【強度発現と発熱】コンクリートが固まる仕組み

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コンクリートはなぜ固まる？

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コンクリートはなぜ固まる？

コンクリートは、セメントの水和反応が起こることで硬化していきます。現場で良いコンクリートを打つためには、硬化の過程を知ることが重要です。

このページでは、コンクリートの”硬化”の過程とその際の”発熱”の関係についてまとめます。

コンクリートの硬化は、セメントと水が反応し”水和反応”を起こすことで生じます。水和反応による反応熱を一般的に”水和熱”と呼びます。

硬化の過程について

コンクリート工場で練られたコンクリートは、練られた直後から（正確にはセメントと水が触れた時から）水和反応が起こります。その後コンクリートは、アジテーター車（生コン車）に積み込まれ、建設現場へと運搬されます。建設現場では、生コンの打設が行われ、強度が発現する４週間程度、養生されます。

ここで、コンクリートを練りはじめてから24時間後までの水和熱の発生速度（≒硬化の過程）は、以下の図のように表せられます。

第Ⅰ期：注水直後の急激な反応
第Ⅱ期：潜伏期
第Ⅲ期：加速期
第Ⅳ期：減速期
第Ⅴ期：反応がゆっくり進行

硬化と発熱に関して

第Ⅰ期

注水直後は、セメントに含まれるアルミン酸三カルシウム（C₃A）とせっこう（CaSO₄・2H₂O）の反応により、エトリンガイト（3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂O）が生成します。
アルミン酸三カルシウムの水和熱は大きく、1日以内の早期強度に寄与します。第Ⅰ期の注水直後では、第１ピークの水和熱が発生します。

第Ⅱ期

第１期のピーク後、水和反応はしばらく停滞します。これを第Ⅱ期と呼びます。生コン車による運搬→打込みはこの第Ⅱ期に行われることになります。
第Ⅱ期では、アルミン酸三カルシウムの水和反応が落ち着き、次第にケイ酸三カルシウムの水和反応が進んでいきます。

第Ⅲ期

第Ⅲ期では、ケイ酸三カルシウム（C₃S）が活発に反応し、水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）が生成され、ケイ酸カルシウム水和物（C-S-H）が生成されます。
　ケイ酸三カルシウムの水和熱は中程度で、28日以内の早期強度の発現性に寄与します。打込み後の初期養生のタイミングで、第２ピークの水和熱が発生します。