JP2012116712A - 低収縮ａｅコンクリートの調製方法及び低収縮ａｅコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥収縮率を４００μ以下に低減し、同時に凍結融解抵抗性にも優れた硬化体を得ることができる低収縮ＡＥコンクリートの調製方法及びそのような低収縮ＡＥコンクリートを提供する。
【解決手段】少なくともポルトランドセメント、細骨材、粗骨材、乾燥収縮低減剤、セメント分散剤、空気量調節剤及び水を用いて低収縮ＡＥコンクリートを調製するに際し、ポルトランドセメントの一部として特定の高炉スラグ微粉末を特定割合で用い、また細骨材の一部として特定の高炉スラグ細骨材を特定割合で用い、更に乾燥収縮低減剤を特定割合で用いて、且つ単位量率を特定範囲となるようにした。
【選択図】なし

Description

本発明は低収縮ＡＥコンクリートの調製方法及び低収縮ＡＥコンクリートに関する。近年、コンリート構造物の長寿命化や高品質化の観点から、コンリート構造物には特に乾燥収縮によるひび割れの発生を抑制することが要求されている。例えば、コンリート構造物の乾燥収縮によるひび割れを抑制するためには、一般建築物においては乾燥収縮率を６００μ以下程度にする必要があるといわれており、なかでも鉄筋の拘束部材断面が大きい建築物の場合には乾燥収縮率を４００μ以下程度にする必要があるといわれている。また一方で、寒冷地のコンリート構造物には同時に耐凍害性を確保する必要があることから、特に凍結融解抵抗性に優れていることが要求されている。本発明は、乾燥収縮率を４００μ以下に低減することによって乾燥収縮によるひび割れの発生を抑制し、同時に凍結融解抵抗性に優れたコンクリート構造物（以下、単に硬化体という）を得ることができる低収縮ＡＥコンクリートの調製方法及び低収縮ＡＥコンクリートに関する。

従来、硬化体の乾燥収縮を低減する手段として、ＡＥコンクリートの調製時に各種の乾燥収縮低減剤を使用することが知られている（例えば特許文献１参照）。一般に、乾燥収縮低減剤はＡＥコンクリートに多く添加すればするほど、その収縮低減効果が上昇する傾向があるため、大きな効果を期待する場合には練り混ぜ水の一部として無視できない程の量（例えばコンクリート１ｍ^３当たり５ｋｇ以上）を使用することになる。しかし、硬化体の乾燥収縮を低減することと凍結融解抵抗性を強くすることは二律背反現象であるため、乾燥収縮低減剤を多く使用すればするほど、凍結融解抵抗性が低下するという問題がある。そのため、かかる問題に対する改善提案も報告されている（例えば特許文献２〜６参照）。しかし、乾燥収縮率を４００μ以下に低減し、同時に凍結融解抵抗性にも優れた硬化体を得るというハイレベルな段階には到っていないというのが実情である。

ＷＯ８２／０３０７１号公報 特開平１１−３４９３６７号公報 特開２００２−３３８３１５号公報 特開２００４−９１２５９号公報 特開２００８−２７３７６６号公報 特開２０１０−６６２６号公報

本発明が解決しようとする課題は、乾燥収縮率を４００μ以下に低減し、同時に凍結融解抵抗性にも優れた硬化体を得ることができる低収縮ＡＥコンクリートの調製方法及びそのような低収縮ＡＥコンクリートを提供する処にある。

本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、少なくともポルトランドセメント、細骨材、粗骨材、乾燥収縮低減剤、セメント分散剤、空気量調節剤及び水を用いて低収縮ＡＥコンクリートを調製するに際し、ポルトランドセメントの一部として特定の高炉スラグ微粉末を特定割合で用い、また細骨材の一部として特定の高炉スラグ細骨材を特定割合で用い、更に乾燥収縮低減剤を特定割合で用いて、且つ単位量率を特定範囲となるようにすることが正しく好適であることを見出した。

すなわち本発明は、少なくともポルトランドセメント、細骨材、粗骨材、乾燥収縮低減剤、セメント分散剤、空気量調節剤及び水を用いて低収縮ＡＥコンクリートを調製するに際し、ポルトランドセメントの一部として、下記の高炉スラグ微粉末を単位量７０〜３００ｋｇ／ｍ^３の割合で用い、また細骨材の一部として下記の高炉スラグ細骨材を単位量１８０〜８３０ｋｇ／ｍ^３の割合で用い、更に乾燥収縮低減剤を単位量３〜３０ｋｇ／ｍ^３の割合で用いて、且つ下記の数１で求められる単位量率が２５〜５５％となるようにすることを特徴とする低収縮ＡＥコンクリートの調製方法に係る。また本発明は、かかる調製方法によって得られる低収縮ＡＥコンクリートに係る。

高炉スラグ微粉末：ＪＩＳ−Ａ６２０６に記載されたものであって、粉末度が４５００〜１３０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末。

高炉スラグ細骨材：ＪＩＳ−Ａ５０１１−１に記載されたものであって、高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれるもの。

本発明に係る低収縮ＡＥコンクリートの調製方法（以下、単に本発明の調製方法という）は、少なくともポルトランドセメント、細骨材、粗骨材、乾燥収縮低減剤、セメント分散剤、空気量調節剤及び水を用いて低収縮ＡＥコンクリートを調製する方法である。

本発明の調製方法において、ポルトランドセメントとしては早強ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント及び中庸熱ポルトランドセメントから選ばれるものを使用できる。なかでも、より優れた凍結融解抵抗性の硬化体を得るために、早強ポルトランドセメントが好ましい。

本発明の調製方法では、ポルトランドセメントの少なくとも一部として高炉スラグ微粉末を用いる。用いる高炉スラグ微粉末は、ＪＩＳ−Ａ６２０６に記載されたものであって、粉末度が４５００〜１３０００ｃｍ^２／ｇのもの、好ましくは５０００〜９０００ｃｍ^２／ｇのものである。かかる特定の粉末度の高炉スラグ微粉末をポルトランドセメントの一部に置き換えて使用する理由は、優れた凍結融解抵抗性の硬化体を得るためである。一般に高炉スラグ微粉末の粉末度は４０００ｃｍ^２／ｇ程度であるが、粉末度が４５００より小さい高炉スラグ微粉末を用いると、充分な凍結融解抵抗性を有する硬化体を得ることができない。本発明の調製方法では、かかる高炉スラグ微粉末を、ＡＥコンクリート１ｍ^３当たりの使用量、すなわち単位量が７０〜３００ｋｇ／ｍ^３の割合で用い、好ましくは９０〜２８０ｋｇ／ｍ^３の割合で用いる。

また本発明の調製方法では、細骨材の一部として高炉スラグ細骨材を用いる。用いる高炉スラグ細骨材は、ＪＩＳ−Ａ５０１１−１に記載されたものであって、高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれるものである。なかでも、高炉スラグ細骨材としては、粒度による区分が５ｍｍ高炉スラグ細骨材及び／又は２．５ｍｍ高炉スラグ細骨材が好ましく、更に粗粒率を２．０〜３．１の範囲に調製したものが好ましい。本発明の調製方法では、かかる高炉スラグ細骨材を、単位量１８０〜８３０ｋｇ／ｍ^３の割合で用い、好ましくは単位量２００〜７５０ｋｇ／ｍ^３の割合で用いる。かかる高炉スラグ細骨材としては、その由来は特に制限されないが、高炉水砕スラグ細骨材が好ましい。以上説明した高炉スラグ細骨材以外の細骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂等の天然の細骨材が挙げられる。尚、ここで粗粒率（Ｆ．Ｍ．と略記される）は、８０、４０、２０、１０、５、２．５、１．２、０．６、０．３及び０．１５(単位はｍｍ）の各ふるいからなる１組のふるいを用いて高炉スラグ細骨材をふるい分け試験し、各ふるい毎でふるいを通らない高炉スラグ細骨材の元の高炉スラグ細骨材全量に対する重量百分率を求め、更にその和を求めて、かかる和を１００で除した値であり、それ自体はセメントコンクリート用語として一般的に使用されている用語である。

本発明の調製方法でも、粗骨材としては、公知の川砂利、砕石、石灰砕石、軽量骨材等を使用でき、また水としては水道水を使用できる。

また本発明の調製方法でも、乾燥収縮低減剤としては公知のものを使用できるが、なかでも（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましく、ジエチレングリコールモノブチルエーテルがより好ましい。本発明の調製方法では、かかる乾燥収縮低減剤を、単位量３〜３０ｋｇ／ｍ^３の割合で用いるが、好ましくは５〜２５ｋｇ／ｍ^３の割合で用いる。

更に本発明の調製方法でも、セメント分散剤としては公知のものを使用できるが、なかでもポリカルボン酸塩系のものが好ましく、水溶性ビニル共重合体から成るポリカルボン酸塩系のものがより好ましい。かかるセメント分散剤としては、例えば特開昭５８−７４５５２号公報や特開平１−２２６７５７号公報に記載のものが挙げられる。本発明の調製方法では通常、かかるセメント分散剤を、セメント１００質量部当たり０．０５〜２質量部の割合で用いる。

更にまた本発明の調製方法でも、空気量調節剤としては公知のものを使用できる。例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルベンゼンスルホン酸塩、ロジン石けん、高級脂肪酸石けん、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル塩等の空気量調節剤を使用できる。本発明の調製方法では通常、かかる空気量調節剤を、セメント１００質量部当たり０．００１〜０．０１質量部の割合で用いる。

そして本発明の調製方法では、前記した数１で求められる単位量率が２５〜５５％となるようにすることが重要であり、好ましくは３０〜５０％となるようにすることが重要である。単位量率がかかる数値の範囲から外れると、本発明の所期の効果が充分に得られない。

本発明の調製方法では、調製する低収縮ＡＥコンクリートの空気量を特に制限するものではないが、連行空気量は３〜７容量％となるようにするのが好ましく、３．５〜６容量％とするのがより好ましい。

本発明の調製方法では、以上説明したように、少なくともポルトランドセメント、その一部として高炉スラグ微粉末、細骨材、その一部として高炉スラグ細骨材、乾燥収縮低減剤、セメント分散剤、空気量調節剤及び水を用いてこれらを練り混ぜ、低収縮ＡＥコンクリートを調製するが、練り混ぜ手順は特に制限されない。

本発明の調製方法では、本発明の効果を損なわない範囲内で、必要に応じて適宜、消泡剤、防錆剤、急結剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、防水剤等の添加剤を併用することができる。

本発明の調製方法によると、乾燥収縮率を４００μ以下に低減し、同時に凍結融解抵抗性に優れた低収縮ＡＥコンクリートを調製することができる。その理由としては、主に以下の１）〜４）が協力して作用するためと推察される。すなわち、１）ポルトランドセメントの一部を粉末度の高い高炉スラグ微粉末に置換して用いることによって、得られる硬化体の凍結融解抵抗性を大きく改善する、２）細骨材の一部を高炉スラグ細骨材に置換して用いることによって、得られる硬化体の乾燥収縮率を充分に低減する、３）前記１）の効果により得られる硬化体が強い凍結融解抵抗性を保持するため、乾燥収縮低減剤の添加量を制限せずに所定量を混入できることによって、得られる硬化体の乾燥収縮率を大幅に低減する、４）単位量率が所定の範囲となるようにした比較的単位水量の少ない低収縮ＡＥコンクリートにすることによって、ベースとなる低収縮ＡＥコンクリート自身に起因する乾燥収縮率が大きくならないようにする。

本発明に係る低収縮ＡＥコンクリートは以上説明した本発明の調製方法によって得られるものである。かかる低収縮ＡＥコンクリートのなかでも、得られる硬化体の乾燥収縮率が１５０〜４００μ（１５０×１０^−６〜４００×１０^−６）となるものが好ましい。

本発明に係る低収縮ＡＥコンクリートは、建設現場で打設される低収縮ＡＥコンクリートとしてだけでなく、コンクリート製品工場で加工される二次製品用の低収縮ＡＥコンクリートとしても適用できる。

本発明によると、得られる硬化体が優れた圧縮強度を発現するだけでなく、乾燥収縮率が低く、しかも凍結融解抵抗性が強いという効果がある。

以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明が該実施例に限定されるというものではない。なお、以下の実施例等において、別に記載しない限り、％は質量％を、また部は質量部を意味する。

試験区分１（低収縮ＡＥコンクリートの調製）
実施例１〜７
表１に記載の調合条件で、５０Ｌのパン型強制練りミキサーに、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、高炉スラグ細骨材、砕砂、空気量調節剤（竹本油脂社製のＡＥ調節剤、商品名ＡＥ−３００）、セメント分散剤（竹本油脂社製のポリカルボン酸塩系セメント分散剤、商品名チューポールＨＰ−１１）及び乾燥収縮低減剤（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）のそれぞれ所要量を水（水道水）の所要量と共に投入して４５秒間練り混ぜた。次に、粗骨材の所要量を投入して６０秒間練り混ぜ、目標スランプが１２±１ｃｍ、目標空気量が４．５±０．５％の範囲とした低収縮ＡＥコンクリートを調製した。尚、空気量調節剤及びセメント分散剤の使用量は下記の通りとした（これらは以下同じ）。
空気量調節剤：ポルトランドセメントの単位量及び高炉スラグ微粉末の単位量の合計１００部に対し、０．００２〜０．００７部となる割合で用いた。
セメント分散剤：ポルトランドセメントの単位量及び高炉スラグ微粉末の単位量の合計１００部に対し、０．５〜１．５部（固形分換算で０．１２〜０．３８部）となる割合で用いた。

比較例１〜１２
表１に記載の調合条件で、５０Ｌのパン型強制練りミキサーに、ポルトランドセメント、砕砂、空気量調節剤（実施例１〜７と同じ）、セメント分散剤（実施例１〜７と同じ）及び乾燥収縮低減剤（実施例１〜７と同じ）等のそれぞれ所要量を水（水道水）の所要量と共に投入して４５秒間練り混ぜた。次に、粗骨材の所要量を投入して６０秒間練り混ぜ、目標スランプが１２±１ｃｍ、目標空気量が４．５±０．５％の範囲とした低収縮ＡＥコンクリートを調製した。

実施例８〜１２
表１に記載の調合条件で、５０Ｌのパン型強制練りミキサーに、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、高炉スラグ細骨材、砕砂、空気量調節剤（実施例１〜７と同じ）、セメント分散剤（実施例１〜７と同じ）及び乾燥収縮低減剤（ジエチレンジプロピレングリコールモノブチルエーテル）のそれぞれ所要量を水（水道水）の所要量と共に投入して４５秒間練り混ぜた。次に、粗骨材の所要量を投入して９０秒間練り混ぜ、目標スランプが１８±１ｃｍ、目標空気量が４．５±０．５％の範囲とした低収縮ＡＥコンクリートを調製した。

比較例１３〜１６
表１に記載の調合条件で、５０Ｌのパン型強制練りミキサーに、ポルトランドセメント、砕砂、空気量調節剤（実施例１〜７と同じ）、セメント分散剤（実施例１〜７と同じ）及び乾燥収縮低減剤（実施例１〜７と同じ）等のそれぞれ所要量を水（水道水）の所要量と共に投入して４５秒間練り混ぜた。次に、粗骨材の所要量を投入して６０秒間練り混ぜ、目標スランプが１８±１ｃｍ、目標空気量が４．５±０．５％の範囲とした低収縮ＡＥコンクリートを調製した。

比較例１７及び１８
比較例１３〜１６と同様にして、それぞれ表１に示した単位量率＝２４．４％又は単位量率＝６０．０％の調合条件とした低収縮ＡＥコンクリートを調製した。

表１において、
Ｐ−１：高炉スラグ微粉末（粉末度＝６０００、密度＝２．９０ｇ／cｍ^３）
Ｐ−２：高炉スラグ微粉末（粉末度＝８０００、密度＝２．８８ｇ／cｍ^３）
ＰＲ−１：高炉スラグ微粉末（粉末度＝４０００、密度＝２．９１ｇ／cｍ^３）
Ｃ−１：早強ポルトランドセメント（粉末度＝４５２０、密度＝３．１４ｇ／cｍ^３）
Ｃ−２：普通ポルトランドセメント（粉末度＝３３００、密度＝３．１６ｇ／cｍ^３）
ＳＧ−１：高炉スラグ細骨材（粒度による区分＝５ｍｍ、粗粒率＝２．５５、密度＝２．７７ｇ／cｍ^３）
ＳＧ−２：高炉スラグ細骨材（粒度による区分＝２．５ｍｍ、粗粒率＝２．７１、密度＝２．７２ｇ／cｍ^３）
砕砂：津久見産砕砂（密度＝２．６７ｇ／ｃｍ^３）
粗骨材：秩父産石灰砕石（密度＝２．７０ｇ／cｍ^３）
Ａ−１：ジエチレングリコールモノブチルエーテル
Ａ−２：ジエチレンジプロピレングリコールモノブチルエーテル

試験区分２（低収縮ＡＥコンクリートの評価）
試験区分１で調製した各例の低収縮ＡＥコンクリートについて、調製直後の空気量及びスランプを下記のように求め、結果を表２にまとめて示した。また各例の低収縮ＡＥコンクリートから得た硬化体について、乾燥収縮率、凍結融解抵抗性の指標としての凍結融解耐久性指数及び圧縮強度を下記のように求め、結果を表２にまとめて示した。

・空気量（容量％）：調製直後のコンクリートについて、ＪＩＳ−Ａ１１２８に準拠して測定した。
・スランプ（ｃｍ）：空気量の測定と同時に、ＪＩＳ−Ａ１１０１に準拠して測定した。

・乾燥収縮率：ＪＩＳ−Ａ１１２９に準拠し、各例の低収縮ＡＥコンクリートを２０℃×６０％ＲＨの条件下で保存した材齢２６週の供試体について、コンパレータ法により乾燥収縮ひずみを測定し、乾燥収縮率を求めた。この数値は小さいほど、乾燥収縮が小さいことを示す。
・凍結融解耐久性指数（３００サイクル）：各例の低収縮ＡＥコンクリートの硬化体について、ＪＩＳＡ１１４８に準拠して測定した値を用い、ＡＳＴＭ−Ｃ６６６−７５の耐久性指数で計算した値を示した。この数値は、最大値が１００で、１００に近いほど、凍結融解に対する抵抗性が優れていることを示す。
・圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）：各例の低収縮コンクリートの硬化体について、ＪＩＳ−Ａ１１０８に準拠し、材齢７日と材齢２８日で測定した。

表２において、
＊１：材料分離して所望の流動性が得られなかったので測定しなかった。
乾燥収縮率の場合は４００μ（４００×１０^−６）以下、凍結融解耐久性指数の場合は８０％以上をクリアしたときを記号○、またクリアできなかったときを記号×で示した。

表２の結果からも明らかなように、各実施例の低収縮ＡＥコンクリートは、流動性が確保されると同時に、得られる硬化体の乾燥収縮率が４００μよりも小さく、同時に凍結融解耐久性指数が高く、必要とされる充分な圧縮強度が得られている。これに対して各比較例の低収縮ＡＥコンクリートの場合では、すなわち、高炉スラグ微粉末を使用しなかった場合、また粉末度が所定の範囲から外れた高炉スラグ微粉末を使用した場合、また高炉スラグ細骨材を使用しなかった場合、また高炉スラグ細骨材の単位量を所定の範囲から外れて使用した場合、また乾燥収縮低減剤の単位量を所定の範囲から外れて使用した場合、また単位量率が所定の範囲から外れた場合などでは、各実施例の低収縮ＡＥコンクリートのような結果が得られていない。

Claims (11)

1. 少なくともポルトランドセメント、細骨材、粗骨材、乾燥収縮低減剤、セメント分散剤、空気量調節剤及び水を用いて低収縮ＡＥコンクリートを調製するに際し、ポルトランドセメントの一部として、下記の高炉スラグ微粉末を単位量７０〜３００ｋｇ／ｍ^３の割合で用い、また細骨材の一部として下記の高炉スラグ細骨材を単位量１８０〜８３０ｋｇ／ｍ^３の割合で用い、更に乾燥収縮低減剤を単位量３〜３０ｋｇ／ｍ^３の割合で用いて、且つ下記の数１で求められる単位量率が２５〜５５％となるようにすることを特徴とする低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
   高炉スラグ微粉末：ＪＩＳ−Ａ６２０６に記載されたものであって、粉末度が４５００〜１３０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末。
   高炉スラグ細骨材：ＪＩＳ−Ａ５０１１−１に記載されたものであって、高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれるもの。
   

   
2. ポルトランドセメントが早強ポルトランドセメントである請求項１記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
3. 高炉スラグ微粉末が粉末度５０００〜９０００ｃｍ^２／ｇのものであり、かかる高炉スラグ微粉末を単位量９０〜２８０ｋｇ／ｍ^３の割合で用いる請求項１又は２記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
4. 高炉スラグ細骨材が、粒度による区分が５ｍｍ高炉スラグ細骨材及び／又は２．５ｍｍ高炉スラグ細骨材であって、粗粒率を２．０〜３．１の範囲に調製したものである請求項１〜３のいずれか一つの項記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
5. 乾燥収縮低減剤が（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテルであり、かかる乾燥収縮低減剤を単位量５〜２５ｋｇ／ｍ^３の割合で用いる請求項１〜４のいずれか一つの項記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
6. 乾燥収縮低減剤がジエチレングリコールモノブチルエーテルである請求項５記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
7. セメント分散剤がポリカルボン酸塩系セメント分散剤である請求項１〜６のいずれか一つの項記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
8. 空気量が３〜７容量％となるようにする請求項１〜７のいずれか一つの項記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
9. 単位量率が３０〜５０％となるようにする請求項１〜８のいずれか一つの項記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一つの項記載の低収縮ＡＥコンクリートの調製方法によって得られる低収縮ＡＥコンクリート。
11. 得られる硬化体の乾燥収縮率が１５０〜４００μとなるものである請求項１０記載の超低収縮ＡＥコンクリート