水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置
【課題】硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確に算出することが可能な水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置を提供する。
【解決手段】型枠内の供試体を徐冷または徐熱するとき、型枠の外面を空気層形成体により覆った状態で徐冷または徐熱するため、供試体の周辺に保温性の高い空気層が形成され、供試体の急激な温度変化が回避され、線膨張係数を求める相関の高い近似式が得られる。その結果、硬化過程における水硬性材料の正確な線膨張係数を求めることができる。
【解決手段】型枠内の供試体を徐冷または徐熱するとき、型枠の外面を空気層形成体により覆った状態で徐冷または徐熱するため、供試体の周辺に保温性の高い空気層が形成され、供試体の急激な温度変化が回避され、線膨張係数を求める相関の高い近似式が得られる。その結果、硬化過程における水硬性材料の正確な線膨張係数を求めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置、詳しくは、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確に算出可能な水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートに発生するひび割れの原因の一つとして、セメントの水和熱に起因した温度変化に伴う体積変化が挙げられる。この体積変化の目安として使用される線膨張係数は、コンクリートのひび割れの抵抗性を検討する上で重要である。一般に、硬化コンクリートの線膨張係数は、８×１０−６／℃〜１２×１０−６／℃といわれている。これに対して、水の線膨張係数は１００×１０−６／℃で、水和発熱反応の過程は流動体から硬化体への遷移過程であることから、線膨張係数の値も水和反応の度合いに応じて変化し、容易に把握できない。そのため、温度応力解析に必要な硬化過程でのコンクリートの線膨張係数は、従前まで、その試験方法が確立されておらず、硬化コンクリートの線膨張係数の数値を代用していた。その結果、温度応力解析の精度は低かった。
【０００３】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば非特許文献１に開示されたものが知られている。これは、膨張材を混和したコンクリートを対象とした計測結果より得られたコンクリートの実ひずみと温度との関係から、膨張材の効果を見かけの線膨張係数として代表させ、３次元有限要素法によって温度応力を解析する方法である。
【非特許文献１】「膨張コンクリートによる構造物の高機能化／高耐久化に関するシンポジウム 委員会報告書・論文集（２００３．９）」（第１〜６頁の「水和抑制型高性能膨張材を使用したＲＣ橋脚の温度ひび割れ低減効果」、編集著作人：社団法人日本コンクリート工学協会、発行所：社団法人日本コンクリート工学協会、２００３年９月１９日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に開示された方法は、このようにコンクリートの実ひずみと温度との関係から見かけの線膨張係数を求めるものであったが、その硬化過程におけるコンクリートの線膨張係数を算出する際、どのような装置を使用し、どのような試験方法を実施すれば正確な線膨張係数が求められるかは不明であった。
【０００５】
この発明は、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確に算出することができる水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、供試体用の型枠の内部空間に温度計とひずみ計とを配置し、前記内部空間に水硬性材料を流し込み養生、固化することで供試体を得る工程と、前記型枠の外面を空気層形成体により覆う工程と、該空気層形成体付きの型枠内の供試体を徐冷または徐熱する工程と、この徐冷中または徐熱中、前記温度計および前記ひずみ計により、前記供試体の温度およびひずみをそれぞれ測定する工程と、得られた前記供試体の温度情報およびひずみ情報から、前記供試体の線膨張係数を算出する工程とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出方法である。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、環境温度を変化させて得られるひずみ量から硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を算出する方法において、空気層形成体により外面が覆われた状態で型枠内の供試体を徐冷または徐熱し、このときの供試体の温度およびひずみを温度計、ひずみ計によりそれぞれ測定し、得られた供試体の温度情報およびひずみ情報から、供試体の線膨張係数を算出する。このように、型枠の外面を空気層形成体により覆うことで、供試体の周辺に保温性の高い空気層が形成され、これにより供試体の急激な温度変化が回避され、供試体内部の温度勾配の発生を防止でき、線膨張係数を求める相関の高い近似式が得られる。その結果、硬化過程における水硬性材料の正確な線膨張係数を求めることができる。
【０００８】
水硬性材料としては、コンクリート、モルタル、セメントペーストを採用することができる。
水硬性材料の主成分であるセメントは、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント）、混合セメント（高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント）の他、アルミナセメント、超速硬セメント、油井セメント、地熱セメント、膨張セメント、コロイドセメント、カラーセメント、メイソンリーセメントなどの特殊セメントを採用することができる。
【０００９】
コンクリートとしては、例えば一般的なものの他、寒中コンクリート、暑中コンクリート、マスコンクリート、水中コンクリート、軽量コンクリート、流動化コンクリート、吹き付けコンクリート、プレバックドコンクリート、プレストレストコンクリート、二次コンクリートなどの特種コンクリートを採用することができる。
その他、水硬性材料には、供試体の組成に応じて、適量の混和材料および水が添加される。また、水硬性材料がコンクリートの場合、粗骨材および細骨材が適量混入される。さらに、水硬性材料がモルタルの場合、細骨材が適量混入される。
【００１０】
型枠としては、例えば鋼製型枠などを採用することができる。型枠の底面には、コンクリートが自由に膨張収縮するように、ポリスチレンボードなどを貼着することが望ましい。
型枠のサイズとしては、例えばφ１０ｃｍ×高さ２０ｃｍ、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×高さ４０ｃｍなどである。
温度計としては、例えば熱電対、サーミスタ温度計などを採用することができる。
温度計の使用本数は１本でも２本以上でもよい。温度計が２本の場合、一方を型枠の中央部に配置し、他方を型枠の側板付近に配置することができる。これにより、供試体の中央部と表層部との温度差を求めることができる。
【００１１】
ひずみ計としては、例えば埋め込み型ひずみ計などを採用することができる。
ひずみ計の使用本数は１本でも２本以上でもよい。ひずみ計が１本の場合、例えば型枠の中央部に配置することができる。
空気層形成体としては、例えば、ビニル袋などの袋材、気泡緩衝材、発泡スチロール性のビーズなどを採用することができる。このうち、再現性が高く、短時間で緩やかに温度変化するという理由により、気泡緩衝材が最適である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記徐冷または徐熱する工程では、前記供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱する請求項１に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法である。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱するので、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度を高めることができる。
０．０４℃／分未満では、短時間で冷却できず、自己収縮の影響が大きくなる。また、０．５℃／分を超えると、供試体の中心部と表層部の温度差が大きくなり、線膨張係数の相関が低くなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記供試体を所定温度に加熱または冷却後、前記供試体を室温下で３０〜７０分間放置する前記徐冷または徐熱工程を施す請求項１または請求項２に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、室温より高い所定温度に加熱または室温より低い所定温度に冷却した供試体を徐冷または徐熱する時間を３０〜７０分間としたので、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度を高めることができる。
【００１６】
室温とは１０℃〜５０℃で定義される幅を持った室内の温度である。
供試体の徐冷または徐熱時間が３０分間未満では、供試体の温度変化が小さい。また、徐冷または徐熱時間が７０分間を超えると、供試体の自己収縮の影響が大きくなる。供試体の好ましい徐冷または徐熱時間は６０分間である。これにより、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度が最も高まる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、外面が空気層形成体により覆われ、かつ内部空間に水硬性材料が流し込まれてこれを養生、固化することで供試体を得る型枠と、該型枠の内部空間に配置され、前記供試体の温度を測定する温度計と、前記型枠の内部空間に配置され、前記供試体のひずみを測定するひずみ計とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出装置である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記空気層形成体は、気泡緩衝材である請求項４に記載の水硬性材料の線膨張係数算出装置である。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、空気層形成体を気泡緩衝材としたので、例えば空気層形成体としてビニル袋などの袋材を採用した場合に比べて、再現性が高い空気層となる。しかも、例えば空気層形成体として保温性が高い発泡ビーズを採用した場合に比べて、コンクリートの温度低下およびひずみの変化に要する時間を短縮することができる。その結果、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確かつ安定的に、しかも短時間で算出することができる。ビニル袋および発泡ビーズは、気泡緩衝材に比べて空気層形成体としての性能はやや劣るものの、この発明の効果を奏する空気層形成体の一種である。
【００２０】
ここでいう気泡緩衝材とは、梱包等に使用される緩衝材の一種で、２枚のポリエチレンシートから成り、一方のシートを成型した円柱状の突起の中に空気を閉じ込め、その空気圧で緩衝材の機能を実現させたものである。
気泡緩衝材の厚さ（型枠に重ね巻きした際の厚さも同じ）は、５〜１０ｍｍである。５ｍｍ未満では低温性が低く、急激な温度変化を回避することができない。また、１０ｍｍを超えると、保温性が高くなりすぎて、温度が下がりにくい。このように、気泡緩衝材の厚さを５〜１０ｍｍとすることで、供試体の中心部と表層部の温度差が小さく、相関の高い線膨張係数が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法および請求項４に記載の水硬性材料の線膨張係数算出装置によれば、型枠内の供試体を徐冷または徐熱するとき、型枠の外面を空気層形成体により覆った状態で徐冷まはた徐熱するため、供試体の周辺に保温性の高い空気層が形成され、供試体の急激な温度変化が回避され、線膨張係数を求める相関の高い近似式が得られる。その結果、硬化過程における水硬性材料の正確な線膨張係数を求めることができる。
【００２２】
特に、請求項２に記載の発明によれば、供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱するので、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度を高めることができる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明によれば、空気層形成体を気泡緩衝材としたので、例えば空気層形成体としてビニル袋などの袋材を採用した場合に比べて、再現性が高い空気層となる。しかも、例えば保温性が必要以上に高い発泡ビーズを採用した場合に比べて、コンクリートの温度低下およびひずみの変化に要する時間を短縮することができる。その結果、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確かつ安定的に、しかも短時間で算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、実施例によりこの発明を詳細に説明する。ただし、この発明はこの実施例に限定されない。
【実施例１】
【００２５】
実施例１において、１．使用材料と、２．コンクリート供試体と、３．線膨張係数算出試験方法とを、以下に示す。
１．使用材料
供試体（コンクリート製）の使用材料は、表１に示す通りである。また、この供試体の配合は、表２に示す通りである。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
２．コンクリート供試体
まず、φ１０ｃｍ×２０ｃｍで、かつ厚さ０．１ｍｍのテフロン（登録商標）フィルムにより内周面が覆われ、かつ底面にφ１０ｃｍ、厚さ５ｍｍのポリスチレンボードが貼着されたサミット缶製の型枠を多数準備する（図１，図２）。
次に、表１中の各材料と水道水とを表２に示す配合比で混練し、流動性を有したコンクリートを得る。すなわち、セメントが１２重量％（２８０ｋｇ／ｍ３）、混和剤が０．２５重量％（Ｃ×％）、細骨材が３６重量％（８４５ｋｇ／ｍ３）、粗骨材が４４重量％（１０６４ｋｇ／ｍ３）で、さらに水セメント比５５％となる分量の水道水（１５４ｋｇ／ｍ３）をミキサに投入し、これらを所定の回転速度で所定時間だけ混練し、前記コンクリートとする。
【００２９】
それから、図１に示す一部の型枠において、その内部空間の中央部に埋め込み型ひずみ計（株式会社東京測器研究所製、ＫＭ−１００Ｂ）をそれぞれ配置し、その状態で各内部空間にコンクリートを流し込み、ひずみ測定用の供試体を養生、固化する（材齢２８日）。これにより、各供試体の中央部には埋め込み型ひずみ計が埋め込まれる。
一方、コンクリート中の温度勾配を確認するため、図２に示す前記サミット缶と同サイズの別の型枠を複数用意し、各別の型枠の内部空間の中央部（周縁から５０ｍｍ位置）と一側部（周縁から１５ｍｍ位置）とに、それぞれ熱電対（株式会社東京測器研究所製、Ｔ型熱電対）を１本ずつ配置する。そして、この状態のまま各内部空間にコンクリートを流し込み、温度測定用の供試体を養生、固化する（材齢２８日）。これにより、各供試体の中央部および一側部には熱電対が埋め込まれる。
【００３０】
３．線膨張係数算出試験
硬化した供試体を用い、供試体の最適な冷却方法および冷却時間を求める試験を行った。
１）供試体の冷却方法
まず、各ひずみ測定用の供試体と各温度測定用の供試体とを４０℃の恒温室にそれぞれ１８０分間収納し、供試体の全体を室温（ここでは２０℃）と同じ温度とする（図３（ａ））。その後、これらの供試体を、以下に示す５つの冷却方法の何れかによってそれぞれ３０分間冷却し、５分間隔で供試体の温度とひずみとを測定する。
【００３１】
すなわち、各供試体は、冷却方法１：水温３０℃の恒温水槽の水面下に浸漬して冷却するか（図３（ｂ））、冷却方法２：２０℃の恒温室に入れて冷却するか（図３（ｃ））、冷却方法３：ビニル袋に入れて２０℃の空気中で冷却するか（図３（ｄ））、冷却方法４：型枠の外面全域に気泡緩衝材を巻き付けた状態で２０℃の空気中で冷却するか（図３（ｅ））、冷却方法５：発泡ビーズ内で冷却する（図３（ｆ））。このとき、冷却方法４で使用される気泡緩衝材としては、２枚のポリエチレンシートから成り、一方のシートを成型することで気泡径が１０ｍｍの円柱状の突起に空気を閉じ込めた市販品を採用した。また、冷却方法５で使用される発泡ビーズとしては、φ５ｍｍの積水化成品工業株式会社製のビーズを採用した。ビーズは、φ４０ｃｍ×４０ｃｍの密閉式のプラスチック製容器に充填されている。
【００３２】
その試験結果を、図４〜図１７のグラフに示す。なお、これらの図面のうち、偶数図（図４，図６，…図１６）は、温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。また、奇数図（図５，図７，…図１７）は、コンクリート内部の経時的な温度変化を示すグラフである。これらのグラフ中、ｙはひずみ、ｘは温度変化量、Ｒ２は相関の特徴を表す決定係数である（以下、同じ）。
【００３３】
冷却方法１では、供試体の冷却を開始した直後、供試体のひずみが急激に減少し、温度変化に対する高い相関関係が得られなかった（図４のグラフ）。そこで、恒温水槽の温度を３８℃まで高めたものの、この傾向に変化はなかった。原因としては、供試体の中心部と一側部とで温度差が生じ、応力が発生してひずみが減少したことによる考えられる（図５のグラフ）。
冷却方法２では、冷却方法１に比べて、冷却開始直後のひずみの急激な変化が小さくなったものの、良好な直線関係が得られなかった（図６，図７のグラフ）。
【００３４】
冷却方法３では、ひずみが冷却開始直後から直線的に低下し、相関の高い近似式が得られた。供試体周辺に空気層を設けたことで、急激な温度変化を回避できたと考えられる（図８，図９のグラフ）。このことから、コンクリートの冷却にあっては、供試体の周辺に空気層形成体を設け、空気中で徐冷または徐熱する方法が望ましいと考察する。ただし、ビニル袋で覆う方法は、空気層形成体の厚さにバラつきが生じ、気泡緩衝材および発泡ビーズに比べて再現性に問題が生じる。そのため、冷却方法４の気泡緩衝材および冷却方法５の発泡ビーズを用いる方法が好適と考えられる。
【００３５】
冷却方法４では、温度とひずみとの関係は直線的で、かつ相関係数も高かった。しかも、この温度とひずみとの関係において、型枠の外面に対する気泡緩衝材の巻き数の違い（１〜３巻き）にほとんど差はなかった（図１０〜図１５）。また、供試体の中心部と一側部の温度差は、１巻き時の０．７℃が最大で、極めて小さい結果となった（図１０，図１１のグラフ）。
冷却方法５では断熱状態に近くなり、コンクリートの温度低下およびひずみの変化が極めて小さくなった。そのため、発泡ビーズを使用した冷却では測定時間が気泡緩衝材に比べて長くなることが判明した（図１６，図１７のグラフ）。以上の結果、徐冷または徐熱時の空気層形成体としては気泡緩衝材が最適であることがわかった。
【００３６】
２）供試体の冷却時間
供試体に気泡緩衝体を２巻きし（図１２，図１３のグラフ）、これを恒温室に入れて４０℃に温めたのち、２０℃の空気中で最大８０分間冷却した。このときの温度変化量とひずみとの関係の一例（２０分間，４０分間，６０分間，８０分間）を図１８のグラフに示し、冷却時間と線膨張係数との関係を図１９のグラフに示す。図１９のグラフから明らかなように、線膨張係数は冷却時間が長くなるにしたがって一定値に収束する傾向を示した。これにより、コンクリートの線膨張係数は、冷却時間を長くすることで精度が高まると考えられた。しかしながら、冷却時間が長すぎれば、自己収縮ひずみの影響が大きくなるので、冷却時間は６０分間が好適であった。
【００３７】
以下、各種のコンクリートについて、線膨張係数の推定試験を行った際の結果を報告する。
図２０のフローシートに示すように、硬化した供試体が収納されたφ１０ｃｍ×２０ｃｍの型枠に、気泡径１０ｍｍの気泡緩衝材を２巻きし、これを恒温室に入れて２０℃の空気中で６０分間冷却した。この方法により、各種のセメント（普通ポルトランドセメント（Ｎ）、中庸熱ポルトランドセメント（Ｍ）、低熱ポルトランドセメント（Ｌ）、高炉セメントＢ種（ＢＢ））を使用したコンクリートの温度履歴下において、材齢０．５日、材齢１日、材齢３日、材齢７日、材齢１４日での線膨張係数の推定を行った。また、材齢２８日後の硬化コンクリートの線膨張係数を別の方法により求め、本発明の温度履歴下における線膨張係数の推定方法を検証した。前記別の方法とは、２０℃から６０℃、６０℃から２０℃の温度変化を与えて、このときの温度とひずみの関係から線膨張係数を算出するという推定方法である。
【００３８】
１．線膨張係数の試験方法
ａ）温度履歴下
まず、型枠に各コンクリートを流し込み、開口した上面を塞ぎ、この状態で型枠を温度可変装置に入れ、図２１のグラフの温度解析結果から得られた温度履歴を材齢１４日まで行った。供試体は、所定材齢（０．５日、１日、３日、７日、１４日）に到達後、温度可変装置から取り出し、２０℃の恒温室で６０分間冷却して再び温度可変装置に戻し、温度変化とひずみの関係から各材齢時における線膨張係数を算出した。また、温度履歴終了後、硬化コンクリートの線膨張係数を次の方法により推定した。
ｂ）温度履歴後（硬化後）
上記温度履歴下での試験後（材齢２８日後）、図２２のグラフに示す温度変化を供試体に与えて硬化コンクリートの線膨張係数を求めた。
【００３９】
２．試験結果
ａ）温度履歴下（材齢０．５〜１４日）のコンクリートの線膨張係数
図２３および図２４のグラフにおいて、一例として普通ポルトランドセメント（Ｎ）の温度とひずみの測定結果を示す。また、図２５〜図２９のグラフにおいて、一例として普通ポルトランドセメントの温度変化量とひずみとの関係を示す。温度変化量とひずみの関係は、いずれの材齢においても良好な相関が得られた。
材齢とコンクリートの線膨張係数との関係を図３０のグラフに示す。
【００４０】
ｂ）温度履歴後（材齢２８日後）の硬化コンクリートの線膨張係数
上記温度履歴下での試験後の硬化コンクリートの線膨張係数を求めた。各種セメントを使用したコンクリートの線膨張係数を図３１のグラフに示す。このグラフから何れのセメントも温度履歴下における図３０のグラフに示す材齢１４日の線膨張係数とほぼ同等の値となった。よって、本発明により温度履歴下における線膨張係数を推定可能であることが判明した。
【００４１】
次に、コンクリートと同様の方法により、各種（普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種）を使用したモルタルおよびセメントペーストについて、線膨張係数の推定試験を行った。その結果を報告する。モルタルの配合を表３に示し、セメントペーストの配合を表４に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
試験結果
ａ）温度履歴下（材齢０．５〜１４日）のモルタルおよびセメントペーストの線膨張係数
材齢とモルタルの線膨張係数との関係を図３２のグラフに示す。また、材齢とセメントペーストの線膨張係数との関係を図３４のグラフに示す。
【００４５】
ｂ）温度履歴後（材齢２８日後）の硬化モルタルおよび硬化セメントペーストの線膨張係数
上記温度履歴下での試験後の硬化モルタルおよび硬化セメントペーストの各線膨張係数を求めた。各種セメントを用いた硬化後のモルタルの線膨張係数を図３３のグラフに示し、各種セメントを用いた硬化後のセメントペーストの線膨張係数を図３５のグラフに示す。これらのグラフから何れの硬化モルタルおよび硬化セメントペーストの場合も、温度履歴下における図３２または図３４のグラフに示す材齢１４日の線膨張係数とほぼ同等の値となった。
以上のことから、この発明の線膨張係数試験方法は、モルタルおよびセメントペーストにも適用できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出装置の一部を構成する型枠の断面図である。
【図２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出装置の一部を構成する別の型枠の使用状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における供試体の冷却方法を示す断面図である。
【図４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法１での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法１でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図６】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法２での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法２でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図８】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法３での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図９】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法３によるコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材１巻き）での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材１巻き）でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材２巻き）での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１３】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材２巻き）でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材３巻き）での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材３巻き）でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１６】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法５での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１７】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法５でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１８】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材２巻き）での２０〜８０分冷却後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１９】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却時間と線膨張係数との関係を示すグラフである。
【図２０】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した温度履歴下での具体的な線膨張係数推定方法を示すフローシートである。
【図２１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるセメントが異なる各供試体のコンクリート硬化過程での温度履歴を示すグラフである。
【図２２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における硬化コンクリートに与える温度履歴を示すグラフである。
【図２３】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化過程での温度変化量の経時変化を示すグラフである。
【図２４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化過程でのひずみの経時変化を示すグラフである。
【図２５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢０．５日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２６】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢１日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２７】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢３日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２８】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢７日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２９】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢１４日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図３０】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化過程でのコンクリート別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化後のコンクリート別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるモルタル硬化過程でのモルタル別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３３】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるモルタル硬化後のモルタル別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるセメントペースト硬化過程でのセメントペースト別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるセメントペースト硬化後のセメントペースト別の線膨張係数を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
この発明は水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置、詳しくは、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確に算出可能な水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートに発生するひび割れの原因の一つとして、セメントの水和熱に起因した温度変化に伴う体積変化が挙げられる。この体積変化の目安として使用される線膨張係数は、コンクリートのひび割れの抵抗性を検討する上で重要である。一般に、硬化コンクリートの線膨張係数は、８×１０−６／℃〜１２×１０−６／℃といわれている。これに対して、水の線膨張係数は１００×１０−６／℃で、水和発熱反応の過程は流動体から硬化体への遷移過程であることから、線膨張係数の値も水和反応の度合いに応じて変化し、容易に把握できない。そのため、温度応力解析に必要な硬化過程でのコンクリートの線膨張係数は、従前まで、その試験方法が確立されておらず、硬化コンクリートの線膨張係数の数値を代用していた。その結果、温度応力解析の精度は低かった。
【０００３】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば非特許文献１に開示されたものが知られている。これは、膨張材を混和したコンクリートを対象とした計測結果より得られたコンクリートの実ひずみと温度との関係から、膨張材の効果を見かけの線膨張係数として代表させ、３次元有限要素法によって温度応力を解析する方法である。
【非特許文献１】「膨張コンクリートによる構造物の高機能化／高耐久化に関するシンポジウム 委員会報告書・論文集（２００３．９）」（第１〜６頁の「水和抑制型高性能膨張材を使用したＲＣ橋脚の温度ひび割れ低減効果」、編集著作人：社団法人日本コンクリート工学協会、発行所：社団法人日本コンクリート工学協会、２００３年９月１９日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に開示された方法は、このようにコンクリートの実ひずみと温度との関係から見かけの線膨張係数を求めるものであったが、その硬化過程におけるコンクリートの線膨張係数を算出する際、どのような装置を使用し、どのような試験方法を実施すれば正確な線膨張係数が求められるかは不明であった。
【０００５】
この発明は、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確に算出することができる水硬性材料の線膨張係数算出方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、供試体用の型枠の内部空間に温度計とひずみ計とを配置し、前記内部空間に水硬性材料を流し込み養生、固化することで供試体を得る工程と、前記型枠の外面を空気層形成体により覆う工程と、該空気層形成体付きの型枠内の供試体を徐冷または徐熱する工程と、この徐冷中または徐熱中、前記温度計および前記ひずみ計により、前記供試体の温度およびひずみをそれぞれ測定する工程と、得られた前記供試体の温度情報およびひずみ情報から、前記供試体の線膨張係数を算出する工程とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出方法である。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、環境温度を変化させて得られるひずみ量から硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を算出する方法において、空気層形成体により外面が覆われた状態で型枠内の供試体を徐冷または徐熱し、このときの供試体の温度およびひずみを温度計、ひずみ計によりそれぞれ測定し、得られた供試体の温度情報およびひずみ情報から、供試体の線膨張係数を算出する。このように、型枠の外面を空気層形成体により覆うことで、供試体の周辺に保温性の高い空気層が形成され、これにより供試体の急激な温度変化が回避され、供試体内部の温度勾配の発生を防止でき、線膨張係数を求める相関の高い近似式が得られる。その結果、硬化過程における水硬性材料の正確な線膨張係数を求めることができる。
【０００８】
水硬性材料としては、コンクリート、モルタル、セメントペーストを採用することができる。
水硬性材料の主成分であるセメントは、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント）、混合セメント（高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント）の他、アルミナセメント、超速硬セメント、油井セメント、地熱セメント、膨張セメント、コロイドセメント、カラーセメント、メイソンリーセメントなどの特殊セメントを採用することができる。
【０００９】
コンクリートとしては、例えば一般的なものの他、寒中コンクリート、暑中コンクリート、マスコンクリート、水中コンクリート、軽量コンクリート、流動化コンクリート、吹き付けコンクリート、プレバックドコンクリート、プレストレストコンクリート、二次コンクリートなどの特種コンクリートを採用することができる。
その他、水硬性材料には、供試体の組成に応じて、適量の混和材料および水が添加される。また、水硬性材料がコンクリートの場合、粗骨材および細骨材が適量混入される。さらに、水硬性材料がモルタルの場合、細骨材が適量混入される。
【００１０】
型枠としては、例えば鋼製型枠などを採用することができる。型枠の底面には、コンクリートが自由に膨張収縮するように、ポリスチレンボードなどを貼着することが望ましい。
型枠のサイズとしては、例えばφ１０ｃｍ×高さ２０ｃｍ、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×高さ４０ｃｍなどである。
温度計としては、例えば熱電対、サーミスタ温度計などを採用することができる。
温度計の使用本数は１本でも２本以上でもよい。温度計が２本の場合、一方を型枠の中央部に配置し、他方を型枠の側板付近に配置することができる。これにより、供試体の中央部と表層部との温度差を求めることができる。
【００１１】
ひずみ計としては、例えば埋め込み型ひずみ計などを採用することができる。
ひずみ計の使用本数は１本でも２本以上でもよい。ひずみ計が１本の場合、例えば型枠の中央部に配置することができる。
空気層形成体としては、例えば、ビニル袋などの袋材、気泡緩衝材、発泡スチロール性のビーズなどを採用することができる。このうち、再現性が高く、短時間で緩やかに温度変化するという理由により、気泡緩衝材が最適である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記徐冷または徐熱する工程では、前記供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱する請求項１に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法である。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱するので、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度を高めることができる。
０．０４℃／分未満では、短時間で冷却できず、自己収縮の影響が大きくなる。また、０．５℃／分を超えると、供試体の中心部と表層部の温度差が大きくなり、線膨張係数の相関が低くなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記供試体を所定温度に加熱または冷却後、前記供試体を室温下で３０〜７０分間放置する前記徐冷または徐熱工程を施す請求項１または請求項２に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、室温より高い所定温度に加熱または室温より低い所定温度に冷却した供試体を徐冷または徐熱する時間を３０〜７０分間としたので、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度を高めることができる。
【００１６】
室温とは１０℃〜５０℃で定義される幅を持った室内の温度である。
供試体の徐冷または徐熱時間が３０分間未満では、供試体の温度変化が小さい。また、徐冷または徐熱時間が７０分間を超えると、供試体の自己収縮の影響が大きくなる。供試体の好ましい徐冷または徐熱時間は６０分間である。これにより、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度が最も高まる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、外面が空気層形成体により覆われ、かつ内部空間に水硬性材料が流し込まれてこれを養生、固化することで供試体を得る型枠と、該型枠の内部空間に配置され、前記供試体の温度を測定する温度計と、前記型枠の内部空間に配置され、前記供試体のひずみを測定するひずみ計とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出装置である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記空気層形成体は、気泡緩衝材である請求項４に記載の水硬性材料の線膨張係数算出装置である。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、空気層形成体を気泡緩衝材としたので、例えば空気層形成体としてビニル袋などの袋材を採用した場合に比べて、再現性が高い空気層となる。しかも、例えば空気層形成体として保温性が高い発泡ビーズを採用した場合に比べて、コンクリートの温度低下およびひずみの変化に要する時間を短縮することができる。その結果、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確かつ安定的に、しかも短時間で算出することができる。ビニル袋および発泡ビーズは、気泡緩衝材に比べて空気層形成体としての性能はやや劣るものの、この発明の効果を奏する空気層形成体の一種である。
【００２０】
ここでいう気泡緩衝材とは、梱包等に使用される緩衝材の一種で、２枚のポリエチレンシートから成り、一方のシートを成型した円柱状の突起の中に空気を閉じ込め、その空気圧で緩衝材の機能を実現させたものである。
気泡緩衝材の厚さ（型枠に重ね巻きした際の厚さも同じ）は、５〜１０ｍｍである。５ｍｍ未満では低温性が低く、急激な温度変化を回避することができない。また、１０ｍｍを超えると、保温性が高くなりすぎて、温度が下がりにくい。このように、気泡緩衝材の厚さを５〜１０ｍｍとすることで、供試体の中心部と表層部の温度差が小さく、相関の高い線膨張係数が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法および請求項４に記載の水硬性材料の線膨張係数算出装置によれば、型枠内の供試体を徐冷または徐熱するとき、型枠の外面を空気層形成体により覆った状態で徐冷まはた徐熱するため、供試体の周辺に保温性の高い空気層が形成され、供試体の急激な温度変化が回避され、線膨張係数を求める相関の高い近似式が得られる。その結果、硬化過程における水硬性材料の正確な線膨張係数を求めることができる。
【００２２】
特に、請求項２に記載の発明によれば、供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱するので、供試体の自己収縮ひずみの影響を抑えながら、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数の算出精度を高めることができる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明によれば、空気層形成体を気泡緩衝材としたので、例えば空気層形成体としてビニル袋などの袋材を採用した場合に比べて、再現性が高い空気層となる。しかも、例えば保温性が必要以上に高い発泡ビーズを採用した場合に比べて、コンクリートの温度低下およびひずみの変化に要する時間を短縮することができる。その結果、硬化過程における水硬性材料の線膨張係数を正確かつ安定的に、しかも短時間で算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、実施例によりこの発明を詳細に説明する。ただし、この発明はこの実施例に限定されない。
【実施例１】
【００２５】
実施例１において、１．使用材料と、２．コンクリート供試体と、３．線膨張係数算出試験方法とを、以下に示す。
１．使用材料
供試体（コンクリート製）の使用材料は、表１に示す通りである。また、この供試体の配合は、表２に示す通りである。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
２．コンクリート供試体
まず、φ１０ｃｍ×２０ｃｍで、かつ厚さ０．１ｍｍのテフロン（登録商標）フィルムにより内周面が覆われ、かつ底面にφ１０ｃｍ、厚さ５ｍｍのポリスチレンボードが貼着されたサミット缶製の型枠を多数準備する（図１，図２）。
次に、表１中の各材料と水道水とを表２に示す配合比で混練し、流動性を有したコンクリートを得る。すなわち、セメントが１２重量％（２８０ｋｇ／ｍ３）、混和剤が０．２５重量％（Ｃ×％）、細骨材が３６重量％（８４５ｋｇ／ｍ３）、粗骨材が４４重量％（１０６４ｋｇ／ｍ３）で、さらに水セメント比５５％となる分量の水道水（１５４ｋｇ／ｍ３）をミキサに投入し、これらを所定の回転速度で所定時間だけ混練し、前記コンクリートとする。
【００２９】
それから、図１に示す一部の型枠において、その内部空間の中央部に埋め込み型ひずみ計（株式会社東京測器研究所製、ＫＭ−１００Ｂ）をそれぞれ配置し、その状態で各内部空間にコンクリートを流し込み、ひずみ測定用の供試体を養生、固化する（材齢２８日）。これにより、各供試体の中央部には埋め込み型ひずみ計が埋め込まれる。
一方、コンクリート中の温度勾配を確認するため、図２に示す前記サミット缶と同サイズの別の型枠を複数用意し、各別の型枠の内部空間の中央部（周縁から５０ｍｍ位置）と一側部（周縁から１５ｍｍ位置）とに、それぞれ熱電対（株式会社東京測器研究所製、Ｔ型熱電対）を１本ずつ配置する。そして、この状態のまま各内部空間にコンクリートを流し込み、温度測定用の供試体を養生、固化する（材齢２８日）。これにより、各供試体の中央部および一側部には熱電対が埋め込まれる。
【００３０】
３．線膨張係数算出試験
硬化した供試体を用い、供試体の最適な冷却方法および冷却時間を求める試験を行った。
１）供試体の冷却方法
まず、各ひずみ測定用の供試体と各温度測定用の供試体とを４０℃の恒温室にそれぞれ１８０分間収納し、供試体の全体を室温（ここでは２０℃）と同じ温度とする（図３（ａ））。その後、これらの供試体を、以下に示す５つの冷却方法の何れかによってそれぞれ３０分間冷却し、５分間隔で供試体の温度とひずみとを測定する。
【００３１】
すなわち、各供試体は、冷却方法１：水温３０℃の恒温水槽の水面下に浸漬して冷却するか（図３（ｂ））、冷却方法２：２０℃の恒温室に入れて冷却するか（図３（ｃ））、冷却方法３：ビニル袋に入れて２０℃の空気中で冷却するか（図３（ｄ））、冷却方法４：型枠の外面全域に気泡緩衝材を巻き付けた状態で２０℃の空気中で冷却するか（図３（ｅ））、冷却方法５：発泡ビーズ内で冷却する（図３（ｆ））。このとき、冷却方法４で使用される気泡緩衝材としては、２枚のポリエチレンシートから成り、一方のシートを成型することで気泡径が１０ｍｍの円柱状の突起に空気を閉じ込めた市販品を採用した。また、冷却方法５で使用される発泡ビーズとしては、φ５ｍｍの積水化成品工業株式会社製のビーズを採用した。ビーズは、φ４０ｃｍ×４０ｃｍの密閉式のプラスチック製容器に充填されている。
【００３２】
その試験結果を、図４〜図１７のグラフに示す。なお、これらの図面のうち、偶数図（図４，図６，…図１６）は、温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。また、奇数図（図５，図７，…図１７）は、コンクリート内部の経時的な温度変化を示すグラフである。これらのグラフ中、ｙはひずみ、ｘは温度変化量、Ｒ２は相関の特徴を表す決定係数である（以下、同じ）。
【００３３】
冷却方法１では、供試体の冷却を開始した直後、供試体のひずみが急激に減少し、温度変化に対する高い相関関係が得られなかった（図４のグラフ）。そこで、恒温水槽の温度を３８℃まで高めたものの、この傾向に変化はなかった。原因としては、供試体の中心部と一側部とで温度差が生じ、応力が発生してひずみが減少したことによる考えられる（図５のグラフ）。
冷却方法２では、冷却方法１に比べて、冷却開始直後のひずみの急激な変化が小さくなったものの、良好な直線関係が得られなかった（図６，図７のグラフ）。
【００３４】
冷却方法３では、ひずみが冷却開始直後から直線的に低下し、相関の高い近似式が得られた。供試体周辺に空気層を設けたことで、急激な温度変化を回避できたと考えられる（図８，図９のグラフ）。このことから、コンクリートの冷却にあっては、供試体の周辺に空気層形成体を設け、空気中で徐冷または徐熱する方法が望ましいと考察する。ただし、ビニル袋で覆う方法は、空気層形成体の厚さにバラつきが生じ、気泡緩衝材および発泡ビーズに比べて再現性に問題が生じる。そのため、冷却方法４の気泡緩衝材および冷却方法５の発泡ビーズを用いる方法が好適と考えられる。
【００３５】
冷却方法４では、温度とひずみとの関係は直線的で、かつ相関係数も高かった。しかも、この温度とひずみとの関係において、型枠の外面に対する気泡緩衝材の巻き数の違い（１〜３巻き）にほとんど差はなかった（図１０〜図１５）。また、供試体の中心部と一側部の温度差は、１巻き時の０．７℃が最大で、極めて小さい結果となった（図１０，図１１のグラフ）。
冷却方法５では断熱状態に近くなり、コンクリートの温度低下およびひずみの変化が極めて小さくなった。そのため、発泡ビーズを使用した冷却では測定時間が気泡緩衝材に比べて長くなることが判明した（図１６，図１７のグラフ）。以上の結果、徐冷または徐熱時の空気層形成体としては気泡緩衝材が最適であることがわかった。
【００３６】
２）供試体の冷却時間
供試体に気泡緩衝体を２巻きし（図１２，図１３のグラフ）、これを恒温室に入れて４０℃に温めたのち、２０℃の空気中で最大８０分間冷却した。このときの温度変化量とひずみとの関係の一例（２０分間，４０分間，６０分間，８０分間）を図１８のグラフに示し、冷却時間と線膨張係数との関係を図１９のグラフに示す。図１９のグラフから明らかなように、線膨張係数は冷却時間が長くなるにしたがって一定値に収束する傾向を示した。これにより、コンクリートの線膨張係数は、冷却時間を長くすることで精度が高まると考えられた。しかしながら、冷却時間が長すぎれば、自己収縮ひずみの影響が大きくなるので、冷却時間は６０分間が好適であった。
【００３７】
以下、各種のコンクリートについて、線膨張係数の推定試験を行った際の結果を報告する。
図２０のフローシートに示すように、硬化した供試体が収納されたφ１０ｃｍ×２０ｃｍの型枠に、気泡径１０ｍｍの気泡緩衝材を２巻きし、これを恒温室に入れて２０℃の空気中で６０分間冷却した。この方法により、各種のセメント（普通ポルトランドセメント（Ｎ）、中庸熱ポルトランドセメント（Ｍ）、低熱ポルトランドセメント（Ｌ）、高炉セメントＢ種（ＢＢ））を使用したコンクリートの温度履歴下において、材齢０．５日、材齢１日、材齢３日、材齢７日、材齢１４日での線膨張係数の推定を行った。また、材齢２８日後の硬化コンクリートの線膨張係数を別の方法により求め、本発明の温度履歴下における線膨張係数の推定方法を検証した。前記別の方法とは、２０℃から６０℃、６０℃から２０℃の温度変化を与えて、このときの温度とひずみの関係から線膨張係数を算出するという推定方法である。
【００３８】
１．線膨張係数の試験方法
ａ）温度履歴下
まず、型枠に各コンクリートを流し込み、開口した上面を塞ぎ、この状態で型枠を温度可変装置に入れ、図２１のグラフの温度解析結果から得られた温度履歴を材齢１４日まで行った。供試体は、所定材齢（０．５日、１日、３日、７日、１４日）に到達後、温度可変装置から取り出し、２０℃の恒温室で６０分間冷却して再び温度可変装置に戻し、温度変化とひずみの関係から各材齢時における線膨張係数を算出した。また、温度履歴終了後、硬化コンクリートの線膨張係数を次の方法により推定した。
ｂ）温度履歴後（硬化後）
上記温度履歴下での試験後（材齢２８日後）、図２２のグラフに示す温度変化を供試体に与えて硬化コンクリートの線膨張係数を求めた。
【００３９】
２．試験結果
ａ）温度履歴下（材齢０．５〜１４日）のコンクリートの線膨張係数
図２３および図２４のグラフにおいて、一例として普通ポルトランドセメント（Ｎ）の温度とひずみの測定結果を示す。また、図２５〜図２９のグラフにおいて、一例として普通ポルトランドセメントの温度変化量とひずみとの関係を示す。温度変化量とひずみの関係は、いずれの材齢においても良好な相関が得られた。
材齢とコンクリートの線膨張係数との関係を図３０のグラフに示す。
【００４０】
ｂ）温度履歴後（材齢２８日後）の硬化コンクリートの線膨張係数
上記温度履歴下での試験後の硬化コンクリートの線膨張係数を求めた。各種セメントを使用したコンクリートの線膨張係数を図３１のグラフに示す。このグラフから何れのセメントも温度履歴下における図３０のグラフに示す材齢１４日の線膨張係数とほぼ同等の値となった。よって、本発明により温度履歴下における線膨張係数を推定可能であることが判明した。
【００４１】
次に、コンクリートと同様の方法により、各種（普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種）を使用したモルタルおよびセメントペーストについて、線膨張係数の推定試験を行った。その結果を報告する。モルタルの配合を表３に示し、セメントペーストの配合を表４に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
試験結果
ａ）温度履歴下（材齢０．５〜１４日）のモルタルおよびセメントペーストの線膨張係数
材齢とモルタルの線膨張係数との関係を図３２のグラフに示す。また、材齢とセメントペーストの線膨張係数との関係を図３４のグラフに示す。
【００４５】
ｂ）温度履歴後（材齢２８日後）の硬化モルタルおよび硬化セメントペーストの線膨張係数
上記温度履歴下での試験後の硬化モルタルおよび硬化セメントペーストの各線膨張係数を求めた。各種セメントを用いた硬化後のモルタルの線膨張係数を図３３のグラフに示し、各種セメントを用いた硬化後のセメントペーストの線膨張係数を図３５のグラフに示す。これらのグラフから何れの硬化モルタルおよび硬化セメントペーストの場合も、温度履歴下における図３２または図３４のグラフに示す材齢１４日の線膨張係数とほぼ同等の値となった。
以上のことから、この発明の線膨張係数試験方法は、モルタルおよびセメントペーストにも適用できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出装置の一部を構成する型枠の断面図である。
【図２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出装置の一部を構成する別の型枠の使用状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における供試体の冷却方法を示す断面図である。
【図４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法１での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法１でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図６】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法２での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法２でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図８】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法３での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図９】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法３によるコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材１巻き）での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材１巻き）でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材２巻き）での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１３】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材２巻き）でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材３巻き）での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材３巻き）でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１６】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法５での温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１７】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法５でのコンクリート内部の温度変化を示すグラフである。
【図１８】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却方法４（気泡緩衝材２巻き）での２０〜８０分冷却後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図１９】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法における冷却時間と線膨張係数との関係を示すグラフである。
【図２０】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した温度履歴下での具体的な線膨張係数推定方法を示すフローシートである。
【図２１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるセメントが異なる各供試体のコンクリート硬化過程での温度履歴を示すグラフである。
【図２２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における硬化コンクリートに与える温度履歴を示すグラフである。
【図２３】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化過程での温度変化量の経時変化を示すグラフである。
【図２４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化過程でのひずみの経時変化を示すグラフである。
【図２５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢０．５日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２６】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢１日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２７】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢３日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２８】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢７日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図２９】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法における材齢１４日後の温度変化量とひずみとの関係を示すグラフである。
【図３０】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化過程でのコンクリート別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３１】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるコンクリート硬化後のコンクリート別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３２】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるモルタル硬化過程でのモルタル別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３３】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるモルタル硬化後のモルタル別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３４】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるセメントペースト硬化過程でのセメントペースト別の線膨張係数を示すグラフである。
【図３５】この発明の実施例１に係る水硬性材料の線膨張係数算出方法を利用した具体的な線膨張係数推定方法におけるセメントペースト硬化後のセメントペースト別の線膨張係数を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体用の型枠の内部空間に温度計とひずみ計とを配置し、前記内部空間に水硬性材料を流し込み養生、固化することで供試体を得る工程と、
前記型枠の外面を空気層形成体により覆う工程と、
該空気層形成体付きの型枠内の供試体を徐冷または徐熱する工程と、
この徐冷中または徐熱中、前記温度計および前記ひずみ計により、前記供試体の温度およびひずみをそれぞれ測定する工程と、
得られた前記供試体の温度情報およびひずみ情報から、前記供試体の線膨張係数を算出する工程とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出方法。
【請求項２】
前記徐冷または徐熱する工程では、前記供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱する請求項１に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法。
【請求項３】
前記供試体を所定温度に加熱または冷却後、前記供試体を室温下で３０〜７０分間放置する前記徐冷または徐熱工程を施す請求項１または請求項２に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法。
【請求項４】
外面が空気層形成体により覆われ、かつ内部空間に水硬性材料が流し込まれてこれを養生、固化することで供試体を得る型枠と、
該型枠の内部空間に配置され、前記供試体の温度を測定する温度計と、
前記型枠の内部空間に配置され、前記供試体のひずみを測定するひずみ計とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出装置。
【請求項５】
前記空気層形成体は、気泡緩衝材である請求項４に記載の水硬性材料の線膨張係数算出装置。
【請求項１】
供試体用の型枠の内部空間に温度計とひずみ計とを配置し、前記内部空間に水硬性材料を流し込み養生、固化することで供試体を得る工程と、
前記型枠の外面を空気層形成体により覆う工程と、
該空気層形成体付きの型枠内の供試体を徐冷または徐熱する工程と、
この徐冷中または徐熱中、前記温度計および前記ひずみ計により、前記供試体の温度およびひずみをそれぞれ測定する工程と、
得られた前記供試体の温度情報およびひずみ情報から、前記供試体の線膨張係数を算出する工程とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出方法。
【請求項２】
前記徐冷または徐熱する工程では、前記供試体を０．０４〜０．８℃／分で徐冷または徐熱する請求項１に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法。
【請求項３】
前記供試体を所定温度に加熱または冷却後、前記供試体を室温下で３０〜７０分間放置する前記徐冷または徐熱工程を施す請求項１または請求項２に記載の水硬性材料の線膨張係数算出方法。
【請求項４】
外面が空気層形成体により覆われ、かつ内部空間に水硬性材料が流し込まれてこれを養生、固化することで供試体を得る型枠と、
該型枠の内部空間に配置され、前記供試体の温度を測定する温度計と、
前記型枠の内部空間に配置され、前記供試体のひずみを測定するひずみ計とを備えた水硬性材料の線膨張係数算出装置。
【請求項５】
前記空気層形成体は、気泡緩衝材である請求項４に記載の水硬性材料の線膨張係数算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２００９−５８３２６（Ｐ２００９−５８３２６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２５０５２（Ｐ２００７−２２５０５２）
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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