JP2006089299A

JP2006089299A - ケミカルプレストレス導入材及びケミカルプレストレス導入高強度コンクリート

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Publication number: JP2006089299A
Application number: JP2004273369A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakuma; 隆司佐久間; Akinori Sugiyama; 彰徳杉山
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】引張応力による破壊に対する抵抗性を付与する上で従来圧縮強度に比べて引張強度の強度値の飛躍的向上が困難であったコンクリートに対し、ケミカルプレストレスの導入によって当該抵抗性を著しく高めようとする際に、圧縮強度が概ね４０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度コンクリートへの膨張材混和によるケミカルプレストレスの導入困難性を改善し、高強度コンクリートに対しても引張応力による破壊に対する抵抗性が飛躍的に高まるようなケミカルプレストレスを容易に導入できる手段を提供する。
【解決手段】収縮低減剤と遊離生石灰含有率が２５〜９０重量％の膨張材を含有してなるケミカルプレストレス導入材を、高強度コンクリートに混和させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ケミカルプレストレスを導入するために混和使用されるケミカルプレストレス導入材及びケミカルプレストレスが導入された高強度コンクリートに関する。

一般に、コンクリートは圧縮強度に比してその１割以下の値の引張強度しかなく、少しの引張応力が加わっても破損することがある。引張強度の向上策として、高活性な養生処理、配合水量の低減、高強度混和剤等の使用などが広く行われてきた。しかし、これらの方法は強度全体を高めるものであり、圧縮強度と引張強度の相対的な関係は実質変わらない。低熱ポルトランドセメント等を使用することで引張強度の向上割合を選択的に高められることが知られているが（例えば特許文献１参照。）、実効性のある引張強度値まで高めるには至らない。このため、引張応力が加わる箇所を鉄筋などで補強することで引張応力に対する抗力を高めることも行われているが、適用形状などで製造上の制約が課せられ易く、基材の引張強度自体は変わらないため、初亀裂の発生状況は殆ど改善されない。また、引張応力が加わる方向を中心に予め圧縮力（プレストレス）を加えておき、引張応力を打ち消す方策も知られている。プレストレス導入方法としては、機械的方法、電気的方法及び膨張性物質等を混和させてコンクリートを膨張させる化学的方法があるが、前二者はコンクリートの製造段階でプレストレスを導入するため、導入設備が必要となり、導入作業に手間もかかる他、適応できるコンクリート形状に制約を受け易い。化学的方法による圧縮力（ケミカルプレストレス）導入ではこのような制約が殆ど無いものの、引張応力に対抗できるような実効性のあるケミカルプレストレスの導入が図れるかは混和成分の選定などによって大きく左右される。

膨張性の混和成分としては、カルシウムサルホアルミネートなどのエトリンガイト形成物質を生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば、特許文献２参照。）、遊離石灰とエーライトや無水石膏などを生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば、特許文献３参照。）、エトリンガイト形成物質と遊離石灰を生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば、特許文献４参照。）などがあり、通常の強度発現性を示すコンクリートに対しては、このような膨張材の混和により、所望のケミカルプレストレスを導入できることが知られている。（例えば、特許文献５〜６参照。）
特開２００１−３１４５７号公報特公昭４２−２１８４０号公報特公昭５３−１１７０号公報特開２００２−２９７９７号公報特開平７−１１８０４３号公報特開平１１−１２００６号公報

しかるに、例えばヒューム管やポール、パイル等の遠心成形コンクリート、ＲＣセグメント等のおよそ４０Ｎ／ｍｍ²以上の圧縮強度が要求される高強度コンクリートでは、蒸気養生処理を経て製造されることが多い。蒸気養生を行うと強度発現が短時間に起こり、発現強度も高く、早々に強固な成形体が形成されることから、膨張材を混和しても膨張が起り難くなり、このためケミカルプレストレスが充分導入し難い。膨張材を大量に加えるとケミカルプレストレスを導入し易くなる可能性があるが、膨張亀裂発生に繋がる過剰添加となり易く、発熱による温度上昇が顕著になって温度ひび割れ発生の虞もある。また、潜在水硬性物質やポゾラン反応性物質等を主成分とする高強度混和材を使用したり、低水比にして高強度化を図ったコンクリートでは自己収縮が大きくなるため、膨張材による膨張力が収縮力によって打消され、ケミカルプレストレスの導入を困難にしていた。本発明は、このような高強度コンクリートへの膨張材混和によるケミカルプレストレスの導入困難性を改善するものであり、高強度コンクリートについても引張応力による破壊に対する抵抗性が飛躍的に高められるようなケミカルプレストレスを容易に導入できる手段を提供するものである。

本発明者らは、前記課題解決のため検討を重ねた結果、膨張材を過剰使用することなくコンクリートに有効な膨張力が生起され、しかも自己収縮力を抑制し、高い膨張力を発現できる特定配合からなるケミカルプレストレス導入材を混和させることによって、低水比配合、高強度混和材添加や蒸気養生処理を経て得られる高強度コンクリートでも、引張応力による破壊に対する抵抗性が飛躍的に高まるような実効性のあるケミカルプレストレスを容易に導入できるという知見を得、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、次の（１）〜（２）で表されるケミカルプレストレス導入材及び（３）〜（４）で表されるケミカルプレストレス導入高強度コンクリートである。（１）収縮低減剤と遊離生石灰含有率が２５〜９０重量％の膨張材を含有してなるケミカルプレストレス導入材。（２）収縮低減剤が、次の一般式で表されるアルコール系化合物を有効成分とするものである前記（１）のケミカルプレストレス導入材。ＲＯ（ＡＯ）_nＨ（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、ｎは１〜３０の数。）（３）収縮低減剤、遊離生石灰含有率が２５〜９０重量％の膨張材及びセメントを含有してなるケミカルプレストレス導入高強度コンクリート。（４）収縮低減剤が、次の一般式で表されるアルコール系化合物を有効成分とするものである前記（３）のケミカルプレストレス導入高強度コンクリート。ＲＯ（ＡＯ）_nＨ（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、ｎは１〜３０の数。）

本発明によれば、製造履歴に拘わらず圧縮強度がおよそ４０〜１１０Ｎ／ｍｍ²となる高強度コンクリートにも０．５Ｎ／ｍｍ²以上の引張応力を打消すことも可能なケミカルプレストレスを十分導入することができ、従来圧縮強度に比べて引張強度の強度値の飛躍的向上が困難であったコンクリートでも、引張応力による破壊に対する抵抗性という観点から、これを著しく向上させることができる。

本発明のケミカルプレストレス導入材に使用する収縮低減剤はモルタルやコンクリートに使用できるものなら何れの収縮低減剤でも良く、例えばポリエーテル系や低級アルコールアルキレンオキシド付加物等の市販品が使用できる。好ましくは、水に比べて５０％程度の非常に低い表面張力となり、高い収縮低減作用を発現できることから、次の一般式で表されるアルコール系化合物を有効成分とした収縮低減剤とする。
ＲＯ（ＡＯ）_nＨ（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、ｎは１〜３０の数。）

また、本発明のケミカルプレストレス導入材に使用する膨張材は、遊離生石灰含有量が２５〜９０重量％の膨張材であれば、ＪＩＳＡ６２０２で規定されたコンクリート用膨張材に適合する限り、何れの膨張材でも良く、例えば残部がアーウィンを主体とするもの、残部が無水硫酸カルシウムを主体とするもの、カルシウムシリケート中に遊離生石灰が内包された状態で存在するもの等が挙げられる。遊離生石灰含有量が２５重量％未満のものでは、膨張力が不足するため好ましくなく、また遊離生石灰含有量が９０重量％を超えるものでは水和反応活性が非常に高く、セメント等の水硬性物質の凝結開始以前に大半の膨張力が発現してしまう可能性が高まるので好ましくない。また、膨張材はブレーン比表面積が２０００〜６０００ｃｍ²／ｇのものを使用するのが好ましい。ブレーン比表面積が２０００ｃｍ²／ｇ未満では反応活性が低く、所望の膨張力が発現され難くなることがあり、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ²／ｇを超えると、凝結開始以前に水和膨張が生起され易く、膨張力の作用効率が低下し易い。

また、本発明のケミカルプレストレス導入材中の収縮低減剤と膨張材の含有量は、特に制限されないが、好ましくは膨張材８７〜９４重量％及び収縮低減剤６〜１４重量％とする。また、本発明のケミカルプレストレス導入材は、本発明の効果を低減しない限り、前記収縮低減剤と膨張材以外の成分を含むものでも良い。このような成分として、何れもモルタルやコンクリートに使用可能な減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等を挙げることができる。尚、水溶液状態の成分を使用すると、ケミカルプレストレス導入材の製造過程で膨張材が水和反応を起こすことがあるので好ましくない。

本発明のケミカルプレストレス導入材の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、所定量の前記膨張材と収縮低減剤、更に必要に応じて他の成分をそれぞれ混合するだけでも良く、また、粉末状の膨張材に液状の収縮低減剤等を噴霧被覆しても良い。また、本発明のケミカルプレストレス導入材の使用方法は、ベースコンクリートに加えて混合すれば良い。適用できるベースコンクリートは、特に高強度コンクリートに対応した配合物に好適であるが、それ以外のコンクリート配合物にも十分適用できるため、適用できるベースコンクリートの配合は限定されない。また、ベースコンクリートへの注水はケミカルプレストレス導入材添加前又は後の何れでも可能である。本発明のケミカルプレストレス導入材の使用量は、ベースコンクリート中のセメント１００重量部に対し、膨張材量が６〜１０重量部に相当するケミカルプレストレス導入材量とするのが適当である。

また、本発明のケミカルプレストレス導入高強度コンクリートは、少なくとも収縮低減剤、遊離生石灰含有率が２５〜９０重量％以上の膨張材及びセメントを含有してなるものであり、未硬化状態のコンクリートにおいてはこれらを含有成分とし、硬化によって引張応力による破壊に対する抵抗性が飛躍的に高まるようなケミカルプレストレスが生じ、且つおよそ４０Ｎ／ｍｍ²以上の圧縮強度を発現できるものであり、また硬化状態のコンクリートにおいては、引張応力による破壊に対する抵抗性を飛躍的に高くせしめるケミカルプレストレスが導入されたおよそ４０Ｎ／ｍｍ²以上の圧縮強度を有するコンクリートである。ここで、引張応力による破壊に対する抵抗性が飛躍的に高められるケミカルプレストレスとは、０．５Ｎ／ｍｍ²以上の引張応力を打消すことが可能なケミカルプレストレスを意味し、これは、圧縮強度が４０Ｎ／ｍｍ²以上のコンクリートに対しては従来法で通常に導入できるケミカルプレストレス量の概ね２倍以上のケミカルプレストレス量が得られることに相当する。

本発明のケミカルプレストレス導入高強度コンクリートに使用するセメントは、水硬性のものなら何れのセメントでも良く、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱、耐硫酸塩等のポルトランドセメント、高炉セメントやシリカセメント等の各種混合セメント、アルミナセメントやエコセメント等の各種特殊セメントが挙げられる。同様に使用する収縮低減剤は自己収縮低減作用がある有機物なら限定されない。好ましくは一般式；ＲＯ（ＡＯ）_nＨ（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、ｎは１〜３０の数。）で表されるアルコール系化合物を有効成分とするものが本ケミカルプレストレス導入材と併用した場合、非常に高いケミカルプレストレスを安定して導入できることから良い。収縮低減剤の含有量はセメント１００重量部あたり０．５〜１．０重量部とする。収縮低減剤含有量が０．５重量部未満では自己収縮低減効果が乏しくケミカルプレストレスの導入が困難になり、１．０重量部を超えてもそれ以上収縮低減効果は殆ど向上しない。また、使用する膨張材は遊離生石灰含有量が２５〜９０重量％のものであれば、ＪＩＳＡ６２０２で規定されたコンクリート用膨張材に適合する限り、何れのものでも良い。膨張材の含有量はセメント１００重量部あたり６〜１０重量部とする。膨張材含有量が６重量部未満では膨張力が不足してケミカルプレストレスの導入が困難になり、１０重量部を超えると過膨張を起し易く、亀裂・破壊を生じることがある。

本発明のケミカルプレストレス導入高強度コンクリートは、ケミカルプレストレスの導入と概ね４０Ｎ／ｍｍ²以上の圧縮強度を発現できる限り、前記以外の成分の含有は制限されない。含有可能な成分を例示すると、天然または人工の細骨材や粗骨材、材質として金属、炭素又は高分子からなる繊維、シリカフュームやフライアッシュ微粉等のポゾラン反応性物質、各種スラグ微粉等の潜在水硬性物質、何れもモルタルやコンクリートに使用可能な高強度混和材、材料分離防止剤、防錆剤、増粘剤、分散剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、顔料、消泡剤等の他、水を挙げることができる。また、本発明のケミカルプレストレス導入高強度コンクリートでは、必須含有成分である収縮低減剤及び膨張材として、前記発明のケミカルプレストレス導入材を使用するのが適当である。

本発明のケミカルプレストレス導入高強度コンクリートの製造方法は限定されないが、好適な一例を示すと、所定量の普通ポルトランドセメント、収縮低減剤及び遊離生石灰含有量が２５〜９０重量％以上の膨張材及び水、更に必要に応じ骨材等の他の成分をコンクリート用ミキサに一括投入して混練し、混練物を型枠に充填した後、蒸気養生することでプレストレスが導入された高強度の硬化体が得られる。水の配合量は、この例示方法に限らず、高強度発現性を確保し易いことからセメント及び膨張材等の水和反応成分の合計量１００重量部に対し、概ね２０〜３０重量部が推奨されるが、この範囲に制限されるものではない。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。
［使用材料］次の材料から選定した。
膨張材Ｉ（商品名「太平洋ジプカル」，太平洋マテリアル株式会社製、遊離生石灰含有量３０重量％）
膨張材ＩＩ（商品名「太平洋Ｎ−ＥＸ」，太平洋マテリアル株式会社製、遊離生石灰含有量５０重量％）
膨張材ＩＩＩ（遊離生石灰含有量９６重量％の硬焼石灰粉末、ブレーン比表面積４０００ｃｍ²／ｇ）
膨張材ＩＶ（遊離生石灰とカルシウムシリケートと無水石膏からなるクリンカの粉砕物に無水石膏粉末を混合させた遊離生石灰含有量１９重量％の混合粉末、ブレーン比表面積３５００ｃｍ²／ｇ）
低級アルコールアルキレンオキシド付加物を有効成分とする収縮低減剤（商品名「太平洋テトラガード」，太平洋マテリアル株式会社製）
高強度混和材（商品名「ウルトラスーパーミックス」，太平洋マテリアル株式会社製）
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
細骨材（静岡県小笠産陸砂、表乾密度２．６０、粗粒率２．７０）
粗骨材（茨城県岩瀬産砕石、表乾密度２．６４、粗粒率６．４５）
ポリカルボン酸系高性能減水剤（商品名「マイティ２１ＷＨ」，花王株式会社製）

［コンクリート混和材の製造］表１に表す配合となるよう前記膨張材Ｉ〜ＩＶと収縮低減剤をアイリッヒミキサで混合し、コンクリート混和材（本発明品Ａ〜Ｂと参考品Ｃ〜Ｇ）を製造した。

［コンクリート供試体の製造］高性能減水剤を除く前記各材料とコンクリート混和材Ａ〜Ｇを、表２に表す配合となるよう強制２軸ミキサに全量投入し、約６０秒間混合した後、この混合物に高性能減水剤と水を表２に表す量だけ添加した。注水後は更に約９０秒間混練を行い、混練物を内寸１００×１００×４００ｍｍの型枠に充填して成形物を得た。成形物を次の条件で蒸気養生処理し、コンクリート供試体（本発明品１〜４と参考品１１〜１６）を製造した。蒸気養生処理条件は、常温にて前置き５時間後、約４時間かけて７０℃迄昇温し、７０℃で４時間保持を行い、保持後は自然放冷した。

［コンクリート供試体の特性］ＪＩＳＡ６２０２コンクリート用膨張材附属書２に記載の一軸拘束膨張試験Ｂ法に準拠した方法で、前記蒸気養生処理後の供試体を供試体温度が恒常した時点で２０℃の室内にて供試体長さを測定し、蒸気養生後の材齢１、２、７、１４及び２８日での拘束膨張率と拘束膨張率から導入されたケミカルプレストレス量を算出した。また、供試体の材齢１日の圧縮強度もＪＩＳＡ１１０８に準じた方法で測定した。以上の結果を表３に表す。

表３より収縮低減剤を含まないコンクリート供試体（参考品１３〜１５）は膨張材配合量を増加させても膨張量がかなり少なく、引張り応力に対抗できるような十分なケミカルプレストレスを導入できなかった。また、収縮低減剤を含むものでも膨張材中の遊離生石灰含有量が２５重量％未満の膨張材（膨張材ＩＶ）が配合された供試体（参考品１２）は膨張量が不足し、僅かなケミカルプレストレスしか導入できなかった。一方、収縮低減剤を含み膨張材中の遊離生石灰含有量が９６重量％の膨張材（膨張材ＩＩＩ）を配合した供試体（参考品１１）では高い膨張量を示すものの過膨張に伴う微少亀裂が発生し、圧縮強度が著しく低下した。これらに比べ、収縮低減剤と遊離生石灰含有量が２５〜９０重量％の範囲の膨張材を併用したコンクリート供試体（本発明品１〜４）は何れも高強度を維持し、高いケミカルプレストレス量を導入することに適った高い膨張量が得られていることがわかる。

Claims

収縮低減剤と遊離生石灰含有率が２５〜９０重量％の膨張材を含有してなるケミカルプレストレス導入材。
収縮低減剤が、次の一般式で表されるアルコール系化合物を有効成分とするものである請求項１記載のケミカルプレストレス導入材。
ＲＯ（ＡＯ）_nＨ
（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、ｎは１〜３０の数。）
収縮低減剤、遊離生石灰含有率が２５〜９０重量％の膨張材及びセメントを含有してなるケミカルプレストレス導入高強度コンクリート。
収縮低減剤が、次の一般式で表されるアルコール系化合物を有効成分とするものである請求項３記載のケミカルプレストレス導入高強度コンクリート。
ＲＯ（ＡＯ）_nＨ
（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、ｎは１〜３０の数。）