JP2011195364A

JP2011195364A - コンクリート組成物およびコンクリート硬化体

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Publication number: JP2011195364A
Application number: JP2010062778A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nakayama; 英明中山; Ryota Shiraishi; 良太白石; Hiroyasu Naruse; 浩康鳴瀬; Takeshi Nakazato; 剛中里
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】初期強度が大きく、かつ乾燥収縮歪が小さく、従ってひび割れが抑制されたコンクリート組成物およびコンクリート硬化体を提供する。
【解決手段】ポルトランドセメントを用い、粗骨材および細骨材として石灰石骨材を用い、さらに高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを配合したことを特徴とするコンクリート組成物およびそのコンクリート硬化体であり、例えば、単位量として水セメント比３５〜６０％、石灰石粗骨材９００〜１１００kg/m³、石灰石細骨材７４０〜９５０kg/m³、高炉スラグ微粉末１００〜３００kg/m³、フライアッシュ５０〜１００kg/m³を含有し、材齢７日の圧縮強度１０Ｎ/mm²以上、材齢２６週の収縮歪４５０×１０^-6以下であるコンクリート組成物およびそのコンクリート硬化体。
【選択図】図２

Description

本発明は、初期強度が大きく、かつ乾燥収縮歪が小さく、従ってひび割れが抑制されたコンクリート組成物およびコンクリート硬化体に関する。

近年、環境負荷を低減する観点に基づき、高炉スラグ微粉末を混合したセメントの使用が増加している。高炉スラグ微粉末を混合したセメントは，アルカリ骨材の反応抑制効果や塩化物イオンの浸透に対する抵抗性が高いなどの利点を有する。しかし、一方でコンクリート硬化体の初期強度が低く、初期収縮も大きいため、ひび割れが発生しやすいという問題がある。また、初期養生の影響を受けやすく、何らかの理由で早期に脱型した場合、養生期間が十分でないために強度増進が小さくなり、さらにはひび割れ発生の可能性が大きくなる。

高炉スラグ微粉末を混合したセメントの欠点を改善する対策として、以下の技術が知られている。
（イ）高炉セメントにポゾラン活性を有する無機質粉末および/または水和不活性な無機質微粉末を配合することによって、初期強度を高めたセメント組成物が知られており（特許文献１：特開２００２−３２１９４９号公報）。水和不活性な無機質微粉末として石灰石微粉末が例示されている。
（ロ）セメントにポゾランまたは潜在水硬性物質のうち少なくとも一種からなる混和材と石灰石粗骨材を混合することによってコンクリート強度を高めることが提案されており（特許文献２：特開２００２−８７８６６号公報）、ポゾランとしてフライアッシュ等が例示されており、潜在水硬性物質として高炉スラグが例示されている。
（ハ）エコセメントに石灰石骨材を使用することで収縮低減および強度発現を高める方法が提案されている（特許文献３：特開２００８−２４７６５２号公報）。

特開２００２−３２１９４９号公報特開２００２−０８７８６６号公報特開２００８−２４７６５２号公報

特許文献１に記載された高炉セメント組成物は、不活性な無機質微粉末として石灰石微粉末が混合されているが、これは石灰石微粉末によるマイクロフィラー効果を得るためであり、また、初期強度が改善されたと記載されているが、実施例に示される材齢７日強度は約２８Ｎ/mm²であり、また材齢２８日強度は約３５Ｎ/mm²であって、コンクリート強度が格段に高いものではない。

特許文献２の方法は、セメントの水和反応で生じる水酸化カルシウムを混和材（フライアッシュまたは高炉スラグ粉末など）との反応によって消費させ、また石灰石骨材を用いることによって水酸化カルシウムを消費させて、セメントペーストと骨材の付着強度を高めるものであるが、細骨材の種類は限定されていない（実施例１〜４では従来の川砂）。ところが、細骨材の種類によっては、コンクリート強度の改善効果が十分得られない。

特許文献３のコンクリート組成物はエコセメントに石灰石骨材を使用するものであり、ポルトランドセメントを用いるものでなく、また高炉スラグ微粉末を添加する効果も確認されていない。

また、セメントに配合する混和材として高炉スラグ微粉末とフライアッシュを併用することも知られているが、一般に、高炉スラグ微粉末とフライアッシュを併用するとコンクリートのひび割れを抑制する効果が得られるものの、コンクリートの強度が低下する傾向があり、コンクリート強度の発現性を妨げない改善が求められる。

本発明は、ポルトランドセメントを使用したコンクリートについて、初期強度を高め、かつ乾燥収縮を低減させることによって、ひび割れを抑制したコンクリート組成物およびそのコンクリート硬化体を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成によって上記課題を解決したコンクリート組成物およびコンクリート硬化体に関する。
〔１〕ポルトランドセメントを用い、粗骨材および細骨材として石灰石骨材を用い、さらに高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを配合したことを特徴とするコンクリート組成物。
〔２〕水セメント比３５〜６０％、単位量として石灰石粗骨材９００〜１１００kg/m³、石灰石細骨材７４０〜９５０kg/m³、高炉スラグ微粉末１００〜３００kg/m³、フライアッシュ５０〜１００kg/m³を配合してなる上記[１]に記載するコンクリート組成物。
〔３〕上記[１]または上記[２]のコンクリート組成物からなるコンクリート硬化体。
〔４〕材齢７日の圧縮強度１５Ｎ/mm²以上、材齢２６週の収縮歪５００×１０^-6以下である上記[３]に記載するコンクリート硬化体。

本発明のコンクリート組成物は、混和材として高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを併用する場合に、骨材として石灰石の粗骨材および細骨材を用いることによって、コンクリートの初期強度を高めると共に収縮歪を低減してひび割れを抑制したものであり、具体的には、材齢７日の圧縮強度１５Ｎ/mm²以上、および材齢２６週の収縮歪５００×１０^-6以下であるコンクリート組成物に関する。

ひび割れ試験の供試体の正面図および側面図収縮歪の材齢変化を示すグラフ（実施例１〜２、比較例１〜３）

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明のコンクリート組成物は、ポルトランドセメントを用い、粗骨材および細骨材として石灰石骨材を用い、さらに高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを配合したことを特徴とするコンクリート組成物である。

本発明のコンクリート組成物は、普通ポルトランドセメント、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の何れかのポルトランドセメントを用いたものである。なお、本発明のコンクリート組成物において、水セメント比（Ｗ/Ｃ）は３５〜６０％の範囲が適当である。

本発明のコンクリート組成物は、粗骨材および細骨材として石灰石骨材を用いる。石灰石粗骨材および石灰石細骨材を用いることによって、これらの石灰石骨材とセメントペーストが反応して付着強度が向上する。従来、石灰石の粗骨材を用いることによってコンクリートの強度を高めることが提案されているが（特許文献２）、粗骨材に石灰石を用いても細骨材に川砂などを用いると、高炉スラグ微粉末を混合した場合にコンクリートの収縮歪を十分に抑制することができず、ひび割れを生じる可能性が高くなる。本発明によれば、粗骨材と共に細骨材についても石灰石を用いることによって、コンクリート強度を十分に高めると共に、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを混合した場合の収縮歪を抑制してひび割れし難いコンクリートを得ることができる。

本発明のコンクリート組成物において、石灰石粗骨材の配合量は９００〜１１００kg/m³の範囲が好ましい。石灰石粗骨材の配合量が９００kg/m³より少ないと、コンクリート強度の向上が不十分になる。また、石灰石粗骨材の配合量が１１００kg/m³より多いとコンクリートのワーカビリティーおよびコンシステンシーが低下するので好ましくない。

石灰石細骨材の配合量は７４０〜９５０kg/m³の範囲が好ましい。石灰石細骨材の配合量が７４０kg/m³より少ないと、コンクリートのワーカビリティーおよびコンシステンシーが低下するので好ましくない。また、石灰石細骨材の配合量が９５０kg/m³より多いと，コンクリートの単位水量が増加するので好ましくない。

本発明のコンクリート組成物は、石灰石粗骨材および石灰石細骨材と共に、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含有する。高炉スラグ微粉末は潜在水硬性を有するのでコンクリートの強度を高めることができる。高炉スラグ微粉末は規格〔土木学会「コンクリート用高炉スラグ微粉末規格(案)」〕に適合するものが用いられる。

高炉スラグ微粉末の配合量は、置換率（セメントと高炉スラグ微分末とフライアッシュの合計量に対する高炉スラグ微粉末量）４０％〜８０％の量が適当であり、４０％〜６０％が好ましい。高炉スラグ微粉末の配合量がこれより少ないとコンクリートの強度を十分に高めることができず、一方、高炉スラグ微粉末の配合量がこれより多いと相対的にセメントの量が少なくなるのでコンクリートの強度が低下する。

高炉スラグ微粉末の粒径は、ブレーン比表面積４０００cm²/g 〜６０００cm²/gの範囲が好ましい。スラグ粉末度が高いほど、初期材齢の強度は向上するが、材齢の経過に伴う強度増進は小さくなる。また、乾燥収縮や自己収縮が大きくなる。本発明のセメント組成物では、ブレーン比表面積４０００cm²/g 〜６０００cm²/gの高炉スラグ微粉末を用い、単位水量を１５０〜１７５kg/m³にするとよい。

一般に、高炉スラグ微粉末をコンクリートに配合すると、高炉スラグのない場合に比べてコンクリートの収縮歪は大きくなる傾向があるが、ヤング係数の高い石灰石骨材が高炉スラグ微粉末と同時に混合されていることによって、高炉スラグ微粉末に起因する収縮歪の増大傾向が石灰石骨材によって抑制され、収縮歪は大幅に低減するので、ひび割れ抵抗性は他の骨材を使用する場合に比べて格段に向上する。

一方、高炉スラグ微粉末を用いる場合、骨材として石灰石粗骨材を用いても、細骨材に川砂や石灰石ではない砕砂を用いると、コンクリートが硬化する際に、高炉スラグ微粉末に起因する収縮歪を十分に抑制することができず、ひび割れを生じやくなる。

本発明のコンクリート組成物は、高炉スラグ微粉末と共にフライアッシュが配合されている。フライアッシュは規格（JIS R 5210）に定めるポルトランドセメントの品質を損なわないものであれば良い。

フライアッシュの配合量は、置換率（セメントと高炉スラグ微分末とフライアッシュの合計量に対するフライアッシュ量）１０％〜３０％の量が適当であり、２０％〜３０％が好ましい。フライアッシュの配合量がこれより少ないとコンクリートのひび割れ抑制効果が十分ではない。一方、フライアッシュの配合量がこれより多いと相対的にセメントの量が少なくなるのでコンクリートの強度が低下する。

本発明のコンクリート組成物によれば、実施例に示すように、材齢７日の圧縮強度が１５Ｎ/mm²以上であって、材齢９１日の圧縮強度が３０Ｎ/mm²以上、および材齢２６週の収縮歪が５００×１０^-6以下のコンクリート硬化体を得ることができる。

本発明のコンクリート組成物およびコンクリート硬化体について実施例を以下に示す。また比較例を示す。使用材料を表１に示す。コンクリートの配合を表２に示す。これらのコンクリート硬化体について、圧縮強度、収縮歪、ひび割れ発生を測定した。試験方法は以下のとおりである。

〔圧縮強度試験〕
規格（JIS A 1108）に準拠して行った。供試体は材齢７日まで型枠のまま封かん養生を行い、材齢７日で脱型した後に試験材齢まで気中養生を継続した。

〔収縮歪〕
収縮歪の測定は規格（JCI-SAS2-2「セメントペースト、モルタルおよびコンクリートの自己収縮および自己膨張試験方法(改訂版2002)」）に準拠して行った。供試体（１０cm×１０cm×４０cm）の中央部に設置した埋込み型ひずみ計(見かけの弾性係数４０N/mm²)を用い、成形直後から測定材齢時までの収縮歪を測定した。供試体は圧縮強度と同様に材齢７日まで型枠のまま封かん養生を行い、以降は試験材齢まで気中養生を継続した。収縮歪は凝結始発時の供試体の長さ（Ｌｏ）を基準にし、各材齢の長さ（Ｌｘ）をその相対値(Ｌｘ/Ｌｏ)で示した。なお、本試験の収縮歪は、材齢７日までは自己収縮に起因した歪であり、材齢７日以降は自己収縮および乾燥収縮に起因した歪である。従って、この収縮歪が大きいほどコンクリートの自己収縮および乾燥収縮が大きいことを表している。

〔ひび割れ〕
規格（JCI SAS3-2「コンクリートの自己収縮応力試験方法」）に準拠し、図１に示す形状に成形して供試体を製造し、この供試体にひび割れが発生する材齢を測定した。ひび割れ日数は供試体３本の平均値である。

〔実施例１〕
普通ポルトランドセメントを使用し、高炉スラグ微粉末の置換率４０％、フライアッシュの置換率２０％にし、石灰石の粗骨材（表１のＬＧ１）、石灰石細骨材（表１のＬＳ１）を加え、さらに混和剤としてＡＥ減水剤を添加し、水を加えて、表２および表３に示す配合で練り混ぜた。このコンクリート組成物を硬化させて供試体を作成した。

〔実施例２〕
普通ポルトランドセメントを使用し、高炉スラグ微粉末の置換率４０％、フライアッシュの置換率３０％にし、石灰石の粗骨材（表１のＬＧ１）、石灰石細骨材（表１のＬＳ１）を加え、さらに混和剤としてＡＥ減水剤を添加し、水を加えて、表２および表３に示す配合で練り混ぜた。このコンクリート組成物を硬化させて供試体を作成した。

〔比較例１〕
普通ポルトランドセメントを使用し、高炉スラグ微粉末の置換率４０％、フライアッシュを用いず、粗骨材として砂岩砕石（表１のＧ１）を用い、細骨材として山砂（表１のＳ１）を用い、表２および表３の配合に従い、他は実施例１と同様にして供試体を作成した。

〔比較例２〕
普通ポルトランドセメントを使用し、高炉スラグ微粉末の置換率４０％にし、フライアッシュの置換率２０％にし、粗骨材として砂岩砕石（表１のＧ１）を用い、細骨材として山砂（表１のＳ１）を用い、表２および表３の配合に従い、他は実施例１と同様にして供試体を作成した。

〔比較例３〕
普通ポルトランドセメントを使用し、高炉スラグ微粉末の置換率４０％にし、フライアッシュの置換率３０％にし、粗骨材として砂岩砕石（表１のＧ１）を用い、細骨材として山砂（表１のＳ１）を用い、表２および表３の配合に従い、他は実施例１と同様にして供試体を作成した。

実施例１〜２、比較例１〜３について、圧縮強度およびひび割れの発生日数を表４に示した。また、材齢と収縮歪の変化を図２に示す。なお、各例においてコンクリートのスランプは12±1.5cm、空気量は4.5±1.0％である。

実施例１〜２は、材齢７日の圧縮強度が１５Ｎ/mm²以上であって、材齢９１日の圧縮強度が３０Ｎ/mm²以上であり、材齢２６週の収縮歪が５００×１０^-6以下であって、材齢９１日でもひび割れが発生しない。

比較例１は、材齢９１日の圧縮強度が３０Ｎ/mm²以上であるが、材齢２６週の収縮歪は約７１０×１０^-6であり、材齢２１日半でひび割れが発生する。比較例２〜３は、材齢３０日までひび割れが発生せず、比較例１よりもひび割れが抑制されているが、材齢９１日の圧縮強度は３０Ｎ/mm²未満であり、強度発現性が低い。

Claims

ポルトランドセメントを用い、粗骨材および細骨材として石灰石骨材を用い、さらに高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを配合したことを特徴とするコンクリート組成物。
水セメント比３５〜６０％、単位量として石灰石粗骨材９００〜１１００kg/m³、石灰石細骨材７４０〜９５０kg/m³、高炉スラグ微粉末１００〜３００kg/m³、フライアッシュ５０〜１００kg/m³を配合してなる請求項１に記載するコンクリート組成物。
請求項１または請求項２のコンクリート組成物からなるコンクリート硬化体。
材齢７日の圧縮強度１５Ｎ/mm²以上、材齢２６週の収縮歪５００×１０^-6以下である請求項３に記載するコンクリート硬化体。