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次世代コンクリート(その2)

前回、次世代コンクリートについて現状および特徴を記述した。
今回は、これらの中で「高強度コンクリート」の問題点および解決策を記述する。

主に都市部で建設される高層集合住宅は、その居住性確保と経済性の観点から、①柱の断面積を極力小さくし,②梁せいも極力小さくすることが要求される。このため, これらの要求性能を満足するために近年高強度化し、60 N/mm2 級のものが普通に使用されるようになっている。

1.設計上の問題点および解決策 
高強度コンクリートは、普通コンクリートと比べ一般的に水セメント比が小さく、単位セメント量が多いため、自己収縮、水和熱によるひび割れ等に留意する必要がある。

温度ひび割れの対策としては、温度分布を温度応力解析により把握して自己収縮量と温度収縮量の体積変化を確認し、収縮低減剤や膨張剤、低熱ポルトランドセメントの利用を視野に入れることが有効である。
また、PC構造物に高強度コンクリートを計画する場合、材料特性、構造特性など十分理解した上で、構造形式、断面形状、寸法および工法等を適切に決定する必要がある。

設計基準強度80N/mm2以上の高強度コンクリートを使用する構造物の設計面における留意点は、使用実績が少なく硬化後のコンクリートの物性があまり明確になっていないため、設計値に不明確な点がある。そのため、圧縮強度の制限値を安全側に設定しすぎると、高強度コンクリートの有効性が減少する。

せん断に対する抵抗性は、強度に比例して高くならず、頭打ちになることが分かっている。高強度コンクリートの場合、水セメント比が低く、緻密なためクリープ係数や乾燥収縮度も一般のコンクリートに比較すると小さい点にも留意する必要がある。

使用されるコンクリートの高強度化と、建物に要求される耐震性能向上にともない、柱や梁に使用されるせん断補強筋にJISに定める普通鉄筋では強度が不足するために一般的な使用されているSD345に代わって高強度鉄筋が採用されるケースが増えている。
これは,柱や梁に高いせん断耐力が要求されるため,降伏耐力が345 N/mm2 程度の普通鉄筋では必要せん断補強筋量を満たすことが困難になるためである。

これを満足するために、高強度せん断補強筋にとして降伏耐力の高い685 N/mm2 等を使用し、加工形状も部材形状と施工性に配慮しスパイラル形、フック付形、溶接閉鎖形にすることで補強することができる。

部材小さくなると、剛性が減少することでたわみが大きくなるため、鋼部材と同様に活荷重に対するたわみ度や構造の振動にも留意することが重要である。


2.施工上の問題点および解決策 
高強度化に伴って水セメント比が低下し、単位セメント量が増大するため、コンクリートの粘性が増大する。コンクリートポンプ施工する場合では、管内圧力損失が通常のコンクリートに比べて大きくなるため、長い距離や高所への圧送については事前に確認する必要がある。

高強度コンクリートは、セメント量が多く発熱量が増加し流動性が低下する傾向にあるが、低熱ポルトランドセメントを用いるとともに、流動性を確保するためシリカフュームと高性能AE減水剤を用いてることでこれらの問題を解決することができる。

 締固めにおいては、締固め装置の作用範囲が小さいので、挿入または配置間隔を小さくすることが有効である。さらにブリーディングが少なくなるので、仕上げや打継ぎの時期および方法、養生開始時期および方法についてあらかじめ検討することが重要である。
また、気泡が抜けにくくなるため、気泡がたまりやすい箇所の施工や表面仕上げに留意する必要がある。


3.今後の展望
 高強度コンクリートは、これまでの成しえなかったコンクリート構造物への可能性を広げることができる。しかし、コンクリート強度が高強度化するほどひび割れが分散せず、部材が脆性的なせん断破壊を起こすことが知られている。脆性的なこの破壊を防ぐためには,より高強度のせん断補強筋との組み合わせも有効である。

これらのことも留意し、材料特性、構造体強度、施工性などに配慮し、これらの特性また潜在化する性能低下など十分理解した上で、環境負荷を低減し、耐久性の高い構造物を造り、社会に貢献したいと考えている。以上
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