JP2006104056A

JP2006104056A - 充填コンクリートおよびその充填方法

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Publication number: JP2006104056A
Application number: JP2005298750A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kida; 勉木田; Junichi Kimura; 潤市木村
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】流動性が優れ、乾燥収縮によるひび割れや自己収縮が少なく、かつ、既設コンクリートとの付着性が良好であり、逆打ち工法や床版下面補強コンクリート打設等で、作業性が向上した、また、交通渋滞のない施工性が改善された施工が可能となる充填コンクリートを提供すること。
【解決手段】セメント、膨張材、乾燥収縮低減剤、及び減水剤を含有してなり、Ｕ形充填試験方法における充填高さが30cmを超える流動性を有する充填コンクリート、さらに、セメントの単位量が 270〜900kg/m^３である該充填コンクリートを構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、収縮量が少なく、流動性の良好な充填コンクリートおよびその充填方法に関する。

従来、鉄筋コンクリート構造物では、コンクリートを投入し、振動機を使用して締固めが行われるのが一般的である。
しかしながら、振動機による騒音公害や、締固め作業が不均一でジャンカや豆板が生じたり、構造物自体や配筋が複雑でコンクリートの投入や締固めに振動機が使用できず、施工が不完全なものとなったり、施工そのものが不可能となったりして、構造物の美観、強度発現性、及び耐久性等を損なう恐れがあるという課題があった。
そして、構造物の信頼性を高めるために、建築工事標準仕様書 JASS ５中に記載されている高流動コンクリートや、土木学会で検討されている自己充填コンクリートが生まれる背景となっている。

コンクリートの施工性を改善するために使用する流動性の良好な充填コンクリートは、コンクリート中のセメントなどの粉体や減水剤の量が多く、作業性を確保するためにある程度多量の水量が必要なことなどから、自己収縮や乾燥収縮が大きくなり、ひび割れが生じる恐れがあるという課題があった。

本発明者は、特定のコンクリートを使用することによって、前記課題を解消できるという知見を得て本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、セメント、膨張材、乾燥収縮低減剤、及び減水剤を含有してなり、Ｕ形充填試験方法における充填高さが30cmを超える流動性を有する充填コンクリートであり、さらに、石粉を含有する該充填コンクリートであり、さらに、水性ポリマーディスパージョンを含有する該充填コンクリートであり、膨張材が、セメント100重量部に対して、３〜15重量部である該充填コンクリートであり、乾燥収縮低減剤が、セメント100重量部に対して、１〜12重量部である該充填コンクリートであり、セメントと膨張材の合計100重量部に対して、水が20〜100重量部である該充填コンクリートであり、セメントの単位量が270〜900kg/m^３である該充填コンクリートであり、セメントが、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、又は高ビーライトセメントである該充填コンクリートであり、既設コンクリートに水性ポリマーディスパージョンを塗布し、該充填コンクリートを流し込む該充填コンクリートの充填方法であり、水性ポリマーディスパージョンの塗布量が、固形分換算で10〜500g/m²である該充填コンクリートの充填方法である。

本発明の充填コンクリートは、流動性が優れ、乾燥収縮によるひび割れや自己収縮が少なく、かつ、既設コンクリートとの付着性が良好であり、逆打ち工法や床版下面補強コンクリート打設等で、作業性が向上した、また、交通渋滞のない施工性が改善された施工が可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに高炉スラグ又はフライアッシュなどを混合した各種混合セメント、並びに、高ビーライトセメントなどの低発熱セメントなどが挙げられる。
セメントの単位量は、270〜900kg/m^３が好ましく、300〜600kg/m^３がより好ましい。270kg/m^３未満だと付着強度が得られない場合があり、900kg/m^３を超えると乾燥収縮や水和熱によるひび割れが発生する場合がある。

本発明で使用する膨張材としては、カルシウムサルホアルミネート系膨張材や石灰系膨張材等があり、マスコン用水和熱抑制タイプや通常タイプのいずれも使用可能である。
膨張材の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で2,000〜4,000cm^２/gが好ましい。2,000cm^２/g未満では未反応物が長期間残存して耐久性が低下する場合があり、4,000cm^２/gを超えると水和反応が早く、所定の膨張が得られない場合がある。
膨張材の使用量は、セメント 100重量部に対して、３〜15重量部が好ましく、５〜13重量部がより好ましい。３重量部未満では収縮低減効果が少ない場合があり、15重量部を超えると膨張量が大きすぎて強度が低下する場合がある。

本発明で使用する乾燥収縮低減剤（以下収縮低減剤という）は、ノニオン系界面活性剤の一種で、通常、純分99％以上の液体であって、水に溶解してその表面張力を低下する作用をもつものである。
その基本構造は、ポリオキシアルキレン重合物を有し、末端に低級アルコール、フェノール、及びアミノ結合物等を付加したものである。具体的には、ポリプロピレングリコール、エチレンオキシドメタノール付加物、エチレンオキシド・プロピレンオキシドブロック重合物、エチレンオキシド・プロピレンオキシドランダム重合物、グリコールのシクロアルキル基付加物、グリコールの両端にメチル基を付加した付加物、グリコールのフェニル基付加物、グリコールにメチルフェニル基を付加したブロック重合物、グリコールの両端にエチレンオキサイドメタノールを付加した付加物、及びグリコールにジメチルアミンを付加した付加物等が使用可能である。
収縮低減剤は、セメント粒子に吸着されないでセメントの強アルカリ水溶液中で作用するもので、揮発性が低く、異常に多量な空気連行性がなく、セメントの水和を妨げず減水剤に比べ低分子量のものである。
収縮低減剤は混練水の一部又は全部と置換えて使用することが好ましい。
収縮低減剤の使用量は、セメント100重量部に対して、１〜12重量部が好ましく、２〜８重量部がより好ましい。１重量部未満では収縮低減が少ない場合があり、12重量部を超えると凝結遅延を生じ流動性が低下する場合がある。

本発明で使用する減水剤は、コンクリートの流動性の改善や、単位水量の低減のため使用するもので、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及びＡＥ減水剤等が使用できる。具体的には、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリスチレンスルホン酸塩、ヒドロキシポリアクリレート、α、β−不飽和ジカルボン酸とオレフィンの共重合体、ポリエチレングリコールモノアルケニルエーテルとマレイン酸やメタクリル酸系単量体から導かれる共重合体、スチレン−アクリル酸エステル−マレイン酸系の共重合体、変性リグニンスルホン酸化合物、及び芳香族アミノスルホン酸化合物等が使用可能である。さらに、一部架橋反応で高分子化したものやマレイン酸の一部をエステル化したものも使用可能であり、これらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
減水剤の使用量は、セメントと膨張材の合計（以下結合材という）100重量部に対して、固形分換算で0.01〜４重量部が好ましく、0.05〜２重量部がより好ましい。0.01重量部未満では所定の流動性が得にくい場合があり、４重量部を超えると分離や凝結遅延を生じる場合がある。

本発明で使用する水の量は特に限定されるものではないが、結合材100重量部に対して、20〜100重量部が好ましく、25〜70重量部がより好ましい。20重量部未満では膨張が著しく遅れる場合があり、100重量部を超えるとブリーデングや材料分離が大きくなる場合がある。

本発明で使用する骨材は特に限定されるものではなく、通常使用される砕石、砕砂、川砂、及び石灰石等の使用が可能である。
骨材の使用量は、結合材100重量部に対して、100〜800重量部が好ましい。100重量部未満では発熱や収縮が大きく、ひび割れが発生する場合があり、800重量部を超えると流動性が低下する場合がある。

本発明では、高流動のコンクリートにした場合、材料分離防止や塑性変形能力向上の面から、炭酸カルシウム粉末等の石粉を使用することが好ましい。特に、結合材の単位量が500kg/m^３未満の場合は、石粉を使用することが好ましい。
石粉の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で3,000〜10,000cm^２/gが好ましい。
石粉の使用量は、結合材100重量部に対して、80重量部以下が好ましい。特に、結合材の単位量が500kg/m^３未満の場合に、セメント、膨張材、及び石粉の合計の単位量が500kg/m^３以上になるように石粉を加えることが好ましい。セメント、膨張材、及び石粉の合計の単位量が500kg/m^３未満では流動性が悪くブリーデングを生じる場合がある。

本発明では、既設コンクリートとの付着性を向上させるために水性ポリマーディスパージョンを使用することは好ましい。
ここで水性ポリマーディスパージョン（以下水性ポリマーという）とは、水の中に0.05〜５μｍのポリマーの微粒子が均一に分散しているもので、微粒子がゴムの場合はラテックスと呼ばれ、樹脂の場合はエマルジョンと呼ばれている。
ラテックスとしては、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、及びメタクリル酸メチルブタジエンゴムなどが挙げられ、エマルジョンとしては、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、及びエポキシ樹脂等が挙げられる。

水性ポリマーの使用方法として、膨張材、収縮低減剤、及び減水剤と混合して使用する方法や水性ポリマー単味を水で希釈し既設コンクリート表面に塗布する方法等が挙げられるが、水性ポリマーをコンクリートに混合する方法は凝結遅延したりコトス高となるため、水性ポリマーを塗布することが好ましい。
水性ポリマー単味を水で希釈して既設コンクリートに塗布して被膜形成する場合の水性ポリマーの塗布量は、固形分換算で10〜500g/m^２が好ましい。10g/m^２未満の塗布量では高い付着力が得られず、500g/m^２を超えても塗布効果の向上は期待できない。
また、セメントモルタルやペースト中に水性ポリマーを混練りして塗布することも可能である。この場合の水性ポリマーの塗布量は、セメント100重量部に対して、固形分換算で２〜30重量部が好ましい。２重量部未満の添加量では高い付着力が得られず、30重量部を超える添加量でも効果は変わらない。

さらに、本発明では、セルロース系誘導体、デンプン系誘導体、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド、及びバイオポリマーなどの水溶性ポリマー、セルロースの粉末繊維素、シリカヒュームなどの無機微粉、並びに、セピオライトなどの粘土鉱物等のブリージングや材料分離の防止効果のある分離防止剤等の使用が可能である。
既設コンクリートに塗布する水性ポリマー以外に、再乳化形粉末樹脂であるエチレン酢酸ビニルなど、液状ポリマーである不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂等の低分子量の重合性ポリマー又はプレポリマーに硬化剤等を併用することが可能である。
また、水性ポリマーにフイルム形成時間の調整剤を併用し塗布から打設までの時間を調整することも可能である。

本発明のコンクリートは、以上の材料を配合したもので、Ｕ形充填試験方法における充填高さが30cmを超える流動性を有するコンクリートである。
ここで、流動性とは、コンクリートの製造時、運搬時、及び打設時に有害な材料分離を起こさず、振動締固めをしなくてもコンクリートが変形しほぼ収まるとき流動性が良好という。
本発明での流動性の評価は、土木学会高流動コンクリート委員会「Ｕ形充填試験方法（案）」に準じて測定するものである。
即ち、アクリル樹脂等の樹脂製又は内面を機械仕上げした金属製のＵ形容器の中央部に仕切り板を設置して、Ｕ形容器を２分割してある。この仕切り板の下部には仕切りゲートを取付てある。このＵ形容器の片側にコンクリートを流し込むと、仕切り板の下部に設置されている仕切りゲートを通過して反対側にコンクリートが移動する。動きが停止した時に移動したコンクリート側の容器の底面からの高さを充填高さとして測定する。
また、材料分離の状態を測定するために、移動したコンクリート中の粗骨材量を測定する。
この充填高さや粗骨材量を測定することにより、コンクリートの物性から、その流動性を評価する。
流動性が良好であれば、早期に両側のコンクリート上面は同位置になり、流動性が不良であれば、両側のコンクリート上面は同位置になるのに時間がかかるか同位置にならない。
充填高さが30cm以下では、材料分離して鉄筋を通過できないか、仕切りゲートを通過する流動性がない場合である。30cmと35cmでは、仕切りゲートを通過する流動性を有する性能はあまり変わらないが、分離状態を把握するためには、通過したコンクリートの粗骨材容積重量（以下粗骨材量という）を測定する必要がある。水によるブランク試験では、35.5cmであった。
粗骨材量は、スランプフロー試験で粗骨材が中央に残存したり、Ｕ形充填試験で、仕切りゲート通過前後のコンクリートに異常が認められるときなど、分離の兆候が認められるときに測定することが好ましい。
また、配合を決定するときに、分離を生じていないことを確認するために粗骨材量を測定することは好ましい。

以下、本発明を実験例に基づいて説明する。

実験例１
セメントの単位量を500kg/m^３とし、セメントＡ100重量部、膨張材ａ６重量部、細骨材156〜162重量部、及び粗骨材161〜168重量部をミキサーに投入し、低速で30秒空練りし、その後、水33重量部、収縮低減剤イ４重量部、及び表１に示す減水剤αを投入し、150秒練り混ぜ、コンクリートを調製した。
調製したコンクリートのスランプフロー、空気量、充填高さ、及び粗骨材量を測定した。結果を表１に併記する。
透明アクリル板で幅45cm×厚さ15cmの直方体を作製し、その上下面から３cm離して、Ｄ13mm鉄筋を６cmの格子状になるように編んだものを固定した。
この直方体を３／100の勾配を付け、その空間にコンクリートを充填し、その充填性を目視した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメントＡ：普通ポルトランドセメント、日本セメント社製
膨張材ａ：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、市販品
収縮低減剤イ：エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体
減水剤 α：高性能ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸エーテル系と架橋ポリマーの複合体
細骨材：川砂、５mm下、比重2.56
粗骨材：砕石、Gmax＝20mm、比重2.65

＜測定方法＞
スランプフロー：JSCE-F503に準じ測定
空気量：JIS A 1128に準じて測定
充填高さ：土木学会、高流動コンクリート委員会「Ｕ形充填試験方法（案）に準じ測定
粗骨材量：土木学会、高流動コンクリート委員会「Ｕ形充填試験方法（案）に準じ測定

実験例２
セメントＢを使用し、セメントの単位量を320kg/m^３とし、セメント100重量部に対して、膨張材ａ９重量部、石粉52重量部、細骨材254重量部、及び粗骨材257重量部をミキサに投入し、低速で30秒空練りし、その後、水52重量部、収縮低減剤イ６重量部、及び表２に示す減水剤αを投入し、150秒練り混ぜてコンクリートを調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
充填コンクリートが硬化後、コンクリート投入口から最も離れた２カ所を切断し、その断面を観察したが、粗骨材が一様に分散されていた。

＜使用材料＞
セメントＢ：早強ポルトランドセメント、住友大阪セメント社製
石粉：炭酸カルシウム粉末、比重2.70、ブレーン値5,000cm^２/g

実験例３
表３に示すセメント、セメント100重量部に対して、表３に示す膨張材、収縮低減剤、及び石粉を配合し、水150kg/m^３、細骨材832〜876kg/m^３、並びに、粗骨材861〜907kg/m^３のコンクリート配合を用い、コンクリートの充填高さが30cmを超え、粗骨材量が５％以内になるように、減水剤αを、セメント、膨張材、及び石粉の合計100重量部に対して、固形分換算で0.34〜0.42重量部配合し、コンクリートを調製した。また、空気量も4.5±0.5％になるように調整した。
調製したコンクリートの乾燥収縮を測定した。結果を表３に併記する。
既設のコンクリート表面を吐出圧1,8000kg/cm^２のウォタージェットで処理し、スチレンブタジエンゴムラテックスを200g/m^２塗布して被膜形成し、調製したコンクリートを流し込み、硬化後、28日後にコアリングし、付着強度を測定した。結果を表３に併記する。

＜使用材料＞
セメントＣ：高ビーライトセメント、秩父小野田社製
膨張材ｂ：石灰系膨張材、市販品
収縮低減剤ロ：低級アルコールアルキレンオキシド付加物

＜測定方法＞
乾燥収縮：JIS A 6202 膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法に準じ材齢６ケ月で測定
付着力：コンクリートの硬化後、コアリングし、φ５cmの供試体を作成し、上下面を研磨し、引張試験用治具に接着し、材齢28日の接着力を測定

実験例４
表４に示す単位量のセメントＢを用い、セメント100重量部に対して、表４に示す膨張材ａと固形分換算の減水剤α、及び収縮低減剤イ４重量部、並びに、表４に示す細骨材、粗骨材、及び水を配合し、空気量4.5％のコンクリートを調製し、材齢28日の自己収縮を測定した。その結果を表４に併記する。

＜測定方法＞
自己収縮：JIS A 6202膨張コンクリートの拘束膨張Ｂ法を使用した。脱型までは、型枠との付着や水分の蒸発を防ぐポリエチレンのシートを使用し、脱型後は、供試体を塩化ビニリデンのラップで覆い、濡れた養生シートでまわりを囲み直接水と接しない状態で養生し、測定した。

実験例５
セメントとしてセメントＢを使用し、セメントの単位量を320kg/m^３とし、セメント100重量部に対して、表５に示す量の膨張材ａ、収縮低減剤イ、固形分換算の減水剤βを0.6重量部配合したこと以外は実験例３と同様に行った。結果を状５に併記する。

＜使用材料＞
減水剤 β：高性能ＡＥ減水剤、無水マレイン酸、メトキシポリエチレングリコール−アクリレートとスチレンの共重合物

Claims

セメント、膨張材、乾燥収縮低減剤、及び減水剤を含有してなり、Ｕ形充填試験方法における充填高さが30cmを超える流動性を有する充填コンクリート。
さらに、石粉を含有することを特徴とする請求項１記載の充填コンクリート。
さらに、水性ポリマーディスパージョンを含有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充填コンクリート。
膨張材が、セメント100重量部に対して、３〜15重量部であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の充填コンクリート。
乾燥収縮低減剤が、セメント100重量部に対して、１〜12重量部であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項記載の充填コンクリート。
セメントと膨張材の合計100重量部に対して、水が20〜100重量部であることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項記載の充填コンクリート。
セメントの単位量が270〜900kg/m^３であることを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項記載の充填コンクリート。
セメントが、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、又は高ビーライトセメントであることを特徴とする請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項記載の充填コンクリート。
既設コンクリートに水性ポリマーディスパージョンを塗布し、請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項記載の充填コンクリートを流し込むことを特徴とする充填コンクリートの充填方法。
水性ポリマーディスパージョンの塗布量が、固形分換算で10〜500g/m²であることを特徴とする請求項９記載の充填コンクリートの充填方法。