コンクリートの配合設計とは？1分でわかる水セメント比・単位水量・細骨材率の決め方

この記事の要点

コンクリートの配合設計とは、必要な強度・耐久性・施工性（ワーカビリティー）を満たすコンクリートを得るために、水・セメント・細骨材・粗骨材の配合割合を決める作業です。

水セメント比（W/C）は小さいほど強度・耐久性が高くなります。単位水量は乾燥収縮やブリーディングを抑えるためできるだけ少なく設定します。試験対策では185kg/m³という数値もあわせて押さえておきましょう。細骨材率はワーカビリティーと強度を両立するよう決定します。

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コンクリートの配合設計（はいごうせっけい）とは、必要な強度・耐久性・施工性を満たすコンクリートを得るために、水・セメント・細骨材・粗骨材・混和材料の配合割合を決める作業です。

配合設計では、水セメント比（W/C）・単位水量（W）・細骨材率（s/a）が主要な設計変数となります。今回はこれらの意味と決め方、配合設計の全体的な手順について説明します。

コンクリートの基本用語は、下記が参考になります。

ワーカビリティーとは？1分でわかる意味、スランプとの関係

細骨材率とは？1分でわかる意味、読み方、計算式

配合設計の基本用語

配合設計を理解するために、主要な用語を整理します。

用語	記号	意味
水セメント比	W/C	水の質量÷セメントの質量（百分率）。小さいほど高強度・高耐久
単位水量	W	コンクリート1 m³中の水の質量（kg/m³）
単位セメント量	C	コンクリート1 m³中のセメントの質量（kg/m³）
細骨材率	s/a	全骨材容積中の細骨材容積の割合（百分率）
スランプ	—	フレッシュコンクリートの流動性を表す指標（cm単位）
配合強度	F	設計基準強度に割増係数を掛けた目標圧縮強度（N/mm²）

水セメント比（W/C）は配合設計の最重要変数です。W/Cを小さくすると強度・水密性・耐久性が向上しますが、ワーカビリティーが低下します。W/Cを大きくするとワーカビリティーは向上しますが、強度・耐久性が低下します。

配合設計の手順

コンクリートの配合設計は、おおむね以下の手順で行います。

Step 1: 配合強度の決定
設計基準強度（Fc）に、品質のばらつきを見越した割増係数を掛けて配合強度（F）を設定します。一般に F ＞ Fc となるよう割り増します。

Step 2: 水セメント比（W/C）の決定
配合強度と水セメント比の関係式（フォーミュラ）から、必要なW/Cを求めます。同時に耐久性の観点から、コンクリートの種類に応じた水セメント比の上限を超えないよう確認します。

Step 3: 粗骨材の最大寸法・スランプの設定
構造部材の断面寸法・鉄筋間隔・施工方法を考慮して、粗骨材の最大寸法とスランプ（目標値）を決めます。

Step 4: 単位水量（W）の決定
スランプと粗骨材の最大寸法をもとに、実験式や標準値から単位水量を決めます。単位水量は、乾燥収縮やブリーディングを抑えるためできるだけ少なく設定します。

Step 5: 単位セメント量（C）の計算
Step 2で決めたW/CとStep 4で決めたWから、C = W ÷ (W/C) を計算します。

Step 6: 細骨材率・骨材量の決定と試し練り
細骨材率（s/a）を設定し、絶対容積法などでセメント・水・細骨材・粗骨材の各配合量を算出します。試し練りを行い、スランプ・空気量・圧縮強度を確認して最終配合を決定します。

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水セメント比（W/C）の決め方

水セメント比は、強度と耐久性の両面から上限が定まります。

強度による決定：配合強度と水セメント比の関係は次の式（Abrams則の変形）で表されます。

Fc = k₁ / (k₂)^W/C　（k₁・k₂は実験定数）

つまり、必要な配合強度が大きいほどW/Cを小さくする必要があります。

耐久性による制限：耐久性の観点から、コンクリートの種類に応じて水セメント比の上限が設定されています（仕様・条件によって異なります）。

コンクリートの種類	水セメント比の上限
普通コンクリート	65%以下
軽量コンクリート	65%以下
高強度コンクリート	設計基準強度に応じて設定（概ね40%以下）

W/Cの決定は、強度から算出した値と耐久性の上限値を比較して、小さい方を採用します。

単位水量の決め方

単位水量（W）は、スランプと粗骨材の最大寸法によって変わります。スランプが大きいほど・粗骨材の最大寸法が小さいほど、単位水量は多くなります。少し複雑に見えますが、「水が多いほど柔らかくなるが収縮しやすい」というイメージで整理すると覚えやすいです。

単位水量が多いと乾燥収縮・ブリーディングが増えます。単位水量はできるだけ少なくなるよう設定し、AE剤や高性能AE減水剤を活用します。試験対策では185kg/m³という数値もあわせて押さえておきましょう。実務ではコンクリートの種類・使用材料・施工条件によって扱いが変わります。

なお、単位水量とW/Cが決まれば、単位セメント量Cは自動的に決まります。

C = W ÷ (W/C)

例えば W = 175 kg/m³、W/C = 55% のとき、C = 175 ÷ 0.55 ≒ 318 kg/m³ となります。

細骨材率の決め方

細骨材率（s/a）は、全骨材（細骨材＋粗骨材）の絶対容積に対する細骨材の絶対容積の割合です。

細骨材率が大きすぎるとセメントペーストの必要量が増えてコスト・収縮が増加します。小さすぎるとワーカビリティーが低下して施工性が悪くなります。一般的な普通コンクリートでは40〜50%程度が目安です。

細骨材率は、水セメント比・単位水量・粗骨材の最大寸法・AE剤の使用量などを考慮して、試し練りで最適値を見つけます。

細骨材率の詳細は、下記が参考になります。

細骨材率とは？1分でわかる意味、読み方、計算式

配合強度の設定

配合設計で最初に決める配合強度（F）は、設計基準強度（Fc）より大きく設定します。

理由は、実際のコンクリートには品質のばらつきがあるため、すべてのコンクリートが設計基準強度を上回るよう、あらかじめ余裕を持たせる必要があるからです。

配合強度の設定式の例（品質管理の目安として参考にしてください）：

F = Fc + 1.73σ（σ：標準偏差、通常3〜5 N/mm²程度）

例えば Fc = 24 N/mm²、σ = 3 N/mm² のとき、F = 24 + 1.73 × 3 ≒ 29 N/mm² となります。

混同しやすい用語

設計基準強度（Fc）と配合強度（F）
設計基準強度（Fc）は、構造設計において必要とされる圧縮強度の基準値です。構造計算の根拠となる数値で、通常21〜36 N/mm²程度が使われます。
配合強度（F）は、品質のばらつきを見越してFcに割増した配合設計上の目標強度です。必ずF＞Fcとなります。試し練りで確認し、圧縮試験で検証します。
「設計基準強度＝要求値、配合強度＝目標値（割増後）」と整理しましょう。

水セメント比（W/C）と水結合材比（W/B）
水セメント比（W/C）は水の質量をセメント質量で割った値で、一般的なコンクリートに用います。
水結合材比（W/B）は水の質量を結合材全体（セメント＋フライアッシュ・高炉スラグなど混和材）の質量で割った値です。混和材を使用するコンクリートではW/Bで耐久性を評価します。
「混和材を使う場合はW/CではなくW/Bで管理する」という点を覚えておきましょう。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験では「W/C（水セメント比）が小さいほど強度・耐久性が高い」という関係性と、単位水量185kg/m³という数値が問われることがあります。ただし、実務ではコンクリートの種類・使用材料・施工条件などによって扱いが変わります。試験用の暗記値と実務で確認すべき条件は分けて考えましょう。

W/Cの決め方については、「強度から求めたW/C」と「耐久性から求めたW/C」の2つを計算して、小さい方を採用するという手順が問われることがあります。両方の条件を満たす必要があるためです。

また、配合強度F＞設計基準強度Fcという関係は「余裕を持った配合にするため」と理解しておくと、なぜF＞Fcなのかが自然に理解できます。試し練りでFが確認できれば配合確定です。