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水和熱、沈み、乾燥収縮、ブリーディングに起因するひび割れの原因と対策【技術士・建設部門 コンクリート】


 

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水和熱による温度ひび割れ

原因

内部拘束によるひび割れのメカニズム
  • 発熱後、温度降下の早い表面部は収縮しようとし、相対的に温度が高い内部(温度上昇過程にいるか、降下過程にいても表面ほど下がっていない)との温度差によって拘束され、表面に収縮力が生じてひび割れが発生する。
外部拘束によるひび割れのメカニズム
  • 打設したコンクリートの温度降下時において、既設部である拘束部は体積変化せず、打設したコンクリート部は温度降下に伴い収縮し、引張に弱いのでひび割れが発生する。

  • (温度上昇時は拘束部は体積変化せず、拘束されていない部分は膨張する。拘束部には圧縮力が作用するが、圧縮には強いのでひび割れが発生しない。)
  • 外部拘束ひび割れは、内部拘束ひび割れと異なり、部材の表面にとどまらず、部材の断面方向を貫通して発生することが多い。

 

▽外部拘束によるひび割れのイメージ

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対策

  • 水和熱低減のために低発熱セメントを用いる(中庸熱、低熱)
  • 水和熱低減のために単位セメント量を低減する
    • ①減水剤を用いる。→単位水量を低減し、水セメント比が一定のため単位セメント量が低減できる。
    • ②粗骨材の最大寸法を大きくする。→流動性が増すため単位水量が低減でき、水セメント比が一定のため単位セメント量が低減できる。
    • 水和熱を低減させる材料系の対策を取る場合、強度発現がかなり緩やかとなるため基準材齢を長くとるという更なる対策が必要となる。
  • プレクーリング、パイプクーリングし、コンクリートの温度変化を避ける。
    •  内部温度上昇を抑えるための1次クーリング(ピークカット)と内部温度を設計温度まで降下させる2次クーリングがある。
    • パイプクーリングは打込み後に通水することで、コンクリートの打込み後の温度上昇を小さくする方法。
    • 最高温度後の通水は急激な温度変化によってひび割れを発生させる可能性があるため避ける。
    • パイプクーリングするときのコンクリート温度と通水温度の差の目安は20℃以下とする。
  • 普通ポルトランドセメントの一部を混和材に置換する場合、高炉スラグ微粉末よりもフライアッシュの方が水和熱の温度上昇抑制効果が大きい。
  • 保温性のよい木製の型枠を使用し、型枠の存知期間を通常よりも長くする。型枠取外し後もコンクリート表面の急冷を避けるためシート等によるコンクリートの保温を継続する。
  • (打込み時のコンクリート温度は25℃以下とする。)
  • (ダムコンクリートではリフト高さと効率を考え、1回のリフト高さを1.5m~2.0m、打設間隔日数を中2日および中4日のいずれかとしている。) 

 

沈みひび割れ

原因

  • 鉄筋のない部分のコンクリートの沈下が進行する一方で、鉄筋のある部分の変位は沈下が進行しない。沈下したコンクリートによって鉄筋のある部分のコンクリートが引張を受け、ひび割れが発生する。

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参考文献:コンクリートの沈下によるひび割れ大全集【特徴・要因・メカニズム・予防】 | コンクリートメディカルセンター

  

対策

  • ブリーディングを発生させないため単位水量、水セメント比を小さくする
  • 発生した場合は、タンピング、再振動で処置する。発生後に迅速に対応するのが良い。
  • ブリーディングを小さくする。
    • ①コンクリートの打込み速度の規定内とする。 → 壁や柱の打ち上り速度は30分あたり1.0~1.5m程度とする。
    • ②落下高さの規定内とする。 → 打込み高さは1.5m以内を標準とする。

 

 温度ひび割れの過去問と回答例

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ブリーディングによるひび割れ

原因

  • 粗骨材の底部にブリーディング水が溜まり、この部分が空隙となりひび割れが生じる 

 

対策

  • 締固めを十分行い、密実なコンクリートにする
  • 水セメント比、単位水量を少なくする。
  • ブリーディングを小さくする。
    • ①コンクリートの打込み速度の規定内とする。 → 壁や柱の打ち上り速度は30分あたり1.0~1.5m程度とする。
    • ②落下高さの規定内とする。 → 打込み高さは1.5m以内を標準とする。

 

 

乾燥収縮ひび割れ

原因

  • コンクリート中の水分が蒸発して、その分の体積が減少することによりコンクリートに収縮力(毛細管張力)を与えるためひび割れが生じる。

 

対策

  • 単位水量を少なくする
  • 湿潤養生を5日以上行う
  • 型枠をできるだけ長く存置する
  • 風、日光、急激な温度変化を避ける
  • 乾燥収縮の小さい骨材を使用する→石灰石骨材など
  • 収縮低減剤、膨張材を使用する
  • (鉄筋量を増やし、ひび割れ幅を抑制する。)
  • (目地を設け、計画的にひび割れ発生箇所を特定する。)

 

 

 

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