JP2005075703A - 繊維補強透水性コンクリート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造時のコンシステンシーが十分確保され、硬化後も透水性コンクリートとしての性能に加え、曲げ強度、引張強度、骨材飛散防止性、耐衝撃性を十分高めることができる透水性コンクリートを提供する。
【解決手段】 所定粒度の骨材、たとえば砕石７号等の単粒度砕石を、セメント混練り前に計量水に混合して保水させたナイロン繊維を分散添加したセメントペーストまたはモルタルで被覆し、該骨材同士を０．５cm/秒以上の透水係数が得られる空隙を形成するように固化させ、舗設することで所定強度を発揮し、透水性を有する舗装を得る。
【選択図】 なし

Description

本発明は、繊維補強透水性コンクリート及びその製造方法に係り、コンクリート製造時に添加する補強繊維の分散性を高めるための製造方法および、同方法により製造された曲げ強度、引張強度、骨材の飛散抵抗性、及び保水性を高めた繊維補強透水性コンクリートに関する。

近年の透水性コンクリート舗装の適用範囲の拡大として、重交通荷重に耐えられる高強度透水性コンクリートの開発が進められている。この種の透水性コンクリートでは、設計仕様として、たとえば５．０N/mm²程度以上の曲げ強度や十分な曲げじん性を求められる。これらの性能を得るために、コンクリート配合、配合材料の選定等において種々の開発が進められている。そのなかで、舗装コンクリートの曲げじん性の向上を図るために、単繊維を含有するペーストまたはモルタルで粗骨材を被覆して、この粗骨材同士をペーストまたはモルタルで結合した繊維補強ポーラスコンクリート成形体およびその製造方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１０−８７３７７号公報。

上記特許文献に開示された繊維補強ポーラスコンクリートでは、含有する単繊維の特徴として、
(1)ペーストまたはモルタルに、粗骨材同士を橋渡しする方向に単繊維を含有する。
(2)粗骨材を被覆する、単繊維を含有するペーストまたはモルタルの平均被覆厚さを規定
(3)単繊維長を、２mm以上、かつ粗骨材最大粒径１．５倍以上
が示されている。

また、製造方法として、単繊維は、ミキサーによる混練り、造粒によって、粗骨材に粗骨材以外の材料からなるペーストまたはモルタルが被覆された状態の互いに独立した粒体とした後に、単繊維を所定容積比で投入混練りする工程が示されている。

ところで、上述の製造方法の発明では、単繊維がペーストまたはモルタル内において、粗骨材同士を橋渡しする方向に含有されるように、具体的には単繊維以外の材料を一括してミキサに投入して１分間以上混練りすることにより造粒し、その後単繊維を添加して３０秒程度混合する等、材料の投入、混練りの順序が規定されている。たとえば造粒する前に単繊維を加えて混練りした場合（全材料を一括してミキサーに投入して混練りした場合）、単繊維のペーストまたはモルタル内での分散性が悪く、単繊維同士が絡まり、毛玉状となり、品質のバラツキも大きく、曲げ靭性係数が小さくなってしまうという問題が指摘されている。したがって、分散性に劣る単繊維を混入した透水性コンクリートは、混合時間増によるコストアップとなり、さらには目標性能が得られない危険性を含んでいる。

したがって、現場の施工段階において、単繊維を混入した品質の安定した透水性コンクリートを短時間で得られるような施工性のアップが求められ、また現場への搬送性、舗設時の締め固めが容易であることが望まれている。

さらに、上記発明から離れ、実用上の問題として、透水性コンクリートが道路舗装として長期間使用された場合、衝撃荷重の繰り返しや結合材の経年的変化等の影響により、舗装表面を被覆・結合しているモルタルにひび割れが生じるおそれがある。そのような場合でも、所定の供用性能を確保するためには、舗装表面の粗骨材が剥がれ、飛散するのを防止する効果が大きい単繊維を混入した透水性コンクリートを安定して製造する必要がある。このため、粗骨材を被覆するモルタル内の単繊維は通常のコンクリートの製造方法によって、粗骨材の飛散抵抗性が十分発揮できるような分散性に優れた材料が求められる。

上記目的を達成するために、出願人は、種々の有機質単繊維のうちでナイロン単繊維、特にナイロン６繊維の有する保水性に着目し、この性質を利用して、保水させた単繊維をペーストまたはモルタル中に分散して混合させた繊維補強透水性コンクリート及びその製造方法を提供するものである。具体的な発明の構成は、所定粒度の骨材を、ナイロン繊維を分散添加したセメントペーストまたはモルタルで被覆し、該骨材同士を０．５cm/秒以上の透水係数が得られる空隙を形成するように固化させたことを特徴とする。

前記ナイロン繊維として、ナイロン６繊維を使用し、セメント質量に対して０．１〜０．７質量％を添加することが好ましい。

上述の繊維補強透水性コンクリートは、ナイロン繊維を計量水またはバインダーに添加して水中にて分散保水させ、該計量水をミキサ内のセメントに添加して混練りしてセメントペーストとし、該セメントペーストに骨材を添加して、混練りし、所定の透水係数が得られる空隙を形成して固化可能なもととすることを特徴とする。

以上に述べたように、本発明の効果として、５．０N/mm²程度以上の曲げ強度を得られるような透水性コンクリート舗装や、排水性舗装、透水性スラブ等の構造物において適用を想定している、保水性の高いナイロン繊維を使用した透水性コンクリートは、通常のコンクリートの製造と同様に、全材料を一括してミキサ内に投入して混練りができ、コンクリート製造時のコンシステンシーが十分確保され、舗設時の取り扱いが容易で、保水された状態で養生ができる。また硬化後も透水性コンクリートとしての性能に加え、セメントペーストあるいはモルタル曲げ強度、引張強度、骨材飛散防止性、耐衝撃性を十分高めることができるという効果を奏する。また、単繊維に保水された水分による路面温度上昇の抑制効果も期待できる。

以下、本発明の最良の実施の態様について説明する。
まず、所定の曲げ強度を得るための透水性コンクリートの材料、配合について説明する。構成材料のうち、使用セメントには普通ポルトランドセメントを用いる。混練り時のコンシステンシーを向上させるために高炉セメントを代替セメントとして用いることも好ましい。また、路面応急工事等に対応させるためには早強セメント、超早強セメントを用いることも可能である。基本セメント量は３００kg/m³を基本とする。基本セメント量は舗設対象の舗装コンクリートの強度仕様に対応した範囲で増減することができる。すなわち、使用骨材（砕石）の強度が十分期待できる場合には２５０kg/m³程度まで減ずることができる。一方、コンクリート内に所定量の空隙を確保できる上限として３５０kg/m³まで増加させることもできる。使用水量は配合設計で定めるが、骨材の含水比、バインダーの使用量に依存する。このため、その変動分を考慮してＷ／Ｃ＝２５〜３５％の範囲で結合材水比を決定すればよい。

骨材は砕石相当品を使用する。ＪＩＳ工業規格で規定された砕石６号あるいは７号の粒径材料を想定している。また、配合割合は砕石の単位体積質量、骨材強度によって異なるが、１４５０〜１７００kg/m³の範囲で設定することが好ましい。使用可能な骨材種類としては砕石の他、天然石、電気炉スラグ等の使用が可能である。

バインダーとして合成ゴムエマルジョンを使用する。具体的にはＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）系ラテックスエマルジョンが好適である。その他、ブタジエンアクリロニトリルゴムの他、天然ゴムのエマルジョン、あるいは合成樹脂エマルジョンとしてのエチレン酢酸ビニル系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の使用が可能である。使用量としてはＳＢＲ系ラテックスエマルジョンの場合、そのエマルジョン中の固形分としての使用量がセメント量（重量）に対して１．５〜１５％程度となることが好ましい。

単繊維、すなわちモノフィラメントとしては、有機質繊維のうちでアミド基の親水性に起因して吸水性に富むナイロン繊維が好ましい。吸水性と機械的性質の変化のバランスからナイロン６繊維が特に好ましい。単繊維の寸法は、繊度１０dtex以下、直径５０μm以下で、長さ５〜２５mm程度とすることが好ましい。また、分散性を向上させるために、繊維長の異なる単繊維を混合することも好ましい。単繊維の添加量としては、セメント質量に対して０．１〜０．７質量％とすることが好ましい。特に０．３〜０．５質量％とすることが好ましい。

次に、本発明の繊維補強透水性コンクリートの製造方法について説明する。
本発明では、単繊維であるポリアミド繊維に十分な吸水、保水性があることに着目して以下のような材料混合手順を行うことでモルタル内で単繊維を十分に分散させて添加することが好ましい。まず、上述のセメントペーストを製造するための計量水またはバインダーに単繊維を混ぜ込む。このとき単繊維に表面加工された界面活性剤の親水効果により、単繊維は水中で十分に分散する。この単繊維が分散混合された計量水をミキサに投入、混練りしてセメントペーストを製造し、単繊維が十分に分散して混合されたモルタルに粗骨材を投入し、６０秒間混練りしてコンクリートを製造する。なお、骨材として砕石、砂を所定割合で使用する際は、セメントペーストを製造する段階で砂を添加してモルタルを製造し、このモルタル内に同様の手順で単繊維を添加することができる。

コンクリート打設時の取り扱いにおいて、本発明の繊維補強透水性コンクリートは、まだ固まらない状態においては、ペーストあるいはモルタル内に分散して混合されたナイロン繊維の保水効果により、良好なコンシステンシーを示す。

繊維補強透水性コンクリート試験を行い、単繊維の添加量とその効果（曲げ強度、耐衝撃性、飛散抵抗性、保水性）を確認する。
［使用材料］
(1)骨材：７号砕石（表乾比重Ｇ＝２．６８g/cm³）
(2)セメント：太平洋セメント（株）製普通ポルトランドセメント
(3)バインダー：ＳＢＲ系エマルジョン（佐藤道路（株）製パーミファルト）
(4)単繊維：ナイロン６繊維（東レ（株）製 アミランタフバインダー）
繊度７dtex，直径２８μm，繊維長５mm，１０mm

［配合］
上記材料を表１に示した基本配合をもとに、単繊維の添加率をセメント質量に対して０（無），０．１，０．３，０．５（Ｃ×質量％）と変更した配合によって各検討項目について試験を行った。

［試験項目］
以下のかっこ内の検討項目について、対応の試験を行った。
・引張強度試験（強度）
引張強度試験：ＪＩＳ Ａ１１１３準拠 供試体：１０φ×２０cm
・カンタブロ試験（飛散抵抗性）
カンタブロ試験方法：試験法便覧に準拠 供試体：１０φ×６．４cm
・落錘衝撃試験（衝撃破損性能）
落錘衝撃試験方法：ＪＩＳ Ａ５４０３準拠 供試体：２０×１５×２cm
質量２kgの重錘を所定高さから落下させ、その際の供試体の破損状況を観察した。
落下条件：重錘質量２kg、落下高さ５０cm２回落下、６０cm１回落下
・曲げ強度試験（たわみ試験）
曲げ強度試験試験方法：ＪＩＳ Ａ１１０６準拠 供試体：１０×１０×４０cm
・透水性試験
透水性試験方法：定水位透水試験
・養生時舗装面状態観察
施工後の養生時における舗装面の水分保持状態の目視を行う。

［試験結果］
各試験結果を、表２〜表６に示した。

表２の引張強度試験結果において、単繊維を添加した場合、材齢２８日強度で約１０〜１５％の強度増加が認められた。

表３のカンタブロ試験結果において、材齢が進む（７→２８日）とコンクリート強度が増加するため、損失率の改善の程度は小さくなるが、無添加の場合に比べ、飛散抵抗性に関して明らかな改善効果が認められた。

落錘衝撃試験のうち、６０cm１回落下の条件での供試体表面クラック長さの計測結果を、表４及び図１に示した。図１から明らかなように、単繊維を添加することによって衝撃がコンクリート表面に作用した場合に、表面に発生するひび割れの低減、ひび割れ進行の抑止に対して、高い効果を奏することが確認できた。

表５の曲げ強度試験結果において、無添加の場合に比べ、最大２５％の強度増加が確認された。

表６の透水性試験結果において、無添加の場合に比べ、最大１５％の透水性の低下が見られたが、単繊維を添加したことによるモルタル厚の増加に伴う空隙の減少に起因しているが、排水性アスファルト舗装と同等以上の透水・排水効果が確認され、実用上問題ない範囲である。

また、舗設後の養生時における舗装面の状態観察において、気温２０℃、湿度６０％の養生条件において、本発明の構成からなる繊維補強透水性コンクリートを用いた舗装体全体において、ウエットな湿潤状態が保持され、舗装体下部から上部への毛管現象により、空隙内部においてもモルタル表面の湿潤な状態が保持され、追加的な散水養生が不要となることが確認された。また、硬化後においても、透水性コンクリート内に分散混合された単繊維が保水状態にあるため、舗装面のコンクリート温度上昇に対して抑制効果を期待できる。

落錘衝撃試験で発生したクラックの各添加率、材齢でのクラック長を示したグラフ。

Claims (4)

1. 所定粒度の骨材を、ナイロン繊維を分散添加したセメントペーストまたはモルタルで被覆し、該骨材同士を０．５cm/秒以上の透水係数が得られる空隙を形成するように固化させたことを特徴とする繊維補強透水性コンクリート。
2. 前記ナイロン繊維は、セメント質量に対して０．１〜０．７質量％を添加したことを特徴とする請求項１に記載の繊維補強透水性コンクリート。
3. 前記ナイロン繊維は、ナイロン６繊維であることを特徴とする請求項１に記載の繊維補強透水性コンクリート。
4. ナイロン繊維を計量水に添加して水中にて分散保水させ、該計量水をミキサ内のセメントに添加して混練りしてセメントペーストとし、該セメントペーストに骨材を添加して、混練りし、打設締固めを経て所定の透水係数が得られる空隙を形成して固化可能なコンクリートを製造することを特徴とする繊維補強透水性コンクリートの製造方法。

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