JP2005179149A

JP2005179149A - 高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法

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Publication number: JP2005179149A
Application number: JP2003425230A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Fukuda; 康昭福田; Kazuhisa Tsukada; 和久塚田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】
オートクレーブ等の特別な設備を必要とせずに高強度のコンクリート成形体を容易に製造することを課題とする。
【解決手段】早強及び／又は超早強のポルトランドセメントを主成分とする単位セメント量４００〜６００ｋｇ／ｍ3 、水セメント比３２重量％以下、単位セメント量に対して溶質量換算で０．０２〜０．４ｗｔ％を含有するようにセメント分散剤を配合し、コンクリート原料を成形し後、常圧蒸気養生する高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法を提供する。
【代表図】図１

Description

本発明は、高強度コンクリート成形体を得ることができる高強度遠心力コンクリートの製造方法に関する。

従来、高強度コンクリート製品、例えばヒューム管、ポール及びパイル等のような遠心力鉄筋コンクリート製品は、通常コンクリート混練後３〜４時間経過した後、蒸気養生し、翌日脱型してコンクリート成形体を得、これを所定の材令まで屋外で養生した後、出荷している。また、早期強度を目的とする場合には、蒸気養生後さらに高温高圧蒸気養生（１８０℃、１０ｋｇ／ｍ2 前後）したり、コンクリート混練り時に超高強度混和材を加えたりすることにより早期強度を得、早期出荷している。また、従来から用いられている高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、例えばナフタリンスルフォン酸ホルマリン高縮合物、高縮合トリアジン系化合物等を用いて減水することによりコンクリート成形体の強度を向上させる試みもなされているが、この減水は水セメント比にすると２８重量％程度が限度であった。従って高強度コンクリート成形体を得るためには、シリカヒュームや超高強度混和材を加えたり、オートクレーブで養生するなどの策を講じなければならなかった。超高強度混和材として最も繁用されているのは石膏を主体とした微粉末であるが、これを用いた場合には、遠心力処理による水などの分離性が悪く、締固めが困難なため、成形に時間がかかるという問題があった。また、ポリカルボン酸系セメント分散剤を用いて、水セメント比の低減を実現した下記文献があるが、本方法では、セメント分散剤の最適量を設計するのに困難であり、成形コンクリート強度発現自体も満足すべきものではなかった。
特許第２８８７５６１号

従来、常圧蒸気養生により高強度遠心力コンクリート成形体を製造する場合、普通ポルトランドセメントに超高強度混和材及び高性能減水剤を配合したコンクリートが用いられている。しかし、このコンクリートは粉体量が多く、遠心力成形によってヒューム管等の製品を製造する際、締固めが悪いため作業時間がかかり、作業工程に支障を来すことがあった。また、このコンクリートはスランプロスが大きいため、作業性が悪いという問題があった。特に夏期はスランプロスが大きく、これに対応するために水や減水剤を過剰に添加してミキサー排出コンクリートのスランプを大きくしているが、水によりスランプを大きくするとコンクリートの水セメント比が大きくなり、所要の強度が得られないという問題があり、また、減水剤によりスランプを大きくするとコンクリートの凝結遅延や硬化不良を起こすという問題があった。また、ポリカルボン酸系セメント分散剤を用いて、水セメント比をある程度まで低減することは、可能である（上記開示文献）。しかし、所定の強度を発現させるためにそのセメント分散剤の最適量を決定するのが困難であり、強度発現自体も満足すべきものではなかった。

従って、本発明の目的は、水セメント比及びスランプロスの小さいコンクリートを混練した後、常圧蒸気養生することにより、本技術分野において従来にない早期の出荷を可能とし、さらに従来にない材令１４日強度等を向上させたコンクリート成形体の製造方法を提供することにある。

早強及び／又は超早強のポルトランドセメントを主成分とするセメントの単位セメント量４００〜６００ｋｇ／ｍ3 に対し、ポリアルキレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系高分子化合物を、単位セメント量に対して溶質量換算で０．０２〜０．４ｗｔ％を含有するようにセメント分散剤を配合し、水セメント比３２重量％以下とした後、コンクリート原料を成形し、常圧蒸気養生することを特徴とする高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法（請求項１）、また、請求項１において、早強及び／又は超早強のポルトランドセメント１００重量部に対して、高炉スラグ、転炉スラグ、及びシリカヒュームの中から少なくとも１種以上からなる混和材合計含有量で２０重量％以下含有させたことを特徴とする高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法である。

本発明によれば、オートクレーブ等の特別な設備を必要とせずに高強度のコンクリート成形体を容易に製造することができ、工業的に有利な製造方法である。

本発明において、セメントとしては早強、超早強のポルトランドセメントを主成分としたもの（以下、本セメントという。）を用いる。ポルトランドセメントは市販の汎用品でよい。また、コンクリート１ｍ3 中のセメントの量は４００〜６００ｋｇであり、４００ｋｇ未満ではセメント分散剤を多量に使用しても水セメント比が一定値以上に設定し流動性を確保するためには、３２重量％（以下、単に％で示す）よりも大きくなるため、１４日強度が小さくなる。また６００ｋｇを超えると水セメント比は小さくなるが、４日強度はそれ程増加しないばかりか遠心力成形の際にセメントペーストが分離するため、締固めが困難となり好ましくない。また、本セメント１００重量部に対して、高炉スラグ、転炉スラグ、及びシリカヒュームの中から選ばれた少なくとも１種以上からなる混和材を合計量で２０重量部以下を含有して、好適な結果を得ることができる。この数値を超えて高炉スラグ等を含有させると、１日強度、４日強度が十分に発現せず、常圧蒸気養生に長時間を要することとなる。また、水セメント比は３２％以下、特に２０〜２８％とすることが好ましい。３２％を超える水セメント比では、十分な強度発現が困難なことがある。

本発明で用いるポリカルボン酸系セメント分散剤は、ポリアルキレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系高分子化合物を単位セメント量に対して溶質量換算で０．０２〜０．４ｗｔ％を含有するように配合することが必要とされる。溶質量は、液体のセメント分散剤では、１０５℃程度での乾燥、又は、真空乾燥によって、水分等の揮発成分を除去したのちその重量を測定することによって簡単に求められる。また、例えば次の式

◎（図１）

（式中、Ａは炭素数１〜５のアルキレン基を示し、ｎは５〜２０の数を示し、ｍは重量平均で２０〜５０の数を示し、Ｒは炭素数１〜５のアルキル基を示す）で表されるものが好ましい。ここでＡとしてはメチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン等が挙げられるがエチレン又はプロピレンが特に好ましい。またＲとしてはメチル基、エチル基がさらに好ましい。

ポリカルボン酸系分散剤は、市販されているものでよく、例えば、商品名チューポールＨＰ−８（竹本油脂（株）社製）、チューポールＨＰ−１１（竹本油脂（株）社製）、ダーレックス・スーパー２００（グレースジャパン（株）社製）、マリアリムＡ−６０F（日本油脂（株）社製）、マリアリムＡ−２０（日本油脂（株）社製）、マイティ２０００ＷＨＺ（花王（株）社製）、レオビルドＳＰ−８Ｓ（ポゾリス物産（株）社製）、セメロールＲ−２２２Ｍ（東邦化学工業（株）社製）等が挙げられる。これらは、分散剤間で、その溶質量にばらつきがあるため、より効果を顕著にするためには、個々の分散剤において溶質量を測定して、その最適添加量を決定する必要がある。

上記ポリカルボン酸系のセメント分散剤は、ポリカルボン酸−ポリオキシアルキレングラフトポリマーのポリオキシレン鎖がランダムコイル構造のため、セメント粒子の分散型を保持し、粒子間摩擦を低減するためスランプロスを大幅に減少させることができる。また、ポリカルボン酸系分散剤中の当該ポリマーは、分子量が数千から数万のオリゴマーであり、キレート力（吸着力）が大きく、また電荷付与力も大きい。分子量が大きいことから、セメント粒子を取り囲む分子の量が多くなり、水和できる面積が小さくなる。一方、スルホン酸系は、キレート力が小さいので水和できる面積が大きく、分散力がプレーンのコンクリートよりも上がっているので、延べの水和できる面積が増加し水和を促進した結果、スランプロスを引き起こす。

また、早強及び／又は超早強のポルトランドセメント１００重量部に対して、高炉スラグ、転炉スラグ、及びシリカヒュームの中から少なくとも１種以上からなる混和材の２０重量部以下を含有させることによって、１４日強度を増加させることができる。高炉スラグ、転炉スラグ、及びシリカヒュームは通常のものでよい。シリカヒュームの添加により、早強及び／又は超早強のポルトランドセメント単独のものに比べ、流動性が向上し、無添加の場合より小さな水セメント比で高流動とすることができ、１４日強度も向上する。高炉スラグ、転炉スラグの添加により、無添加のものと比べ、１日強度は低下することがあるが、１４日強度は増加させることができる。

上記ポリカルボン酸系セメント分散剤の上記所定量の添加をすることでオートクレーブ処理を必要とせずに作業性が良く、高強度コンクリートが得られる。この分散剤の添加量は上述のとおり、単位セメント量４００〜６００ｋｇ／ｍ3 、単位セメント量に対して溶質量換算で０．０２〜０．４ｗｔ％を含有するようにセメント分散剤を配合する。好ましくは０．０４〜０．３ｗｔ％である。溶質量を基準として分散剤量を最適化することによって効果をより鮮明にすることができる。添加量が０．０２ｗｔ％未満では減水効果が小さすぎたり、スランプロス低減効果が小さすぎる。また、添加量が０．４ｗｔ％を超えるとセメントの凝結が遅延され、前置き時間を長く取らなければならないと共に、蒸気養生後の強度が低下する。

本発明にかかる成形体を製造するには、まず常法により上記成分及び必要によりその他の任意成分を加えて混合してコンクリートを調製し、このコンクリートを所望の成形型に入れ、遠心力をかけて成形すると共に、コンクリート中の水分を絞り取る。遠心力条件は３Ｇ〜４０Ｇで５〜３０分とすることができ、初めは回転速度を低速度として遠心力をかけることによりコンクリート中の成分を均一にし、次いで中速度、高速度で遠心力をかけてコンクリートを成形することが好ましい。具体的には、例えば、初速２Ｇ〜５Ｇで１〜５分、中速１０Ｇ〜２０Ｇで１〜５分、高速３０Ｇ〜４０Ｇで５〜２０分とすることができる。このような遠心力成形が終了した後、成形体を室温に２〜３時間放置して前置養生し、次に常圧蒸気養生を行う。常圧蒸気養生は、昇温速度１０〜３０℃／ｈｒとして徐々に蒸気の温度を上げていき、６０〜７５℃で２〜４時間、好ましくは３時間程度保持し、次いで自然冷却し、成形体を脱型する。このようにして、８００ｋｇ／ｍ2 以上の高強度のコンクリート成形体を１日で製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜３及び比較例１〜４を表１に示す。本セメント１００重量部のうち高炉スラグを１０重量部含有するコンクリート原料を混合して９０秒間強制ミキサーで混練りし、得られたコンクリートのスランプ及び空気量を測定した。結果を表２に示す。なお、セメント分散剤は単位水量の一部として用いた。また、表１においてポリカルボン酸系分散剤の添加量は、溶質量換算で単位セメント量に対する割合を示す。次に、強度試験用供試体として直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍの円柱供試体型枠に上記で得られたコンクリートを充填し、テーブルバイブレーターを用いて成形した。次に、３時間室温中で前置養生し、次に２０℃／ｈｒの昇温速度で昇温し、７５℃で３時間保持することによって蒸気養生し、自然冷却を行い、２４時間後の脱型時の圧縮強度を測定した。その後、空気中養生を行い、材令７日、１４日強度を測定した。また、該コンクリートを用い、遠心力を３Ｇで２分間、１０Ｇで２分間、３５Ｇで９分間順次かけて遠心成形した以外は上記と同様にして小型試験管（ヒューム管：直径２０ｃｍ、長さ３０ｃｍ）を作製し、常圧蒸気養生後、材令１４日で外圧強さ試験を行った。これらの試験結果を表２に示す。

＊１ポリカルボン酸系セメント分散剤ダーレックス・スーパー２００（グレースジャパン社製）溶質量は分散剤全体の２０．０％である。
＊２実施例は、早強ポルトランドセメントの代わりに超早強ポルトランドセメントをもちいた。

実施例４〜７
ポリカルボン酸系分散剤として表３に示すものを用いた以外は実施例１と同様にして強度試験用供試体及び小型試験管を作製し、実施例１と同様の試験を行った。結果を表３に示す。

比較例５〜６
表４に示すコンクリート原料を９０秒間強制ミキサーで混練りし、実施例１と同様にして強度試験用供試体及び小型試験管を作製し、実施例１と同様の試験を行った。結果を表５に示す。なお、表４において、超高強度混和材は砂の一部とし、高性能減水剤は水の一部とした。

＊１：超高強度混和剤 Σ−１０００（電気化学社製）
＊２：ナフタレンスルフォン酸系高性能減水剤マイティ１５０（花王社製）（溶質量は分散剤全体の４０．０%である。）
＊３：ポリカルボン酸系セメント分散剤ダーレックス・スーパー２００（グレースジャパン社製）溶質量は分散剤全体の２０．０％である。

比較例７〜８
表６に示すコンクリート原料を９０秒間強制ミキサーで混練りし、実施例１と同様にして強度試験用供試体及び小型試験管を作製し、実施例１と同様の試験を行った。結果を表７に示す。なお、圧縮強度試験は材令１日にて行った。

＊１：ナフタレンスルフォン酸系高性能減水剤マイティ１５０（花王社製）溶質量は分散剤全体の４０．０%である。

高強度コンクリート成形体を得ることができる高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法を提供する。

ポリアルキレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系高分子化合物の典型例を示す。

Claims

早強及び／又は超早強のポルトランドセメントを主成分とするセメントの単位セメント量４００〜６００ｋｇ／ｍ3 に対し、ポリアルキレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系高分子化合物を単位セメント量に対して溶質量換算で０．０２〜０．４ｗｔ％を含有するように配合し、水セメント比３２重量％以下とした後、コンクリート原料を成形し、常圧蒸気養生することを特徴とする高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法。
早強及び／又は超早強のポルトランドセメントを主成分とするセメントの１００重量部のうち、高炉スラグ、転炉スラグ、及びシリカヒュームの中から選ばれた少なくとも１種以上からなる混和材の合計含有量が２０重量部以下であることを特徴とする請求項１記載の高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法。
水セメント比が２０〜２８重量％である請求項１、２記載の高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法。
ポリアルキレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系高分子化合物が、次の式

（式中、Ａは炭素数１〜５のアルキレン基を示し、ｎは５〜２０の数を示し、ｍは重量平均で２０〜５０の数を示し、Ｒは炭素数１〜５のアルキル基を示す）で表わされるものである請求項１、２又は３記載の高強度遠心力コンクリート成形体の製造方法。