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コンクリート配合診断

コンクリートの品質に対する社会の要請が高まる中で、生コンクリート工場が良好な製品の出荷を行なうためにはユーザ・ニーズにあわせて使用材料の変化に追随できる配合の適正維持が必要です。

ここではコンクリート製造現場の品質管理ノウハウから考案された(特許出願中)配合診断とそれに基づく効率のよい配合作成方法について説明をいたします。

コンクリート配合適正化の問題

  • コンクリートの品質に関して「耐久性」の問題がこのところ社会の注目を集めています。
    新幹線等のトンネル壁の剥落事故や橋脚のひび割れに端を発して、コンクリートの経年劣化に対する耐久性を高めるためにコンクリート製造時の水分管理の必要性が指摘されており、必要以上に水を入れすぎないことが求められています。

  • 一方で、コンクリートの施工性を高めるためには工事における打設個所に適した柔らかさが必要です。
    スランプ値で指定された所定の柔らかさを持たせるためにはコンクリートに使用する水の量を加減する必要があります。

  • つまりコンクリートの耐久性と施工性を両立させるためには、絶妙のバランスで使用材料の割合、すなわち配合を作成しなくてはなりません。
    ところが、いままでの配合作成方法では、一度作成した配合のコンクリートを実際に練ってみてスランプを確認する以外に配合の適正さを知る方法がありませんでした。

  • JIS(日本工業規格)で決められた配合はセメントの種類と使用する骨材の寸法ごとに約50種類、ひとつの工場が出荷できる配合の数は合計で200〜500にもなります。
    すべての配合を試験練りして適正かどうかを確認することは大変な労力が必要であり、社会の要請、使用材料の変化に対応することが困難になっています。

  • コンクリートの性能は@使用セメント種類、A使用骨材最大寸法、B硬化後の強度、C施工時のスランプ、で規定されますが、@Aは指定材料を使えばよく、強度は経験的に保証されているのに対して、スランプの確保がカギとなります。

配合診断の方法

  • コンクリート配合の適否を判断するために、従来行なわれていた試験練りによる測定を待たずに配合作成時にスランプを知ることができないでしょうか。

  • 配合に使用されている材料の割合からコンクリートのスランプを推定することができるのではないかと考案したスランプ推定の方法は次のようなものです。

  • これまでの経験と繰り返し実施した実験結果から「コンクリート=モルタル+粗骨材」と見なすと「コンクリートのスランプは、モルタル中の水量によってきまる」という新たな知見を得ました。

  • そこでコンクリート配合に使用されている材料から水とモルタル(水+砂+セメント)の容積比を計算した「水モルタル比」を説明変数とする直線回帰式を用いて、実用的な精度でスランプを推定できることを確認しました。

  • 開発したモデルを使ってスランプを推定することで、配合が適正か否かを診断することが可能となりました。

配合修正と配合作成

  • 配合診断によってコンクリートの配合が適正でないと判定された場合、配合修正を行なうことになります。

  • スランプを適正にするための配合修正は通常、コンクリートの単位水量または粗骨材かさ容積の補正によって行なわれますが、目標スランプごとの特定の配合を局所的に修正するのではなく、配合全体を体系的に捉えて効率よく修正を行なうことが大切です。

  • 「スランプと単位水量の関係」、「スランプと粗骨材の関係」をそれぞれ直線回帰式で表し、これを利用することで異なるスランプの間で単位水量や粗骨材かさ容積の増減量を均一に適用できるようにしました。これによって配合修正を体系的に行なうことができます。

  • 次に、修正された配合を試験練りで確認して計算によるスランプ値との差を補正する必要があります。
    試験練りの結果により配合を補正するための計算が配合作成です。配合作成の補正計算も配合修正で使用したものと同じ直線回帰式によって行なわれます。

  • この方法を用いた配合作成では試験練りの回数を大幅に削減できます。

「配合診断」「配合作成」の効果

ご紹介した手法を適用することで以下の効果が確認されています。

 @配合の適否診断が容易に行なえる
  • スランプ推定モデルを使用することで配合の適正さが容易に診断できるので、配合の実用性を確認し、適切な措置をとることにより出荷コンクリートの性能不良等のリスクを回避することができ、客先への品質保証が向上します。
 A配合作成の労力を大幅に軽減できる
  • 本手法で使用されている線形式で表された配合作成モデルは、配合全体の数点について妥当性が確認できれば残りの配合すべての妥当性が理論的に説明できるので、これまでの配合作成方法に比べて試験練りの回数を大幅に減らすことができます。
 Bきめの細かい配合の修正ができる
  • 配合の精度に影響を与える使用材料特性の変動や温度条件の変化に対して、本手法の配合モデルでは温度補正も日常の運用に取り入れることができます。
  • きめの細かい出荷品質の管理が可能となり、材料の使用量を適正化することで製造原価の低減につながります。

ご提供形態について

  • 弊社ではご紹介した手法をお客様にご利用いただくための第1歩として生コンクリート工場で出荷しているコンクリート配合の適正さを自社内で検証、診断できる「配合診断」ソフトを開発しました。

  • 「配合診断」ソフトは弊社のコンクリート品質管理システム「QCマスタU」の配合管理メニューに加えられ、ユーザに提供されています。

  • コンクリートの配合診断につづく「配合修正」ならびに「配合作成」の支援機能は、弊社を窓口として、手法の開発元であるコンポートふるたに(代表 古谷明義氏)によるコンサルタントによりご利用いただいております。

  • 今後、「配合診断」、「配合修正」、「配合作成」の一連の機能をパッケージソフトとしてご提供する予定があります。

  • ご紹介した配合診断とそれを含む配合作成の新しい技術は弊社の生コンクリート関連商品の共通基盤として、これからのコンクリートの品質安定のためにお役立ていただけるよう、積極的に取り組んでまいります。関係各位のご指導を賜りたくお願い申し上げます。

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