JP2006273654A

JP2006273654A - 重量コンクリート

Info

Publication number: JP2006273654A
Application number: JP2005094712A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Nakamura; 秀三中村; Tatsumasa Shibata; 辰正柴田; Masahiro Tsuruta; 昌宏鶴田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】ポンプ圧送時に材料分離による管内の閉塞を起こさず、また、高い圧送圧を必要としないポンプ圧送性に優れる重量コンクリート、更には、密度の低い骨材を用いてより密度の高い重量コンクリートを提供することである。
【解決手段】セメント、重量骨材及び水からなる重量コンクリートであって、水と微粒子の体積比（水／微粒子）Ｗｒが１．２〜２．０であって、水の体積が全材料の体積比１３％以上であることを特徴とする重量コンクリート。
【選択図】なし

Description

本発明は、比重の大きい重量骨材を用いる重量コンクリートに関するもので、特にポンプ圧送性のよい重量コンクリートに関するものである。

重量コンクリートとは、通常の骨材より比重の大きい重量骨材を用いることにより、単位容積重量を大きくしたコンクリートであり、放射線遮蔽用コンクリート、橋梁ウェイト、船舶バラスト、重機械類のバランスウェイト、消波ブロック、護岸提用コンクリート等として用いられている。重量コンクリートは、骨材(細骨材・粗骨材)に磁鉄鉱、赤鉄鉱、鉄、砂鉄などの鉄系骨材や鉄含有量の多いスラグ、重晶石、銅からみなど密度が３．５以上のものを用い作られることが多い。また、重量コンクリートの打設に際しては他のコンクリートと同様ポンプを用いるのが効率が良い。しかし、重量コンクリートは、通常のコンクリートに比較し水、セメント、骨材と各材料間の密度差が大きい。このことが、ポンプ圧送において材料分離を招き閉塞をもたらす原因となり問題であった。

これを解決する方法としては密度４以上かつ０．１５ｍｍ以下の粒子１５〜２５%含有し、粗骨材の最大径を１０ｍｍ以下の骨材と増粘剤、高性能減水剤を併用する方法(例えば、特許文献１参照)などが提案されている。この方法では、骨材の最大寸法が１０ｍｍに制限され実際には１０ｍｍ以上の粒径の多い前記の重量骨材を粉砕あるいは篩い分けて使用せねばならず、粉砕する場合は硬い重量骨材を粉砕するのは困難であること、篩い分けて使用する場合は歩留まりが悪いなどの問題があった。また、当該特許に提案の方法では増粘剤を必須成分として配合するため、コンクリートからの適度なブリーディングが得られずポンプ圧送の場合に圧送圧が上昇し、効率の良い圧送が行えない問題があった。さらに、当該特許は、骨材密度が4以上のものを用いながらコンクリート密度を２．４以上になすことしかできず、より重い重量コンクリートを製造する能力に欠けている。昨今の鉄の値上がりに伴い、密度の大きい鉄系の骨材の価格は高騰しており、より廉価な密度の低い骨材を用いて、より密度の高いコンクリートを作る技術が求められている。

特許第３５０５６９４号公報

本発明は、上述の従来の問題点に鑑み、ポンプ圧送時に材料分離による管内の閉塞を起こさず、また、高い圧送圧を必要としないポンプ圧送性に優れる重量コンクリート、更には、密度の低い骨材を用いてより密度の高い重量コンクリートを提供することを目的とする。

通常のコンクリートに使われる構成材料の密度は、水＝１、セメント＝３．０〜３．２、骨材＝２．５〜２．７、高炉スラグ微粉末・フライアッシュ等＝２．２〜２．７程度であり、セメントの密度が最も大きい。しかし、これらの材料のみでは流動性のあるコンクリートの密度を３．０以上とすることはできない。なぜなら、セメントと水の混合物が流動するには、水とセメントの体積比(水/セメント)が少なくとも１．２以上なくてはならず、このペースト部の密度が最大でも２．０程度にしかならないからである。このため、コンクリートの密度を３．０以上にする場合、密度が３．５以上の骨材(重量骨材)が必要となる。

普通これらの骨材は、７５μm以下の微粒子を含み、このような重量骨材を用いると、セメントの密度より大きな重量骨材の微粒子が入る事により、ペースト(水と７５μm以下の粒子の混合物)の構成材料間の密度差が大きくなり、各構成材料が均一に流動しづらくなり材料分離を生じる。特に、密度の最も小さな水がペースト中から抜け出やすくなることが問題となる。なぜなら、水はコンクリートに流動性を付与している根源物質であり、これがコンクリート中より抜けると直ちに流動性が低下するからである。

本発明者は、鋭意研究の結果、水と微粒子の体積比（水／微粒子＝Ｗｒ）が１．２〜２．０にすることによりペーストから水の抜け出しがなく材料分離を起こさないこと、及び密度３．５以上でかつ粒径が７５μm以下の微粒子（以下「重量微粒子」という）がセメントに対し、体積で５%を超えると分離が顕著になること等の知見を得た。

したがって、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］セメント、重量骨材及び水からなる重量コンクリートであって、水と微粒子の体積比（水／微粒子）Ｗｒが１．２〜２．０であって、水の体積が全材料の体積比１３％以上であることを特徴とする重量コンクリート。
［２］前記重量骨材中の重量微粒子がセメントに対し、体積で５％以上であることを特徴とする請求項１記載の重量コンクリート。
［３］前記重量微粒子の平均粒径が７５μｍ／（１．２×Ｗｒ）以下であることを特徴とする請求項１又は２いずれか記載の重量コンクリート。

本発明の重量コンクリートは、前記のような構成を採ることにより、密度の大きい重量コンクリートをポンプ圧送する場合に、材料の分離起こさず、したがって、管内の閉塞を生じさせず、また、高い圧送圧を必要とせず比重３．５以上の重量コンクリートを圧送が可能となる。

以下、本発明の重量コンクリートについてさらに詳細に説明する。本発明において、重量コンクリートとは、密度が３．５以上のコンクリートを指す。また、本発明において、微粒子とは、粒径７５μｍ以下のセメント及び骨材中の粒子をいう。

本発明で用いられるセメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の各種混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。

本発明で用いられる重量骨材としては、一般の骨材より比重の大きい磁鉄鉱、赤鉄鉱、鉄、砂鉄などの鉄系骨材や鉄含有量の多いスラグ、重晶石、銅からみなど密度が３．５以上のものが使用されるが、求められるコンクリートの密度があまり高くない場合には、通常の砂利、砂、砕石、砕砂などを併用してもよい。

本発明において、重量微粒子とは、前記のように密度が３．５以上で粒径が７５μｍ以下の粒子であって、前記重量骨材中の粒子のことである。

本発明の重量コンクリートにおいて、水と粒径が７５μｍ以下の微粒子の体積比は１．２〜２．０であることが望ましい。コンクリートは、流動性のあるペースト(水とセメント、場合により空気を含む)によって、その流動性が付与されている。粉体と液体の混合体であるペーストが、あたかも液体であるかのように流動するには粉体が水に浮いている状態、つまりコロイド化している必要がある。このようなコロイド化した状態は、密度が３．１４程度のセメントを用いた場合、粒子径が７５μmを上回る粒子では作りえず、粒子径は少なくとも７５μm以下である必要がある。これはセメントに限らず、他の粉体や骨材の粒子の場合であっても同様である。

７５μm以下の粒子の実積率は、概ね５５%であり、水が残り４５%の空隙を埋め、かつ、余剰しないと粒子が水中に浮くことにならず、粒子間に接触が生じ流動しない。このため水と微粒子(重量微粒子ならびにセメントを含む全ての７５μm以下の粒子)が一体化して流動するための水／微粒子の体積比は１．２以上である必要がある。しかし、水の量が多くなると、粒子と水が分離しやすくなり、分離を抑え得る上限が２．０である。

微粒子の粒径は、小さいほど水中でコロイド安定化しやすく、また、水中の微粒子体積比が大きくなると、見かけ上、比較的微粒子の径が大きくなっても、より小さい微粒子の作用により、全体はコロイド安定化しやすくなる。この関係は、微粒子の最大径７５μmと水／微粒子体積比=Ｗｒから、７５μm以下の重量微粒子の平均径が７５／（１．２×Ｗｒ）以下であれば良いことが実験的に見出された。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。以下に示す材料を用いて表１に示す割合で配合する。
［使用材料］
（ａ）セメント；普通ポルトランドセメント、密度3.14、全粒子75μm以下（太平洋セメント社製）
（ｂ）重量細骨材；HS1:密度4.2、75μm以下の粒子量6.5%、実積率62%
HS2:密度3.6、75μm以下の粒子量6.8%(実施例２では洗って2%に調整)、実積率65%(62%)
（ｃ）重量粗骨材；HG1:密度6.8、75μm以下の粒子量0.8%(実施例２、３では洗って0.2％
に調整)、実積率55%
HG２:密度4.3、75μm以下の粒子量1.8%(実施例２、３では洗って0.2%
に調整)、実積率57%
（ｄ）減水剤；ポリカルボン酸系高性能減水剤:SP 減水率25%
（ｅ）増粘剤；メチルセルロース系増粘材:V

上述の材料を表１に示す配合で混練し、重量コンクリートを製造し、ポンプ圧送性の評価をスランプフロー値と加圧ブリーディング試験によって評価した。加圧ブリーディング試験における加圧時間と累積脱水量の関係を図１に示す。なお、加圧ブリーディング試験は水分の移動のしやすさを定量的に把握し、ポンプ圧送性を評価する方法である。この試験はＪＳＣＥ−Ｆ５０２（コンクリート標準示方書土木学会規準）に制定されている。コンクリートの試料を加圧ブリーディング容器にいれ、３．５ＭＰａの圧力でこれを加圧したときの脱水量をメスシリンダにより加圧後１０分間測定する。この試験方法によって得られるデータをもとに、ポンプ圧送性の評価を行なう方法である。なお、評価は標準曲線Ｂ（図１においては上限）と標準曲線Ｃ（図１においては下限）の範囲にあれば圧送性が良好と判断される。

表１及び図１の結果から、水／微粒子の体積比Ｗｒが１．２以下であるとコンクリートからの適度なブリーディングが得られず、ポンプの圧送圧が上昇し、効率のよい圧送が行なえない。また、水／微粒子の体積比が２．０以上の場合では、比較例２のようにブリーディングが大きすぎ、水がペースト中から抜け出し易く材料分離が生じ、構成材料が均一に流動しづらくなる。また、図１の結果から、水／微粒子の体積比Ｗｒが１．２〜２．０以内である実施例１〜４は、図１の上限と下限の範囲内に入り、ポンプ圧送性がよいことがわかる。

加圧ブリーディング試験における加圧時間と累積脱水量の関係を示す図。

Claims

セメント、重量骨材及び水からなる重量コンクリートであって、水と微粒子の体積比（水／微粒子）Ｗｒが１．２〜２．０であって、水の体積が全材料の体積比１３％以上であることを特徴とする重量コンクリート。
前記重量骨材中の重量微粒子がセメントに対し、体積で５％以上であることを特徴とする請求項１記載の重量コンクリート。
前記重量微粒子の平均粒径が７５μｍ／（１．２×Ｗｒ）以下であることを特徴とする請求項１または２いずれか記載の重量コンクリート。