JP2007269556A

JP2007269556A - 膨張性混和材及び当該混和材を用いた膨張性コンクリート

Info

Publication number: JP2007269556A
Application number: JP2006097625A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Suzuki; 康範鈴木; Tatsuji Tanahashi; 達治棚橋
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】人力による材料投入がなく、生コンプラントの貯蔵容器・計量装置をそのまま使用できるとともに、膨張材の計量誤差に対して膨張率の変化率が鈍感であり、製造コストの大幅な削減を可能とした膨張性混和材及び当該混和材を用いた膨張性コンクリートを提供する。
【解決手段】膨張性混和材は、任意の膨張材１００質量部に対し、無機質鉱物微粉末５０〜３００質量部含有することものであり、好適には、無機質鉱物微粉末は石灰石微粉末及び／又は珪石微粉末を使用する。かかる膨張性混和材を生コンプラント等で用いることで膨張性コンクリートを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、膨張性混和材及び当該混和材を用いた膨張性コンクリートに関し、特に鉄筋コンクリート構造物、鉄筋コンクリート建築物、鉄骨コンクリート建築物及びプレストレストコンクリート構造物（以下、ＲＣ構造物等）の初期欠陥となる乾燥収縮、自己収縮及び温度収縮に起因するひび割れを抑制又は防止するための膨張性混和材であって、一般の生コンリートプラント（以下、生コンプラント）やコンクリート製品工場等で膨張コンクリートを製造する際に使用する膨張性混和材及び当該混和材を用いた膨張性コンクリートに関する。

近年、土木分野及び建築分野において長期供用によってライフサイクルコストの縮減を図る観点から、ＲＣ構造物等の耐久性向上が求められている。かかるＲＣ構造物の高耐久化を図るためには、初期欠陥となるひび割れを防止しなければならないが、このひび割れの発生原因は乾燥収縮、自己収縮や温度応力等である。
従って、これらのコンクリート構造物においては、初期の養生過程における乾燥収縮、自己収縮や温度応力に起因するひび割れを主として抑制もしくは防止する必要がある。

膨張コンクリートは、コンクリートの硬化中に適度な膨張を与える目的で、膨張材が添加されたコンクリートであり、かかる膨張材の使用は、乾燥収縮、自己収縮及び温度応力に起因するひび割れの防止ないし抑制に極めて効果的であり、あらゆる用途のコンクリートにおいて使用されている。
かかる膨張コンクリートは、従来、生コンクリートプラントにおいてセメント、骨材、混和材及び膨張材を練り混ぜて製造した後、アジテート車に積載されて打設現場へ出荷されている。

膨張コンクリートを製造する際には、生コンプラントにおいて膨張材の専用供給・計量装置が必要であり、また、手作業によって膨張材を投入せねばならない場合には、製造に手間がかかる上、人件費等によるコストアップを招くという問題がある。更には、過剰な膨張材の投入によるコンクリートの膨張破壊、又は膨張材の未投入によって収縮補償が全くなされないことも起こりえる。

また、膨張材とセメントとをあらかじめ混合した膨張セメントが提案されており、この膨張セメントの使用は、膨張材の専用供給・計量装置ないし人力投入によって発生する費用及び練混ぜ時間の延長によって発生する費用の増加をなくすことができ、また、膨張材の計量誤差又は計量ミスによって生じる可能性のある過大な膨張を防ぐ上でも有効である。
しかし、膨張セメントは一定の質量割合（膨張材の質量／（セメントの質量＋膨張材の質量）が一定）で膨張材を含むので、単位膨張材量が使用される単位セメント量によって増減することになり、その単位膨張材量が変化すると、膨張コンクリートの膨張率も変化することとなる。

従って、膨張セメントの使用は乾燥収縮、自己収縮及び温度応力に起因するひび割れの防止や抑制をするために、膨張コンクリートの膨張率を所定の範囲、例えば収縮補償目的で１５０〜２５０×１０^−６に膨張率を制御することが不可能となり、特に、水結合材比が小さく単位セメント量が多い場合、遅れ膨張（未水和の膨張材と水との反応がコンクリート硬化体の形成後に生じる現象）によって強度低下を引き起こすおそれがあるという問題がある。

一方、最近少量で所定の膨張量を与える高性能膨張材は、コンクリートの単位体積あたりの価格が従来と比較して安価であり、膨張材の使用による材料単価が抑制されるとともに、自己収縮、乾燥収縮及び温度応力に起因するひび割れを防止ないし抑制するのに有効であり、しかも生コンプラントにおける製造単価の増加もある程度抑制できる。
しかしながら、単位膨張材当たりの膨張エネルギーは従来の膨張材に比べて大きいので、高性能膨張材の計量誤差又は計量ミスによって過少又は過大な膨張率を生じる恐れがあり、特に、低温において過大な膨張率を生じると強度発現が著しく損なわれる。この傾向は、使用するセメントの種類によっては増幅されることとなる。
また、高性能膨張材はその単位膨張材量が少ないので、練混ぜ時に均一性を得るのに必要な練混ぜ時間を通常の膨張材に比べても長時間にする必要がある。

したがって、高性能膨張材を生コンプラントで使用するには、膨張コンクリートに関して十分な知識を有する技術者が常駐しなくては安定的な膨張コンクリートの製造が困難であり、その標準的な単位膨張材量が一般の混和材、例えば高炉スラグ微粉末、フライアッシュなどの使用量と比較して少ないため、これら一般の混和材の計量・供給装置をそのまま使用することができない。

このような問題を解決するための方法として、特開２００３−２９２３５６号公報や特開２００４−２１６７３９号公報に、コンクリートの製造方法が開示されている。
特開２００３−２９２３５６号公報では、膨張材を含有させた平均粒径が２〜１５ｍｍに造粒された粒状膨張材が開示されているが、生コンプラント等で使用しようとすると、人力による投入にたよらざるを得ず、上記問題が解決されていない。
また、粒状膨張材とすると練混ぜ時間を通常の倍以上としないと生コンクリート中に均一に分散せず、硬化後のコンクリート表面にポップアウトなどの異常が発生する場合がある。
更に、生コンクリートの練混ぜ時間が長くなり、製造能力の著しい低下をもたらすという問題がある。

特開２００４−０１２３６１号公報では、膨張材と水とを混合し、スラリー状としてコンクリートに添加するコンクリートの製造方法が開示されているが、膨張材は水と反応するため、スラリー製造から短い時間内にコンクリートを製造する必要がある。
また、スラリーの供給用配管を使用の都度清掃しないと、供給用配管に付着したスラリーが固化し、それが生コンクリート中に分散されずに残ると、硬化後のコンクリート表面にポップアウトなどの異常が発生する場合がある。

特開２００３−２９２３５６号公報特開２００４−２１６７３９号公報

本発明は、人力による材料投入がなく、生コンプラントの貯蔵容器・計量装置をそのまま使用できるとともに、膨張材の計量誤差又は計量ミスに対して膨張率の変化率が鈍感であり、製造コストの大幅な削減を可能とした膨張性混和材及び当該混和材を用いた膨張性コンクリートに関する。

本発明者らは、膨張材に無機質鉱物微粉末を添加して混合することで、上記問題点が解決できることを見出した。
請求項１記載の膨張性混和材は、従来の任意の膨張材１００質量部に対し、無機質鉱物微粉末５０〜３００質量部含むことを特徴とする。
請求項２記載の膨張性混和材は、前記請求項１記載の膨張性混和材において、無機質鉱物微粉末が石灰石微粉末及び／又は珪石微粉末であることを特徴とする。
請求項３記載の膨張性コンクリートは、請求項１及び２記載の膨張性混和材を含有することを特徴とする。

本発明の膨張性混和材は、所定の膨張率に適切に制御できるので、生コンプラント等に設置された既存の供給装置を用いて膨張性コンクリートを製造することが可能となる。
また、本発明の膨張性コンクリートは、生コンプラントやコンクリート製品工場等で人力によらずに、前記本発明の膨張性混和材を既存の供給装置等を用いて製造することができ、膨張量にむらがなく、安定した膨張性コンクリートが得られる。
具体的には、生コンプラントで、例えば無機質鉱物微粉末の貯蔵容器から無機質粉末を抜き取り、当該容器を膨張性混和材の貯蔵容器として使用すれば、新たな貯蔵容器を必要とせず、膨張コンクリートを製造するができ、使用後は、膨張性混和材を抜き取り、無機質鉱物微粉末で洗浄し、その洗浄した無機質鉱物微粉末を膨張性混和材の製造時に使用して、無駄なく有効に利用することも可能となる。

本発明を以下の最適例を用いて説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の膨張性混和材は、膨張材１００質量部に対して、無機質微粉末を５０〜３００質量部含むものである。
このような構成とすることで、所定の膨張率に適切に制御できるので、膨張コンクリートを生コンプラント等で製造するのに容易に適用することができ、計量も容易であるのでコンクリート打設現場においてもコンクリートの膨張量を制御することが可能となる。

本発明の膨張性混和材に使用する膨張材は、特に限定されず任意の従来存在する膨張材が適用され、例えばカルシウムサルホアルミネート系、エトリンガイト系、石灰−エトリンガイト複合系、生石灰等の石灰系、鉄粉系、マグネシウム系及びアルミニウム粉末などの、市販されている任意のコンクリート用膨張材を１種以上で使用することができる。
好ましくは、汎用性や造粒体の製造性の点から、カルシウムサルホアルミネート系の膨張材を用いることが望ましく、例えば、住友大阪セメント株式会社製の商品名ＳＡＣＳやスーパーサクス等が市場で入手することができる膨張材として例示することができ、下記表１に、代表的な石灰系膨張材とともにその組成を示す。

また、本発明の膨張性混和材に使用する無機質粉末としては、セメントと結合性を有さず、しかもフレッシュコンクリート及び硬化コンクリートに悪影響を与えることが殆どない無機質粉末であれば、任意のものを１種以上で用いることができる。
このように、セメントと結合性を有さない無機質粉末を用いることにより、セメントとの結合がなくなることで、コンクリート硬化体の緻密さが過度に増強することなく、所望するコンクリートの膨張量が得られることとなる。
これらの無機質粉末としては、不純物が少なく成分が安定しているものが好適であり、石灰石微粉末、珪石微粉末、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等が挙げられる。
例えば、石灰石微粉末としては、下記表２に示すように、（社）日本コンクリート工学協会のコンクリート用石灰石微粉末品質規格に合致する石灰石微粉を使用することが可能であり、ＣａＣＯ_３が９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上であり、ブレーン比表面積は２５００ｃｍ^２／ｇ以上、好ましくは４０００〜９０００ｃｍ^２／ｇで、さらに好ましくは５０００〜８０００ｃｍ^２／ｇのものが使用できる。
また、珪石微粉末としては、８７質量％以上、より好ましくは９２質量％以上であり、ブレーン比表面積は好ましくは３０００〜５５００ｃｍ^２／ｇで、より好ましくは３７５０〜４７５０ｃｍ^２／ｇのものが使用できる。かかる条件の石灰石微粉末を使用することにより、人力による材料投入がなく、生コンプラントの貯蔵容器・計量装置をそのまま使用できるとともに、膨張材の計量誤差又は計量ミスに対して膨張率の変化率が鈍感であり、製造コストの大幅な削減を可能という利点を有する膨張混和材が得られる。

ここで、比表面積はＪＩＳＲ５２０１「セメント物理試験方法」により、圧縮強度比はＪＣＩ「コンクリート用石灰石微粉末品質規格（案）」の方法で、メチレンブルー吸着量はＪＣＡＳＩ−６１「フライアッシュのメチレンブルーの吸着量試験法」で測定した値である。
かかる無機質粉末は、コンクリートを製造する際に配合される細骨材の代替品としても用いることができるので、配合設計時の計算も容易となる。

当該無機質粉体の膨張材に対する混合割合は、膨張材１００質量部に対して、５０〜３００質量部、好ましくは１００〜１５０質量部混合する。
このような混合割合とすることにより人力による材料投入がなく、生コンプラントの貯蔵容器・計量装置をそのまま使用できるとともに、膨張材の計量誤差又は計量ミスに対して膨張率の変化率が鈍感であり、製造コストの大幅な削減を可能という利点が得られる。
特にＪＩＳＡ６２０２に規定される膨張材と、上記結合性を有さない無機質微粉末との混合割合は、膨張材の量が多いと計量誤差や計量ミスによる膨張制御が困難となり、結合性を有さない無機質微粉末が多いと膨張コンクリートを製造する際の細骨材に対する置換割合が多くなりすぎ、細骨材に比べて微粉であるため、製造したコンクリートの粘性が高くなりすぎるので、このような影響を及ぼさない範囲で決定される。

本発明の膨張性混和材を製造する際には、上記膨張材と無機質粉末とを所定の精度（±２％、より好ましくは±１％）で質量計量し、汎用的な混合機である容器固定型（リボン型ミキサ、スクリュー型ミキサ、パドル型ミキサなど）及び容器回転型（水平円筒型ミキサ、Ｖ型ミキサなど）を用いて均一になるまで混合する。なお、上記膨張材と無機質粉末とは密度の差が少ないので特殊な混合機が不要という利点がある。
このようにして得られた本発明の膨張性混和材は、生コンプラント等の既存の計量・供給装置を用いて生コンプラント等で製造される膨張性コンクリートに有効に適用することができる。

本発明の膨張性コンクリートは、本発明の膨張性混和材を含有するものである。
本発明の膨張性混和材は、セメント、骨材及び水や、必要に応じて添加される混和材（例えば、ポリカルボン酸系やメラミン系、リグニンスルホン酸系、変性ポリオール複合体等）と共に配合される。
このように、膨張材の計量誤差又は計量ミスに対して膨張率の変化率が鈍感であり、万が一多少の膨張材の計量誤差又は計量ミスが生じても、膨張性コンクリートの過大な膨張率を生じせしめることなく、安定な膨張率が得られる膨張コンクリートが容易に得られる。

本発明を以下の実施例、参考例及び比較例により具体的に説明する。
（使用材料）
膨張性混和材及び膨張コンクリートを調製するにあたり、以下の材料を使用した。
セメント（Ｃ）：中庸熱ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）
市販膨張材：商品名スーパーサクス（住友大阪セメント社製）
石灰石微粉末：ブレーン比表面積５３４５ｃｍ^２／ｇ、ＣａＣＯ_３が９８．７質量％（住友大阪セメント社製）
膨張性混和材：スーパーサクスと石灰石微粉末を１：１で混合
細骨材（Ｓ）：粗粒率２．７３の海砂
粗骨材（Ｇ）：粗粒率６．７５の砕石２００５
ＡＥ減水剤：商品名ポゾリスＮｏ．７０（ＮＭＢ社製）、水道水で４倍液としコンクリート１ｍ^３のセメント質量に対し１％添加
水：水道水

ここで、セメントとして中庸熱ポルトランドセメントを例示したのは、強度発現が緩やかなセメントの１種である中庸熱ポルトランドセメントを使用することで、低温において過大な膨張率を生じた際に強度発現がより著しく損なわれるものであるので、特に中庸熱ポルトランドセメントを用いて膨張性コンクリートを製造した。

実施例１〜３・比較例１〜３・参考例
（膨張性混和材の調製）
上記市販膨張材と石灰石微粉末を表３に示す配合割合にてＶ型ミキサを用いて混合して、膨張性混和材を得た。

（膨張性コンクリートの調製）
次いで、前記市販膨張材及び膨張性混和材を用いて、膨張性コンクリートを製造した。
ただし、既存の生コンプラントの混和材供給・計量装置によって膨張材を使用して計量誤差が若干生じた場合を想定して、各膨張材の標準的な単位膨張材使用量４０ｋｇ／ｍ^３に対して５ｋｇ／ｍ^３それぞれ増減した膨張性コンクリートを製造した。

膨張性コンクリートを製造するにあたり、上記セメント、細骨材、粗骨材、水、ＡＥ減水剤を表３に示す配合割合で配合し、二軸強制練りミキサにより混練して生コンクリートを製造した。

上記表中、ｓ/aは、骨材容積（a）に占める細骨材容積（ｓ）を示す。
実施例としては、含有される膨張材スーパーサクスの標準使用量である単位膨張材量２０ｋｇ／ｍ^３で混合（石灰石微粉末と１：１で混合したものを４０ｋｇ／ｍ^３で混合）したコンクリートを実施例２とし、これに対して質量計量誤差５ｋｇ／ｍ^３増減した膨張性コンクリート、すなわち、単位膨張材量１７．５ｋｇ／ｍ^３（石灰石微粉末と１：１で混合したものを３５ｋｇ／ｍ^３）と、２２．５ｋｇ／ｍ^３（石灰石微粉末と１：１で混合したものを４５ｋｇ／ｍ^３）で配合したコンクリートをそれぞれ実施例１、実施例３とした。

参考及び比較例としては、膨張性混和材を混入しない生コンクリートのみのものを参照例、膨張材を、含有される膨張材スーパーサクスの標準使用量である単位膨張材量２０ｋｇ／ｍ^３で混合したコンクリートを比較例２、これに対して質量計量誤差５ｋｇ／ｍ^３増減した膨張性コンクリート、すなわち、単位膨張材量１５ｋｇ／ｍ^３と、２５ｋｇ／ｍ^３量で配合したコンクリートをそれぞれ比較例１、比較例３とした。

試験例
上記実施例１〜３、比較例１〜３で得られたコンクリート、及び参照例として示す生コンクリートの膨張率と圧縮強度の測定結果を図１及び図２に示す。
但し、膨張率は、環境温度５℃の恒温室において、ＪＩＳＡ６２０２「コンクリート用膨張材」の附属書２のＡ法により測定された値で表す。
また、圧縮強度はＪＩＳＡ１１３２「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」によって作製されたφ１０×２０ｃｍの円柱供試体を５℃で２８日間水中養生した後、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」によって測定された値で示す。

上記試験結果より、本発明の膨張性混和材を使用した膨張性コンクリートは、膨張材の配合割合の変化に対して、膨張率の変化率が鈍感である。
従って、生コンプラント等に設置されている通常の混和材の供給・計量装置をそのまま使用でき、多少の膨張材の計量誤差又は計量ミスが生じても、過大な膨張率を生じせしめることなく、安定な膨張率を得られることがわかる。

本発明の膨張性混和材は、一般の生コンプラントやコンクリート製品工場等で膨張性コンクリートを製造する際に有効に用いることができる。
また、本発明の膨張性コンクリートは、鉄筋コンクリート構造物、鉄筋コンクリート建築物、鉄筋鉄骨コンクリート建築物及びプレストレストコンクリート構造物（以下、ＲＣ構造物等）のひび割れ抑制又は防止に適用することができる。

膨張性コンクリートの膨張率と膨張性混和材の含有量との関係を示す線図。膨張性コンクリートの圧縮強度と膨張性混和材の含有量との関係を示す線図。

Claims

膨張材１００質量部に対し、無機質鉱物微粉末５０〜３００質量部含むことを特徴とする膨張性混和材。
請求項１記載の膨張性混和材において、無機質鉱物微粉末が石灰石微粉末及び／又は珪石微粉末であることを特徴とする、請求項１記載の膨張性混和材。
請求項１又は２記載の膨張性混和材を含有する膨張性コンクリート。