JP2011006276A

JP2011006276A - 低収縮コンクリート

Info

Publication number: JP2011006276A
Application number: JP2009150600A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hashida; 浩橋田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】一般建築物に用いられるコンクリートにおいて、乾燥収縮を低減する。
【解決手段】コンクリート材料として、普通ポルトランドセメントと、石灰石を主体とした骨材と、中性能または高性能ＡＥ減水剤と、石灰系膨張材とを用い、セメントと水との水セメント比を４０〜５０％とする。また、骨材は、重量混合率１００％の石灰石砕石の粗骨材を含み、さらに、石灰石砕石の粗骨材をに加え、細骨材重量に対して重量混合率３０〜１００％の石灰石砕砂を含むようにすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は低収縮コンクリートに係り、一般建築物に用いられるのに好適な建築構造材としてのコンクリートにおいて、その乾燥収縮率を低減できるようにした低収縮コンクリートに関する。

コンクリートの乾燥収縮ひび割れを抑制する対策として、収縮低減剤、膨張材などの添加剤の使用や、骨材として石灰石を用いた粗骨材（砕石）、細骨材（砕砂）の使用が有効とされている。しかし、これらの対策をどのように組み合せた場合に最適なコンクリートが得られるかは不明である。また、膨張材は初期養生中に膨張するが、柱や梁(拘束体)に拘束される壁や床スラブ(被拘束体)では、両者とも膨張することになるので、当初の圧縮力はあまり生じず、ひび割れ抑制効果は限定される。そのため、膨張ピーク後の乾燥収縮が低減されない限り、壁や床スラブのひび割れ低減効果は低い。

一方、セメント水和時の自己収縮の割合が大きいとされている高強度・高流動コンクリート(たとえば水セメント比４０％未満、強度６０N/mm²以上)では、低収縮を実現するための構成として、使用セメントが、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、及び高ビーライト系セメントで、水セメント比が２０〜４０％で、骨材に石灰石を用いたコンクリート組成物が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−３０２０５６号公報

一般の建築物で、発生ひび割れを抑制することでコンクリートの長寿命化を実現することが目的であれば、水セメント比５０％程度以下のコンクリートを用いるのが好適である。しかし、上述したような、石灰石を骨材に用いた水セメント比４０％未満の高強度コンクリートでは、火災時などコンクリートが高温に曝されると、コンクリート骨材の石灰石のヤング率が低下したり、爆裂が生じやすくなることが報告されている。このように、石灰石を用いた高強度コンクリートは、耐火性能が大きく低下することが知られており、建築構造材料としての利用価値が低くなる。発明者は、開発過程において、石灰石を骨材として有効利用することに関し、石灰石骨材の性状、他の使用材料に対して以下の知見を得た。
(1)収縮低減剤は、圧縮強度や凍結融解抵抗が低下するため、低収縮で高耐久なコンクリートには適さない。
(2)石灰系膨張材と石灰石骨材を組み合せると、初期養生の膨張ピークからの乾燥収縮を効果的に低減できる。
(3)石灰石骨材は収縮低減に有効であるが、石灰石砕石の他に細骨材として石灰石砕砂を多量に使用するとブリーディング量が増し、骨材周り(遷移帯)が脆弱となり、収縮が増大する可能性がある。ポリカルボン酸を主成分とする中性能ＡＥ減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用することで、この問題点を改善できるとともに、単位水量低減による、さらなる収縮低減も図ることができる。
(4)石灰石骨材は、その収縮低減効果を得る場合、自己収縮を考慮しない水セメント比４０％以上の普通強度コンクリートで利用されることが好ましい。

この結果、従来の技術が有する問題点を解消し、収縮低減効果のある石灰石骨材を水セメント比４０％以上のコンクリートに適用する場合に、最も実用効果のある組成からなる低収縮コンクリートを実現することが可能となる。

上記目的を達成するために、本発明は普通ポルトランドセメントと、石灰石を主体とした骨材と、中性能または高性能ＡＥ減水剤と、石灰系膨張材とを含み、前記セメントと水との水セメント比を４０〜５０％としたことを特徴とする。

前記骨材は、重量混合率１００％の石灰石砕石の粗骨材を含むことが好ましい。

前記骨材は、さらに前記粗骨材に加え、細骨材重量に対して重量混合率３０〜１００％の石灰石砕砂を含むことが好ましい。

以上に述べたように、本発明によれば、一般建築物用の構造部材として適用される、水セメント比４０％以上のコンクリートの収縮低減効果を確実に果たすことができる。

セメント種類別のコンクリート乾燥収縮率を示した対比グラフ。

以下、本発明の低収縮コンクリートの実施するための形態について説明する。

上述したように、石灰石骨材を用いた高強度コンクリート(水セメント比４０％未満)は、耐火性能が大きく低下する。そこで、本発明では、建築構造材料としての利用価値を得るため、石灰石骨材を水セメント比４０％以上の普通強度コンクリートに適用する場合に、最も実用効果のある組成を検討した。

図１は、所定の粗骨材を用いた場合の、セメント種類別のコンクリートの乾燥収縮率の測定結果を示した比較グラフである。セメントの種類については、図１に示したように、水セメント比４３％のコンクリートでも、石灰石を骨材として用いた場合に乾燥収縮率が低減する。ただし、普通ポルトランドセメントの替わりに中庸熱ポルトランドセメントを用いても、さらなる乾燥収縮率の低減は図れない。一方で、中庸熱ポルトランドセメントは、普通強度レベルでは中性化が早く、普通ポルトランドセメントより耐久性に劣る。したがって、低収縮と耐久性を両立する観点から、セメントは普通ポルトランドセメントが好適といえる。

次に、添加剤の使用について検討する。膨張材を使用する場合、柱や梁(拘束体)に拘束される壁や床スラブ(被拘束体)では、両者ともコンクリートが膨張することになるので、初期養生中の圧縮力は期待できず、乾燥収縮ひび割れの抑制効果は限定的となる。そこで、生石灰(遊離石灰)が水分と反応して水酸化カルシウムを生成することで膨張効果を発揮する石灰系膨張材の使用を図った。石灰系膨張材は、コンクリートが乾燥状態となっても水酸化カルシウム生成を継続し、適度な膨張効果(乾燥収縮低減効果)を維持できるとの判断からである。この根拠は、超高強度コンクリートに膨張材を多量に混和した場合に、乾燥状態でも遅れ膨張破壊を生じたとする既往研究の実験結果に基づく。なお、収縮低減剤は、圧縮強度や凍結融解抵抗等の耐久性が低下するため、低収縮で高耐久なコンクリートには適さないと判断した。

表１は、骨材種類（粗骨材、細骨材）、膨張材有無、膨張材種類、調合（水セメント比）を変えてコンクリート製造した際の乾燥収縮率の低減率を求めた結果を示した測定結果一覧表である。

［表−１］

［使用材料］
表−１のNo.１〜１６のコンクリートは、各現場での調合例を、比較可能な一覧表形式としてまとめた結果であり、石灰系膨張材としては、一例として太平洋マテリアル株式会社の「太平洋ハイパーエクスパン」を使用し、エトリンガイト−石灰系（表中、複合系と記す。）膨張材としては、商品名「デンカパワーＣＳＡ」を使用した。石灰石骨材の産地は様々であるが、いずれもＪＩＳＡ５００５に適合した物理的性能を満たす、高純度の石灰石組成からなり産地別の個体差は無視しうる。また、石灰石砕砂を含まない細骨材は、おもに山砂、または硬質砂岩あるいは安山岩砕砂と山砂の混合砂であり、いずれも上記規格を満たす材料である。

［乾燥収縮率］
また、測定結果としての乾燥収縮率は、膨張材混和の場合、膨張開始後、湿潤養生期間内の初期膨張作用時に膨張した時点（基点）から、その後の乾燥期間において収縮がほぼ収束する時点までの収縮率（μ）を用いた。

［測定結果］
以下、表１の測定結果について説明する。No.１〜８のコンクリートは、本発明の実施例としての調合、材料を使用したコンクリートである。そのうち、No.１〜４のコンクリートは、石灰系の膨張材を用い、粗骨材は石灰石砕石１００％、細骨材はその混合率が３０〜１００％となるような石灰石混合砕砂とした実施例の試験結果である。いずれのコンクリートも、石灰石骨材の使用、膨張材の混和により、乾燥収縮率は２０％程度低減しており、乾燥収縮率も４００μ以下をほぼ実現している。No.２の乾燥収縮率は４００μを若干超えているが、細骨材の石灰石砕砂の混合率（重量）は３０％であり、さらに混合率を増加させることで、４００μ以下とすることも可能である。No.５〜８は、石灰系の膨張材を用い、粗骨材は石灰砕石であるが、細骨材は石灰石砕砂を含まない（一例として山砂、砂岩砕砂と山砂の混合砂を使用）コンクリートである。石灰石砕砂を含まないため、膨張材による乾燥収縮率の低減率はやや低下している。

一方、比較例（本発明に対して、膨張材あるいは石灰石骨材を不使用の試験例）としてのNo.９〜１６のコンクリートは、粗骨材が石灰石砕石以外のコンクリート、または膨張材が複合系のコンクリートの結果である。これらのコンクリートでは、１５％を超える低減率を示すケースもあるが、乾燥収縮をほとんど低減できないケースが示されており、膨張材の収縮低減効果は相当程度に不確実になる。

以上の結果から、少なくとも粗骨材に石灰石砕石を用い、膨張材として石灰系膨張材を用いた場合に、膨張ピークからの乾燥収縮率を効果的に低減できることが分かった。その収縮低減効果は、細骨材にも石灰石砕砂を混合した場合により安定的に得られることも分かった。一方で、膨張材がエトリンガイト−石灰の複合系の場合、および骨材が石灰石以外の場合には、安定した収縮低減効果は得られない。石灰系膨張材と石灰石骨材の相性が良いのは、コンクリートの乾燥過程においても石灰石骨材から適度な水分放散がなされ、膨張作用を促すためと考えられる。したがって、粗骨材だけでなく、細骨材にも石灰石が比較的多く含まれることが望ましい。

Claims

普通ポルトランドセメントと、石灰石を主体とした骨材と、中性能または高性能ＡＥ減水剤と、石灰系膨張材とを含み、前記セメントと水との水セメント比を４０〜５０％としたことを特徴とする低収縮コンクリート。
前記骨材は、重量混合率１００％の石灰石砕石の粗骨材を含む請求項１に記載の低収縮コンクリート。
前記骨材は、前記粗骨材に加え、細骨材重量に対して重量混合率３０〜１００％の石灰石砕砂を含む請求項２に記載の低収縮コンクリート。