JP2005206399A - 高強度ポーラスコンクリート用混和材、及び高強度ポーラスコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】高い空隙率と圧縮強度を両立した高強度ポーラスコンクリートの製造に適した混和材、及びその混和材を適用して製造される優れた高強度ポーラスコンクリートを提供する。
【解決手段】高強度ポーラスコンクリート用混和材を、シリカフューム、ポリマー微粒子含有水及び分散剤を含有してなり、ポリマー微粒子含有水に対するシリカフュームの濃度を３０〜６０重量％とした。また、斯かる混和材を、骨材、セメント及び水からなるコンクリートに混合して硬化させ、高強度ポーラスコンクリートを得た。

Description

本発明は、高強度ポーラスコンクリートの製造を可能とする高強度ポーラスコンクリート用混和材、及び当該混和材を適用して製造される高強度ポーラスコンクリートに関するものである。

従来より、内部に所定の連続空隙を有するポーラスコンクリートやその製造方法が各種案出されている。例えば、セメント、粗骨材、水及び分散剤を含有する水硬性組成物の硬化体であり、連続空隙が２６％以上、圧縮強度が３０ＭＰａ以上のポーラスコンクリート（引用文献１参照）や、早強ポルトランドセメントとシリカフュームを混合したセメント系粉体、粗骨材、減水剤及び吸水性樹脂と水とを混練りして即時脱型成型するポーラスコンクリートの製造方法（引用文献２参照）、スラグ細骨材を含む細骨材、セメントを含む粉体、水及び必要に応じて用いられる混和材からなるモルタルと粗骨材とを混練りして型枠内に投入した後、これを養生して硬化させるポーラスコンクリートの製造方法（引用文献３参照）が、従来のポーラスコンクリート及び製造方法として例示することができる。
特開平１１−２６８９６９号公報 特開２０００−１１９０７４公報 特開２００２−２７４９６６公報

ところが、従来技術のうち、例えば特許文献１に記載のポーラスコンクリートでは、その実施例において１３〜５ｍｍの粗骨材を用いたものが例示されているが、実際にはそれ以上の粒径の骨材を用いると骨材同士の接点数が少なくなるため、応力の伝達が少なくなって圧縮強度が低下するため、１３ｍｍよりも大きな粒径の骨材を適用したポーラスコンクリートでは所望の圧縮強度を有するものを得ることはできないという問題がある。また、特許文献２に記載の方法では、セメントとシリカフュームのプレミックス品を用いて配合設計が行われるが、シリカフューム混入率（置換率）の自由度がなくなるため、使用材料や条件が異なった場合、適切なシリカフューム混入率が選定できなくなるという問題に加えて、シリカフュームは微粉末であってかさ比重が著しく小さいために、作業時に粉塵が発生しやすく取り扱いに困難を伴うという問題もある。さらに、特許文献３に記載の方法によると、空隙率が２０〜３５％の範囲で１８ＭＰａ以上の圧縮強度が得られるが、材料の入手や使用が困難なスラグ細骨材の使用が必須であるために汎用的な製造に問題があり、またバインダがモルタルであるため、セメントペーストに比べて品質管理の容易さに劣るという問題もある。

この他、高い強度を有するポーラスコンクリートを製造するために、水セメント比を低下させると流動性が顕著に低下するが、それを補うために分散剤の添加量を増加するとチクソトロピー性が大きくなることから、これを改善するべくシリカフュームが用いられるのであるが、シリカフュームは上述の通り微粉末でありかさ比重が著しく小さいことからコンクリートに対して均一に混合されにくく凝集しやすいという問題もある。

そこで本発明は、以上のような問題に鑑みて、斯かる従来の不具合を解消し、高い空隙率と圧縮強度を両立した高強度ポーラスコンクリートの製造に適した混和材、及びその混和材を適用して製造される優れた高強度ポーラスコンクリートの提供を主たる目的としている。

すなわち、本発明に係る高強度ポーラスコンクリート用混和材は、ポーラスコンクリートの製造において、骨材、セメント及び水に混入されるものであって、シリカフューム、ポリマー微粒子含有水及び分散剤を含有してなり、ポリマー微粒子含有水に対するシリカフュームの濃度を３０〜６０重量％としていることを特徴とするシリカフュームスラリーである。

斯かる構成の高強度ポーラスコンクリート用混和材であれば、コンクリート中のシリカフューム量が適度であって均一に分散させることができるため、チクソトロピー性が好適となり硬化阻害が生じることもないので、空隙率２５％以上という高空隙率、且つ２５ＭＰａ以上という高強度のポーラスコンクリートを製造することが可能となる。ここで、シリカフュームの種類は特に限定されるものではないが、例えば「ＪＩＳ Ａ６２０７コンクリート用シリカフューム」に規定されている品質を満たすものを用いることが好ましい。なお、シリカフュームスラリー濃度が３０重量％未満であると、コンクリート中のシリカフューム量が少なく、過大なチクソトロピー性を示し、コンクリートでの作業性が改善されず、他方、シリカフュームスラリー濃度が６０重量％を越えると、シリカフュームが均等に分散したシリカフュームスラリーの製造が困難になるとともに、シリカフュームスラリーの製造に必要な分散剤量が増加するため硬化阻害が生じる。

このような混和材において、コンクリートの強度増進と、シリカフュームスラリーの好適な製造を可能とするには、ポリマー微粒子含有水について、水中のポリマー微粒子含有率を１〜１０重量％とすることが有効となる。ここで、ポリマー微粒子の種類は特に限定されるものではないが、例えば「ＪＩＳ Ａ６２０３−２０００セメント混和用ディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されている品質を満足するものを用いることが好ましい。なお、水中のポリマー微粒子含有率が１重量％未満であれば、ポリマー微粒子含有量が少ないため、コンクリートの強度が増加せず、他方、ポリマー微粒子含有率が１０％を越えると、ポリマー微粒子を含有した水の粘性が高くなり、シリカフュームスラリーの製造が困難となる。

また、分散剤の種類も特に限定されるものではないが、例えば、分散性能の高い「ＪＩＳ Ａ６２０４コンクリート用化学混和剤」に規定されている品質を満足する高性能ＡＥ減水剤が好ましく、その添加量は、シリカフュームスラリーの製造が可能な程度であれば特に限定されることはない。

さらに本発明に係る高強度ポーラスコンクリートは、骨材、セメント及び水からなるポーラスコンクリートに高強度ポーラスコンクリート用混和材を混練し硬化させてなるものであって、高強度ポーラスコンクリート用混和材中の水分をコンクリート配合中の水に置換して、水セメント比を２０％以下とするものである。

すなわち、水セメント比を２０％以下にすることで、ペースト部を高強度化することができ、その結果、骨材接点の少ない粒径が大きい骨材を用いた場合でも、コンクリートの高強度化を実現するとともに、植生も可能な高強度ポーラスコンクリートを得ることができる。

そして、斯かる高強度ポーラスコンクリートにおいては、上述したように、高強度ポーラスコンクリート用混和材として、シリカフューム、ポリマー微粒子含有水及び分散剤を含有してなり、ポリマー微粒子含有水に対するシリカフュームの濃度を３０〜６０重量％としているもの、或いはさらにポリマー微粒子含有水のポリマー微粒子含有率を１〜１０重量％としたものが好適である。

さらに、以上のような本発明に係る高強度ポーラスコンクリートには、空隙率が２５％以上、ないしは圧縮強度が２５Ｐａ以上のものが含まれる。

本発明に係る高強度ポーラスコンクリート用混和材によれば、シリカフュームスラリー濃度を３０〜６０重量％に最適化し、或いはポリマー微粒子含有率を１〜１０重量％に最適化したことで、適度のシリカフューム量によりチクソトロピー性を好適なものとし、コンクリートにおける作業性を良好なものとするとともに、硬化阻害を生じることなくシリカフュームスラリーの製造を簡便なものとすることができ、その結果、高い空隙率及び圧縮強度を実現した高強度ポーラスコンクリートの製造が可能となる。

また、このような高強度ポーラスコンクリート用混和材を用い、且つ水セメント比を２０％以下とした本発明に係る高強度ポーラスコンクリートであれば、ペースト部の高強度化によって粒径が大きく且つ接点が少ない骨材を適用する場合であっても、高空隙率及び高圧縮強度を有する優れた高強度ポーラスコンクリートを得ることができる。また、このような高強度ポーラスコンクリートであれば、植生も可能である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態では、高強度ポーラスコンクリート用混和材（以下、「混和材」と略称する）及びそれを用いた高強度ポーラスコンクリートの一例として次に示すような実施例を作成し、比較例１〜１０と対比した３種類の試験を行った。

まず、本実施例の使用材料及びポーラスコンクリートの配合については、以下に示すようなものである。なお、同実施例及び比較例１〜１０の詳細な構成については図１に一覧表として示す。
＜実施例の使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント
骨材 ：５号砕石
水 ：水道水
混和材 ：高強度ポーラスコンクリート用混和材（図中、記号ＳＦＰで示す）
（内訳） シリカフューム（同、記号ＳＦで示す）
水溶性ポリマー（同、記号Ｐｏｌで示す）
分散剤：高性能ＡＥ減水剤（図中、記号ＳＰで示す）
＜実施例におけるポーラスコンクリートの配合＞
目標空隙率 ３０％
水結合材比 １５％
単位結合材量（セメント＋シリカフューム） ３００Kg/m³
このような実施例においては、シリカフュームスラリー濃度が４０重量％、ポリマー微粒子含有率が５重量％、混和材量が対結合材比（図中「結合材×％」と示す、以下同）で２０％である。

以下、本実施例を用いた３種の試験について説明する。

まず、試験１では、高強度ポーラスコンクリート用混和材の構成内容が与える高強度ポーラスコンクリートの圧縮強度、スラリー性状、コンクリート性状について、比較例１〜４と比較した試験を行った。この結果を、図２に一覧表として示す。同図から明らかなように、比較例１は、スラリーの製造は可能であるが、シリカフューム量が少ないため過大なチクソトロピー性を示し、コンクリートでの作業性改善が認められず、強度増進も少ない。また、比較例２は、スラリーの製造は可能であるが、シリカフューム量が多いため分散剤量を増加しているので、粘性が高くシリカフュームの分散性が悪い。また、シリカフューム製造に必要な分散剤量が過剰であるため硬化阻害が生じ、強度が低下している。比較例３は、ポリマー微粒子含有量が少ないため、コンクリート強度が増加しない。さらに比較例４は、ポリマー微粒子を含有した水の粘性が高くなり、シリカフュームスラリーの製造が困難である。これらと比較して、本実施例では、２５．１ＭＰａという高い圧縮強度が得られ、スラリー性状は製造可能な程度であり、コンクリート性状も良好であった。以上のことから、本実施例における混和材中のシリカフュームスラリー濃度及びポリマー微粒子含有率が、スラリー性状及びコンクリート性状の向上とともに、コンクリートの圧縮強度の増大に寄与しているといえる。

次に、試験２では、高強度ポーラスコンクリート用混和材の使用量が与える圧縮強度、及びコンクリート性状について、比較例５、６と比較した試験を行った。この結果を、図３に一覧表として示す。同図から明らかなように、比較例５は、シリカフューム量が少ないため過大なチクソトロピー性を示し、コンクリートの作業性改善は見られず、またポリマー微粒子量も少ないためコンクリート強度が増加しない。また、比較例６は、過大なチクソトロピー性は改善されコンクリートの製造は可能であるが、シリカフューム置換によるセメント量減により強度低下が生じ、また混和材の水分をコンクリート配合中の水に置換するためには限界の量となる。これらと比較して、本実施例では、２５．１ＭＰａという高い圧縮強度が得られ、コンクリート性状も良好であったことから、本実施例における混和材の使用量が、コンクリート性状の向上及び、コンクリートの圧縮強度の増大に適していることがいえる。

最後に、試験３では、高強度ポーラスコンクリート用混和材の使用による効果を、圧縮強度及びコンクリート性状に関して、比較例７〜１０と比較した試験を行った。この結果を、図４に一覧表として示す。同図から明らかなように、比較例７では混和材を使用していないことから、過大なチクソトロピー性を示し、作業性が悪化するとともに凝結が遅延し、翌日脱型が困難な状態となった。比較例８は、混和材としてシリカフュームを単独で使用しており、過大なチクソトロピー性は改善されポーラスコンクリートの製造は可能であったが、シリカフュームの分散が悪いため、適切な流動性を得るには至らず、強度が低く、またシリカフュームによる粉塵など作業性にも問題が生じた。比較例９では、混和材として水溶性ポリマーを単独で使用しており、得られた結果は比較例７と同様となり、製造が困難となった。比較例１０では、混和材としてシリカフュームと水溶性ポリマーとをミキサー混合したものを用いており、比較例８と同様に製造は可能であったが作業性に問題が生じ、２種類の混和材投入に手間を要した。これらと比較して、本実施例では比較例の場合のような問題は生じず、高い圧縮強度と良好なコンクリート性状が得られたことから、混和材としてＳＦＰをプレミックスしたものを用いることがポーラスコンクリートの高強度化とコンクリート性状の向上に寄与するものといえる。

なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限られるものではない。特に高強度ポーラスコンクリート用混和材の組成比、構成材料の種類などの具体的構成についても本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明に係る一実施例及び比較例の構成を示す一覧表。 本発明の一実施形態における試験１の結果を示す一覧表。 同試験２の結果を示す一覧表。 同試験３の結果を示す一覧表。

Claims (7)

1. ポーラスコンクリートの製造において、骨材、セメント及び水に混入されるものであって、シリカフューム、ポリマー微粒子含有水及び分散剤を含有してなり、ポリマー微粒子含有水に対するシリカフュームの濃度を３０〜６０重量％としていることを特徴とする高強度ポーラスコンクリート用混和材。
2. 前記ポリマー微粒子含有水は、水中のポリマー微粒子含有率を１〜１０重量％としたものである請求項１記載の高強度ポーラスコンクリート用混和材。
3. 骨材、セメント及び水からなるポーラスコンクリートに高強度ポーラスコンクリート用混和材を混練し硬化させてなるものであって、高強度ポーラスコンクリート用混和材中の水分をコンクリート配合中の水に置換して、水セメント比を２０％以下としていることを特徴とする高強度ポーラスコンクリート。
4. 前記高強度ポーラスコンクリート用混和材は、シリカフューム、ポリマー微粒子含有水及び分散剤を含有してなり、ポリマー微粒子含有水に対するシリカフュームの濃度を３０〜６０重量％としている請求項３記載の高強度ポーラスコンクリート。
5. 前記ポリマー微粒子含有水は、水中のポリマー微粒子含有率を１〜１０重量％としたものである請求項４記載の高強度ポーラスコンクリート。
6. 空隙率が２５％以上である請求項３、４又は５記載の高強度ポーラスコンクリート。
7. 圧縮強度が２５Ｐａ以上である請求項３、４、５又は６記載の高強度ポーラスコンクリート。

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