JP2011006310A

JP2011006310A - コンクリート用細骨材及びその評価方法

Info

Publication number: JP2011006310A
Application number: JP2009153996A
Authority: JP
Inventors: Sumio Shibata; 純夫柴田; Fumiaki Matsushita; 文明松下
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Siporex KK
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】コンクリート用細骨材の粒度に必要な特性を明らかにし、適切な細骨材粒度判定によるコンクリート配合の評価方法を提供する。
【解決手段】細骨材の評価方法として、粒径１０μｍ以下の超微粒分細骨材の含有割合によって判定し、粒径１０μｍ以下の超微粒分の割合が０．１％以上３％以下である細骨材とした、２種以上のコンクリート用細骨材を混合して調製することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、土木建築物の主要材料であるコンクリートの主原料である細骨材に関するものであり、特に硬化する前の生コンクリートにおいて良好な性状を与える細骨材を提供するものである。

コンクリートはその経済性や施工性、強度、耐久性などから土木建築物の主要材料として広く用いられている。
コンクリートは、粗骨材（砂利）、細骨材（砂）、セメント、水を主原料とし、これをよく混合して泥しょう状態とした生コンクリートを型枠の中に流し込み（通常、打ち込みという）、硬化させたものである。粗骨材はおよそ粒径が５０ｍｍ以下の骨材を、細骨材はおよそ粒径が５ｍｍ以下の骨材をいう。
従来、細骨材には川で採取される砂が用いられてきた。その理由は、川砂がコンクリート用細骨材に求められる特性である、強度（硬度）、物理的・化学的安定性、無害、適正な粒径、付着力の大きな表面組成、所要の重量等の性質を併せ持つからである。そこで、コンクリート用の細骨材の規格・基準類（JIS等）は、川砂を基準に制定されてきた。

近年の環境破壊の問題や天然資源の枯渇などと同様に、細骨材に使われる川砂においても環境破壊を防止するための採取規制や、資源枯渇が顕在化している。そこで、海砂、砕砂、再生細骨材、スラグ細骨材などが代替細骨材として使用されてきている。これらの代替細骨材は川砂とは特性が異なるため、川砂の一部を代替して使用される、もしくは各代替細骨材の長所短所を相殺しトータルとして満足できる特性になるように数種類を混合することで使用されている（これを混合砂と呼んでいる）。
代替細骨材を使用する上で、最も問題となるのはその適用性であり、前述したように川砂と代替細骨材ではその特性が異なるため、JIS等の規格・基準類を満足しても、必ずしも十分なコンクリートが得られない場合がある。代表的な例が細骨材の粒度である。

細骨材の粒度測定方法は、呼び寸法１０ｍｍ、５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍの篩いによる試験方法がJIS A 1102（骨材のふるい分け試験方法）に規定されている。さらに、呼び寸法０．０７５ｍｍ（７５μｍ）以下の微粒分量の試験方法はJIS A 1103（骨材の微粒分量試験方法）に規定されている。これらの篩い分け粒度分布における標準粒度は、呼び寸法１０ｍｍ〜０．１５ｍｍの篩い下についてJIS A 5308（レディーミクストコンクリート）に示されている。
ブリーディングを抑制し、コンクリートの確実な充填施工を可能にするため、細骨材中の粒径０．１５ｍｍ以下の細粒分の含有率を３．０％以上とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、粒径１０μｍ以下の超微粒分量についての規定は特にない。細骨材中の超微粒分量は、特に生コンクリートにおけるブリーディングや流動性に大きく影響する。粒径１０μｍ以下の超微粒分量が多すぎる場合には流動性が失われてポンプ圧送などのワーカビリティに欠ける結果となり、超微粒分量が少なすぎると余剰な水が発生してブリーディングが発生する。

特開平２０００−２４７７１２号公報

粒度分布の規定について、上述したように標準粒度は天然の川砂を基準として設定されており、代替細骨材に対しては標準粒度に設定しても実用上問題があることもあった。例えば、０．１５ｍｍ篩い下は標準粒度では２〜１０％と規定されているが、高炉スラグ細骨材ではJIS A 5011-1（コンクリート用スラグ骨材−第１部：高炉スラグ骨材）において０．１５ｍｍ以下の細粒分が２〜２０％（ＢＦＳ２．５）含むことを，銅スラグ細骨材ではJIS A 5011-3（コンクリート用スラグ骨材−第３部：銅スラグ骨材）において０．１５ｍｍ以下の細粒分が５〜２０％（ＣＵＳ２．５）含むことを許容している。これは，スラグ細骨材を使用する場合，砂の標準粒度に合わせても（生コンクリート打ち込み後の表面の水浮き現象）が大きい特徴を持つため，細粒分量を標準粒度よりも多く含ませてブリーディングを抑制させるための措置である。その根本原因は，スラグ細骨材と天然砂では細粒分量である０．１５ｍｍ以下における粒度が大きく異なるためと考えられるが，天然砂から適用されてきた従来の篩い分け粒度では，代替砂の粒度を十分に評価できていない可能性がある。

このような事情に鑑み、本発明者らは適切な細骨材粒度判定によるコンクリート配合設計方法を提供すると共に、コンクリート用細骨材の粒度に必要な特性を明らかにして良好な品質を持つコンクリートを提供することを試みた。

上記目標を達成するため本発明のコンクリート用細骨材は、粒径１０μｍ以下の超微粒分の割合が０．１％以上３％以下である細骨材とした。
また、本発明のコンクリート用細骨材は、２種以上のコンクリート用細骨材を混合して調製することができる。
また、本発明の細骨材の評価方法は、粒径１０μｍ以下の超微粒細骨材の含有割合によって判定する評価方法を採用した。

本発明に示した細骨材を用いた生コンクリートでは、適度な超微粒分量であるためにブリーディングも発生せず、流動性も良好となる。その結果、硬化後においても物性、美観ともに優れたコンクリートを得ることができる。

本発明者らは、生コンクリートの性状に対する細骨材の粒度分布の影響を調べるため、様々な粒度分布をもつ細骨材を用意して粒度分布を調べると共に、生コンクリートを作成してその性状を調べた。

（実施例及び比較例）
ここで、粒度分布の測定は、JIS A 1102（骨材のふるい分け試験方法）に規定されている、呼び寸法１０ｍｍ、５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍの篩いによって篩い分け、粗粒率（ＦＭ値）を計算した。また、JIS A 1103（骨材の微粒分量試験方法）に規定されている呼び寸法０．０７５ｍｍ（７５μｍ）以下の超微粒分量の測定を行った。さらに、０．０７５ｍｍ篩い下については、レーザー粒度分布測定装置を使用して０．０２μｍ〜２０００μｍの測定レンジにて−１０μｍの超微粒分割合を測定した。

生コンクリートの作成について、実用に供する場合には使用するコンクリートに応じた目標スランプを設定して配合を決定していくが、本試験においては純粋に細骨材の粒度分布の影響を評価するため、表１に示す同一配合においてミキサーを用いて機械練りを実施した。密度の異なる複数種類の細骨材を使用するため、配合は容積比率（％）を一定とした。各原料について、水は水道水を用い、セメントは普通ポルトランドセメント（密度３．０６ｇ／ｃｍ^３）、粗骨材は５〜２０ｍｍの砕石（表乾密度２．７３ｇ／ｃｍ^３）を用いた。また、ＡＥ減水剤をセメント量の０．２５％添加した。

ここで、使用した細骨材の種類は、海砂、砕砂（石灰）、砕砂（硬質砂岩）、砕砂（風化花崗岩）、高炉スラグ細骨材、銅スラグ細骨材、混合砂の７種類である。各細骨材の調製方法は以下の通りである。
１）海砂Ａ；海岸から採取した砂。
２）石灰砕砂Ａ〜Ｄ；石灰岩を砕いて篩い分けした砂で、Ａ〜Ｄはロットの異なるもの。
３）硬質砂岩Ａ〜Ｃ；硬質砂岩を砕いて篩い分けした砂で、Ａ〜Ｃはロットの異なるもの。
４）風化花崗岩Ａ、Ｂ；風化花崗岩を砕いて篩い分けした砂でＡ、Ｂの２種類。
５）高炉スラグ細骨材Ａ〜Ｃ；製鉄工程で発生する高炉スラグを水砕した砂で、Ａ〜Ｃはロットの異なるもの。
６）銅スラグ細骨材；銅製錬工程で発生するスラグを水砕した砂。
７）混合砂Ａ〜Ｈ；２種類ないし３種類の砂を混合して粒度調整した砂で、Ａ〜Ｈはロットの異なるもの。
各細骨材の粒度分布測定結果は表２に示すとおりであった。

生コンクリートの性状はコンシステンシーと材料分離について評価し、前者はJIS A 1101に規定されている「スランプ試験」によって、後者はJIS A 1123に規定されている「コンクリートのブリーディング試験方法」により測定した。スランプの評価基準としては、コンクリートがくずれたり、材料分離をしない一般的な範囲である５ｃｍ以上、１８ｃｍ以下を適、この範囲以外を不適とした。ブリーディングについては、材料分離の程度として一般に許容される範囲である最終ブリーディング量０．５ｃｍ^３／ｃｍ^２以下を適、この範囲以外を不適とした。

表２にスランプ値、フリーディング量、ＦＭ値の測定結果及び総合評価を示した。

ＦＭ値については比較例１と実施例２でＦＭ値は２．３〜２．４と同程度であるが、ブリーディング量は比較例１が０．６２ｃｍ^３／ｃｍ^２で不適に対し、実施例２が０．３３ｃｍ^３／ｃｍ^２で適である。
７５μｍ以下の微粒分量については、比較例５と実施例１０で３．１〜３．２％とほぼ同じにもかかわらず、ブリーディング量は比較例５が０．５５ｃｍ^３／ｃｍ^２で不適に対し、実施例１０が０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２で適である。このように、従来からの細骨材の粒度の評価基準であった、ＦＭ値や７５μｍ以下の微粒分量では、スランプおよびブリーディング量を適切に判定できていないことが分かる。

このような状況の中、本発明者はスランプ及びブリーディング量を適切に判定できる指標を、篩い分け粒度分布の値、レーザー粒度分布の値から種々検討した結果、粒径１０μｍ以下の超微粒分の割合がその指標として好ましいことを発見した。表２に示す様に、様々な細骨材種類に対して、粒径１０μｍ以下の超微粒分の割合が０．１％以上３％以下の範囲では、スランプ及びブリーディング量の評価結果は全て適であり、逆に粒径１０μｍ以下の超微粒分の割合が０．１％未満や、３％を超える範囲では、スランプ及びブリーディング量の評価結果は少なくとも一方が不適であることが分かった。また、単一種細骨材と混合砂の種類によらず、上記の関係があることが認められた。
表２に示した細骨材のうち、比較例２〜４の砕砂Ｅ〜Ｇは超微粒分が３．０％以上と多いので、不適である。また、比較例５〜８のスラグ細骨材は超微粒分が０．１％以下と少なすぎるので不適である。
これら超微粒分が多すぎたり少なすぎたりする細骨材は、適当に混合して超微粒分を適当な範囲に調製することにより、ブリーディング量の少ない細骨材として利用することが可能となる。

本発明によれば、様々な超微粒分量を持つ細骨材を適宜使用し、場合によっては他の細骨材と混合使用することにより、良好な性状を持つ生コンクリートを得ることができる。従って、これまでに使用例の無い砂状の物質・鉱物などをコンクリート細骨材として有効利用することが可能になると考えられ、資源の有効利用と良好なコンクリート品質を両立することができると考える。

Claims

粒径１０μｍ以下の超微粒分の割合が０．１％以上３％以下であることを特徴とするコンクリート用細骨材。
２種以上のコンクリート用細骨材を混合して調製してなることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート用細骨材。
コンクリート用細骨材中の粒径１０μｍ以下の超微粒分細骨材の含有割合によって判定することを特徴とするコンクリート用細骨材の評価方法。