コンクリートのひび割れを抑制する施工方法

コンクリートはとても圧縮する力に強い素材ですが、反面引っ張られる力に非常に弱く、乾燥による収縮やコンクリート内外の温度差による応力などでひび割れが発生しやすいという特徴を持っています。

この記事ではひび割れを発生させる要因を分類し、要因ごとにひび割れを抑制できる施工法をご紹介していきます。

1. コンクリートにひび割れが起こる要因とは?

コンクリートは圧縮力には強いが引張りにはとても弱い材料のため、様々な要因によってひび割れを生じやすいという特徴があります。

ひび割れを生じる要因には様々なものがありますが、大きく分類すると

  • 材料的な要因
  • 設計的な要因
  • 施工的な要因

に分けることができます。

1-1. 材料的要因

・単位水量過大・・・余剰水分の蒸発によるひび割れ

・水和熱過大・・・熱膨張したコンクリートが冷えるときに、何かに収縮が拘束されることで生じるひび割れ

・骨材の吸水量・微粒分の過大・・・水和に使用されない水分が骨材中に吸収されたり、骨材の微粒分に吸着されることに伴う収縮によるひび割れ

・粘性過大・ブリーディング過多・・・コンクリートの沈降や初期乾燥の影響によるひび割れブリーディングによる沈みひび割れ

1-2. 設計的要因

  • コンクリートに生じた構造的な曲げ応力・引張応力・せん断応力によるひび割れ
  • 複雑な形状の構造物で断面が急に変わる箇所に応力が集中する事により起こるひび割れ

1-3. 施工的要因

  • 沈みひび割れ
  • コールドジョイント
  • 打込み後の急激な乾燥によるひび割れ
  • 初期凍害によるひび割れ
  • 型枠のはらみや支保工の沈下によるひび割れ
  • 強度発現が十分でない時期の振動や載荷によるひび割れ

2. 設計上の低減方法とは

2-1. 誘発目地の採用

・構造計算とは直接関係のない理由で入れる目地

下端が拘束され外部拘束が卓越するような壁部材等においては、あらかじめひび割れ誘発目地を設置することで、ひび割れを特定した場所に直線に誘発し補修を行いやすいように対処しておくことは、耐久性や見た目の観点からも有効な対策の一つである。

3. コンクリート材料による低減あれこれ

3-1. 単位水量

単位水量を減らす事で乾燥収縮量は小さくなります。

また水セメント比が一定の条件であれば単位水量を減らす事で単位セメント量を減らす事ができます。

単位セメント量が減ることで温度上昇量が低減されるので温度変化量が低減されます。

3-2. 骨材選定

収縮を抑制するためには、骨材自体の吸水率が小さいものを使用することが重量である。

特に石灰石骨材の吸水率や収縮量は非常に小さく、乾燥収縮ひび割れの抑制効果も高い。

3-3. 混和剤の使用

温度ひび割れを抑制するためには、単位水量低減効果のある混和剤を使用すると効果がある。

高性能減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤は単位水量の低減に加え、単位セメント量の低減効果も有しているため、これらの混和剤の使用は、温度ひび割れ抑制に有効である。

3-4. セメントの選定

温度変化量を低減する効果的な方法で発熱量の小さいセメントの使用。中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントなどがあります。

4. コンクリートの施工方法による低減方法

4-1.  コールドジョイントの防止対策

2層以上に分けて打込む場合、許容打重ね時間間隔は、外気温が25℃を超える場合で2.0時間

25℃以下の場合で2.5時間を標準とする。

バイブレーターを下層に10cm程度挿入し、上下層が一体となるように締め固める。

4-2.  支保工の沈下や型枠のはらみに伴うコンクリートの沈下ひび割れへの対策

型枠・支保工の強度、剛性は構造計算によって確認する。

打込み前、計画通りの構造であるか必ずチェックする。

4-3.  コールドジョイントやコンクリートの充填不良への対策

重ね継手、鉄筋交差部、部材端部など同一箇所において、3本以上の鉄筋が重なる場合は詳細寸法図を作成し鉄筋過密部を考慮して、必要に応じ鉄筋ピッチ、部材断面の変更を行い集中箇所の分散を行い過密配筋防止策を取るのと良い。

4-4.  急激な乾燥によるひび割れや初期凍害の防止への対策

打込み直後から、コンクリート表面に日光や風が直接当たらないようにシート等で覆う。

初期凍害を防止できる強度が得られるまでコンクリート温度を5℃以上に保ち、その後急冷しないように2日間は0℃以上に保つようにする。

4-5. タンピング(沈みひび割れ対策)等

内部鋼材(鉄筋)等が沈下を拘束する箇所は沈下終了後に再度締め固めを行う。

断面寸法に急変部がある場合は、断面の変わる場所でいったん打ち止め、沈下を落ち着かせる。とくに高さのある壁や柱では、急速な打込みをしない。

5. まとめ

ひび割れは材料・設計・施工の様々な要因によって生じています。

施工後間もない時期や初期材齢で発生したひび割れは、進行性でないものがほとんどであるため、鋼材腐食などひび割れを原因とした劣化に繋がるケースは少ないと考えられます。

調査結果や、ひび割れの形態、ひび割れが発生した時期などを総合的に判断すると良いでしょう。

ひび割れの場合、原因が一つであることは稀であり、色々な要因が複合して発生することが普通である、よって考えられる要因は全て原因である可能性があるものと仮定し、原因を無理に絞り込もうとせず、これらを複合した可能性があると考えて、専門家に相談しながら補修計画を行うこと良いでしょう。