JP2005263579A

JP2005263579A - コンクリート材料、コンクリート部材、およびその製造方法

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Publication number: JP2005263579A
Application number: JP2004080583A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Abiko; 春彦安孫子; Taku Mita; 卓三田; Tetsuya Ando; 哲也安藤; Kenji Yamamoto; 賢司山本
Original assignee: Misawa Homes Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Misawa Homes Co Ltd; Denka Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】密度が小さくかつ所定の圧縮強度を有するコンクリート部材、そのコンクリート材料、およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを用い、前記ポルトランドセメント、珪砂、水、気泡剤、減水剤、遅延剤および前記フライアッシュを混練してスラリーペーストを生成し（ＳＴ１）、このスラリーペーストに前記繊維材を添加し混練して繊維材入りスラリーペーストを生成し（ＳＴ３）、さらに、この繊維材入りスラリーペーストに前記急硬材、水および遅延剤を添加して攪拌し（ＳＴ４）、打設した後に養生する（ＳＴ６、ＳＴ７）。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、建築分野や土木分野において構造物に用いられるコンクリート材料、コンクリート部材、およびその製造方法に関する。詳しくは、外壁材や外壁仕上げ材などの壁部材、床版や屋根版などのスラブ部材等に好適なコンクリート部材、そのコンクリート材料および製造方法に関する。

従来、コンクリートは、内部に異形鉄筋を埋設して補強した鉄筋コンクリートとして、建物の梁、柱、基礎等の構造を形成するために利用されている（例えば、特許文献１）。このようなコンクリートとして、密度０．５〜０．９のものは、圧縮強度が２〜１０Ｎ／mm²であり、密度１．０〜１．８のものは、圧縮強度が８〜５０Ｎ／mm²となっている。

特開平４−２１６７４７号公報

ところで、一般的な建築物に用いられる構造用コンクリートは、建築基準法により１２Ｎ／mm²以上の圧縮強度が必要とされている。このため、密度が約１．２以上となってしまい、建物の自重が大きくなっていた。

本発明の目的は、密度が小さくかつ所定の圧縮強度を有するコンクリート部材、そのコンクリート材料および製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンクリート材料、コンクリート部材、およびその製造方法は、次の構成を採用する。
本発明の請求項１に記載のコンクリート材料は、普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載のコンクリート部材は、普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを備えたコンクリート材料から形成されることを特徴とする。

また、請求項３に記載のコンクリート部材の製造方法は、普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを用い、前記ポルトランドセメント、珪砂、水、気泡剤、減水剤、遅延剤および前記フライアッシュを混練してスラリーペーストを生成し（ＳＴ１）、このスラリーペーストに前記繊維材を添加し混練して繊維材入りスラリーペーストを生成し（ＳＴ３）、さらに、この繊維材入りスラリーペーストに前記急硬材、水および遅延剤を添加して攪拌し（ＳＴ４）、打設した後に養生する（ＳＴ６、ＳＴ７）ことを特徴とする。

ここで、中空部を有するフライアッシュとは、火力発電所の微粉炭の燃焼により発生した灰分が溶けた灰白色の微粉であり、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を主成分とした骨材であって（例えば、フライアッシュ、スラグ、フライアッシュバルーン等）、バルーン状に形成されていて通常のフライアッシュよりも軽くなっている。また、珪砂の粉末は、ブレーン値で３３００〜８０００cm²/gが好ましく、３７００〜３９００cm²/gがより好ましい。また、繊維材としては、耐熱性のある改良型のポリプロピレン（ＰＰ）繊維やアラミド繊維が好ましい。また、気泡剤としては、ポリオキシエチレンスルホン酸系気泡剤が好ましい。

以上の本発明によれば、ポリカルボン酸系減水剤を用いたので、水粉体比を低下させることができるから、コンクリート強度を高めることができる。また、コンクリートの硬化を促進するカルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材と、コンクリートの硬化を抑制する遅延剤とを用いたので、コンクリートが急激に硬化してクラック等が発生するのを防止するとともに、初期強度の調整や意匠付与等の付加価値が高められ、コンクリート製品の生産性を向上できる。また、骨材として軽量で強度が高い中空部を有するフライアッシュを用いたので、圧縮強度を確保できるとともに、密度を小さくすることもできる。また、気泡剤を用いたので、安定的な気泡を形成し、軽量化を図ることができる。また、ポレオレフィン繊維を添加したことで、脱型時の応力に伴う欠けや割れを防止し、養生後の長期寸法安定性を向上できるとともに、曲げ弾性率も向上してハンドリングが容易になる等、作業性や施工性が向上し、乾燥収縮によるクラックを防止することもできる。

請求項４に記載のコンクリート部材の製造方法は、請求項３に記載のコンクリート部材の製造方法において、前記養生（ＳＴ６）は、オートクレーブ養生であることを特徴とする。
ここで、オートクレーブ養生とは、高温・高圧蒸気下で行う養生をいう。
この発明によれば、オートクレーブ養生を行ったので、普通ポルトランドセメントとケイ酸の化学反応が促進されて短期間に強度発現できるうえに、コンクリート製品の成形性や、オートクレーブ養生後の長期寸法安定性を向上させることができる。

請求項５に記載のコンクリート部材の製造方法は、請求項３または請求項４に記載のコンクリート部材の製造方法において、硬化後のコンクリートの圧縮強度が１２Ｎ／mm²以上になるように前記急硬材の割合を調整することを特徴とする。
この発明によれば、低密度かつ所定の強度のコンクリートが得られるから、コンクリート部材を様々な用途に用いることができる。

請求項６に記載のコンクリート部材は、請求項３から請求項５のいずれかに記載のコンクリート部材の製造方法で形成されたことを特徴とする。
この発明によれば、下水道、河川暗渠水道、橋梁、カーテンウォール、外壁仕上材等の様々なコンクリート構造物に応用できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４には、それぞれ本実施形態のコンクリート部材である外壁材１を製造する製造装置１０が示されている。また、図５には、外壁材１の製造方法のフローチャート（ＳＴ１〜ＳＴ６）が示されている。
製造装置１０は、図１に示すように、各材料（後述）を貯蔵するタンク（貯蔵装置）１１と、このタンク１１内の各材料を計量して所定量だけ取り出す計量器（計量装置）１２と、この計量器１２で計量された各材料を混練する混練手段であるミキサー１３，１４と、このミキサー（スラリーミキサー）１３で混練りされたスラリーペーストをコンクリート型枠２に打設する打設装置１５とを備えている。ここで、タンク１１および計量器１２によって、本発明の供給手段が構成されている。

そして、各タンク１１には、セメントサイロから供給される普通ポルトランドセメントと、珪砂サイロから供給される珪砂と、水と、ポリオキシエチレンスルホン酸系気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸およびその塩からなる遅延剤と、中空状のフライアッシュであるフライアッシュバルーンと、耐熱性ポリプロピレン繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材と、を含んだ各材料が各々貯蔵されている。
これらの各材料のうち、普通ポルトランドセメント、珪砂、水、気泡剤、減水剤、遅延剤、フライアッシュバルーン、および繊維材は、計量器１２を介してミキサー１３に供給されるようになっている。また、水、遅延剤、および急硬材は、一旦ミキサー１４で撹拌された後に、ミキサー１３に供給されるようになっている。

また、製造装置１０は、図２〜図４に示すように、打設された外壁材１を搬送する搬送手段としてのローラコンベヤ１６と、ヒータにより外壁材１を保温養生する温調ドーム１７と、コンクリート型枠２を反転させて外壁材１を脱型する反転装置１８と、搬送された外壁材１を養生ラック２０にセットする昇降機１９と、養生ラック２０にセットされた外壁材１を養生する養生手段としての養生室２１およびオートクレーブ養生室２２と、外壁材１を乾燥させる乾燥室２３と、外壁材１に塗装する塗装装置２４と、塗装を乾燥させる温調ドーム２５とを備えている。

すなわち、図２に示すように、打設装置１５によりローラコンベヤ１６上のコンクリート型枠２にスラリーペーストを打設して形成された外壁材１は、そのコンクリート硬化前に裏面を均したり適宜な凹凸を設けたりする裏面調整が実施された後に、ローラコンベヤ１６によって温調ドーム１７に搬送され、温調ドーム１７内のヒータにより所定の温度で養生される。
そして、図３に示すように、脱型可能な程度まで硬化した外壁材１は、反転装置１８で反転されて脱型され、さらにローラコンベヤ１６で搬送され、昇降機１９によって養生ラック２０にセットされ、養生ラック２０とともに養生室２１内に搬入されて養生される。
所定時間だけ養生された外壁材１は、図４に示すように、再び昇降機１９によって次の養生ラック２０にセットされ、養生ラック２０とともにオートクレーブ養生室２２内に搬入されてオートクリーブ養生され、この後、乾燥室２３に搬入されて乾燥される。乾燥が終了した外壁材１は、昇降機１９によってローラコンベヤ１６に載置されて塗装装置２４まで搬送され、塗装装置２４により表裏両面に塗装された後、温調ドーム２５に送られて乾燥されるようになっている。

次に、本実施形態の外壁材１の製造方法を、図５に基づいて説明する。
先ず、第１混練工程（ＳＴ１）では、普通ポルトランドセメントと、珪砂と、気泡剤と、水と、減水剤と、遅延剤（遅延剤Ａ）と、フライアッシュバルーンとを攪拌ミキサー１３で混練してスラリーペーストを生成する。
次に、繊維材添加工程（ＳＴ２）では、ＳＴ１で生成されたスラリーペーストに繊維材を添加する。
そして、第２混練工程（ＳＴ３）では、繊維材が添加されたスラリーペーストを攪拌ミキサー１３で混練して繊維材入りスラリーペーストを生成する。
さらに、第３混練工程（ＳＴ４）では、急硬材と、水と、遅延剤（遅延剤Ｂ）とを、先ずミキサー１４で撹拌し、混練りした後に、この混練りしたペーストを攪拌ミキサー１３に送り、第２混練工程（ＳＴ３）で生成された繊維材入りスラリーペーストに添加して混練りする。このとき、急硬材の割合を適宜調整する。

次に、打設工程（ＳＴ５）では、ＳＴ４で生成されたスラリーペーストを打設装置１５を介してコンクリート型枠２に打設し、外壁材１の裏面を調整する。これに続いて、外壁材１をコンクリート型枠２から脱型し、反転装置１８で反転させた後に、養生ラック２０に並べてセットする。
そして、養生工程（ＳＴ６）では、養生ラック２０にセットされた外壁材１を養生室２１内に搬入し、湿潤状態で養生する。
続いて、オートクレーブ養生工程（ＳＴ７）では、外壁材１をオートクレーブ養生室２２内に搬入し、オートクレーブ養生する。これに続いて、乾燥室２３で外壁材１を乾燥させた後、塗装装置２４で外壁材１に塗装し、温調ドーム２５で乾燥させて製造が完了する。

したがって、本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）ポリカルボン酸系減水剤を用いたので、水粉体比を低下させることができるから、コンクリート強度を高めることができる。また、コンクリートの硬化を促進するカルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材と、コンクリートの硬化を抑制する遅延剤とを用いたので、コンクリートが急激に硬化してクラック等が発生するのを防止するとともに、初期強度の調整や意匠付与等の付加価値が高められ、外壁材１の生産性を向上できる。また、骨材として軽量で強度が高い中空部を有したフライアッシュを用いたので、圧縮強度を確保できるとともに、密度を小さくすることもできる。また、耐熱性ポリプロピレン繊維からなる繊維材を添加したことで、脱型時の応力に伴う欠けや割れを防止し、養生後の長期寸法安定性を向上できるとともに、曲げ弾性率も向上してハンドリングが容易になる等、作業性や施工性が向上し、乾燥収縮によるクラックを防止することもできる。

（２）オートクレーブ養生を行ったので、普通ポルトランドセメントとケイ酸の化学反応が促進されて短期間に強度発現できるうえに、外壁材１の成形性や、オートクレーブ養生後の長期寸法安定性を向上させることができる。
（３）急硬材の割合を調整したので、低密度かつ所定の強度のコンクリートが得られるから、外壁材１のみならず様々な用途、例えば、下水道、河川暗渠水道、橋梁、カーテンウォール、外壁仕上材、床版や屋根版などのスラブ部材等のコンクリート部材に応用できる。

上述した手順に従って、以下の条件でコンクリート部材である外壁材を形成した。
[材料]
１．粉体
普通ポルトランドセメント
：３５±５重量％(３０００cm²／ｇ、太平洋セメント製)
珪砂：３０±５重量％(３８００cm²／ｇ、(株)三栄シリカ製)
急硬材：４±１重量％(カルシウムアルミネート系化合物例えばカルシウムアルミネート・石膏急硬材、電気化学工業(株)製)
フライアッシュ
：３０±５重量％(メタスフィアー＃５０、東海工業(株)製)
繊維材：１±０．５重量％(例えば、アラミド繊維、帝人(株)製、ポリプロ繊維、ダイワボウ製)

２．流体
減水剤：粉体に対して０．３重量％(スーパー３００Ｎ、グレースケミカルズ(株)製)
気泡剤：水に対して０．３重量％(ＡＥ−１４０Ｄ、グレースケミカルズ(株)製)
遅延剤Ａ：普通ポルトランドセメントに対して０．３重量％(有機酸およびその塩の希釈水、例えば、オキシカルボン酸アルカリ金属塩)
遅延剤Ｂ：急硬材に対して０．４重量％(有機酸およびその塩の希釈水、例えば、オキシカルボン酸またはその金属塩と無機弱酸アルカリ金属塩との組み合わせ)
水：粉体に対し４０重量％

[製造条件]
第１混練工程
：普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、減水剤と、遅延剤Ａと、フライアッシュとを撹拌ミキサー１３にて混練してスラリーペーストを生成した。この際、混練時間は約２分間とした。
繊維材添加工程
：第１混練工程にて生成したスラリーペーストに、繊維材を添加した。
第２混練工程
：繊維材入りスラリーペーストを混練した。この際、混練時間は約１分間とした。
第３混練工程
：予め混練した急硬材、水、遅延剤Ｂを、第２混練工程にて生成した繊維材入りスラリーペーストに添加し、混練した。この際、混練時間は約３０秒間とした。
打設工程：第２混練工程にて生成したスラリーペーストをコンクリート型枠に打設し、温調ドームで養生した。この際、脱型までの養生は、温度約２５℃以上で約４０分以上の気中養生とした。
養生工程：外壁材を型枠から脱型し、養生室において、温度約４０℃で約１０時間の湿潤養生した。
オートクレーブ養生工程
：外壁材をオートクレーブ養生室にてオートクレーブ養生した。この際、温度４０℃から１７０〜１８０℃まで上げて６時間、温度１７０〜１８０℃で８時間保持し、温度１７０〜１８０℃から４０℃まで下げて７時間とした。

[結果]
以上の材料および製造条件で製造した外壁材について、絶乾密度と圧縮強度との関係を図６に示し、絶乾密度と曲げ強度との関係を図７に示す。また、オートクレーブ養生時間と、普通ポルトランドセメントおよび珪砂に含まれる珪酸の反応率との関係を図８に示し、粉体に対する流体の重量比（Ｗ／Ｐ）と、珪酸の反応率から計算される珪酸に対する珪酸カルシウム水和物の比との関係を図９に示す。
図６、７より、絶乾密度０．７５〜０．９で、圧縮強度２３Ｎ／mm²以上、曲げ強度４Ｎ／mm²の外壁材が得られることを確認することできた。
また、図８、９より、粉体に対する流体の重量比（Ｗ／Ｐ）が高いほど、珪砂の水和反応が進行することが分かり、オートクレーブ養生を行うことで、珪酸の化学反応が促進され、短時間に最終強度発現ができる上に、外壁材の成形性、寸法安定性が確保できることが確認できた。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
［発明の効果］

本発明のコンクリート部材およびその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
請求項１に記載のコンクリート材料、請求項２に記載のコンクリート部材、および請求項３に記載のコンクリート部材の製造方法によれば、ポリカルボン酸系減水剤を用いたので、水粉体比を低下させることができるから、コンクリート強度を高めることができる。また、コンクリートの硬化を促進するカルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材と、コンクリートの硬化を抑制する遅延剤とを用いたので、コンクリートが急激に硬化してクラック等が発生するのを防止するとともに、初期強度の調整や意匠付与等の付加価値が高められ、コンクリート製品の生産性を向上できる。また、骨材として軽量で強度が高い中空部を有したフライアッシュを用いたので、圧縮強度を確保できるとともに、密度を小さくすることもできる。また、繊維材を添加したことで、脱型時の応力に伴う欠けや割れを防止し、養生後の長期寸法安定性を向上できるとともに、曲げ弾性率も向上してハンドリングが容易になる等、作業性や施工性が向上し、乾燥収縮によるクラックを防止することもできる。

請求項４に記載のコンクリート部材の製造方法によれば、オートクレーブ養生を行ったので、普通ポルトランドセメントとケイ酸の化学反応が促進されて短期間に強度発現できるうえに、コンクリート製品の成形性や、オートクレーブ養生後の長期寸法安定性を向上させることができる。

請求項５に記載のコンクリート部材の製造方法によれば、低密度かつ所定の強度のコンクリートが得られるから、コンクリート部材を様々な用途に用いることができる。

請求項６に記載のコンクリート部材によれば、下水道、河川暗渠水道、橋梁、カーテンウォール、外壁仕上材等の様々なコンクリート構造物に応用できる。

本発明は、建築や土木分野におけるコンクリート部材に広く利用可能である。

本発明の一実施形態に係るコンクリート部材の製造装置を示す図である。前記製造装置を示す図である。前記製造装置を示す図である。前記製造装置を示す図である。前記コンクリート部材の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施例に係る絶乾密度と圧縮強度との関係を示す図である。前記実施例に係る絶乾密度と曲げ強度との関係を示す図である。前記実施例に係るオートクレーブ養生時間と珪酸の反応率との関係を示す図である。前記実施例に係る粉体に対する流体の重量比と珪酸に対する珪酸カルシウム水和物の比との関係を示す図である。

符号の説明

１コンクリート部材としての外壁材
ＳＴ１第１混練工程
ＳＴ２繊維材添加工程
ＳＴ３第２混練工程
ＳＴ４第３混練工程
ＳＴ５打設工程
ＳＴ６養生工程
ＳＴ７オートクレーブ養生工程。

Claims

普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを備えたことを特徴とするコンクリート材料。
普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを備えたコンクリート材料から形成されることを特徴とするコンクリート部材。
普通ポルトランドセメントと、珪砂と、水と、気泡剤と、ポリカルボン酸系減水剤と、有機酸および／またはその塩からなる遅延剤と、中空部を有するフライアッシュと、耐熱性ポリプロピレン繊維および／またはアラミド繊維からなる繊維材と、カルシウムアルミネート系化合物からなる急硬材とを用い、
前記ポルトランドセメント、珪砂、水、気泡剤、減水剤、遅延剤および前記フライアッシュを混練してスラリーペーストを生成し、このスラリーペーストに前記繊維材を添加し混練して繊維材入りスラリーペーストを生成し、さらに、この繊維材入りスラリーペーストに前記急硬材、水および遅延剤を添加して攪拌し、打設した後に養生することを特徴とするコンクリート部材の製造方法。
請求項３に記載のコンクリート部材の製造方法において、
前記養生は、オートクレーブ養生であることを特徴とするコンクリート部材の製造方法。
請求項３または請求項４に記載のコンクリート部材の製造方法において、
硬化後のコンクリートの圧縮強度が１２Ｎ／mm²以上になるように前記急硬材の割合を調整することを特徴とするコンクリート部材の製造方法。
請求項３から請求項５のいずれかに記載のコンクリート部材の製造方法で形成されたことを特徴とするコンクリート部材。