JP2004300001A - 高強度メッシュで補強された有機繊維含有高強度コンクリート薄肉板 - Google Patents

Abstract

【課題】高靭性を確保できる軽量高強度コンクリート薄肉板を提供すること。
【解決手段】使用する材料として、セメント、最大粒度が２ｍｍ以下の骨材、一次粒子粒度が１μｍ以下のポゾラン質微粉末、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末、平均粒度が１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、減水剤、有機繊維および水を含み、かつセメントとポゾラン質微粉末の合計質量に対する水の質量比率が８〜２４％の範囲にあり、有機繊維の長さが２ｍｍ以上で、有機繊維の直径に対する長さの比率が２０以上、骨材の最大粒度に対する有機繊維の平均長さの比が１０以上で、有機繊維の量が凝結後のコンクリート体積の８％未満であることの条件を満たし有機繊維含有高強度コンクリートに、引張鋼材として高い降伏点を有する高強度メッシュ、すなわち素線径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、網目サイズが５ｍｍ〜６０ｍｍの格子状に編み上げたメッシュを配して補強したことを特徴とする高強度コンクリート薄肉板。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は土木・建築の技術分野で用いられる高強度コンクリート薄肉板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−２０７５１６号公報には、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、減水剤及び水を含む無機系複合材料に有機質繊維を混練し硬化させてなる高強度コンクリートが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２０７５１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に示されるようなセメントを基材とした反応微粉末を使用した無機系複合材料に有機質繊維を混入した高強度コンクリートを薄板構造に適用した場合、圧縮強度が１５０ＭＰａと、図１に示すように、高い曲げ耐力、靭性が確保できないという問題を生じるものであった。
【０００５】
本発明は、上記従来の高強度コンクリート部材の持つ問題点を解決する高強度コンクリート部材を提供することを目的とする。（図１参照）
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本第１発明は、上記課題を解決するために、高強度コンクリート薄肉板において、使用する材料として、セメント、最大粒度が２ｍｍ以下の骨材、一次粒子粒度が１μｍ以下のポゾラン質微粉末、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末、平均粒度が１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、減水剤、有機繊維および水を含み、かつセメントとポゾラン質微粉末の合計質量に対する水の質量比率が８〜２４％の範囲にあり、有機繊維の長さが２ｍｍ以上で、有機繊維の直径に対する長さの比率が２０以上、骨材の最大粒度に対する有機繊維の平均長さの比が１０以上で、有機繊維の量が凝結後のコンクリート体積の８％未満であることの条件を満たした有機繊維含有高強度コンクリートに、引張鋼材として高い降伏点を有する高強度メッシュ、すなわち素線径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、網目サイズが５ｍｍ〜６０ｍｍの格子状に編み上げたメッシュを配して補強したことを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明の高強度コンクリート薄肉板において、前記有機繊維含有高強度コンクリートの機械的特性として、圧縮強度１２０ＭＰａ（平均値）以上、曲げ強度２０ＭＰａ（平均値）以上を有し、前記高強度メッシュ用素線の機械的特性として、引張強さ（ＴＳ）が下記（１）式、降伏点（０．２％耐力）が下記（２）式で示されることを特徴とする。
（１）ＴＳ≧−２．４ｄ^３＋４６．４ｄ^２−３０７．１ｄ＋１６５０．３
（２）降伏点０．２％耐力≧−１．０ｄ^３＋２３．３ｄ^２−１９７．４ｄ＋１３７３ （ｄ：素線径ｍｍ）
【０００８】
本第３発明は、建築・土木用埋設型枠、薄肉床版、外壁、内壁等の軽量高強度建築・土木部材として本第１または第２発明の高強度コンクリート薄肉板を用いたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の高強度コンクリート薄肉板を構成する有機繊維含有高強度コンクリートに使用するセメントは、ポルトランドセメント、混合セメント、速硬セメントなどの各種セメントを使用することができる。セメントの使用量は、後述するポゾラン質微粉末の使用量と併せて決定されるが、配合物中の単位セメント量が５００〜１０００ｋｇ／ｍ^３、好ましくは７００〜８５０ｋｇ／ｍ^３の範囲とすることにより、各種配合物との作用と相俟って、圧縮強度が１２０ＭＰａ以上の高強度コンクリートを得ることができる。セメント使用量が５００ｋｇ／ｍ^３を下回ると、目的とする高強度コンクリートを得ることが困難となり、また、セメント使用量が１０００ｋｇ／ｍ^３を超えると、ポラゾン質微粉末の使用と併せて、コンクリートの練り混ぜが困難となり好ましくない。
【００１０】
ポラゾン質微粉末は、セメントとのポラゾン反応に関与する微粉末であり、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等の平均粒径が１μｍ以下のものが用いられる。中でもシリカフュームは、平均粒径が１．０μｍ以下であり、粉砕する必要がなく、ポゾラン反応に好適である。ポゾラン質微粉末は、そのマイクロフィラー効果およびセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、微粉末の添加量が多くなると使用水量が増大するので、ポゾラン質微粉末の使用量はセメント１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。
【００１１】
骨材は通常のコンクリートに使用されている砂、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂およびこれらの混合物を用いることができるが、粒径は２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、好ましくは１．５ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、さらに好ましくは１．２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上の均一な良質材を使用する。このような骨材粒子を使用することにより、コンクリートの流動性および分離抵抗性を高めると共に、コンクリートの充填度および強度発現性を高めることができる。骨材の配合量は、セメント１００重量部に対して、５０〜２５０重量部の範囲とすることにより、コンクリートの作業性や分離抵抗性に優れ、硬化後の強度発現性やクラックに対する抵抗性を有する高強度コンクリートを得ることができる。
【００１２】
上記骨材に加えて、３〜２０μｍの石英粉を配合することにより、さらに硬化体の充填密度を高めることができる。石英粉としては、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末、あるいは、岩石粉末、高炉スラグ、火山灰、分級フライアッシュ等が使用できる。セメント１００重量部に対して石英粉が５０重量部以下の範囲、好ましくは２０〜３５重量部の範囲で含まれると、流動性が良く、硬化体が強度発現性に優れた緻密な充填構造を形成しやすいものとなる。
【００１３】
コンクリート部材の靭性を高める観点から、配合物に、平均粒度が１ｍｍ以下の針状粒子または薄片状粒子を配合する。粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、針状粒子では、その長さ）をいう。針状粒子としては、例えば、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が挙げられる。薄片状粒子としては、例えば、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。針状粒子と薄片状粒子は、各々単独で用いてよいし、併用してもよい。針状粒子または薄片状粒子の配合量はコンクリートの流動性や強度発現性や靭性から、セメント１００重量部に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部がより好ましい。なお、針状粒子においては、コンクリート部材の靭性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が３以上のものが好ましい。
【００１４】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。中でも、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。この発明においては、従来のコンクリートに比べて硬化体中に占める微粉体の体積が多いことが特徴の一つであるが、この場合においても、減水剤の添加量を適切に調整することにより、コンクリートに所定の流動性を与えることができる。減水剤の添加量（セメントに対して外割）は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、さらにはコスト等から、セメントに対して、固形分換算で、０．１〜４．０重量％、好ましくは０．５〜２．０重量％とする。添加量が０．１重量％未満では減水効果が実質無く、またこれを４．０重量％超えて添加しても減水性、流動性の改善効果が頭打ちとなる。
【００１５】
有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられ、市場性やコスト面でビニロン繊維やポリプロピレン繊維が好ましい。有機繊維は、コンクリート打込みの作業性や機械的特性の向上から、直径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのもので、有機繊維の直径に対する長さの比率が２０以上、骨材の最大粒度に対する有機繊維の平均長さの比が１０以上であることが好ましい。有機繊維の含有量は、凝結後の硬化体体積の８％未満が好ましい。
【００１６】
セメントとポゾラン質微粉末の合計質量に対する水の質量比率は８〜２４％の範囲であり、好ましくは１０〜２０％である。８％未満では、コンクリートの練り混ぜが困難となり、逆に２４％を超えると目的とするコンクリート強度が得られない。
【００１７】
前記各成分の混合及び混練方法に制限は無く、均一に混合混練できればよく、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練ミキサ、強制練り混ぜミキサ等、各種ミキサを使用することができる。さらに、配合成分の添加順序にも特に制限はない。
【００１８】
混練された有機繊維含有コンクリートが打設される薄肉板成形用型枠内に、素線径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍで、引張強さＴＳ≧−２．４ｄ^３＋４６．４ｄ^２−３０７．１ｄ＋１６５０．３、降伏点０．２％耐力≧−１．０ｄ^３＋２３．３ｄ^２−１９７．４ｄ＋１３７３ （ｄ：素線径ｍｍ）を有する硬鋼線材により、網目サイズが５ｍｍ〜６０ｍｍの格子状に編み上げた高強度メッシュを配置する。高強度メッシュをサンドイッチに配置することもできる。
【００１９】
高強度メッシュを配置した薄肉板成形用型枠内に前記有機繊維含有コンクリートを打設する。有機繊維含有コンクリートを打設した後の養生は、常温養生、高温養生、常圧蒸気養生、高温高圧養生のいずれの方法も採用できる。必要に応じて、これらの組み合わせにより高強度なコンクリート薄肉板を得ることができる。
【００２０】
このようにして成形される高強度メッシュで補強された有機繊維含有高強度コンクリート薄肉板は、厚みが３０〜５０ｍｍで、高強度コンクリートの有する高弾性領域を最大限に生かしつつ、高強度メッシュを配置することによってより高い靭性が確保される。（図１）さらに、薄肉板内に高強度メッシュをサンドイッチに配置することにより、必要十分な耐力を任意に確保することができる。
【００２１】
高強度メッシュで補強された有機繊維含有高強度コンクリート薄肉板の用途として、ハーフプレキャスト構造物に用いられる枠材、埋設型枠材、床版、外壁材、内壁材などの薄肉軽量かつ高強度の建築・土木部材として利用できる。
図１は、普通コンクリート▲３▼、有機繊維含有高強度コンクリート▲２▼、本願発明の高強度メッシュで補強された有機繊維含有高強度コンクリート▲１▼で成形されたコンクリート薄肉板との曲げ載荷荷重に応じた変位量を対比したものである。このように、有機繊維単独では高い曲げ強度を発揮できず、この問題を高強度メッシュで補強することにより、曲げ強度、靭性共向上を図ることが可能ならしめる。さらに、適切な高強度メッシュを配することにより、高強度、高靭性の特性を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
１）セメント；低熱ポルトランドセメント
２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（平均粒径０．７μｍ）
３）細骨材；珪砂５号
４）有機繊維；ビニロン繊維（長さ／直径＞２０）
５）高性能ＡＥ減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
６）水；水道水
７）無機粉末；石英粉（平均粒径７μｍ）
８）繊維状粒子；ウォラストナイト（平均長さ０．３ｍｍ、長さ／直径の比４）
９）高強度メッシュ；ＪＩＳ Ｇ３５２１硬鋼線のＳＷ−Ａ相当の高強度線材（直径１〜２ｍｍ）使用のメッシュ（網目：５〜１０ｍｍ）
【００２３】
実施例１
低熱ポルトランドセメント１００重量部、シリカフューム３２．５重量部、細骨材１２０重量部、高性能ＡＥ減水剤１．０重量部（セメントに対する固形分）、水２２重量部、石英粉３０重量部、ウォラストナイト２４重量部、ビニロン繊維（配合物中の体積３％）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
該配合物のフロー値を、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載された方法において、１５回の落下運動を行わないで測定した。その結果、フロー値は２４０ｍｍであった。
混練した材料を１５ｍｍの平枠に一度流し込み、前述の各種メッシュ筋２をサンドイッチ状態にして、さらに同混練した材料を流し込み、成形し図２に示されるような高強度コンクリート薄肉板１を製造する。
この時、前記配合物をφ５０×１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後９０℃で４８時間恒温水内での２次養生した。該硬化体の圧縮強度（３本の平均値）は１５５ＭＰａであった。また、前記配合物を４×４×６ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後９０℃で４８時間恒温水内での２次養生した。該硬化体の曲げ強度（３本の平均値）は２６ＭＰａであった。
これらの成形された薄肉板を曲げ載荷試験機にて載荷した場合の荷重と変位の関係を示したものが図１である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の構成により、従来の有機繊維含有高強度コンクリート薄肉板の有する高弾性領域を有効に生かしつつ、高い靭性の確保できる高強度コンクリート薄肉板を得ることができ、土木・建築用の表面に露出する軽量高強度コンクリート薄肉板として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高強度メッシュで補強された有機繊維含有高強度コンクリートと従来のものとの曲げ載荷荷重と変位の関係を比較した図。
【図２】本発明の高強度メッシュで補強された有機繊維含有高強度コンクリート薄肉板を示す図。
【符号の説明】
１：高強度コンクリート薄肉板
２：高強度メッシュ

Claims (3)

1. 使用する材料として、セメント、最大粒度が２ｍｍ以下の骨材、一次粒子粒度が１μｍ以下のポゾラン質微粉末、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末、平均粒度が１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、減水剤、有機繊維および水を含み、かつセメントとポゾラン質微粉末の合計質量に対する水の質量比率が８〜２４％の範囲にあり、有機繊維の長さが２ｍｍ以上で、有機繊維の直径に対する長さの比率が２０以上、骨材の最大粒度に対する有機繊維の平均長さの比が１０以上で、有機繊維の量が凝結後のコンクリート体積の８％未満であることの条件を満たし有機繊維含有高強度コンクリートに、引張鋼材として高い降伏点を有する高強度メッシュ、すなわち素線径が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、網目サイズが５ｍｍ〜６０ｍｍの格子状に編み上げたメッシュを配して補強したことを特徴とする高強度コンクリート薄肉板。
2. 前記有機繊維含有高強度コンクリートの機械的特性として、圧縮強度１２０ＭＰａ（平均値）以上、曲げ強度２０ＭＰａ（平均値）以上を有し、前記高強度メッシュ用素線の機械的特性として、引張強さ（ＴＳ）が下記（１）式、降伏点（０．２％耐力）が下記（２）式で示されることを特徴とする請求項１に記載の高強度コンクリート薄肉板。
   （１）ＴＳ≧−２．４ｄ^３＋４６．４ｄ^２−３０７．１ｄ＋１６５０．３
   （２）降伏点０．２％耐力≧−１．０ｄ^３＋２３．３ｄ^２−１９７．４ｄ＋１３７３ （ｄ：素線径ｍｍ）
3. 請求項１または２に記載の高強度コンクリート薄肉板を用いたことを特徴とする建築・土木用埋設型枠、薄肉床版、外壁、内壁等の軽量高強度建築・土木部材。

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