HSJ企画 コンクリート教室 その1

第1章

 
 
 次
 
 はじめに                                                             
 第1章  1.コンクリートとは
       2.コンクリートはどうして固まるの?
       3.コンクリート用材料
 第2章  1.コンクリートの種類
       2.コンクリートの分類
       3.コンクリートに関する用語
はじめに
コンクリートが19世紀に、近代化・産業復興の大きな力であったように、現在においても日常の生活に欠かせな
い、社会資本を支えるものとして大きな役割を担っていると言ってよいでしょう。
何がコンクリートをこれほどまでに産業化と都市化を進める力にし、産業社会、都市の基盤にしてしまったのでし
しょうか、しかし、自分の住まい、学校やスポーツクラブ、職場のビルや工場等、どこにでもコンクリートがありま
す。
家を一歩出たときから帰るまで、眼に触れるすべてのもののどこかにコンクリートが使われています。
道路、駅、鉄道、地下鉄など、日常的に眼にしない多くのコンクリートの産物を揚げればきりがありません。
この項では、今までの経験及び、関係書籍等を参考に構成させていただきますが、土木、建築の専門家ではな
、一般の多くの方々にコンクリートについて関心を持っていただき、理解を深めていただければ幸いです。
もし、質問等が有ればできる得る限り、お答えしたいと思っておりますのでMailでお知らせください。


第1章
1.コンクリートとは
ラテン語に由来し、異種材料の結合した個体の一般的な名称です。
一般に水硬性のセメントを用い、水、粗骨材(砂利、採石など)、細骨材(砂、細砂など)を加えて混合し、硬化し
たものをセメントコンクリートといいます。
アスファルトは、水耕性のセメントに粉体でなく粘性体で、加熱により粘土を下げて液状にして、これも加熱して
水分を除いた骨材と出混合物をつくり、ローラなどで締め固め後の冷却によりアスファルトが堅くなりコンクリート
化します。これはアスファルトコンクリートと呼ばれます。


2.コンクリートはどうして固まるの
(セメントの水和反応)
セメントと水が接すると、セメント粒子の表面では直ちに、水和反応が生じます。
jまず水と反応の最も早いクリンカー組成物である3CaO・Alの表面に、石膏(CaSO 2HO)による微細
なエトリンガイト結晶で緻密な皮膜が作られ、3CaO・Alの水和反応速度を一時的に抑制します。
その一方で、3CaO・SiOも3CaO・Alと同時に水和反応を起こしますが、やはりまもなく表面に薄い水和
物の皮膜ができて、水和反応がしばらくの間は低調になります。
水とセメントが接してから4〜5時間このような状態が継続するわけですが、しかしこの間にも変化の程度はわず
かですが水和反応は進行しています。
その後、10数時間にわたって3CaO・SiOのもっとも活発な水和反応が起こり、セメント粒子の間隙は生成す
るC−S−H(カルシゥム−シリケート−ハイドレイト)などによって緻密に埋められながら、硬化が進んでいきま
す。



3.コンクリート用材料
1.セメント
種類
セメントは、 1)ポルトランドセメント、 2)混合セメント、 3)その他の特殊セメントに大別できる。
ポルトランドセメントには、 1)普通、 2)早強、 3)超早強、 4)中庸熱、 5)耐酸耐塩の5種類があり、
それぞれの低アルカリ型(全アルカリが0.6%以下も)ある。 また、混合セメントには、ポルトランドセメントと
混合する混合材の種類によって 1)フライアッシュセメント、 2)高炉セメント、 3)シリカセメントがあり、
混合剤の混合割合により、 A、 B、 C種に分類されている
ポルトランドセメント 普 通 低アルカリ型
早 強 低アルカリ型
超早強 低アルカリ型
中庸熱 低アルカリ型
耐酸耐塩 低アルカリ型
混合セメント フライアッシュセメント A種
B種
C種
高炉セメント A種
B種
C種
シリカセメント A種
B種
C種

セメントの特性と用途

普通ポルトランドセメン          一般工事用として日常的に使用される。
                                             
早強ポルトランドセメント 所用の強度を早期に得たい場合に用いられる。
プレストレストコンクリート、工場製品、寒中コンクリートなどに使用される。
超早強ポルトランドセメント 早強セメントよりさらに早強性を高めたセメントである。
速硬性のセメントを使用する効果が特に大きい場合や緊急工事などに用いられる。
中庸熱ポルトランドセメント 水和熱が低いので、マスコンクリートやダムコンクリートに用いられる。
初期強度は小さいが、長期強度は普通ポルトランドセメントを用いた場合より大きくなる。
耐酸耐塩ポルトランドセメント 硫酸塩を含む水(例えば、海水や鉱泉水)や土に接するコンクリートに用いられるが、ほとんどが中近
東へ輸出されている。
高炉セメント 潜在水硬性を有する高炉スラグを混合材として用いたセメントである。
高炉セメントを用いたコンクリートは、1)長期強度が大きい、2)硫酸塩などに対する化学抵抗性が大きい、
3)水密性が大きい、4)水和熱の発生速度が小さい、などの特性を有するので、水理構造物、ダ
ム、トンネルなどの土木工事に用いられることが多い。
フライアッシュセメント ポゾラン反応性を有するフライアッシュを混合材として用いたセメントである
フライアッシュセメントを用いたコンクリートは、1)流動性がよい、2)水和熱が低い、3)長期強度が大きい、
4)収縮が小さい、5)化学抵抗性が大きい、6)水密性が高い、などの特性を有するので、ダム工事
、港湾工事、その他に用いられている。
シリカセメント ポゾラン反応を有するシリカ質の混合材を混入したセメントである。
シリカ質の混合材としては、通常、天然産のポゾランを用いられる。

特殊セメントの特性と用途

白色セメント          原料及び製造工程で呈色成分(酸化鉄など)の影響をできるだけ少なくした白色のセメントで、その性質
はポルトランドセメントとほぼ同じである。                                         
油井セメント 深い油井のパイプと抗壁との間を充填するセメントスラリーに使用される。高温高圧のもとでも、圧送中
は十分な流動性を維持し硬化後は優れた強度と耐硫酸塩性を保つ特性が要求される。
コロイドセメント 注入に適するように粒子の径を小さくしたセメントである。
アルミナセメント アルミン酸カルシウムを主要な鉱物組成とする。これを用いたコンクリートは、1)急硬性で打設後4時間
で100kgf/cm2程度の圧縮強度が得られる、2)焼結した後は耐熱性に優れている、3)硫酸塩や弱酸
に対する抵抗性が大きい、等の特徴を有する。
超速硬セメント ポルトランドセメントの原料のほかにボーキサイトや蛍石を原料として作られるセメントである。アルミナ
セメントと同等の急硬性を有しながら、転移などによって強度が低下しないところに特徴がある。

2.骨材
1.種類
大きさによる分類
5mmふるいを基準にして、重量比で、これを855以上通過(10mmふるいは全部通過)するものを細骨材。
これを85%以上留まるものを粗骨材という。
入手源による種類
大別して天然骨材と人工骨材に分けられる。
天然骨材には、  1)川砂、川砂利
           2)山砂、山砂利(陸砂・陸砂利)
           3)海砂、海砂利 
           4)天然軽量細(粗)骨材
人工骨材には、  1)砕砂・砕石
           2)人工軽量細(粗)骨材
           3)高炉スラグ細(粗)骨材
           4)金属を原材料とする重量骨材
3.混和剤
1.AE剤
微細(直径5〜300μ程度)な独立した気泡(エントレインドエア)をコンクリートチョュウニ混入する目的で用いられ
る。
エントレインドエアを混入すると、 1)単位水量の減少、 2)ワーカビリチーやフリージング性状の改善、 3)初期
凍害の抑制、 4)凍結融解に対する耐久性の向上などの効果が期待される。
2.減水剤
減水剤のセメント分散作用などを利用して、 1)ワーカビリチを改善する、 2)所用のスランプ及び強度を得るた
めに必要な単位水量及び単位セメント量を減ずる、などの目的で使用される。
3.AE減水剤
AE減水剤はAE剤と減水剤の両者の効果を併せて持つ減水剤である。
4.高強度減水剤
卓越した減水作用を有し、かつ、低凝結遅延性と低空気連行性を特徴とする物質を主成分とする減水剤で、水セ
メント比の小さい高強度コンクリートの製造に用いられる混和剤である。
5.流動化剤
主成分は高強度減水剤の主成分とほぼ同じであるが、予め練り混ぜられたコンクリートの流動性を増大させるこ
とを主目的として用いられる混和剤である。
6.その他の混和剤
1) 鉄筋コンクリート用錆剤
鉄筋の電気化学的な腐食の進行を抑制するために用いられる。
2) 促進剤、急結剤
コンクリートの凝結や硬化を早めるために用いられる。
3) 遅延剤、超遅延剤
コンクリートの凝結や硬化を遅らせるために用いられる。
4) 気泡剤、発泡剤 
コンクリートの単位容積質量を小さくしたり、モルタルやコンクリートの充填性を改善するために用いられる。
4.混和材
1.フライアッシュ及びポゾラン類
良質なフライアッシュは、ほとんどの粒が球状をしており、炭素量(強熱減量)が少ない。
フライアッシュに含まれているシリカ質は、セメントの水和によって生成する水酸化カルシウムと徐々に反応して不
溶性のケイ酸化カルシウムを生成する。この反応をポゾラン反応という。
2.高炉スラグ微粉末
高炉スラグ微粉末は、アルカリ又は硫酸塩などによって刺激されると水和し硬化する性質(潜在水硬性)を有して
いる。
3.コンクリート膨張剤
膨張剤は、コンクリートを膨張させる作用を有する混和材である
膨張剤の目的は
1) コンクリートの乾燥収縮及びひび割れを低減する。(収縮補償)
コンクリートにケミカルプレストレスを導入する、の二つに大別される。
4.その他の混和材
1) けい酸質微粉末(オートクレープ養生するコンクリートの強度を高める。)
2) 高強度用混和材(蒸気養生するコンクリートの強度を高める。)
3) 着色剤、 4) ポリマー、 5) 増量材、 などがある。
5.水
1)練り混ぜ水としては、通常水道水、 河川水、 湖沼水、 地下水などが用いられる。


第2章

1.コンクリートの種類
コンクリートには、セメントをはじめとして材料の種類、コンクリートの作業性、工法、強度、比重、使用目的・・・・などによって非常
に多くの種類に分けられます。また、上記の同じコンクリートでも分類ことに異なった名称が付けられて、多くの名称を持っています。

2.コンクリートの分類
   分類項目            名        称          備     考     
構成(補強) 無筋コンクリート
鉄筋コンクリート
          鉄筋コンリート
          連続鉄筋コンクリート
          鉄筋鉄骨コンクリート
鉄網コンクリート(フェロセメント)
プレストレストコンクリート
プレストレスト・鉄筋コンクリート(パーシャルプレスト
レストコンクリート)
鋼管コンクリート
鋼管鉄筋コンクリート
鋼函コンクリート
繊維補強コンクリート
              鋼繊維補強コンクリート
              化学繊維補強コンクリート
              ガラス繊維補強コンクリート
              炭素繊維補強コンクリート
              ケプラー繊維補強コンクリート
連行空気量の有無 Non AEコンクリート(プレーンコンクリート)
AEコンクリート

コンクリートの作業性 高流動(超流動又は締固め不要)コンクリート
軟練りコンクリート
中練りコンクリート
硬練りコンクリート
超硬練りコンクリート
高粘度(水中不分離)コンクリート

成形打込み場所 場所打(現場打ち)コンクリート
プレキャストコンクリート(工場製品)
ハーフプレキャストコンクリート

フレッシュコンクリートの製造場所 現場練りコンクリート
レディ−ミクストコンクリート

密度(単位容積質量) 普通コンクリート(2.3〜2.4)
重量コンクリート(3.5〜4.0以上)
軽量コンクリート(1.8〜1.5)
超軽量コンクリート(0.2〜1.0)

数値は参考値
セメントの種類 普通コンクリート
早強コンクリート
超早強コンクリート
中庸熱コンクリート
超速硬コンクリート
高炉セメントコンクリート
フライアッシュセメントコンクリート
シリカセメントコンクリート
低熱コンクリート

成形打込み方法 ポンプコンクリート
高流動コンクリート
加圧成形コンクリート
ローラ転圧コンクリート
スリップフォームコンクリート
スライディングコンクリート
高振動締固めコンクリート

性 能 高耐久コンクリート
高強度コンクリート(圧縮強度>30N/mm2
超高強度コンクリート(圧縮強度>60N/mm2

構造物 ダムコンクリート
舗装用コンクリート
マスコンクリート

目的 カラーコンクリート
緑化コンクリート
化粧(レリーフ、見荒し、洗出し、研ぎ出し)コンクリート
打放しコンクリート
透水性コンクリート
低騒音舗装コンクリート

工法 高流動コンクリート
転圧コンクリート
高振動締固めコンクリート
水中(高粘度)コンクリート
真空コンクリート
加熱(hot)コンクリート
アイスコンクリート
プレパックドコンクリート
ポストパックドコンクリート
ショットコンクリート
ケミカルプレストレッシングコンクリート
暑中コンクリート
寒中コンクリート
膨張コンクリート

養生方法 加熱養生コンクリート
蒸気養生コンクリート
オートクレープドコンクリート

気孔コンクリート 発泡コンクリート
起泡コンクリート
気泡コンクリート

ポリマーコンクリート ポリマーセメントコンクリート
レジンコンクリート
ポリマー重合コンクリート(熱重合、放射線重合)
ポリマー注入コンクリート

その他 フェロセメントコンクリート
リサイクルコンクリート
             リサイクルセメントコンクリート
             リサイクル骨材コンクリート
             リサイクルセメント骨材コンクリート  

3.コンクリートに関する用語

コンクリートに関する説明を理解する上で必要な用語のうち、もっとも基本的なものを示します。
  用  語                 定                    義
ワーカビリティ コンクリートの打込みにおける作業性の良否を表す値で種々の試験方法により表します。
コンシステンシー コンクリートの打込みにおける作業の困難度を表します。
スランプ 上端内径10cm,下端内径20cm,高さ30cmの中空裁頭円錐台内にコンクリートを詰めて引き上げ、
落下・静止したときの30cmから上面までの下がり高さをcmで表す。
スランプフロー スランブ試験で落下・静止したときのコンクリートの広がり径(直交する2方向の平均値:cm)で表します。
連行空気量 コンクリート中に計画的に導入される数10μm〜300μmの空気泡の容積百分率。
配合(調合) コンクリートを作るのに必要な材料の量(質量)、土木分野で配合、建築分野で調合と呼んでいます。
単位量 単位セメント量、単位水量、単位粗骨材量、単位細骨材量、単位混和剤量,単位混和剤量など、1.0
m3のコンクリートを作るのに必要な各材料の質量
細骨材率 骨材の絶対容積で細骨材の絶対容積を除して百分率で表した数値
強 度 コンクリートの強度の代表的なものは圧縮強度、曲げ強度、引っ張り強度などがあります。
設計基準強度 構造物を設計するのに用いた許容応力度に安全率を乗じた強度、所用強度とも云います。
目標強度 コンクリート強度にはばらつきが生じても設計基準強度を所用の確率で上回るよう、コンクリートの配合
設計の蔡に目標とする強度。
割り増し強度(割増率) 設計基準強度から目標強度を求める蔡の割増分の強度又は割増しの割合。
材 齢 当該コンクリートの混合時を始点とした経過時間又は日数、通常7日、28日、91日などのように7の倍数で表します。
単位容積質量 コンクリートや骨材のかさ容積1m3当たりの質量。
水セメント比 単位水量を単位セメント量で除した百分率で表した値。
セメント水比 単位セメント量を単位水量で除した比を表します。
フレッシュコンクリート 混合直後から凝結が始まるまでのコンクリート
硬化コンクリート フレッシュコンクリートの凝結後、強度が発生し固まったコンクリート。
養 生 コンクリートの打ち込み成形後、乾燥や凍結などを防止する処置をいう。
骨 材 コンクリートの材料の中で容積を最も多く占めるもので、いわゆる砂利、砂の類が用いられる。
粗骨材 骨材のうち概して5mmふるいにとどまるものを指します。川砂利、山砂利、採石などがあります。
細骨材 骨材のうち概して5mmふるいを通過するものを指します。川砂、山砂、砕砂などがあります。
混和材料 コンクリートの品質向上、性状改善のために用いられる。セメント、水、骨材以外の材料の総称
混和材 コンクリート中での容積が無視できない混和材料のことで、一般に粉体で用いられるケースが多いも
のです。
フライアッシュ、スラグ粉末、収縮低減材などがあります。
混和剤 コンクリート中での容積が無視できる混和材料のことで、一般有機質の水溶液で用いられる。AE剤、
AE減水剤、高性能AE減水剤などがあります。
練り混ぜ水 コンクリート材料の混合の蔡に、セメントの水和やコンクリートの軟度を保つために用いられるものです。

主宰者 セメント・コンクリート業界 38年勤務
コンクリート工学協会 個人会員
コンクリート主任技士
コンクリートコンサルタント
HSJ企画
HIROSHI TERA