3. コンクリートの特性

3.1コンクリートの特性

コンクリートは、基本的にポルトランドセメント、水、骨材で作られた人工コングロマリット石です。 最初に水とセメントを混合すると、プラスチック混合物を作るために骨材のすべての個々の部分を囲む。 水和と呼ばれる化学反応は、水とセメントとの間で起こり、コンクリートは通常、約2時間でプラスチックから固体状態に変化する。 その後、コンクリートは硬化するにつれて強さを得るために継続する。 典型的な強度-ゲイン曲線を図1に示します。 業界は基準点として28日間の強度を採用しており、仕様はしばしば28日後に粉砕されたコンクリートのシリンダーの圧縮試験を指す。 得られた強度には、f’cという名称が与えられます

硬化の最初の週から10日の間に、コンクリートが凍結または乾燥することができないことが重要であり、これらのいずれかが発生することはコンクリートの強度発達に非常に重要である。 理論的には、湿った環境では、コンクリートは永遠に強度を得るでしょうが、実用的には、最初の28日間で強度の約90％が得られます。

コンクリートは引張強度がほとんどなく（通常は圧縮強度の10-15％程度と測定されます）、このため何らかの形の補強なしではほとんど使用されません。 その耐圧強度は原料および治癒の環境の質のandproportionsを含む多くの要因に、決まります。 単一の最も重要な強度の指標は、セメントの量と比較して使用される水の比である。基本的に、この比率が低いほど、最終的なコンクリート強度は高くなります。 （Thisconceptは1920年代初頭にポルトランドセメント協会のダフ-エイブラムスによって開発され、今日では世界的に使用されています。）水がすべてのセメント粒子と接触することを確実にするためには、重量で約0.3の最小w/c比（水対セメント比）が必要である（したがって、完全な水和を保 実用的な用語では、典型的な値は0.4から0。6つの範囲実行可能な一貫性を達成するために新しい具体的なcanbeが形態にそして密接に間隔をあけられた補強棒のまわりに置かれるように。

各種コンクリート強度の代表的な応力-ひずみ曲線を図2に示します。 ほとんどの構造のコンクリートに3000から5000のpsiの範囲でf’cの価値がある。 しかし、高層ビルの下層階は、時には12,000または15,000psiのコンクリートを利用して、それ以外の場合は過度に大きい柱の寸法を縮小することがある。 図2は、コンクリートが押しつぶす前に支えることができる最大ひずみが強度と逆に変化することを示していますが、通常、0.003の値がdesignequationsの開発に使用されます（簡略化された尺度として）。

コンクリートは応力-ひずみ曲線に直線部分がないため，適切な弾性率値を測定することは困難である。 コンクリートのために約6000のpsiまでそれはbeapproximatedとしてできます

(1)

ここで、ｗは単位重量（ｐｃｆ）であり、ｆ’ｃは円筒強度（ｐｓｉ）である。（F’cの単位は、squarerootが取られるたびにksiではなくpsiで表されることが重要です）。 通常の砂と石を用いた鉄筋コンクリートの重量密度は約150pcfである。 このうち5pcfを鋼に許容し、wを式（1）で145とすると、

(2)

このように計算されたE値は、deflectioncalculationsでの使用に許容されることが証明されています。
コンクリートが硬化するにつれて、水和に使用されていない水が硬化した混合物から徐々に蒸発するため、収縮する。 大きい連続的な要素のためにそのような収縮は特に高水内容が約alargeの収縮を持って来れば、余分な抗張圧力のthedevelopmentで起因できます。 コンクリートは、すべての材料と同様に、熱効果による体積変化を受け、暑い季節には発熱水和プロセスからの熱がこの問題を引き起こす。 コンクリートは張力が弱いので、そのような収縮や温度変化により亀裂が発生することが多い。 例えば、温度変化によりコンクリートが膨張すると、内部の圧縮応力が発生し、地表面との摩擦を克服します。 その後、コンクリートが硬化して収縮しようとすると、同じ摩擦力に抵抗するのに十分な強さではない。 このため、収縮接合部は必然的に発生する亀裂の位置を制御するために使用されることが多く、いわゆる温度および収縮補強は、他の理由で補強がまだ指定されていない方向に配置される。 この補強の目的はtheresulting抗張圧力を収容し、成長するひびの幅を最小にすることである。

収縮や熱効果によるひずみに加えて、コンクリートもクリープにより変形します。 クリープは、材料が長期間にわたって高い応力レベルを維持するときに起こる変形を増加させることである。 常に荷重（デッドロードなど）を加えると、重大な圧縮応力が発生するたびに、クリープが発生します。 例えば、梁では、クリープによる追加の長期たわみは、この増加した変形を回避する方法は、持続荷重による応力を低レベルに保つことである初期弾性たわみの二倍になる可能性がある。 これは通常、compressionsteelを追加することによって行われます。

3.2混合比率

コンクリートの成分は、重量または体積によって比例することができます。 目的はtoprovide最低の費用で望ましい強さおよび実行可能性である。 時には、耐摩耗性、過酷な気候での耐久性、または耐水性などの特別な要件がありますが、これらの特性は通常強度に関連しています。 より低いf’cの価値がallstructural条件を満たしたのに時々concretesofのより高い強さは指定される。

前述したように、コンクリートを強くするためには、水とセメントの比率が低い必要があります。 したがって、単にセメント含有量を高く保つことによって、良好な作業性のために十分な水を使用し、依然として低いw/c比を有することができるよう 問題は、基本的な成分の中で最も高価であるということです。 このジレンマは、図3の化学的なグラフで簡単に見られます。

より大きい総計のサイズに比較的より小さい表面積があるので（コートするcementpasteのために）およびより少ない水がより少ないセメントを意味するので、最も （ほとんどのbuildingelementsは補強棒の近さによってbeingprohibited3/4から1の最高の総計のサイズと、より大きいサイズ組み立てられる。)

混合土地の含水率のよい徴候こうして実行可能性）は標準的なスランプテストからhadfromである場合もあります。 このテストでは高いの金属の円錐形12は指定方法のfreshconcreteで満ちています。 円錐が持ち上げられると、コンクリートの塊が下方に”スランプ”（図4）となり、垂直落下はスランプと呼ばれます。ほとんどの具体的な組合せに2-に5-の範囲で低迷がある。

3.3ポルトランドセメント

ポルトランドセメントの原料は鉄鉱石、石灰、アルミナ、シリカであり、セメントの種類に応じて様々な割合で使用されています。 これらはクリンカーを作り出すために炉でaregroundそして発射される。 冷却の後で、クリンカーはveryfineryの地面（タルカム粉の質についてに）であり、最初の設定の時間を遅らせるために少量のギプスのisadded。 ポルトランドセメントには、今日の使用には五つの基本的なタイプがあります:

• タイプI-汎用

• タイプII-硫酸塩の抵抗、高い硫酸塩の土と接触して具体的

• タイプIII-タイプIより速く強さを得る高く早い強さ、形態がすぐに取除かれることを可能にする

• タイプIV-大規模な建設で使用するための水和の低熱、

• タイプV-厳しい硫酸塩の抵抗

タイプIは最も少なく高く、コンクリート構造物の大半のために使用される。 TypeIIIはまた頻繁に形態がすぐに再使用されることを可能にするので減らされるallowingconstructionの時間用いられる。 タイプIIIは強度を得るが、タイプIよりも速いが、初期セットを早く取らないことに注意することが重要である）。

3.4骨材

細骨材（砂）は、3/8インチのふるいを通過できる粒子で構成されています。 凝集体は、スレートや頁岩に発生するような自然な開裂面なしで、きれいで硬く、よく等級付けされている必要があります。骨材の品質は、コンクリートの体積の約60-75％を占めるため、非常に重要です。 良く、粗い総計のThegradingはフルrangeofのサイズを持っていることが必要とされるセメントののりの量を減らすので非常に重要である。 よく等級別にされた総計はmaketheの組合せをより実行可能またがちである。

通常のコンクリートは砂や石を使用して作られていますが、軽量コンクリートは、膨張スラグや粘土などの工業副産物を軽量骨材として使用することができます。 Thisconcreteは90から125pcfだけ重量を量り、高い強さはより弱い総計のachievebecauseにより困難です。 しかし、かなりの節約は、建物の自重の用語で実現することができ、これは特定のタイプの土壌で構築するときに非常に重要であり得る。 絶縁のコンクリートはパーライトおよびバーミキュライトを使用してなされます、約15to40pcfだけ重量を量り、構造価値がありません。

3.5混和剤

混和剤は、特別な目的を達成するため、または特定の建設条件を満たすために混合物に添加される化学物質です。 基本的には4つのタイプがあります: 空気同伴剤、作業性剤、遅延剤、および加速剤。

コンクリートが凍結融解サイクルに曝される気候では、空気は直径約0.004インチの小さな気泡の数十億の形でコンクリートと意図的に混合される。 気泡は相互接続された経路を提供するので、表面の近くの水は凍結温度のために膨張するにつれて逃げることができる。 空気連行なしで、コンクリートのthesurfaceは繰り返された凍結のandthawingに服従させたときほとんどの場合裂けます。 （空気連行はまた含水量の増加なしでincreasingworkabilityの非常に有利な副作用をもたらします。）引きずられた空気は大いにより大きい空間を作成し、コンクリートの不適当なplacementandの強化によって引き起こされるconfusedwithのわなにされた空気であるべきでは 閉じ込められた空気は、閉じ込められた空気とは異なり、決して有益ではありません。

還元剤や可塑剤を含む加工剤は、セメント粒子がフロック中で結合して完全に脱水する傾向を緩和する役割を果たす。 フライアッシュ、いくつかのセメント質を有する石炭の燃焼の副産物同様の目的を達成するためにしばしば使用される。 Superplasticizersのarerelatively混合物に加えられたときslumpgreatlyを高めるのに役立つ新しい混和混合物は混合物を短い時間のために非常にsoupy作り、容易に置かれるべき低water contentorの別の方法で非常に堅い)コンクリートを可能にします。 Superplasticizersは非常に高力コンクリートの最近の開発のresponsiblefor、15,000のpsibecauseを超過するいくつか作業性の余分な水のための必要性を非常に減らすです。

リターダは、大きな塊を配置しなければならず、コンクリートがあるバッチと次のバッチとの間に”冷たい接合部”が形成されるのを防ぐために、コンクリートのセットを遅くするために使用されます。 Acceleratorsserveは強さの利益の率を高め、最初の設定の時間を減らすために役立ちます。 これは、コンクリートが単一の形態で急斜面に置かれなければならないとき、またはコンクリートが凍結から保護されなければならない時間を短縮することが望ましいときに有益である可能性がある。 最もよく知られている加速装置はheatofの水和を高めるために機能するそれによりコンクリートがより速くセットアップするように作用する塩化カルシ

その他の種類の化学添加剤は、幅広い目的のために利用可能です。 いくつかのoftheseはコンクリートの強さの利益、収縮およびothercharacteristicsに対する有害な副作用をもたらすことができ特定の混和の使用をdoubtconcerningがあればテストバッチは

3.6ACIコード

ミシガン州デトロイトに拠点を置くAmerican Concrete Institute(ACI)は、設計の専門家、研究者、生産者、建設業者の組織です。 その機能の一つは、コンクリート構造物の安全で効率的な設計と建設を促進する。 建築構造の最も重要なものintermsはReinforcedConcreteと解説のための建築基準法の要件と題されています。 それはアメリカのConcreteInstituteの委員会318によって作り出され、建築構造のための鉄筋コンクリートの使用に関する建築基準法の役人、建築家、エンジニア、および建築者のための基本的な指針を含んでいる。材料-施工事例，標準試験，解析-設計，構造システムに関する情報を紹介した。 この文書は標準的な参照として米国のmostbuildingコードの権限によって採用されました。 それはサイズ、製作および配置の補強に関するallrulesを提供し、デザイナーおよびdetailer両方のためのinvaluableresourceである。

定期的な更新が発生します(1956, 1963, 1971, 1977, 1983, そして、このテキストは、ACIコードまたは単にコードと呼んで、1989年版への一定の参照を作ります。文書や関係者はまた、その数値指定、ACI318-89によってそれを参照してください。

3.7参考文献

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