コンクリートに骨材

ポルトランドセメント協会

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骨材は一般に、コンクリート混合物内の不活性充填剤と考えられています。しかし、よく見ると、フレッシュコンクリートと硬化コンクリートの両方の特性において骨材が果たす主要な役割と影響が明らかになります。グラデーション、最大サイズ、単位重量、および含水率の変化はすべて、コンクリート混合物の特性と性能を変える可能性があります。

経済性は、慎重な骨材選択のもう1つの理由です。多くの場合、最大許容骨材サイズを選択することでコストを節約できます。より大きな粗骨材を使用すると、通常、最も高価な成分であるセメント要件が削減されるため、コンクリート混合物のコストが削減されます。水セメント（w / c）比が一定に保たれている場合、セメントが少ない（耐久性の妥当な制限内）ということは、水が少ないことを意味します。より低い含水量は、抑制された体積変化に関連する収縮および亀裂の可能性を低減します。

コンクリート骨材を選択してプロポーショニングする際に考慮すべき最も重要な要素の概要は次のとおりです。

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典型的な総計の割合

写真1-この従来のコンクリート混合物の粒度分布に注意してください。

骨材は一般的なコンクリート混合物の60％から80％を占めるため、耐久性があるように適切に選択し、最適な効率を得るためにブレンドし、一貫したコンクリート強度、作業性、仕上げ性、耐久性を生み出すために適切に制御する必要があります（写真1） 。従来のコンクリート混合物の成分は通常、次の比例範囲内にあります。

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品質カウント

コンクリート生産者が、以下に準拠した定期的な骨材テスト結果で検証された高品質の骨材を購入していることを確認してください。 ASTM C 33、「コンクリート骨材の標準仕様」。 ローカル骨材の良好なパフォーマンスの履歴は、材料が使用中にどれだけうまく機能しているかを示すものでもあります。

高品質の骨材は、清潔で、硬く、丈夫で、耐久性のある粒子を持ち、セメントの水和に影響を与えたり、ペーストと骨材の結合を減らしたりする可能性のある有害な化学物質、粘土のコーティング、またはその他の汚染物質を吸収してはなりません。避けるべき骨材は次のとおりです。

• 砕けやすい、または割れやすいもの。
• 柔らかくて多孔質の材料が大量にあるもの。
• 特定の種類の「チャート」は、耐候性が非常に低く、ポップアウトと呼ばれる表面の欠陥につながる可能性があるためです（写真2および3）。

チャート粒子上にポップアウトが発生したコンクリートフラットワークの表面。構造上の問題ではありませんが、ポップアウトは表面のしつこい欠陥であり、審美的な不満の原因となる可能性があり、過度の場合、補強スラブのカバー品質を損なう可能性があります。 （ポルトランドセメント協会の写真提供）

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縦方向にスライスされたコアの断面は、ポップアウトのメカニズムを示しています。一部のチャート粒子は、高品質の骨材よりも吸収性が高くなります。飽和面の近くに配置すると、水を吸収し、凍結すると、骨材の一部とともに、そのすぐ上のコンクリートが膨張して破砕する可能性があります。 （PCAの写真提供）

天然に存在する材料として、骨材は、納品された製品に風化または不安定な粒子を含むことがあります。細骨材と粗骨材の両方の有害物質の許容パーセンテージは、それぞれASTM C33の表1と3に記載されています。プロジェクトによっては、さらに厳しい制限が必要になる場合があります。修正が困難なコンクリートの配置後の問題を回避するために、材料の提出時にこれらの制限を超えていないことを確認してください。

グラデーション

骨材の入手可能性とプロジェクト要件に基づいて最適化されたグラデーションは、優れた作業性と仕上げ性を備えた経済的なコンクリートになります。粗骨材と細骨材の比率は、各骨材の固有の特性、配置方法、および必要な仕上げに基づいて変化します。

細骨材と粗骨材の境界線は3/8インチのふるいです。細かさ係数（FM）は、骨材の細かさの指標です。 FMは、指定された一連のふるいのそれぞれに保持されている質量による累積パーセンテージを加算し、その合計を100で割ることによって計算されます（表1を参照）。細骨材のFMは2.3から3.1の範囲内にある必要があります。 FMは0.2を超えて変更しないでください。そうしないと、ミックス調整が必要になる場合があります。過度に細かい材料は、より高い水需要を持ち、通常、粘着性のある混合物になります。材料が粗すぎると、配置、固化、仕上げがより困難な過酷な混合物が生成されます。

表1-細かさ係数（FM）は、パーセントを合計して計算されます
No.100とNo.4のふるいを100で割った値の間に保持されます。

細骨材は、ASTM C 33、セクション6に規定されているグラデーション制限内に収まる必要があります。現地で入手可能な細骨材に欠陥がある場合、コンクリートは、空気連行、追加のセメント、または補足セメント材料（SCM）を追加することで恩恵を受ける可能性があります。これらの欠点に対処します。

広い粗骨材のグラデーション範囲は、ASTM C 33の表2にリストされています。これらの広いグラデーションバンドは、全国で使用されています。プロジェクトのグラデーションを選択したら、グラデーションを狭い範囲内に維持すると、バッチ間の一貫性が向上します。これは通常、骨材を適切に備蓄し、備蓄を再加工して過度の分離に対抗することによって達成されます（写真4）。

混合で使用できる粗骨材の最大サイズは、これらの「超えない」ガイドラインに基づいて、部材のサイズ、形状、および補強によって異なります（写真5および6を参照）。

• 鉄筋間または鉄筋とフォーム間の明確な間隔の3/4（カバー距離）

• スラブの深さの1/3

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• メンバーの最も狭い寸法の1/5

多くの場合、骨材は、提案されたコンクリート混合物で予想されるように比例した細かい材料と粗い材料の組み合わせグレーディングを使用して分析されます（写真7）。これにより、コンクリートでブレンドがどのように機能するかを見積もることができます。すべての地域には骨材に独自の欠陥がありますが、骨材のグラデーションを組み合わせてプロットすると（保持率とふるいサイズ）、これらの欠陥をより簡単に特定して修正できます。次に、代替の骨材ソースまたは追加の骨材ブレンドを検討して、最高の作業性、ポンプ能力、収縮の低減、および経済性を提供する、とらえどころのない「理想的な」グラデーションに近づけることができます（図1）。

混合物から砂を取り除くと、従来のコンクリートが「透過性」コンクリートとしても知られる「細粒なし」混合物に変わることに注意してください（を参照）。 ポーラスコンクリート舗装 ）。ポーラスコンクリートは、LEEDポイントの対象となります。これは、 米国グリーンビルディング評議会（USGBC） 、それは流出が直接路床に浸透することを可能にするので、地下水テーブルを再充電します。

写真4-粒子サイズの過度の分離に対処するために、バッチ処理の前に、通常、パイルに直接作業するのではなく、周囲のパイルを再加工してサイズを再ブレンドします。 （PCAの写真提供）

写真5-鉄筋とカバー寸法の間の明確な距離を通過するために推奨される最大骨材サイズ。 （PCAの写真提供）

写真6-配置方法とスラブの厚さに基づく最大骨材サイズ。 （PCAの写真提供）

写真7-細骨材から粗骨材までのサイズ分布は、コンクリートの作業性と性能に重要な役割を果たします。 （PCAの写真提供）

図1-従来のコンクリートの最適な複合骨材グレーディング。 （PCA提供）

露出骨材コンクリートに関する特別な考慮事項

装飾を配置する請負業者 露出した骨材コンクリート 外観が最大の関心事である場合、最も見栄えの良い最終製品を生み出すために、骨材の形状、質感、色、および全体的な外観に特別な注意を払う必要があります（写真8）。建築用コンクリートを配置するときは、トライアルミックスをテストし、モックアップを配置して、すべての関係者が選択した材料に満足していることを確認する必要があります。

高品質のコンクリートを作るには、砂利と砕石の両方が一般的に受け入れられます（写真9）が、露出した骨材には通常砂利が好まれます。適切なサイズのコンクリート骨材に粉砕された再生コンクリートの使用も、成功した性能を示しています。再生コンクリートは、従来の骨材よりも吸収率が高く、比重が低くなります。再生コンクリート骨材の一部を含む高品質で耐久性のあるコンクリートを製造するには、多くの場合、試用コンクリートの混合と、必要に応じて混合調整を行った古い再生コンクリートの特性の綿密な監視が必要です。

露出-骨材コンクリート舗装。

砂利と砕石の両方が高品質のコンクリートを生成します。砂利は砕石に比べて水の需要が少なくなります。砂利は、歩道や装飾用途の露出骨材コンクリートに適しています。砕石は通常、より高いペースト-骨材結合を示します。ペーストと骨材の結合が高いほど曲げ強度が高くなるため、舗装混合物には砕石が好まれます（写真提供：PCA）

水分管理

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図2-骨材の含水率は、コンクリートの作業性に影響を与えます。骨材が乾燥しすぎると、混合物から水を吸収（盗み）します。骨材が湿りすぎている場合は、意図した混合水の量から余分な水分を差し引く必要があります。 （PCAの写真提供）

骨材の吸収と表面水分は単純ですが、指定された強度または目標の強度を一貫して達成するコンクリートを製造する上で非常に重要な側面です。水とセメントの比率と強度の基本的な関係は、水分の寄与または骨材による吸収を補正することから始まります。

骨材は、小さくて硬いスポンジのようなものです。混合物の設計計算は、骨材が飽和表面乾燥（SSD）状態にあると想定して実行されます。つまり、骨材の吸収が満たされ、混合物から水が取り出されたり、混合物に水が追加されたりすることはありません。それらの吸収が満たされない場合、これらの「スポンジ」は指定された量の混合水から水を盗み、コンクリートのスランプを減らします。 「スポンジ」が過度に湿っている場合（吸収を満たすためにその量を超えている場合）、バッチ混合水の量から余分な水を差し引く必要があります。そうしないと、目標のw / c比を超え、強度が低下します（図2）。

重要な集計の推奨事項と禁止事項

行う に準拠している骨材を使用する ASTM C 33、「コンクリート骨材の標準仕様」。 骨材は、健全で、清潔で、硬く、耐久性があり、セメントの水和に影響を与えたり、ペーストと骨材の結合を破壊したりする可能性のある過度の微粉や汚染物質がないものでなければなりません。

しないでください 細骨材および粗骨材の有害物質含有量の制限を超えています。これらの制限は、ASTM C33の表1および3にそれぞれ示されています。一部の仕様では、より厳しい制限が必要になる場合があります。

行う 粗骨材と細骨材の水分含有量を定期的に監視して、バッチ間の一貫性と均一性を促進します。骨材ビン内の水分プローブは、メーカーの推奨に従って校正する必要があります。水分プローブも、標準のバーンオフ水分測定で定期的にチェックする必要があります（ ASTM C 566 ）。

行う 備蓄が適切に管理されていることを確認してください。それらは、分離を減らすために水平または緩やかに傾斜した層に組み込まれ、杭が適切に機能するように適切な間隔で配置する必要があります。ヤードスペースが限られており、備蓄を分離するのが難しい地域では、異なるサイズの材料の混ざり合いや相互汚染を避けるためにバリアを使用する必要があります。

骨材とコンクリート混合物の設計に関する追加情報については、以下をお読みください。

コンクリート混合物の設計と管理 、ポルトランドセメント協会（第5章「コンクリート用骨材」を参照）。

American Concrete Institute（ACI）委員会レポート221R-96、 コンクリートでの通常重量および重量の骨材の使用に関するガイド 、セクション4.5。

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