JP2010269960A

JP2010269960A - 高強度コンクリート

Info

Publication number: JP2010269960A
Application number: JP2009122228A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Watanabe; 悟士渡邉; Hidesuke Kuroiwa; 秀介黒岩; Hiroshi Jinnai; 浩陣内; Yoshiki Yamamoto; 佳城山本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP5840341B2

Abstract

【課題】打設時に高い流動性と材料分離抵抗性を併せ持ち、硬化後に高い強度を発現する高強度コンクリートを提供する。
【解決手段】少なくともセメントとシリカフュームと膨張材とを含む結合材と、結合材に対する重量比が１０〜１５％となるように添加された水と、細骨材と、砂利または砕石からなる粗骨材と、結合材に対する重量比が２〜４％となるように添加された減水剤と、コンクリート１ｍ^３当たり２０〜４０ｋｇの範囲内で添加される膨張材と、を混合して得られる高強度コンクリートであって、前記結合材と前記水と前記細骨材と前記減水剤の混合比は、前記結合材中の膨張材を結合材から膨張材を取り除いた置換用結合材に置換して得た混合比設定用結合材と前記水と前記細骨材と前記減水剤の混合体であるモルタルのゼロ打フロー値が２５０〜３５０ｍｍとなるように設定されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、高強度コンクリートに関する。

高強度コンクリートは、結合材に対する水の重量比（水結合材比）を低くして、硬化後のコンクリート組織を緻密にすることで圧縮強度を高めたものである。

硬化前の高強度コンクリートには、型枠に密実に充填するために高い流動性が求められるが、流動性を過剰に高くすると、骨材とセメントペーストとの分離が生じてしまう。
そのため、従来、減水剤（ＪＩＳＡ６２０４における高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等）の添加量を適正に調整することにより良質な高強度コンクリートを生成することを図っている。

水結合材比が低い高強度コンクリートは、一般的に硬化時の自己収縮が大きくなる傾向にある。自己収縮が大きいと、ひびわれ発生の原因になるため、自己収縮の低減化を図る高強度コンクリートが開発されている。

例えば、特許文献１には、設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ^２を超える高強度コンクリートの配合において、減水剤の添加量が結合材に対する重量比で２％未満、粗骨材の３０容積％以下を人口軽量骨材に置換し、コンクリート１ｍ^３当たり３０ｋｇ以下の膨張材を添加してなる高強度コンクリートが開示されている。

また、特許文献２には、設計基準強度が６０Ｎ／ｍｍ^２を超える高強度コンクリートの配合において、膨張材と凝結遅延剤とを混入する高強度コンクリートが開示されている。

特開２００５−０２２９３１号公報特開２００６−２８２４３５号公報

ところが、人工軽量骨材は砂利等からなる粗骨材と比較して強度特性の面で劣っているため、特許文献１に記載の発明は、コンクリートのさらなる高強度化を図る場合には不向きであった。

また、特許文献２に記載の高強度コンクリートのように、低熱ポルトランドセメントおよび凝結遅延剤を使用する場合には初期の硬化が遅れる傾向にあり、型枠の脱型が遅れるなどの施工上の課題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、打設時に高い流動性と材料分離抵抗性を併せ持ち、１日程度で型枠の脱型が可能で、硬化後に高い強度を発現する、自己収縮低減型の高強度コンクリートを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、少なくともセメントとシリカフュームと膨張材とを含む結合材と、前記結合材に対する重量比が１０〜１５％となるように添加された水と、細骨材と、砂利または砕石からなる粗骨材と、前記結合材に対する重量比が２〜４％となるように添加された減水剤と、を混合して得られる高強度コンクリートであって、前記膨張材は、コンクリート全体に対して１ｍ^３当たり２０〜４０ｋｇの範囲内で添加され、前記結合材と前記水と前記細骨材と前記減水剤の混合比は、前記結合材中の膨張材を置換用結合材に置換して得た混合比設定用結合材と前記水と前記細骨材と前記減水剤の混合体であるモルタルのゼロ打フロー値が２５０〜３５０ｍｍとなるようにあらかじめ設定されていることを特徴としている。なお、置換用結合材とは、前記結合材から膨張材を取り除いたものである。

かかる高強度コンクリートによれば、結合材が十分に分散されていることに起因してきわめて高強度であるとともに、打設時に高い流動性を示す。また、膨張材により、コンクリートの材料分離の抑止効果が得られるとともに、収縮低減効果を得ることができる。

本発明によれば、打設時に高い流動性および材料分離抵抗性を有し、硬化後に高い強度を発現する高強度コンクリートを提供することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
本実施形態に係る高強度コンクリートは、少なくとも結合材と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水剤と、含んだ混合体により構成されている。

結合材は、少なくともセメントとシリカフュームと膨張材とを含んでいる。また、圧縮強度や流動性などに悪影響を及ぼさない範囲で高炉スラグ微粉末などの混和材を含んでも構わない。
結合材は、予め所定の配合で混合されたプレミックス品を使用してもよいし、コンクリート製造時に混合してもよい。

セメントの種類は限定されるものではないが、本実施形態では中庸熱ポルトランドセメントを使用する。

膨張材は、水和反応によってエトリンガイトや水酸化カルシウムの結晶を生成してコンクリートを膨張させて、コンクリートの収縮を抑えるものである。
本実施形態では、コンクリート全体に対して１ｍ^３当たり３０ｋｇ添加されている。

膨張材の添加量が少ないと、減水剤の多量添加により分散性が高められたコンクリートの材料分離抵抗性を確保できないため、１ｍ^３当たり２０ｋｇ以上添加するのが望ましい。一方、膨張材を過剰に使用するとコンクリートの硬化初期に反応しきれなかった膨張材が後々異常膨張を生じる危険性があるため、コンクリート１ｍ^３当たり４０ｋｇ以下とするのが望ましい。
なお、膨張材を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では石灰系膨張材を使用する。

水は、結合材に対する重量比が１０〜１５％となるように添加される。本実施形態の高強度コンクリートは、減水剤を多量に添加してセメントの分散性を高めている。これにより、比較的高い水結合材比でも高い圧縮強度が得られる。施工性や製造コストなどを考慮すると水結合材比は目標とする圧縮強度が実現可能な範囲でできる限り高くて済むのが望ましく、１０％を下回るものは望ましくない。本実施形態では、プレキャスト工場などの通常の熱養生設備を用いて２日間程度の熱養生を施すことで圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ^２の高強度コンクリートを生成することを目的として、水結合材比を１０〜１５％の範囲内としている。

細骨材として、本実施形態では砕砂を使用するが、細骨材を構成する材料は限定されるものではなく、例えば川砂、山砂等の天然骨材や高炉スラグ細骨材なども採用可能である。

粗骨材には、砂利または砕石を使用する。

減水剤は、結合材の分散性を高めるものであって、結合材に対する重量比が２〜４％となるように添加されている。結合材に対する減水剤の重量比が２％未満だと、コンクリート中の結合材の分散性を十分に確保することができず、圧縮強度２００Ｎ／ｍｍ^２を確保できないおそれがある。逆に、結合材に対する減水剤の重量比が４％を超えると凝結が過剰に遅れたり、分離抵抗性が過剰に低下したりするおそれがある。
減水剤の種類は限定されるものではないが、本実施形態ではポリカルボン酸系高性能減水剤を使用する。

結合材と水と細骨材と減水剤の配合は、結合材中の膨張材を結合材から膨張材を取り除いたもので置換したものと水と細骨材と減水剤の混合体であるモルタルのゼロ打フロー値が２５０〜３５０ｍｍとなる配合を見いだすことで、決定する。
高強度コンクリートは、このモルタル（結合材と水と細骨材と減水剤）の配合比率を維持しつつ膨張材と粗骨材を加えることで決定する。モルタルのゼロ打フロー値が２５０ｍｍ以上、さらに望ましくは３００ｍｍ以上の高い流動性および結合材の分散性を確保することで、同じ水結合材比でもより高い圧縮強度を有する高強度コンクリートを実現することが可能となる。ただし、過剰に流動性を高めると分離抵抗性の確保が困難になるため、結合材中の膨張材を結合材から膨張材を取り除いたもので置換したものと水と細骨材と減水剤の混合体であるモルタルのゼロ打フロー値は３５０ｍｍを超えないことが望ましい。

以上、本実施形態の高強度コンクリートによれば、減水剤を多量に添加することで結合材の分散性を高めると同時に、打設時のコンクリートのスランプフローを低下させる効果を有する膨張材を選定して結合材の一部として用いているため、高強度コンクリートの圧縮強度、適正な流動性および分離抵抗性を高水準とすることができる。

つまり、練り混ぜの初期段階では、減水剤の多量添加により結合材の分散性を高めて、コンクリートの圧縮強度の向上に寄与する。
結合材が十分に分散された後に、膨張材の効果によりコンクリートの流動性が低下して材料分離しにくくなる。流動性低下後でもスランプフローは５５０〜７５０ｍｍを維持することで型枠への密実な充填を可能としている。このことは、使用している膨張材がスランプフローを低下させる効果を発揮し始めるのは、練り始めてから数分後であることに起因する。

本実施形態の高強度コンクリートは、減水剤の多量添加により流動性が過剰に高くなることや、膨張材を添加することで流動性が低下することを、減水剤の多量添加と膨張材とを併用することで、互いに打ち消しあって、適切な流動性を実現できる。

また、減水剤と膨張材とを併用することで、減水剤の多量添加によりコンクリートの初期強度発現が遅くなること、膨張材の添加により初期強度発現および硬化が極端に早まり施工時の流動性の低下が生じることを防止し、適正な初期強度発現性状を実現できる。

また、膨張材を使用することで、高強度コンクリートの自己収縮を低減し、ひび割れが生じることを抑制させることが可能となる。

また、減水剤の多量添加により、結合材の分散性が高まるため、高強度コンクリートの圧縮強度を高めることが可能となる。
また、粗骨材として砂利または砕石を使用しているため、圧縮強度２００Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度コンクリートを実現することが可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。

以下、本発明に係る高強度コンクリートの有効性を確認するために実施した実験結果を示す。

まず、モルタルの圧縮強度に関して減水剤の添加量の影響について実験を行った。
本実験では、減水剤の種類または添加量を変化させた３種類のモルタルについて、ゼロ打フロー値および硬化後の圧縮強度を測定し、比較を行った。

表１に本実験で使用したモルタルの使用材料、表２にモルタルの配合を示す。

本実験では、表２に示すように、市販品よりも分散性能を高めたポリカルボン酸系高性能減水剤（減水剤イ）を結合材に対して重量比で２％使用したモルタル１、一般に市販されているポリカルボン酸系高性能減水剤（減水剤ロ）を結合材に対して重量比で３％使用したモルタル２、モルタル２と同じポリカルボン酸系高性能減水剤を結合材に対して重量比で２％使用したモルタル３について実験を行った。
なお、モルタル１〜３に含まれる結合材、水、細骨材、消泡剤の種類および配合は同一とした。

表３に、モルタル１〜３のゼロ打フロー値および圧縮強度を示す。
なお、ゼロ打フロー値は、ＪＡＳＳ５Ｔ−７０１−２００５「高強度コンクリート用セメントの品質基準（案）」に基いて試験を行った。また、圧縮強度は、１日２０℃封かん養生後に４８時間９０℃封かん養生したφ５０×１００ｍｍ供試体の圧縮強度である。

表３に示すように、ゼロ打フロー値が最も大きいモルタル１の圧縮強度が最も高く、ゼロ打フロー値が最も小さいモルタル３の圧縮強度は最も低い結果となった。
したがって、ゼロ打フロー値が大きいものほど圧縮強度が高い傾向にあり、減水剤の多量添加による流動性および結合材の分散性の向上が、高強度コンクリート（モルタル）の圧縮強度の向上をもたらすことが確認できた。

また、モルタル１およびモルタル２は、それぞれ圧縮強度２３１Ｎ／ｍｍ^２および２１７Ｎ／ｍｍ^２を示しており、参考文献１に示される安山岩系の粗骨材のように、モルタルのヤング係数に近い、すなわち粗骨材のヤング率としては相対的に小さく高強度である粗骨材を使用することにより、粗骨材の混入による強度低下が５％程度とすることができ、膨張材および粗骨材が加えられた高強度コンクリートの圧縮強度として２００Ｎ／ｍｍ^２以上を確保することが可能であると評価できる。したがって、結合材の分散性をモルタルの流動性をもとに評価する場合には、結合材中の膨張材を置換用結合材に置換して得た混合比設定用結合材と水と細骨材と減水剤の混合体であるモルタルのゼロ打フロー値が２５０〜３５０ｍｍとなるように配合すればよい。なお、置換用結合材とは、結合材から膨張材を取り除いて得られるものである。市販されている減水剤を用いてこのような高い流動性を有するモルタルを得るためには、結合材に対する重量比で２〜４％の減水剤の添加が必要である。
（参考文献１：渡邉悟士、黒岩秀介、陣内浩、並木哲：高強度コンクリートの圧縮強度に影響を及ぼす粗骨材物性に関する研究、日本建築学会構造系論文集、Ｎｏ．５８８、ｐｐ．２１〜２７、２００５.２）

次に、膨張材の使用がコンクリートの流動性に及ぼす影響について調べた結果を示す。
本実証実験では、膨張材が添加された高強度コンクリートのスランプフロー値を測定し、流動性について確認した。

表４に本実証実験で使用した高強度コンクリートＡの使用材料を示す。また、表５に本実証実験に係る高強度コンクリートＡの配合を示す。また、本実証実験では、比較例Ｂとして、結合材の一部に膨張材を使用しないことを除いて配合条件が高強度コンクリートＡと同じ高強度コンクリートについてスランプフローを測定し、比較を行った。

表６に試験結果を示す。

比較例Ｂから粗骨材を取り除いた配合のモルタルは、ゼロ打フロー値が３１６ｍｍ、１日２０℃封かん養生後に４８時間９０℃封かん養生したφ５０×１００ｍｍ供試体の圧縮強度が２２８Ｎ／ｍｍ^２であり、表３のモルタル１と同等の性能を有していた。また、表６に示すように、比較例Ｂの高強度コンクリートは１日２０℃封かん養生後に４８時間９０℃封かん養生したφ１００×２００ｍｍ供試体で２００Ｎ／ｍｍ^２以上の高い圧縮強度を有していた。しかし、比較例Ｂは、スランプフローが８２０ｍｍとなり、スランプフロー試験後の試料外周部にモルタルが染み出しており、分離抵抗性が不十分であると判断された。したがって、減水剤の多量添加により分離抵抗性が低下することが実証された。

一方、表６に示すように、本実施例に係る高強度コンクリートＡは、スランプフローが７５０ｍｍ以下を示し、試験後の試料外周部におけるモルタルの染み出しは見られなかった。したがって、膨張材の使用により十分な分離抵抗性を有していることが確認できた。なお、表６に示される本実施例に係る高強度コンクリートＡと、比較例Ｂの高強度コンクリートＢとはほぼ同一強度であるが、これは供試体が小さいこと、無筋であることから生じている。実構造物に打設した場合には、比較例Ｂのようにスランプフローが大きいと材料分離により生じた骨材の少ない部位で自己収縮によるひび割れが生じるなどの問題を生じ易くなる。

以上の結果から、膨張材を併用することで、減水剤の多量添加により低下した分離抵抗性を改善できることが実証された。

また、高強度コンクリートＡは１日２０℃封かん養生後に４８時間９０℃封かん養生したφ１００×２００ｍｍ供試体の圧縮強度で２００Ｎ／ｍｍ^２を示し、十分な圧縮強度を発現することが実証された。

Claims

少なくともセメントとシリカフュームと膨張材とを含む結合材と、
前記結合材に対する重量比が１０〜１５％となるように添加された水と、
細骨材と、
砂利または砕石からなる粗骨材と、
前記結合材に対する重量比が２〜４％となるように添加された減水剤と、を混合して得られる高強度コンクリートであって、
前記膨張材は、コンクリート全体に対して１ｍ^３当たり２０〜４０ｋｇの範囲内で添加され、
前記結合材と前記水と前記細骨材と前記減水剤の混合比は、前記結合材中の膨張材を前記結合材から膨張材を取り除いた置換用結合材に置換して得た混合比設定用結合材と前記水と前記細骨材と前記減水剤の混合体であるモルタルのゼロ打フロー値が２５０〜３５０ｍｍとなるように設定されていることを特徴とする、高強度コンクリート。