JP2005289772A - 石灰石を用いた低収縮性ポーラスコンクリート組成物及びコンクリート構造体。 - Google Patents
石灰石を用いた低収縮性ポーラスコンクリート組成物及びコンクリート構造体。 Download PDFInfo
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- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
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Abstract
【解決手段】 低収縮性ポーラスコンクリート組成物は、セメント、石灰石砕石、(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)を質量比で(A)/(B)=20〜50/50〜80の割合で配合された混和材料を含有し、前記石灰石砕石は、粒径が2.5〜40mmであり、当該コンクリート組成物を用いてコンクリート構造体を得る。
【選択図】なし
Description
一部の外構用ポーラスコンクリート舗装現場では、温度や乾湿等の影響と考えられる、目地間の中央に発生する横断方向のひび割れや、集水槽等の構造体の周囲からひび割れが発生しており、これらは目地間隔を短くすることや槽構造物等の周囲に目地を設けることによって、ひび割れの抑制を図ることも可能であると考えられる。しかし、かかる前記対策では、当該ひびわれ対策としては十分なものではない。
具体的には、コンクトリート二次製品製造工場等においては、作業の一時中断後、再び作業を開始した際に型枠への充填不足や未充填等の問題が生じ、従って、ポーラスコンクリートにおける作業性の低下は、生コンクリート工場、二次製品製造工場その他において、ポーラスコンクリートの品質管理上及び作業性改善のために解決しなければならない重要な課題となっている。しかし、現在は有効なコンクリートの製造方法は実現されていない。
また更に、上記従来のポーラスコンクリート等は、特殊な組成の物質を添加して用いており、当該物質を調製するのには、設備や材料費等の経費がかかり、従って、得られるコンクリートは、大量な使用が求められる一方、安価な物ではなくなっている。
好適には、前記本発明の低収縮性ポーラスコンクリート組成物において、石灰石砕石は、粒径が2.5〜40mmであることを特徴とする。
好適には、前記本発明の低収縮性ポーラスコンクリート組成物において、前記混和材料には、更に膨張材を含み、より好ましくは、また更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも1種が含有される。
また、本発明のコンクリート構造体は、前記本発明の低収縮性コンクリート組成物を用いてなることを特徴とする。
また、本発明の低収縮性ポーラスコンクリート構造体は、上記本発明の低収縮性ポーラスコンクリート組成物を用いてなるため、強度に優れ、耐収縮性に優れた、低収縮性ポーラスコンクリート構造体の実現化を容易とすることができる。
本発明の低収縮性ポーラスコンクリート組成物は、セメント、石灰石砕石、(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)を質量比で(A)/(B)=20〜50/50〜80の割合で配合された混和材料を含有するものである。
かかる組成を有することにより、コンシステンシー(フレッシュ性状)を低下させることなく、作業性の向上が図られ、生コンクリート工場においても、打設箇所への運搬時間の制約、打設現場での待機時間等による品質変化、施工性不良などの障害の発生を抑制できるようになると同時に、天候の影響を受けることなく、反り変形やひび割れの発生も抑制することができるようになり、また極めて経済的なものとすることができる。
また、資源リサイクルなどの点から、セメントの一部を高炉スラグ粉、フライアッシュ、シリカフューム、石膏、粘土鉱物粉及び石粉類のうち、一種または二種以上から選ばれる無機粉体で置換して、セメントを含む粉体混合物として用いてもよい。なお、無機粉体を用いる場合には、無機粉体の割合はセメント100重量部に対して50重量部以下とすることが好ましく、より好ましくは、30重量部以下とすることが好ましい。
骨材として、石灰石砕石を用いることにより、セメントペーストまたはセメントモルタルと石灰石砕石との界面の組織が緻密化し、硬化後のコンクリ一トの乾燥収縮によるひび割れを抑制することができることとなる。
他に、必要に応じて、例えば、粒径2.5〜40mmの砂利、砕石、またはこれらの混合物や軽量骨材等や、細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂6〜7号等の比較的粒径の細かい細骨材または珪石粉等の微粉末も、本発明の効果を損なわない限り用いることもできる。
(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)を、質量比で(A)/(B)=20〜50/50〜80割合で含有する粉体を用いるが、この(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)の割合が50を越える場合には、製造された低収縮性ポーラスコンクリートは経過時間と共に作業性の低下が激しくなり、好ましくない。一方、(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)の割合が20未満の場合には、ポーラスコンクリート製造時の混練時間を要するばかりでなく、粗骨材に付着したペ一ストの流動性が時間経過と共に高くなり、粗骨材とペーストが分離してしまうので、ポーラスコンクリートを打設する際に設計した空隙率を均一に保持することが困難となり、好ましくない。
CH2=C(R1)COO(R2O)nR3 …(I)
ここで、上記式(I)中、R1は水素原子又はメチル基を示し、R2Oは炭素数2〜4のオキシアルキレン基、例えば、―CH2CH2O―、―CH2CH(CH3)O―、―CH2CH(CH2CH3)O―、―CH2CH2CH2CH2O―等が挙げられる。また、nは、オキシアルキレン基の付加モル数を示し、この付加モル数(n)は5〜40の整数であり、好ましくは7〜35、より好ましくは9〜30である。また、R3は水素原子又は炭素原子1〜5のアルキル基を示し、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。
当該(a)単量体の使用量は、上記(a)、(b)及び(c)の合計量に対して、3〜25%モルであり、好ましくは4〜20モル%、より好ましくは5〜17モル%である。
また、上記単量体(a)と単量体(b)のモル比(a)/(b)は、混和初期のセメント分散性能に優れることの点から、好ましくは0.05〜0.4、より好ましくは0.05〜0.3とすることが望ましい。
CH2=C(R4)COOR5 …・(II)
ここで、上記式(II)中、R4は水素原子又はメチル基であり、R5は炭素数1〜5の水酸基により置換されていてもよいアルキル基であり、この上記(c)単量体の使用量は、上記(a)、(b)及び(c)の合計量に対して、5〜35モル%であり、好ましくは5〜25モル%である。
上記したこれらの共重合体の塩を調製するのに用いられるアルカリ土類金属、多価金属としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム等が望ましいが、製造の容易さ、価格の点からカルシウムが望ましい。なお、ナトリウム等の一価金属塩は粉体ではあるが、アルカリ土類金属塩や多価金属塩と比較して若干経時安定性が悪く、好適には用いられない。
前記共重合体の塩の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、重合に用いるメタクリル酸を予めアルカリ土類金属塩又は多価金属塩とした後で共重合する方法、並びに、メタクリル酸を用いた共重合体溶液をアルカ土類金属、多価金属の塩又は水酸化物と反応させる方法、更に、共重合体塩の溶液をイオン交換する方法(例えば、メタクリル酸Naをモノマーとした場合、共重合後、NaとCaのイオン交換を行う。)などが挙げられる。
CH2=C(R6)―(CH2)xO―(R7O)y―R8 …・(III)
ここで、上記式(III)中R6は、水素原子又はメチル基を示し、R7Oは炭素数2〜4のオキシアルキレン基、例えば、―CH2CH2O―、―CH2CH(CH3)O―、―CH2CH(CH2CH3)O―、―CH2CH2CH2CH2O―等が挙げられる。また、xは0又は1を示し、yは1〜100の整数、好ましくは1〜80、より好ましくは10〜50を表す。またR8は水素原子又は炭素原子1〜5のアルキル基を示し、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。
上記(d)単量体の使用量は、(d)、(e)及び(f)の合計量に対して、10〜90モル%であり、好ましくは30〜70モル%、より好ましくは40〜60モル%である。
当該(e)単量体の使用量は、好ましくは、上記(d)、(e)及び(f)の合計量に対して、40〜70%モル%であり、好ましくは45〜70モル%である。
R9―(R10O)z―W …(IV)
ここで、上記式(IV)中、R9は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。また、R10Oは、炭素数2〜4のオキシアルキレン基、例えば、―CH2CH2O―、―CH2CH(CH3)O―、―CH2CH(CH2CH3)O―、―CH2CH2CH2CH2O―等が挙げられ、zは1〜100の整数を表し、好ましくは1〜70、更に好ましくは1〜50を表す。更に、Wは、H(水素原子)又はR11NH2(R11はアルキレン基を示す)を表す。
当該(f)単量体の使用量は、上記(d)、(e)及び(f)の合計量に対して、0〜70モル%、好ましくは、40〜70モル%である。
上記したこれらの共重合体の塩を調製するにはアルカリ金属を用いることができるが、好ましくは、アルカリ土類金属、多価金属である。例えば、アルカリ土類金属、多価金属としては、例えば、上記メタクリル酸系ポリマー粉体の場合と同様、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム等が望ましく、製造の容易さ、価格の点からカルシウムが望ましい。また、粉体化の方法としては、前述の(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)で記載した公知の粉体化方法により製造できる。
かかる混合粉体の添加量が0.01質量%未満であると、作業性に悪影響を及ぼし、一方2.0質量%を越えて多すぎると、所望する空隙率を有するポーラスコンクリートを製造することができないばかりでなく、経済的にも不利となる場合がある。
膨張材を本発明の方法に用いることにより、得られるコンクリート構造体の乾燥収縮を低減でき、コンクリート構造体の収縮及びひび割れの発生を効果的に防止することが可能となり、コンクリートの耐候生を向上させ、耐久性を付与することとなる。
その配合割合は、セメントまたはセメントを含む粉体混合物に対して、1〜15質量%、好ましくは2〜10質量%で含有することが好ましい。この膨張材の添加量が1質量%未満であると、収縮低減効果は少なく、一方15質量%を越えて多すぎると、強度低下する場合があり好ましくない。
このオキシカルボン酸及びその塩は、凝結遅延効果によりペーストの流動性を保持すると共に、当該混和材料に用いられるメタクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)と相乗的に作用し、時問経過と共に逸散する水分を保持し、作業性を更に改善するものとなる。
このようなオキシカルボン酸としては、例えば、グルコヘプトン酸、グルコン酸、クエン酸、リンゴ酸、ガラクトン酸及びそれらの1価金属塩、2価金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩等を挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
当該オキシカルボン酸又はその塩の好ましい添加量は、セメントまたはセメントを含む粉体混合物に対して、0.01〜1.0質量%である。この添加量が0.01質量%未満では、更なる顕著な効果が発現せず、また1.0質量%超過ではポーラスコンクリートの凝結時間が必要以上に長くなる場合があり、好ましくない。
本発明のポーラスコンクリートは、セメント、石灰石砕石、(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)を質量比で(A)/(B)=20〜50/50〜80の割合で配合された混和材料及び水を混合して製造することができるものであるが、その混合方法は特に限定されず、前記材料中の一部を予め混合して用いてもよいし、また現場にて全材料を一度に混合してもよい。
なお、本発明における水/セメント比を算出する際の水には、上記混練材料をエマルジョン等のポリマーディスパージョンとして用いる場合には、これらに含まれる水も含むものである。
また、上記混練方法は、特に限定されるものではなく、例えば、材料を一括してミキサに投入して混練する方法、水以外の材料をミキサに投入し空練りした後に水を投入して混練する方法等が挙げられる。
上記混和材料のミキサヘの投入方法としては、当該混和材料を直接ミキサヘ投入する方法、混和材料の所定量をアルカリ解砕性を有する紙で予めパック化しミキサヘ投入する方法、高炉スラグ粉やフライアッシュ等の無機粉体と所定の割合で予め混合し、無機粉体と共にミキサに投入する方法等の任意の方法等が挙げられる。
更に、本発明の混和材料に含まれる膨張材、予め(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)を含む粉体と混合しておいてもよく、またはポーラスコンクリート製造時に添加してもよいものである。
また、前記混和材料には、更に好ましくは、オキシカルボン酸(塩)を含有しても良く、更に、高炉スラグ粉、フライアッシュ、シリカフューム、石膏、粘土鉱物粉及び石粉類のうち、一種又は二種以上を更にこの混和材料に含有してもよい。
この乾燥収縮低減剤としては、市場で入手できるものを使用することが可能であり、液状又は粉体状のどちらでも使用可能である。乾燥収縮低減剤の添加量は、他の材料と共に混練する場合は、セメントまたはセメントを含む粉体混合物に対して有効分換算で0.3〜3.0質量%、また、ポーラスコンクリート打設時又は打設後表面に散布する場合は、100〜500g/cm2が好ましい。
(使用材料)
下記表1で使用した材料は、以下のとおりである。
(1)セメント;普通ポルトランドセメン(住友大阪セメント社製)
(2)無機粉体;フライアッシJISII種(中部電力社製)
(3)石灰石砕石;舗装用7号砕石(栃木県葛生町産)
硬質砂岩砕岩;舗装用7号砕石(東京都奥多摩町産)
(4)細骨材;細目砂(千葉県利根川産)
(5)(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)の混合粉体;前記一般式(I)において、R1及びR3が−CH3、R2Oが−CH2CH2O−、nが25である単量体、メタクリル酸、及び前記一般式(II)において、R4及びR5が−CH3である単量体の75/17/15(モル比)の共重合体のカルシウム塩(重量平均分子量;28,000)からなるメタクリル酸系ポリマー粉体(A)、及び、前記一般式(III)においてR6が−H、xが1、R7Oが−CH2CH2O−、yが48、R8が−CH3である単量体と無水マレイン酸の50/50(モル比)の共重合体のカルシウム塩(重量平均分子量;25,000)からなるマレイン酸系ポリマー粉体(B)の各々所定量を予め混合して均一して一体化した混合粉体
(6)膨張剤;スーパーサクス(住友大阪セメント株式会社製)
(8)オキシカルボン酸又はその塩;グルコン酸ナトリウム
(9)減水剤;ポゾリスNo.70(ポゾリス物産製)
(10)AE減水剤;マイクロエア101(ポゾリス物産製)
(11)水;上水道水
上記材料を用いて下記表1に示す配合によりポーラスコンクリートを調製した。ポーラスコンクリートの調製には、二軸強制練りミキサ(50L)を使用し、水以外の材料をミキサに投入し15秒間の空練りを行った後に、水を投入して90秒間練り混ぜを行った。
上記実施例1〜2及び比較例1〜2で得られた各コンクリートを以下の試験に供し、その結果を表2に示す。
硬化体性状の指標として、ポーラスコンクリートの材齢28日における曲げ強度(JIS A1106−1993に準拠)を測定した。
(2)収縮低減性
低収縮性の指標として、JIS A 1129に準じて、ポーラスコンクリートの脱型後(材齢1日)の基長の寸法に対する、各材齢の長さ変化率(μ)を測定した。
一方、本発明の範囲外となる比較例1〜3では、曲げ強度は4.5N/mm2以上を有していたが長さ変化率については、材齢56日後で−500μ以上であった。
また、本発明の低収縮性ポーラスコンクリートは、石灰石砕石を用いているため、比較例の硬質砂岩砕石を用いた場合よりも、乾燥収縮を4〜5割低減することができる。また、更に石灰石砕石と膨張材を用いた場合には、乾燥収縮を5〜6割低減することができる。
Claims (5)
- セメント、石灰石砕石、(メタ)アクリル酸系ポリマー(A)及びマレイン酸系ポリマー(B)を質量比で(A)/(B)=20〜50/50〜80の割合で配合された混和材料を含有することを特徴とする、低収縮性ポーラスコンクリート組成物。
- 請求項1記載低収縮性ポーラスコンクリート組成物において、石灰石砕石は、粒径が2.5〜40mmであることを特徴とする、低収縮性ポーラスコンクリート組成物。
- 請求項1または2記載の低収縮性ポーラスコンクリート組成物において、混和材料に、更に膨張材含むことを特徴とする、低収縮性ポーラスコンクリート組成物。
- 請求項1〜3いずれかの項記載低収縮性ポーラスコンクリート組成物において、前記混和材料に、更にオキシカルボン酸及びその塩から選ばれる少なくとも1種が含有されることを特徴とする、低収縮性ポーラスコンクリート組成物。
- 請求項1〜4いずれかの項記載の低収縮性ポーラスコンクリート組成物を用いたコンクリート構造体。
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