コンシステンシーとは？スランプ値と施工性・流動性の関係をレオロジーで徹底解説

コンクリートのスランプ値は、コンシステンシー（流動性）の代表指標でありワーカビリティー（施工性）の一側面を評価します。

しかし、コンシステンシー自体はレオロジー理論に基づく微視的な流動挙動（降伏応力・塑性粘度等）を含む物性であり、単一のスランプ値だけではワーカビリティ―（施工性）全体を説明できません。

このため、材料の流動抵抗と変形挙動を物理的に理解することがワーカビリティーの理解につながります。この記事では、スランプ値と施工性（ワーカビリティ）の関係性を、レオロジーによる物性理解にまで踏み込んで説明します。

結論

スランプ値はコンシステンシー（流動性）を簡便に確認する試験値ですが、コンシステンシーそのものはレオロジー（流体の流れ挙動）に基づく物性であり、単一のスランプ値だけでワーカビリティー全体は評価できません。

ワーカビリティーの本質は材料がどのように力を受けて流れ始め、持続的に流れるかを説明するレオロジーの考え方にあります。

レオロジーの視点での理解は、施工性の評価・設計・配合調整に役立ち、単純なスランプ値だけでは捉えきれない流動挙動の本質を知ることが出来ます。

用語	意味（施工性との関係）
コンシステンシー	流動に対する抵抗全体（降伏値 + 粘度）
レオロジー	コンクリート全体の流れの特性を理解する物理学分野
ビンガム流体	降伏値と塑性粘度で流動性を説明する非ニュートン流体モデル
降伏値（τ0）	流動するための最小応力（施工性評価に重要）
塑性粘度（μp）	流動後の抵抗性（施工抵抗性評価）

コンシステンシーとは何か？

コンシステンシーは、フレッシュコンクリートが外力に対してどの程度変形・流動しやすいかを示す性質です。

これは単に「流れやすさ」ではなく、流れ始める力の大きさや、流れ始めた後の抵抗性まで含む性質として理解されます。

JCI（公益社団法人 日本コンクリート工学会）でも、コンシステンシーは「フレッシュコンクリートの変形・流動に対する抵抗性」として位置づけられ、施工性全体理解における基礎概念となっています

流動性の物理的意味を理解するためには、単なる重力沈下量（スランプ値）だけでなく、力学的な流れ挙動そのものを評価することが必要です。

―JCI（公益社団法人 日本コンクリート工学会）

コンクリートのレオロジーと流動モデル

コンクリートの流動挙動は、水のような “ニュートン流体” とは異なり、非ニュートン流体として扱われます。特にビンガム（Bingham）流体モデル が、フレッシュコンクリートの挙動を説明する基本モデルとしてよく使われます。

レオロジー（流動学）の基礎

レオロジーは「材料がどのように変形・流動するか」を扱う科学であり、コンクリートの施工性把握において最も基本的な枠組みです。

実際のワーカビリティにおける多くの現象（ポンプ圧送性・締固め性・分離抵抗性など）は、レオロジーの視点から説明することができます。

ビンガム流体モデル

コンクリートは通常、ビンガム流体モデルと呼ばれる次のような関係式で表されます。

τ = τ₀ + μ_p × γ̇

• τ（せん断応力）：流動に必要な応力
• τ₀（降伏値）：流動を開始するために必要な最小応力
• μ_p（塑性粘度）：流動後の抵抗性
• γ̇（せん断速度）：流動速度

この式は、せん断応力が一定の値（降伏値）を超えないと流れず、それ以降はせん断速度に応じて応力が増えるという性質を示します。簡単に言うと

• 降伏値（τ₀）がある → ある程度の力が必要
• 塑性粘度（μ_p）が大きい → 押し出しずらい

このモデルは、降伏値と粘度の両方を同時に評価できるため、施工性評価の理論的基盤として有効で、スランプ流動やポンプ打設の挙動理解に有効です。

なぜレオロジーが施工性の本質に重要か

降伏値とは？

コンクリートはある程度の力が加わるまでほとんど動かない（固体的な性質）が、力が加わると流体的に動き始めます。これは施工性（ワーカビリティ）評価の目安となります。

• 低降伏値（τ0 が小さい） → 少ない力で流れ始め、打込みや圧送が楽になる
• 高降伏値（τ0 が大きい） → 初期流動が困難で、施工性が低くなる

塑性粘度とは？

次に塑性粘度（μp）です。これは流れが始まった後の抵抗性を示します。

• 粘度が高い → 流速の変化に対する抵抗が大きい →圧送が重い感触
• 粘度が低い → 流速が変化しやすい →滑らかな流動

施工性では、適度な降伏値＋低い粘度 の組合せが理想的なケースが多いと考えられています。

内部摩擦とは？施工性にどう影響するのか

ワーカビリティは、降伏値・塑性粘度だけではなく、内部摩擦角や凝集力など 多様な物性が複雑に関係して成り立っています。

内部摩擦とは、フレッシュコンクリートに含まれる骨材や微粒子同士が接触する際のせん断抵抗の大きさを表す指標であり、これは粒子の形状・サイズ分布・配合バランスによって変化します。

内部摩擦角が大きいほど、コンクリート粒子同士の摩擦抵抗が高く、流動開始や流動維持が困難になりやすい という評価が構造化されています。

内部摩擦角が大きい → 粒子同士の摩擦抵抗が高く、流動開始や滑らかな流動が阻害される
内部摩擦角が小さい → 粒子同士が滑りやすく、比較的滑らかな流動が生じる

つまり、内部摩擦はレオロジーの中で「粒子間抵抗として影響する物性」であり、以下のような施工現場の実務的な判断にも関わってきます。

• スランプ値だけでは評価しきれない施工性の差
• 砂利・骨材の粒度や形状との関係
• 圧送や振動締固め時の流動抵抗

レオロジー的には粒子間の「摩擦抵抗」として流動挙動モデルに影響します。内部摩擦とその他レオロジー定数（降伏応力／塑性粘度）は、施工性解析・数値モデル化における重要な構成因子として扱われています。

スランプ値と流動挙動の関係

スランプ値は重力下での沈下量であり、コンシステンシー評価の一部を表す指標です。しかし、降伏応力や塑性粘度など流動の物理的因子は試験では直接測れません。この点は、多くの研究でも指摘されています。

スランプ試験はせん断開始ポイントを捕らえる尺度ですが、流動後の内部抵抗（粘度）は評価しません。

つまり、同じスランプ値でも施工時の流動抵抗や圧送挙動が異なるのです。これは、施工性の全体像を理解する際の重要なポイントになります。

コンシステンシー評価とレオロジーの関係

日本コンクリート工学会は「コンシステンシー」をフレッシュコンクリートの変形・流動に対する抵抗性と定義しています。これはレオロジー的評価を土台とした性質です。

つまり、コンシステンシー＝ビンガムモデルでいう「降伏値 ＋ 粘度」の総合的な指標とも理解できます。この考え方は、単純なスランプ試験（重力による沈下量）以上の流動評価へつながります。

実務的な理解：なぜスランプ値だけでは不十分か

スランプ値は重力による変形量（コンシステンシーの大まかな目安）を知る簡便な試験値ですが、同じ試験結果のコンクリートであっても、以下のような不具合が生じることが有ります。

• 降伏値が高い場合 → 大きく変形しても施工性は悪いことがある
• 粘度が高い場合 → 試験値以上に作業抵抗が大きくなる
• 材料分離が起きやすい配合 → レオロジー的安定性が低い

スランプ値は、降伏応力・塑性粘度までは評価できません。そスランプ値だけでは材料がどの程度の力で流れ始め、どのような抵抗で流れるかという挙動の全体像を説明することはできません。

そのため実務では、V型・O型ロート試験、L型フロー試験などの複数指標によってレオロジー定数（降伏値・塑性粘度）を把握する必要があります。

施工性との関連

流動開始のしやすさ（降伏値）と流動後の抵抗（粘性）は、次のような施工性指標と密接に関係します。

• 圧送性：低い降伏値はポンプ圧送で抵抗が少ない
• 締固め性：粘性が少ないほど締固めが楽
• 分離抵抗性：理想的なコンシステンシーは材料の均一性を保つ
• 仕上げ性：流動抵抗が少ないほど仕上げ作業が容易

レオロジーとスランプ／スランプフローの関係

スランプ試験は重力中心の評価ですが、スランプフロー試験では流動サイズや流動の挙動も捕らえます。レオロジー理論では、スランプ値と流動挙動を両方評価することで、降伏値や塑性粘度との相関がある程度推定可能とされています。

詳しい「スランプ試験／スランプフロー試験」の手順・判定基準はこちらの記事をご覧ください。

レオロジー観点での施工性改善ポイント

以下はレオロジー的観点で施工性を改善する際のポイントです。

• 混和剤の活用 → 降伏値を下げ、初期流動をスムーズに
• 骨材形状・粒度分布の最適化 → 粘度を低下させ、流動性を改善
• 単位水量の調整（注意深く） → 過度な水分は分離・品質低下につながるためバランス重視

これらは実務設計・品質管理の根拠でもあり、レオロジー概念を施工判断に生かせるポイントです。

ビンガム流体モデルの限界と補完

ビンガムモデルは多くのコンクリート流動挙動を説明できますが、実際のコンクリートは粒子サイズや分布の不均質性が大きく、完全な連続体として扱いにくいという課題があります。

そのため、より詳細に流動を把握するための数値解析や複雑モデル（例：タターサルモデル等）による補完研究も存在します。

FAQ 候補（5 件）

6. まとめ

以下の理解は、配合設計・配合改善・現場施工計画の精度を高め、品質と効率の両立につながります。

• コンシステンシーの本質はレオロジー理論に基づく流動挙動そのもの
• 降伏応力と塑性粘度という2つの物性パラメータが、流動のしやすさ・流動の抵抗程度を説明
• スランプ値は流動性の目安に過ぎず、ワーカビリティーの本質はレオロジー的な挙動を理解すること