【強度発現と発熱】コンクリートが固まる仕組み

主任技士

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【音読】1.硬化と発熱-コンクリート(主任)技士

セメントが固まるのはなぜ?

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必要です。

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。

この過程は、水和反応を起因とします。セメントと水の反応のことを水和反応と言います。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

プラントで練られたコンクリートは、セメントの水和反応によって硬化します。プラントでコンクリートを作ったその時から硬化の反応は始まります。硬化の過程(=水和熱の発生)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1ピークの水和熱が発生します。

第Ⅱ期

第1期の反応はしばらくして停滞します。生コン車による運搬→打込みはこの時期に行われることになります。
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

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。第2ピークの水和熱が発生します。

第Ⅳ期

モノサルフェートの生成が始まりエトリンガイトが減少していきます。
※モノサルフェート:硫酸イオン1つ(SO42-)を含む無機化合物の総称=硫酸塩

第Ⅴ期

ケイ酸二カルシウム(C2S)が反応し、28日以降の長期強度の発現に寄与します。

強度発現と材齢の関係


上記の3物質(C3AC3SC2S)に鉄アルミン酸四カルシウム(C4AF)を加えた4物質は”セメントクリンカー”とも呼ばれます。

セメントクリンカー

コンクリートを硬化させるために重要な物質です。以下の4物質の総称をセメントクリンカーと呼びます。

  • エーライト (C3S)
  • ビーライト (C2S)
  • アルミネート (C3A)
  • フェライト (C4AF)

コンクリートについて調べると、物質の呼び方がいろいろあるため、非常にとっつきにくいですが、ひとつひとつ調べながら学習すると理解が深まり、楽しいですね!

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