的な蒸気養生と同程度の圧縮強度比となることが確認された。

②蒸気養生後に膜養生を行い水分保持をすると材齢7日までは蒸

気養生後に水中養生をした場合と同程度の圧縮強度比となった。普通ポルトランドセメントのみやフライアッシュを用いた場合は材齢7日以降も強度増進が見られることが確認された。

③いずれの結合材においても蒸気養生後に気中養生を行った場合，材齢28日と材齢365日で圧縮強度は同程度となった。静弾性係数については，経時的な上昇はさほど見られず、特に高炉スラグ微粉末を用いた場合には材齢7日から材齢28日まで静弾性係数の顕著な低下が起こるが，材齢28日と材齢365日とでは同程度の値となることが確認された。

実験概略（水分逸散性状）

廃棄

空隙率

φ100×50mm 材齢28日

廃棄

水分逸散量

φ100×50mm 材齢28日 打込み面以外を エポキシ樹脂でコーティング

廃棄

廃棄

打込み面

水分逸散量の経時変化

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ混合 フライアッシュ混合

前置3h-徐冷-気中

前置0.5h-徐冷-気中

前置3h-急冷-気中

前置0.5h-急冷-気中

前置3h-徐冷-水中

標準養生

標準養生(W/B=55%)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 20 40 60 80 100

N

水分逸散量（g/cm2）

暴露期間（d）

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 20 40 60 80 100

H

水分逸散量（g/cm2）

暴露期間（d）

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 20 40 60 80 100

NB

水分逸散量（g/cm2）

暴露期間（d）

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 20 40 60 80 100

NF

水分逸散量（g/cm2）

暴露期間（d）

水分逸散量の比較（暴露期間7日と91日）

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 0.05 0.1 0.15 0.2

N40H40NB40NF40回帰直線

y = 0.03444 + 1.474x R= 0.9704

水分

逸散

量（9

1日） （

g/cm

2）

水分逸散量（7日） （g/cm2）

短期の水分逸散量と長期の水分逸散量には高い相関がある．

水分拡散係数の算出

DfDfh

tttthDtCCM et

//

301.0500.0752.01 320

，　　

Mt：水分逸散量 Ce:周囲の湿度，C0：供試体内部の初期湿度 D：水分拡散係数，f：表面係数 t：時間

t1=0.5日，t2=1日として連立方程式を解き， 高含水率領域における拡散係数Dと表面係数fを算出

表面係数，拡散係数の算出結果

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

A-DB-DC-DD-DA-W S N55

表面係数

拡散係数

表面

係数

（cm

/d），

拡散

係数

（cm

2/d

）

N40

普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 高炉スラグ混合 フライアッシュ混合

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

A-DB-DC-DD-DA-W S H55

表面係数

拡散係数

表面

係数

（cm

/d），

拡散

係数

（cm

2/d

）

H40

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

A-DB-DC-DD-DA-W S NB55

表面係数

拡散係数

表面

係数

（cm

/d），

拡散

係数

（cm

2/d

）

NB40

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

A-DB-DC-DD-DA-W S NF55

表面係数

拡散係数

表面

係数

（cm

/d），

拡散

係数

（cm

2/d

）

NF40

N55【S】の拡散係数に対する拡散係数比

0

2

4

6

8

10

12

A-D B-D C-D D-D A-W S

N40H40NB40NF40

N55

【S

】の拡

散係

数に

対す

る拡

散係

数比

水分拡散係数と水分逸散量（暴露91日）の関係

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

N40

H40

NB40

NF40水

分逸

散量

（暴露

91日

）（g/

cm2 ）

拡散係数（cm2/d）

飽水状態における水分拡散係数のみで， 長期の水分逸散量を推定することが可能である．

水分拡散係数と塩分浸透深さの関係

0

10

20

30

40

50

60

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

N40

H40

NB40

NF40

塩分

浸透

深さ

(mm

)

水分拡散係数(ｃｍ2/d)

同一結合材の場合， 水分拡散係数と塩分浸透深さには高い相関がある．

水分拡散係数と中性化深さの関係

0

1

2

3

4

5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

N40

H40

NB40

NF40

中性

化深

さ(m

m)

水分拡散係数(ｃｍ2/ｄ)

まとめ

• 水分逸散性状は結合材種類と養生条件の組合せにより大きく異なる．

• 蒸気養生後に水中養生することにより，コンクリート内部が緻密化し，水分逸散量は抑制される．

• 蒸気養生後に長期間気中養生した場合，水分逸散量は短期間気中養生した場合に比べて大きくなった．

• 同一の結合材において，水分拡散係数と塩分浸透深さの関係には高い相関がある.