鉄筋の腐食防止

現行のユーロコードでは、コンクリートかぶり厚さ(cnom)の最小値が規定されている。このようなコンクリート層の厚さとは、鉄筋コンクリート部材の外表面から最初の鉄筋までの最短距離をいう。線材部材ではそれは帯鉄筋であり、面材部材では下端の縦筋である。公称かぶり厚さは次のように定義される: cnom = cmin + Δcdev

cmin は、規定された最小かぶり厚であり、その値はコンクリートと鉄筋の付着条件、環境条件、鉄筋の被覆材などに依存します。Δcdev は施工誤差を表す値です。鉄筋コンクリート部材の暴露区分に応じて、公称かぶり厚にはさまざまな値がありますが、一般には2,5 cmから3,5 cmの範囲です。基礎については5cmとします。

cnom

セメントモルタルおよびコンクリートの頻繁な加熱・冷却時の挙動

新鮮なコンクリートの強度は、蒸気による段階的な加熱、または徐々に加熱した水中に保持した後、ゆっくり冷却することによって、急速に高めることができる。この方法では、1日で処理した後に、通常の方法では数週間後に得られる強度に達する。効果の程度はセメントと骨材の種類に左右されるが、なお、痩せたコンクリートの方が富んだコンクリートよりもはるかに良い結果が得られる。

加熱と冷却が広い範囲で行われる場合、それらを急速に行うと、コンクリート部材にはかなりの応力が生じる。このような場合、特に繰り返しが頻繁なときには、外側から内部へと進入し、コンクリートの機械的特性に影響を及ぼすひび割れの発生を想定しなければならない。その際、各種セメントはそれぞれ異なる挙動を示すため、実用上はセメントを慎重に選定することが推奨される。

コンクリートの熱透過性

コンクリートの熱伝導係数は、骨材とセメントの性質、セメント量、練り混ぜ水量、コンクリートの含水率、および温度の高さに左右される。厚さ10 cmの板を用いた試験および十分に乾燥させたコンクリートの試験により、熱伝導係数 λ は 1,163 W/mK で、10 oC では、また水中に置かれていたコンクリートの板では最大 2,326 W/mK であることが確認された。より厚い板では、より大きな熱伝導係数が得られた。最大値は 2,38 W/mK であった。

熱によるコンクリートの膨張

膨張は主として骨材に、次いでコンクリートの含水率、さらにセメント自体にも大きく左右される。これまでに知られている 0 から 40 oC における限界値は、およそ 6 から 13*10-6 m/m、すなわち1度当たりである。

頻繁な荷重に対する耐性

1. 疲労時の圧縮強度。 疲労強度の概念はここでは一般的な意味で用いられている。技術的適用では、疲労強度(圧縮、引張、交番圧縮と引張、曲げ、せん断、純せん断、座屈)ならびに荷重のかけ方(静的のみ、繰返しのみ、静的と繰返しの併用)を常に明示しなければならない。

定常荷重による疲労時の圧縮強度:長期荷重に対する抵抗は、通常の圧縮試験で現れる強度の少なくとも4分の3であると見込むべきである。

繰返し荷重による疲労時の圧縮強度(基本動的強度):配合の異なるコンクリート柱、特にセメント量や粒度分布の異なるものについての基本動的圧縮強度は、通常荷重による破壊時のプリズム強度の少なくとも 0,5 に達することが示された。このとき、1分当たり 260 回の荷重サイクルが与えられた。この基本動的強度を求めるための総サイクル数は200万回であった。1分当たりのサイクル数を増やすと(10 から 450 回/分まで試験した)、破壊に至る反復回数も増加した。

曲げ強度の疲労、静的荷重と繰り返し荷重の同時作用による: 繰り返し荷重に静的荷重が加わると、静的荷重が大きくなるにつれて、通常は二百万回繰り返される繰り返し荷重の振幅値は低下した。例として、図 1 は、繰り返し荷重 S の振幅が次のとおりであったことを示している:

  • 静荷重の場合、σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
  • 静荷重時には σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
  • 静荷重時において σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2

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図1

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図2

2. 疲労時におけるコンクリートの曲げ強度。 図 2 に示す、常時湿潤状態に保たれたはりの試験では、基本動荷重のもとで、疲労時の曲げ強度は 28 kg/cm2 であり、通常の曲げ強度は 53 kg/cm2 で、これは 0,53 の比に相当した。

軽量コンクリート

軽量コンクリート(単位体積重量が 18 kN/m3 未満のコンクリート)は、軽く多孔質な骨材、たとえば軽石、高炉スラグ、ボイラースラグ、さらに天然または人工砂と粉末を用いたモルタルに、配合時にガスを発生させる添加剤(気泡コンクリート)またはモルタル中に発泡を生じさせる添加剤(発泡コンクリート)を用いることによって得られる。

軽量コンクリートは、とりわけ、組積用ブロックや壁・屋根用の軽石板の製造に広く用いられている。乾燥状態では熱伝導性が低く、強度は中程度だが容易に調整できるため、住宅の耐力壁用軽量ブロックを安全に製造できる。

気泡コンクリートで気泡を発生させる剤としてはアルミニウム粉を用いる。不純物の量やその他の条件に応じて、より多孔質またはそれほど多孔質でない材料が得られ、乾燥状態での重量は約 3 kN/m3 以上となる。

1. 軽量コンクリートの単位容積重量。 天然軽石を用いる場合、単位容積重量は、105 °Cで乾燥状態とした場合を前提として、7 kN/m3以上、圧縮強度2 MPaの範囲が保証できる。期待できる単位容積重量は、概ね骨材とセメントのかさ容積時の合計に相当する。単位容積重量が8 kN/m3を超える気泡コンクリートは、原則として技術的に不適である。

2. 軽量コンクリートの圧縮強度。 打込みコンクリートでは、特別な措置を講じなくても 8 MPa の強度が得られ、砂利を用いれば最大で 12 MPa まで達する。適合性の継続的試験が必要である。多孔質コンクリート(気泡コンクリートおよび発泡コンクリート)は、蒸気圧下で硬化させた後にのみ耐力壁に適する。適切な原材料を用いれば、6 kN/m3 の体積重量と 5 MPa の圧縮強度を保証できる。

3. 軽量コンクリートの曲げ強度。 曲げ強度と圧縮強度の比は、実用上の必要範囲では比較的大きく、強度が増すにつれてその比は低下する。

4. 軽量コンクリートの収縮度。 収縮度は主として骨材の弾性、および硬化セメント組成の量に左右される。軽量コンクリートの収縮は、砂利コンクリートの収縮より大きい。れんが砕材コンクリートは、1年間で合計約0,65 mm/mの収縮を示した。天然軽石から成る出荷直後の部材は、14 mか月で約0,8 mm/m短くなった。気泡コンクリートおよび発泡コンクリートの空気中硬化試験体では、さらにはるかに大きな収縮が示され、2 mm/mを超えた。なお、いかなるコンクリートも雨水や融雪水で湿ると膨張し、その後乾燥すると再び収縮することを忘れてはならない。

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図3

5. 熱伝導率。 熱伝導率はかさ比重が大きくなるほど低下し、他の条件が同じであれば、空隙が小さく、より均一に分布しているほどさらに小さくなる。空気乾燥の打設コンクリートでは、(λ = 0,4625 for 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 for 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 for 16 kN/m3)。空気乾燥の気泡コンクリートについては、図 3 にデータが示されている。

注意:

  • 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
  • 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3