JP2003221269A - セメント混合物と、その製造方法および施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のコンクリートに比べると比重が大き
く、したがって、構造物自体の容量を小さくしても、揚
圧力に対して充分に対抗可能なウエイト材料、すなわ
ち、セメント混合物を提供する。 【解決手段】 少なくとも粒鉄とセメントとを含み、粒
鉄は、蒸気エージングして水膨張率を０．１％以下にし
たものを使用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は粒鉄を含むセメント
混合物と、その製造方法および施工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ケーソンなどの港湾構造物では、比較的
大きな揚圧力が作用することがあり、この場合、揚圧力
に対抗するために構造物の躯体内にコンクリートを打設
し、これをウエイト材料とすることで構造物の重量を増
加させて安定を図っている。

【０００３】また揚圧力の問題は港湾構造物のみなら
ず、市街地における構造物には生じている。すなわち、
近年の市街地においては地下水位が上昇する傾向が認め
られ、この地下水位の上昇に伴なって地下構造物には大
きな揚圧力が作用し、特に、地震時においては地下構造
物が浮上する可能性も指摘されており、ここでも、ウエ
イト材料の必要性が高まっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題に対
し、コンクリートをウエイト材料として使用することが
提案されているが、通常のコンクリートの比重は約２．
３５ｔ／ｍ³程度であり、充分な重量を得ようとすると
ウエイト材料の容量が大きくなるため、構造物自体の容
量も大きくなり、全体の材料及び施工コストも上昇する
という欠点がある。

【０００５】またウエイト材料として従来の遮蔽用コン
クリートなどの重量コンクリートを使用することも考え
られるものの、重量コンクリートをコンクリート製造プ
ラントで練り混ぜると、設備コストが高くなる。また一
バッチ当たりの練混ぜ量も少なく、ミキサーの摩耗も激
しいことからランニングコストも高くなるという欠点が
ある。

【０００６】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、その課題は、比重が約２．３
５ｔ／ｍ³程度の従来のコンクリートに比べると比重が
大きく、したがって、構造物自体の容量を小さくして
も、揚圧力に対して充分に対抗可能なウエイト材料、す
なわち、セメント混合物を提供することにある。

【０００７】本発明の別の課題は、セメント混合物を混
合するための装置の摩耗による損失を抑制し、セメント
混合物製造のための設備コスト、ランニングコストを抑
制できるセメント混合物の製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】また本発明の別の課題は、比重が約２．３
５ｔ／ｍ³程度の従来のコンクリートに比べると比重が
大きいセメント混合物を比較的容易に打設することがで
きて、しかも、所要の圧縮強度を確実に得ることができ
る、セメント混合物を用いた施工法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも粒鉄とセメントとを含むことを特徴とするセメント
混合物が提供される。

【００１０】また本発明によれば、作業ヤードにコンク
リートスラブを形成し、該コンクリートスラブ上の所定
面積を囲むように、所定長にわたる所定高さの壁体を形
成し、該コンクリートスラブと該壁体とで囲まれた内部
を、粒鉄の容量を計測するための計測枡として使用し、
該計測後に計測枡内に所定量の砂および所定量のセメン
トを加えて攪拌し、さらに、スランプが０になる程度の
水を計測枡内に加えて攪拌することを特徴とするセメン
ト混合物の製造方法が提供される。

【００１１】さらに、本発明によれば、上記のように製
造されたセメント混合物を搬送車両の荷台に積載して打
設現場に搬送し、該打設現場でセメント混合物を荷台か
ら降ろしてほぼ平らに敷均し、この後にセメント混合物
を振動ローラーで転圧して締め固めることを特徴とする
セメント混合物を用いた施工方法が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】前記粒鉄とは、鉄鋼製造における
副産物であり、高炉で作られる銑鉄から燐、硫黄、炭素
を取り除く精錬工程で生成される溶銑予備処理スラグ、
転炉スラグ等の製鋼スラグを破砕する際に磁選回収され
る鉄分であり、本発明においては、特に密度が５ｇ／ｃ
ｍ³以上の粒鉄を使用することが好ましい。

【００１３】前記粒鉄は、蒸気エージングを実施して水
膨張率を０．１％以下にしたものを使用することが好ま
しい。上述の如く、粒鉄は、破砕した製鋼スラグから磁
選回収された鉄分であるため、製鋼スラグを含有するこ
とがある。製鋼スラグは不安定な鉱物相からできている
ため、セメントと混合して硬化体を作ったときには遊離
石灰の水和反応による膨張が問題になる。したがって、
粒鉄に製鋼スラグが含まれるか否かにかかわらず、あら
かじめ粒鉄に蒸気エージングを実施しておくことが好ま
しく、これにより、粒鉄に製鋼スラグが含まれている場
合にも、膨張率は０．１％以下に抑えることが可能にな
る。

【００１４】前記セメント混合物の製造方法において、
計測枡を構成する壁体の内面には粒鉄の容量を規定する
目印の線をあらかじめ引いておくことが好ましく、これ
により、この線を目安に計測枡内に粒鉄を入れるだけで
粒鉄の容量を容易に計測することができる。また計測枡
を構成する壁体の内面には、粒鉄の容量を規定する目印
線に加えて、この目印線の上に砂の容量を規定する目印
の線を設けても良い。この場合、最初に、粒鉄を計測枡
内の目印線まで入れて表面を均し、この粒鉄の上から砂
を入れて目印の線にあわせれば、砂の計量も容易に計測
することができる。

【００１５】前記計測枡内において粒鉄、砂、セメント
を攪拌する手段、また前記計測枡内に更に水を加えて攪
拌する手段としては、下記のような装置を用いることが
できる。すなわち、履体付車輪を含む自走手段と、伸縮
シリンダーにより角度可変に形成されて該自走手段上に
設けられたアームと、該アームの先端に角度可変に枢着
されたバケットとを含む装置を、攪拌手段として用いる
ことができる。このような攪拌装置としては、例えば、
バックホウ、スケルトン付バックホウ又はツインヘッダ
等がある。上述のような計測枡で粒鉄や砂を計測し、こ
の計測枡内で前記攪拌装置によりセメントと水等を混合
すれば、従来の二軸強制練りミキサーなどの装置による
練混ぜ工程に較べて、設備コストやランニングコストを
低減することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。

【００１７】＜粒径の水浸膨張比試験＞粒径がほぼ５〜
７０ｍｍの範囲内に収まるように粒鉄をふるい分けし、
これに２４時間の蒸気エージングを実施して促進養生し
た。蒸気エージング前後の粒鉄に対し、ＪＩＳＡ５０１
５付属書２に規定された水浸膨張比試験を行い、その結
果を図１に示した。水浸膨張比試験の結果、蒸気エージ
ングを実施しない粒鉄では、水浸膨張比が０．４％を越
えて上昇したのに対し、２４時間の蒸気エージングを実
施した粒鉄では、水浸膨張比が０．１％以下に抑制され
ていた。

【００１８】＜セメント混合物の室内試験練り＞蒸気エ
ージングを実施した粒鉄を使用して室内試験練りを実施
した。試験練りは、単位セメント量１００ｋｇ／ｍ³、
水セメント比１１０％の貧配合のものと、単位セメント
量１９２ｋｇ／ｍ³、水セメント比６５％の富配合のも
のについて実施した。また両配合についてフライアッシ
ュを混入したものとしないものとを実施し、それぞれに
ついてＶＣ値が２０秒程度となる配合を定めて、ＪＩＳ
Ａ１０００に規定された供試体を作成した。これらの供
試体について圧縮強度試験と、粒鉄の膨張による破壊の
確認試験とを実施し、その結果を表１に示した。

【表１】 フライアッシュを混入しない貧配合のものには、温水養
生中にひび割れの発生が認められたが、他の配合のもの
には異常が認められなかった。フライアッシュは、粒鉄
の膨張によるひび割れ発生を抑制するためのものである
が、フライアッシュを混入した配合は単位容積重量が小
さくなるので、セメント混合物をウエイト材料として使
用する場合には、フライアッシュを混入しない富配合と
することが好ましい。なお、比較例として、蒸気エージ
ング前の粒鉄を使用し、フライアッシュを混入しない富
配合のものと同じ配合で供試体を作成したが、これに
は、ひび割れの発生が認められた。

【００１９】＜試験施工のための示方配合＞以上の室内
試験練り結果から、セメント混合物の配合を表２のよう
に定めた。

【表２】 ここで、粒鉄は、密度が５．０±０．５ｋｇ／ｃｍ
³で、粒径がほぼ５〜７０ｍｍの範囲内に収まるように
ふるい分けされ、これに２４時間の蒸気エージングが実
施されたものを使用する。また単位水量は、セメント混
合物のスランプが０で、かつＶＣ値が２０秒程度に定
め、超硬練状態になるようにした。このように単位水量
を定めた場合、セメントの使用量に対して水の使用量が
少ないため、単位セメント量を少なくすることができ
て、少ない単位セメント量の割には、大きな圧縮強度を
得ることができる。また、このような超硬練状態にする
ことで、単位粗骨材量、すなわち粒鉄の単位量を大きく
することができるので、セメント混合物自体の単位容積
重量も大きくできるという利点がある。さらに、超硬練
状態にすることで、セメント混合物を構成する材料の材
料分離を防止することが可能になり、汎用機械であるダ
ンプトラックやブルドーザー、振動ローラーでの施工が
可能になった。なお、ＶＣ値とは標準ＶＣ試験から得ら
れる値であり、この標準ＶＣ試験は、硬練りコンクリー
トのコンシステンシーを評価する方法の一つとして採用
されているものである。すなわち、標準ＶＣ試験とは、
硬練りコンクリートをモールドに詰め込み、このモール
ドに約５０Ｈｚ、振幅１ｍｍ程度の振動を与え、モルタ
ルが表面に浮き上がるまでの時間を測定するものであ
り、この時間をＶＣ値とするものである。一般的なＲＣ
Ｄコンクリートにおいて、ＶＣ値は２０±１０秒程度で
ある。

【００２０】＜計測枡の形成＞計測枡について以下に説
明する。捨てコンクリートを作業ヤードに打設してスラ
ブ版を形成し、このスラブ版の上に、長方形の三辺を描
くように所定高さの連続壁を形成し、これらのスラブ版
と連続壁とで囲まれた内部を、粒鉄や細骨材の容量を計
測するとともに、これらの材料とセメント等の材料を混
合するための計測枡とする。連続壁の内面には、粒鉄の
容量を規定する線と、細骨材の容量を規定する線とを引
く。これらの線は、例えば、粒鉄を計測枡に入れて平ら
に均したときに、その表面が線とほぼ同じ高さになるよ
うに目印にする線であり、粒鉄のための線の上方に、細
骨材のための線を設けるか、あるいは逆に設けても良
い。なお、密度が判っている細骨材を使用し、重量があ
らかじめ計測されている場合には、計測枡に細骨材の容
量を規定する線を設ける必要はない。本実施例では、縦
×横＝１０ｍ×１０ｍの長方形のうち、一辺を除いた三
辺に沿って高さ０．７ｍで厚さ２０ｃｍの連続壁をスラ
ブ版の上に形成し、これらのスラブ版と連続壁とで囲ま
れた約７０ｍ³を計測枡とし、この計測枡内で５０ｍ³程
度のセメント混合物を製造した。

【００２１】＜セメント混合物の製造方法＞次に、上記
した配合でセメント混合物を製造する方法について説明
する。最初に、粒鉄をストックヤードから作業ヤードま
で搬送し、上記計測枡内に入れて敷き均し、その表面が
連続壁の目印線とほぼ同じ高さになったら、粒鉄の投入
を停止する。次に、粒鉄のうえから細骨材を入れて敷き
均し、同様に、目印線に達したら細骨材の投入を停止
し、この上から所定量のセメントを散布してほぼ均等に
なるようにバックホウにて攪拌する。粒鉄、細骨材、セ
メントが充分に練り混ぜられたら、必要量の水を散水し
てバックホウで再度練混ぜると、セメント混合物が生成
される。最後に、粒鉄、細骨材、セメントが均等に練り
混ぜられたことを確認するために、セメント混合物の複
数の箇所でフェノールフタレイン溶液を霧吹きで吹き付
ける。セメント混合物が均等に赤紫色に変色すれば、セ
メントが均等に分散していることが判る。粒鉄を含むセ
メント混合物をバッチャープランントのミキサーで練混
ぜると、粒鉄の衝突でミキサーが摩耗し、設備のメンテ
ナンスコストが大きくなるという欠点がある。またウエ
イト材料としてセメント混合物を用いるような場合に
は、厳格な品質管理が要求されない。したがって、上記
のような計測枡による計量および練混ぜにより、セメン
ト混合物を製造すれば、設備コストを低く抑えながら、
しかも、充分な品質のセメント混合物を製造することが
できる。

【００２２】＜セメント混合物の施工方法＞次に、上述
の如く製造されたセメント混合物を施工する方法につい
て説明する。製造されたセメント混合物をバックホウに
よりダンプトラックの荷台に積み込んで打設現場まで搬
送し、打設現場でダンプトラックの荷台を傾けてセメン
ト混合物を降ろし、このセメント混合物をブルドーザー
でほぼ平らに敷き均し、この後にセメント混合物を振動
ローラーで転圧して締め固めれば、セメント混合物の施
工が完了する。

【００２３】＜試験施工条件＞本実施例の試験施工で
は、上記計量枡でセメント混合物を製造し、このセメン
ト混合物を０．７ｍ³のバックホウで１０トンのダンプ
トラックの荷台に積み込み、１５トン級のブルドーザー
でダンプトラック１台分のセメント混合物を１リフト
（１層）３０ｃｍの厚さに敷き均し、この後に、１０ト
ン級の振動ローラーを使用して１２回転圧して締め固
め、以上のセメント混合物製造から転圧までの工程を三
回繰り返して３リフト（３層）からなるセメント硬化体
を作成した。試験施工当日の天候は、晴れ後一時薄曇り
で日中平均気温は２５．６度、最高気温は３０．６度で
あった。

【００２４】＜試験施工の所要時間＞粒鉄、細骨材、セ
メントが練り混ぜられものに加水を開始したのち、練混
ぜ、敷き均し及び転圧が終了するまでの時間を各リフト
毎に計測したが、その平均時間は１５１分であった。

【００２５】＜試験施工におけるＶＣ値＞各リフトを構
成するセメント混合物について、練り混ぜ直後に、標準
ＶＣ試験を実施したところ、全採取試料のＶＣ値の平均
は１８．２秒、変動係数は８８．９％であった。またＶ
Ｃ値の経時変化を求めたところ、練り混ぜ直後に５秒程
度であったＶＣ値が約２時間後に２０秒程度、約４時間
後に６０秒程度になった。本発明によるセメント混合物
のＶＣ値の経時変化は、通常のＲＣＤ用コンクリートと
比較して特に劣るものではなく、練り混ぜ直後のＶＣ値
がほぼ２０秒以下であれば、たとえ、練り混ぜ後から転
圧開始までの間に２時間程度が経過しても、締め固め作
業は充分に実施可能である。

【００２６】＜試験施工における沈下量＞各リフト毎に
振動ローラーの転圧による沈下量を測定し、この結果を
図２に示した。図２において沈下率とは、各リフト厚さ
３０ｃｍに対する沈下量の比率を表したものである。各
リフトの平均沈下量は２〜４ｃｍ程度であり、沈下率は
約１０％であった。４回の転圧で、沈下量のほとんどが
発現しているものの、１２回の転圧までは沈下率が上昇
傾向を示している。従来のＲＣＤ工法の実績では、リフ
ト厚さ５０ｃｍの場合には転圧回数は６回と規定された
例がほとんどであり、本発明によるセメント混合物も、
従来のＲＣＤ用コンクリートと同様な締め固め易さを有
することが判る。

【００２７】＜セメント硬化体の圧縮強度＞各リフト毎
に採取した試料について直径１００ｍｍ、高さ２００ｍ
ｍの円柱供試体を作成し、ＪＩＳＡ１０００に規定され
た圧縮強度試験を実施した。材齢２８日の全供試体の平
均値は２１．７Ｎ／ｍｍ²、変動係数は２１．７％であ
った。従来のＲＣＤ工法の実績では、ＲＣＤ用コンクリ
ートの設計強度が７〜１５Ｎ／ｍｍ²程度に定められた
ものが多く、本発明によるセメント混合物の圧縮強度
は、これと比較しても、特に劣るものではない。

【００２８】＜セメント硬化体の単位容積重量＞各リフ
トから採取した圧縮強度試験のための供試体ごとに単位
容積重量を計測した。全供試体の平均値は約３．２９ｔ
／ｍ³、変動係数は１．２％であった。従来のコンクリ
ート、すなわち、天然の骨材を用いたコンクリートは、
単位容積重量が約２．３５ｔ／ｍ³程度であるが、これ
と比較すると、本発明によるセメント混合物はウエイト
材料として充分な単位容積重量を備えることがわかる。

【００２９】

【発明の効果】本発明のセメント混合物は、鉄鋼製造工
程で製鋼スラグから磁選回収された鉄分である粒鉄を含
むため、約２．３５ｔ／ｍ³程度の従来のコンクリート
に比べて、混合物自体の単位容積重量が格段に大きなも
のになり、したがって、このセメント混合物をウエイト
材料として使用した場合には、たとえ、構造物自体の容
量を小さくしても、揚圧力に対して充分に対抗すること
が可能になる。したがって、揚圧力に対抗可能な構造物
を構築する際の施工コストを抑制することができて、必
要とする用地も小さくすることができる。

【００３０】本発明のセメント混合物は粒鉄を含み、こ
の粒鉄は鉄鋼製造工程で製鋼スラグから磁選回収された
副産物であるため、粒鉄の有効利用、ひいては資源の有
効活用が可能になる。

【００３１】本発明のセメント混合物の製造方法では、
作業ヤードに形成した計測枡によって粒鉄や砂の容量を
計測し、この計測枡内で材料を攪拌するので、攪拌には
バックホウなどの装置を使用することができる。したが
って、ミキサー等を備えたコンクリート製造プラントは
不要であり、セメント混合物製造のための設備コスト、
ランニングコストを安価にすることが可能になる。

【００３２】本発明のセメント混合物を用いた施工方法
では、搬送車両の荷台に積載して打設現場に搬送し、打
設現場でセメント混合物を荷台から降ろしてほぼ平らに
敷均し、この後にセメント混合物を振動ローラーで転圧
して締め固めるものであるため、これらの工程は、緩や
かな施工管理で実施できるため手間がかからず、しか
も、汎用機械であるダンプトラックやブルドーザー、振
動ローラーで施工することができて施工コストを低廉に
抑えることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸気エージング前後の粒鉄に対して行った水浸
膨張比試験の結果を示したグラフである。

【図２】試験施工において振動ローラーの転圧による沈
下量を測定し、この結果を示したグラフである。

フロントページの続き (72)発明者 江口 正勝 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 村上 祐治 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 岩井 正樹 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 望月 武 北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 横尾 正義 北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 Ｆターム(参考） 2D046 DA00 4G012 PA04 PA13 PC11 PE01 4G056 AA06 CB13 CB28 CB35 CD01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも粒鉄とセメントとを含むこと
   を特徴とするセメント混合物。
2. 【請求項２】 前記粒鉄は、蒸気エージングして水膨張
   率を０．１％以下にしたものである請求項１に記載のセ
   メント混合物。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のセメン
   ト混合物の製造方法であって、作業ヤードにコンクリー
   トスラブを形成し、該コンクリートスラブ上の所定面積
   を囲むように、所定長にわたる所定高さの壁体を形成
   し、該コンクリートスラブと該壁体とで囲まれた内部
   を、粒鉄の容量を計測するための計測枡として使用し、
   該計測後に計測枡内に所定量の砂および所定量のセメン
   トを加えて攪拌し、さらに、スランプが０になる程度の
   水を計測枡内に加えて攪拌することを特徴とするセメン
   ト混合物の製造方法。
4. 【請求項４】 前記粒鉄の容量計測工程に加えて、前記
   砂の容量も、前記計測枡で計量することを特徴とする請
   求項３記載のセメント混合物の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４により製造され
   たセメント混合物を搬送車両の荷台に積載して打設現場
   に搬送し、該打設現場でセメント混合物を荷台から降ろ
   してほぼ平らに敷均し、この後にセメント混合物を振動
   ローラーで転圧して締め固めることを特徴とするセメン
   ト混合物を用いた施工方法。