現場で作るコンリートの固さは、気温や使う材料によっても大きく左右されます。しかし、コンクリートの品質のずれは、建物の耐久性・耐震性にも大きく影響してくるのです。安定した品質のコンクリートが求められ、現在でも改良が続けられています。 Show 工場であらかじめ材料を練り合わせて現場まで運ぶレディーミクストコンクリート、通称「生コン」も安定した強度を作り出すのには必要不可欠です。その生コンにはいくつかの基準が設けられており、その基準のひとつに「スランプ値」というものがあります。 今回は生コンのスランプ値について解説していきます。生コンの品質基準を知って、品質の高いコンクリート打設を実現させましょう。 目次
スランプはコンクリートの固さを示す値コンクリート(生コン)の品質基準の1つである「スランプ値」は通常、単位「cm」で表されます。これはコンクリートの固さを示すとされていますが、いったいどのように測っているのでしょうか。 数値が大きいほどコンクリートは柔らかくなる固まる前のコンクリートはスライムのような粘性を持っています。コンクリートを「練る」という表現からも、その性質は分かるでしょう。柔らかいコンクリートは支えるものがなければ「下へ」「横へ」と流れていってしまうため、コンクリートで壁を作るときには木や発泡スチロールで「型」を作る必要があります。 この流動性を確かめるのが「スランプ試験」と呼ばれる品質確認作業です。底面の直径20cm・上面の直径10cm・高さ30cmのバケツをひっくり返した形の容器(スランプコーン)に固まる前のコンクリートをすき間なく詰めた後、形を崩さないよう型を取り除きます。するとコンクリートは重力によりゆっくりと下へつぶれていくのです。このつぶれた高さの差を「スランプ値」として計測されます。 つまりスランプ値が大きいほど「より下へつぶれていった」、つまり粘性が低く柔らかいコンクリートであるといえるのです。 スランプ値以外に生コンの品質を決める要素コンクリート(生コン)の品質を決めるのはスランプ値だけではありません。代表的な基準として「コンクリートに含む空気の量(空気量)」「塩化物を含む量(塩化物含有量)」「強度」の3種類があります。それぞれの意味について確認していきましょう。 コンクリートに含む空気の量(空気量)コンクリートを練るときには空気を含ませるように作業します。するとコンクリートは柔らかくなるだけでなく、コンクリート内の水分が凍結したとき、水から氷になったときの容積が大きくなることによるコンクリート破壊を防止することができます。 しかし空気が多すぎるとコンクリートが弱くなるだけでなく、固まったとき縮んでしまうといった弊害もあるのです。そのため通常のコンクリートでは含まれる空気の量が3.0~6.0%になるよう、基準が設定されています。 塩化物を含む量(塩化物含有量)コンクリートの主な原料は砂利やセメント、それに水です。とくに砂利は水が上流の岩肌から削り取り、下流に運ばれるにつれて小さくなっていったもの。かつては川から取っていましたが、砂利が取れる場所が少なくなってきたことから今では海中の砂を採取しています。 しかし海中の砂には当然ながら海水の塩分(塩化物イオン)が多く含まれます。海岸沿いの建物や車では「塩害」と呼ばれる、金属がさびやすくなってしまう現象が有名でしょう。コンクリートの場合も同様で、砂利に塩分が多く含まれるとコンクリートに入れる鉄筋の強度が落ちてしまいます。 そのためコンクリートには塩化物を含む量の基準が定められており、原則として0.30kg/㎥が限度とされているのです。 強度コンクリートはときに何百mもの高さのビルを支えるのに使われる場合もあります。そのとき重要なのが「コンクリートがどのくらいの力の圧縮に耐えられるか」です。生コンなどコンクリートを作るときには、強度試験もおこなわれています。 このとき温度など固まる条件を統一するため、強度試験に使うコンクリートを固めるときには「水温18~22℃の水中で」という条件が加えられます。単位は「N/㎟(1平方ミリメートル当たりに何N【ニュートン】の力を加えることができるか)」となっており、60年使用を前提とした一般的なコンクリートで「18N/㎟」、100年使用を前提とする場合「24N/㎟」、それ以上の場合は「30N/㎟」がコンクリートの一般的な耐久設計基準。生コンの品質基準として使われる場合は、この数値に「+3N/㎟」された値が利用されます。 スランプ値の大小は施工にどう影響する?ここまで、生コンの品質基準として使われるいくつかの値をご紹介しました。では「スランプ値」に関しては、その大小が施工にどのように影響するのでしょうか。 スランプ値が大きいときスランプ値が大きければ「柔らかい生コン」である、ということはスランプ値を測定する試験方法からもわかったのではないでしょうか。コンクリートが柔らかければ奥までスムーズに流れていくため、コンクリート自体は中までしっかりと詰まった、密度の高いコンクリートに仕上げることができるのです。 しかし柔らかいということは、生コンの中に入っている砂利などの粒が比較的少ないということにもつながります。そのため均一になるようかき混ぜなければ重い砂利などが沈み、成分が分離してしまうおそれもあるのです。 スランプ値が小さいときスランプ値が小さいということは流動性が低いということ、砂利など粒の密度が高いことから一般的に固いコンクリートに仕上げることができます。しかし鉄筋などが入っているとなかなか網目の奥まで入っていかず、作業しにくいというデメリットも出てくるでしょう。 またコンクリートの硬化は含まれる成分と水の反応により進みます。もともと固めのコンクリートであることから、使用できるまでの期間も短く済む傾向があるのです。
建築用生コンのスランプ値標準は「12cm」!現在生コンはさまざまなスランプ値のものが販売されています。このうち建築用に使われる生コンの多くは「12cm」となっているのです。ではなぜ、このスランプ値が標準になっているのでしょうか。 かつては8cmが基準値だった建築業界で標準になることが多いのが、行政の依頼する「公共工事」です。公共工事は事前に細かく条件を設定し、その条件を基に複数の建設会社が請け負う価格を決める「入札」になる場合が多くなっています。 この公共工事に使われるコンクリートのスランプ値の基準値として一般的だったのが「8cm」なのです。これはかつて「コンクリートを柔らかくするには水の量を増やす必要があり、強度が落ちてしまう」といった事情もありました。 耐震基準改正による状況の変化しかし1995年に発生した兵庫県南部地震(阪神・淡路大震災)以降、建物に求められる耐震性は高くなりました。コンクリートは「押す力には強いが、引っ張る力やねじれに弱い」という性質があるため、これらを補強するには内部に入れる鉄筋の量を増やす必要があります。しかしスランプ値の小さいコンクリートではなかなか鉄筋の間に入っていかず、作業効率が落ちるという問題が出てきたのです。 コンクリートを柔らかくする技術も「化学混和剤」の開発が進み、品質を維持したまま施工できるようになった面もあります。実際には協議のうえ、強度の維持を前提に現場に合わせることも増えていました。そのため基準値「8cm」を見直すことになったのです。 現在は基準値を設けず、参考値を設定現在の公共工事発注では「基準値」ではなく、算出の際の「参考値」としてスランプ値が定められています。この参考値として使われているのが「12cm」です。そして施工時には「含まれる空気の量」「含まれる水の比率」などによって管理されるようになりました。 これらの事情がスランプ値の標準値が8cmから12cmに移り変わった背景として挙げられます。コンクリート工事で生コンを使う場合は、一度見積もり書に記載されているスランプ値を確認してみてくださいね。 まとめ今回は生コンのスランプ値を中心に、基準となる数値について詳しくご紹介しました。どのような場所・環境で生コンを使うかによって適した基準値が異なることから、実際にはさまざまなスランプ値のものが販売・利用されています。コンクリート工事の施工を依頼するときにはどのようなものが利用されているか、見積もり書などを参考に調べてみましょう。 生コンを依頼するような品質を求めるコンクリート工事は大規模になることが多く、かつ固まるまでのリミットが短いことから個人での作業は難しくなります。こうした作業はコンクリート工事のプロとも相談し、最適な作業につなげていきたいところですね。 たとえ高品質の材料をそろえたとしても、その使用量が不適切だと必要としている性能のコンクリートはできません。その適切な使用量を決める工程が配合設計です。 配合と配合設計とは実際にコンクリートをつくる際は、材料をどれくらいの割合や数量で用いるかが重要となります。このような材料の混合割合や使用数量のことを配合といいます。また配合設計とは、つくろうとするコンクリートの要求事項を満たすために配合の内容を決めることです。コンクリートの強度は、水とセメントの割合(水セメント比)で決まります。水が少なく、セメントが多いコンクリートほど強度が大きく緻密で耐久性があります。作業のしやすさを表すワーカビリティは、化学混和剤によって連行される緻密な気泡(エントレインドエア)と、水の量で決まるスランプによって調整されます。硬いコンクリートは型枠の中に詰め込むのが困難で、大きな粗骨材を使ったコンクリートは鉄筋のすき間に入りづらく、材料が分離して良質なコンクリートがつくれなくなります。このような点を踏まえて、要求事項を満たすよう配合設計をします。 配合設計の流れ標準配合と現場配合配合には、理想的な条件での骨材を用いた標準配合(示方配合、計画配合)と、現場の骨材の状態に合わせて補正した現場配合(修正標準配合)があります。理想的な条件とは、骨材が表面乾燥飽水状態(表乾状態)であり、細骨材と粗骨材が5mmふるいで完全に区分されていることを意味します。配合設計によって決められる配合は、基本的には標準配合です。つまり、骨材が理想的な条件の場合での配合ですが、実際には骨材を理想的な状態でストックできるとは限らないため、標準配合にしたがっても想定どおりのコンクリートができない場合もあります。そこで標準配合と同じ品質のコンクリートになるように現場配合で補正をしているのです。 配合設計の手順配合設計では、誰が行っても同じ品質のコンクリートができるような配合としなければなりません。そのため手順や考え方が決められています。一般的な配合設計の手順は次のとおりです。 ①粗骨材の最大寸法の選定 ②セメントの種類、スランプ、空気量の選定 ③配合強度の決定 ④水セメント比の決定 ⑤単位水量、混和剤の決定 ⑥単位セメント量、混和材の決定 ⑦細骨材量、粗骨材量の決定 ⑧試し練りの配合計算 ⑨試し練り ⑩試し練り結果の確認 コンクリートの強度4種類の強度コンクリートの強度では主に圧縮強度、引張強度、曲げ強度、付着強度の4種類が使われます。 〇引張強度 〇曲げ強度 〇付着強度 4つの中で、コンクリートが最も弱いのは引張強度です。 配合強度配合強度の求め方配合強度とは、コンクリートの構造物の部材設計の際に基準とした設計基準強度(呼び強度)に割増強度を加えた強度のことをいいます。 ①1回の試験結果は、購入者が指定した呼び強度の強度値の85%以上でなければならない。 ②3回の試験結果の平均値は、購入社が指定した呼び強度の強度値以上でなくてはならない。 水セメント比水セメント比とセメント水比水セメント比とは、コンクリート中の骨材が表面乾燥飽和状態にあると仮定した際の、セメントペースト内におけるセメントの質量(単位セメント量)に対する水の質量(単位水量)の割合比のことです。単位水量をW、単位セメント量をCで表すことから、水セメント比のことをW/Cとも表記します。水セメント比が大きいほど、セメントペースト内での水の割合が多いことを意味します。水セメント比が小さくなるほど、強度は大きくなります。圧縮強度または曲げ強度をもとに水セメント比を定めるには、工事に使用するコンクリート材料を用いて、水セメント比の逆数にあたるセメント水比(C/W)と、圧縮強度との関係を試験によって求めるのが原則です。 単位量単位量とは単位量とは、コンクリート1㎥をつくるときに用いる各材料の質量のことです。 単位セメント量単位セメント量は、水セメント比と単位水量から求められます。 単位水量単位水量は、所要スランプや水セメント比を考慮して、作業ができる範囲内でできるだけ小さくなるように決めます。 単位細骨材量と単位粗骨材量単位骨材量は、コンクリート1㎥から単位水量と単位セメント量の絶対容積と空気量を差し引いて求めます。 粗骨材の最大寸法コンクリートの骨格となる骨材の中でも、粗骨材の寸法はコンクリートの品質にも大きな影響をもたらすため、最大寸法を適切に選定する必要があります。 粗骨材の最大寸法の選定コンクリート構造物の部材の大きさや鉄筋の間隔などによって使用できる粗骨材の最大寸法が定められています。大きな粗骨材を使用すると練り混ぜ水を減らすことができ、コンクリートの乾燥収縮を低減できます。粗骨材の最大寸法は、ふるいを用いてふるい分けを行い、質量で90%以上通過するふるいのうち、最小のふるいの呼び寸法で表します。レディーミクストコンクリートの配合設計や注文、鉄筋コンクリートのかぶりなどに用いられる重要な値です。 スランプと空気量スランプと空気量も配合設計の対象としてとても重要な要素です。 スランプとスランプフロースランプおよびスランプフローは、どちらもレディーミクストコンクリートの施工性の指標となるものです。地面に水平に設置した鉄板の上に高さ30cmのスランプコーンという円錐台形の容器を置き、所定の方法でコンクリートを詰めた状態からスランプコーンを引き上げると、円錐台形上のコンクリートがむき出しになります。そして、コンクリートは形を保つことができず、つぶれていきます。このときの上面の下がり量がスランプです。流動性の高い(やわらかい)コンクリートほどスランプは大きくなります。スランプの大きいコンクリートは施工しやすいものの、材料分離が生じやすいという欠点もあります。一方、スランプの小さいコンクリートの場合は施工難度があがるものの、耐久性などの向上が見込めます。スランプフローは、スランプコーンを引き上げたときのコンクリートの広がりを測定したものです。高強度のコンクリートのように流動性が非常に高いコンクリートの場合、スランプの測定が困難なため、スランプフローを流動性の基準値としています。 空気量コンクリートの中には、エントレインドエアと呼ばれる微細な気泡が含まれています。コンクリートの全体積に占めるエントレインドエアなどの空気の割合のことを空気量といいます。エントレインドエアの添加は、混和剤のAE剤やAE減水剤などの利用が一般的です。適切な空気量を維持することは、耐凍害性の向上やワーカビリティの改善につながるため重要な要素です。ただし、空気量が多すぎると圧縮強度の低下を招くため注意が必要です。また、骨材内部に存在する空気については、空気量には含めません。 コンクリートの試し練り各種要素についての選定・決定ができたら、その内容に沿ってコンクリート製造をテストします。これを試し練りといい、試し練りで予定通りの結果が出たら配合設計は完了です。 試し練りの目的配合設計によって求めた配合結果が、要求されたコンクリートの品質、つまりスランプや空気量などのコンクリートの性状や圧縮強度と目標値が合っているかどうかを調べるために、試し練りという作業を行います。試し練りの結果、要求を満たす品質のコンクリートができあがれば配合設計の完了となります。 試し練りの方法試し練りでのコンクリートのつくり方についてはJISで規定されています。また、試し練りは試験室での実施が基本です。まず材料の準備として、練り混ぜる前に材料の温度を20±3℃に保つようにしておきます。次に材料の計量では、材料別に質量で計量します。特に計量した骨材は、練り混ぜるまでに含水状態が変化しないように注意が必要です。コンクリートの練り混ぜは、温度20±3℃、湿度60%以上に保たれた試験室で行うのが望ましいとされています。また、コンクリートの1回の練り混ぜ量は、試験に必要な量より5L以上多くし、ミキサーの公称容量の1/2以上の量にします。ミキサー内部にモルタル分が付着するため、練り混ぜるコンクリートと等しい配合のコンクリートをあらかじめ少量練り混ぜておき、ミキサー内部にモルタル分が付着した状態にしておきます。練り混ぜ時間は、一般的に可傾式ミキサーの場合は3分以上、強制練りミキサーの場合は1.5分以上とします。 試し練りの結果判定試し練りの結果は、JIS A 5308 の品質で規定されている荷卸し地点での許容差内にあてはまるかどうかで判定します。 配合の調整方法試し練りによってつくられたコンクリートの品質が、要求された結果を得られなった場合、その原因を確かめたうえで必要条件を満たすよう補正を行います。コンクリートの配合は互いに相互関係があり、1つの項目を満たすように補正を行うとほかの項目が条件を満たさなくなるというようなことが起こりやすいため、注意しなければなりません。軽量コンクリートの単位容積質量値がどうしても大きくなりすぎるような場合、軽量骨材を当初選定した材料より密度の小さい材料に変更するといった使用材料の変更を行う必要も出てきます。しかし、骨材を変更すると、単位水量や細骨材率などさまざまな影響を及ぼします。変更事項が配合結果にどのような影響をおよぼすかは次のとおりです。
コンクリートの現場配合配合設計で配合が決まっても、現場ではさまざまな条件が存在するため、そのままでは正しい品質のコンクリートができないことが多いです。その場合は、現場配合によって修正を行います。 現場配合の重要性配合設計によって決まった配合(標準配合)どおりにコンクリートの品質が得られるように、現場における材料の状態および計量方法に応じて修正した配合が現場配合です。気候や材料の状態などが基準試験値や試し練り時と大きく変わる場合、配合を修正しなければよいコンクリートにはなりません。特に骨材が野積みされた状態の場合、天候により含水率が常に変化するため、使用水量の調整が必要となります。これらを適切に修正した配合が現場配合です。 現場配合の修正方法実際の現場において気候や材料の状態などが標準配合と異なる場合、次のような方法で修正します。 配合設計の計算方法配合設計で各種要素を決めるためには、計算による数値の算出が必要となります。これを配合設計といいます。 配合設計の基本配合設計を知るうえで基本となるのが次の公式です。 理想的な配合設計配合設計とは、目的に合ったコンクリートを製造するために、セメント、水、骨材、混和材料について混合割合や使用数量を決めることです。ここでいう目的に合ったコンクリートとは、要求された強度、耐久性、施工性を兼ね備えた経済的なコンクリートのことをいいます。強度はセメントと水の比率で決まります。水の量に対してセメントの量が大きいほど強度は大きなものとなります。つまり、必要な強度が得られる混合比を保ちつつ、生コン1㎥中のセメントと水の量を極力少なく配合することで、要求された強度のコンクリートが経済的につくれるのです。しかしながら、水を少なくするとコンクリートはぼそぼそで固くなり、施工性が悪く、できあがった構造物の品質低下につながります。 そこで、必要なスランプ量を得るための水量が決まります。この水量は、水和反応用とワーカビリティーの改善用に働きます。また、ワーカビリティーの改善のために空気の量が重要となります。混和材料のうちの混和剤(AE剤)の働きで、コンクリート中に微細な空気泡(エントレインドエア)を連ねさせ、ボールベアリング効果でワーカビリティーをよくしたり、耐凍害性を向上させたりすることができます。この空気量は、単位水量を少なくすることに貢献します。しかし、空気量が過剰に多くなりと強度の低下や乾燥収縮が大きくなることから、JISでは一般的に3~6%に規定しいています。 骨材の配合については、要求されるワーカビリティーが得られる範囲で、全骨材容積に対する細骨材容積の割合(細骨材率)をなるべく小さくするように決めます。これは単位水量を少なくすることにつながります。粗骨材についても、実積率が大きいものを選定することですきまが減り、単位水量を減らすことができます。実積率が大きい骨材とは、粗骨材最大寸法が大きい骨材や、角が取れた粒形のよい骨材です。このように良質な骨材を使用することが、単位水量や単位セメント量を少なくすることへと結びつきます。つまり、単位水量を減らす努力が理想的なコンクリートの配合設計につながっていきます。 |