JP2013227172A

JP2013227172A - コンクリート

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Publication number: JP2013227172A
Application number: JP2012100647A
Authority: JP
Inventors: Seisuke Nagashio; 靖祐長塩; Doyeon Kwak; 度連郭; Kenji Nagura; 健二名倉; Naoyuki Sugibashi; 直行杉橋; Hiromi Yanokura; ひろみ矢ノ倉
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp; Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp; Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: JP5955623B2

Abstract

【課題】環境温度が変化した場合においても、ひび割れの発生を抑制し、強度低下し難いコンクリートの提供。
【解決手段】（Ａ）低熱ポルトランドセメントと、
（Ｂ）フライアッシュと、
（Ｃ）遊離生石灰およびエーライトを含有するクリンカ粉砕物と石膏を含有してなる膨張性組成物と、
（Ｄ）骨材と
を含有するコンクリートであって、前記膨張性組成物中のエーライト（ｃ１）と遊離生石灰（ｃ２）の質量比（ｃ１／ｃ２）が０．７〜１．０であることを特徴とするコンクリート。
【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリートに関し、詳しくは、低温から高温において安定して「膨脹コンクリート設計施工指針」に規定されている土木学会基準の収縮補償用コンクリートの拘束膨脹率が得られるコンクリートに関する。

近年、コンクリート構造物の耐久性を高めるために、コンクリートのひび割れを低減・抑止する手段としてコンクリート用膨張材が注目されており、この膨張材を使用することが有効である。近年では、土木分野に留まらず建築分野のコンクリート構造物においても乾燥収縮ひび割れの抑制を目的として膨張材を使用することが増加している。

ところで、放射性廃棄物処理施設等の構造物に用いられるコンクリートやモルタルは、長期的に安定したバリア機能が要求され、一般的には、普通コンクリートや重量コンクリートが使用され、放射線遮蔽用としての観点から高比重の骨材を用いた重量コンクリートが知られている。放射性廃棄物処理施設等の構造物は、部材の大きさが大きい（壁や床等においては厚い）ため、使用するセメントには発熱性状の観点から、低熱ポルトランドセメントが主として使用されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、長期的に安定したバリア性能を保持するために、より一層のひび割れ制御が必要であり、耐久性に課題が残る。

一方、構造物のひび割れ抑制における高耐久性の観点から低熱ポルトランドセメントと低添加型膨張材、骨材を組み合わせて使用するコンクリート（例えば特許文献２参照）、低熱ポルトランドセメントとフライアッシュに、遊離生石灰およびエーライトを含有するクリンカ組成物と石膏を混合してなる膨張性組成物を配合してなる組成物の硬化体も知られている（特許文献３）。しかし、温度によりコンクリートの膨張率も大きく変わり、安定して土木学会基準の収縮補償用コンクリートの拘束膨脹率が得られないという問題があった。

更には、低温環境下において低熱ポルトランドセメントと膨張材を組み合せた場合、膨張材によるひび割れが発生し、強度低下するなど、低熱ポルトランドセメントと膨張材の併用は環境温度の影響を強く受けるため、その制御が難しいといった課題がある（非特許文献１参照）。

特開２００６−０３８４６５公報特開２００４−２１７５１４公報特開２００９−３５４２９号公報

棚橋達治、外１名「高性能膨張材を用いた各種コンクリートのひび割れ抵抗性」、第６１回セメント技術大会講演要旨２００７、社団法人セメント協会、２００７年５月、ｐ．２２２−２２３

本発明の課題は、環境温度が変化した場合においても、ひび割れの発生を抑制し、強度低下し難いコンクリートを提供すること、より詳しくは、環境温度が変化した場合においても、収縮補償用コンクリートとしての性能を有し、材齢７日におけるコンクリートの拘束膨張率：１５０〜２５０×１０^-6が得られ、膨張性組成物を混和していないコンクリートの圧縮強度に対する圧縮強度比が材齢２８日において高く強度低下し難いコンクリート提供することにある。

そこで、本発明者は、環境温度が変化した場合においても強度の低下しない高強度コンクリートを開発すべく検討した結果、低熱ポルトランドセメントと、遊離生石灰およびエーライトを含有するクリンカ粉砕物と石膏を含有する膨張性組成物と、骨材とを組み合せて用い、全く意外にも、このエーライトと遊離生石灰との質量比を特定の比率に調整することにより低温及び高温条件のいずれにおいても強度の低下がなく、ひび割れの発生が抑制された高強度コンクリートが得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、以下の［１］及び［２］を提供するものである。
〔１〕（Ａ）低熱ポルトランドセメントと、（Ｂ）フライアッシュと、（Ｃ）遊離生石灰およびエーライトを含有するクリンカ粉砕物と石膏を含有してなる膨張性組成物と、（Ｄ）骨材とを含有するコンクリートであって、前記膨張性組成物中のエーライト（ｃ１）と遊離生石灰（ｃ２）の質量比（ｃ１／ｃ２）が０．７〜１．０であることを特徴とするコンクリート。
〔２〕硬化体の材齢２日の圧縮強度に対する膨張ひずみの比が１．５〜５．５×１０⁴Ｎ／ｍｍ²である前記［１］のコンクリート。

本発明によれば、環境温度が変化した場合においても、ひび割れの発生を抑制し、強度低下し難いコンクリートが得られる。詳しくは、環境温度が変化した場合においても、収縮補償用コンクリートとしての性能を有し、材齢７日におけるコンクリートの拘束膨張率：１５０〜２５０×１０^-6が得られ、膨張性組成物を混和していないコンクリートの圧縮強度に対する圧縮強度比が材齢２８日において高く強度低下し難いコンクリートが得られる。本発明のコンクリートは、環境温度が１０〜３０℃の範囲であれば収縮補償用コンクリートとしての性能を有していることから収縮によるひび割れが発生し難く、このことから、高耐久性が重要視される放射性廃棄物処理施設等の構造物のコンクリート部材に好適に用いることができ、本発明のコンクリートを用いたコンクリート構造物は高耐久性を備える構造物となる。

以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。なお、％は特に断らない限り質量％である。

本発明のコンクリートは、（Ａ）低熱ポルトランドセメントと、（Ｂ）フライアッシュと、（Ｃ）遊離生石灰およびエーライトを含有するクリンカ粉砕物と石膏を含有してなる膨張性組成物と、（Ｄ）骨材とを含有するコンクリートであって、前記膨張性組成物中のエーライト（ｃ１）と遊離生石灰（ｃ２）の質量比（ｃ１／ｃ２）が０．７〜１．０であることを特徴とする。

本発明のコンクリートに用いるセメントは、耐久性の観点より水和熱、自己収縮、拡散係数が普通ポルトランドセメント等に比べ小さい、長期耐久性がある低熱ポルトランドセメントである。この低熱ポルトランドセメントは、規格（ＪＩＳＲ５２１０）の「低熱ポルトランドセメント」に適合するものであればよい。本発明のコンクリート中における低熱ポルトランドセメントの量は、十分な圧縮強度を得る点及び水和熱によるひび割れ防止の点から単位セメント量で、２１０〜３００ｋｇ／ｍ³が好ましく、２２０〜２７０ｋｇ／ｍ³がより好ましい。

本発明に使用する（Ｂ）フライアッシュは、低熱ポルトランドセメント及び膨張性組成物と組み合わせて使用することにより、膨張性能を助長する効果があり、かつポゾラン反応性により長期耐久性を向上する。本発明に使用するフライアッシュは規格（ＪＩＳＡ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」）に適合するものであれば、特に限定されない。コンクリート中の結合材の総単位量Ｐ、フライアッシュの単位量ＦＡとしたときに、次式（１）で求まるコンクリート中のフライアッシュの混和率は、１０〜４０％が好ましく、２０〜３０％がより好ましい。ここで、結合材はセメント、ポゾラン及び膨張性組成物とする。

（数１）
フライアッシュの混和率（％）＝ＦＡ÷Ｐ×１００（１）

フライアッシュの混和率が少なすぎると、膨張性能が不足することが挙げられ、多すぎるとコンクリートのワーカビリティーを損ない、強度発現性が低下する、即ち初期強度が低くなる。

本発明のコンクリートに使用する（Ｃ）膨張性組成物は、遊離生石灰（ｃ２）およびエーライト（ｃ１）を含有するクリンカ粉砕物と石膏とを含有してなるものである。

クリンカ粉砕物は生石灰、消石灰又は炭酸カルシウムを主成分とする石灰原料及び珪石粉や珪藻土等の珪素原料をロータリーキルンや電気炉等の炉で焼成することで製造したクリンカを粉砕することで製造できる。クリンカの焼成原料にバンド頁岩やアルミナ等のアルミニウム原料或いはヘマタイトや針鉄鉱等の鉄原料を添加すると、焼成し易くなることから好ましい。また、膨張性組成物の品質性能を阻害しない範囲で、クリンカの焼成原料に不純物（ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＳＯ₄など）が含まれていても良い。クリンカの粉砕方法は、特に限定されない。ロッドミル、ボールミル、竪型ローラーミル、ジェットミル等の各種粉砕機を用いることができる。クリンカ粉砕物の粉末度は、好ましくはブレーン法による比表面積で１５００〜５０００ｃｍ²／ｇが好ましい。粉末度が小さすぎると３００μｍ以上の粗粉が混入し、硬化コンクリート表面の肌荒れやポップアウトが生じる可能性があり、また膨張性に有効な粗粒子が多くなるため、過大膨張も懸念される。一方、粉末度が大きすぎると１０μｍ以下の微粉が多くなるため、膨張反応が促進され、十分な硬化体組織が形成される前に膨張発現し、過大膨張や強度低下を生じる。

本発明に使用する（Ｃ）膨張性組成物は、上記クリンカ粉砕物と共に石膏を含有する。石膏は過膨張抑制作用を果たす。膨張性組成物中の石膏含有率は２０〜５５％が好ましく、２５〜４５％がより好ましく、２５〜３０％がさらに好ましい。石膏は何れの種類でも良いが、無水石膏が好ましく、ＩＩ型無水石膏がより好ましい。また、使用する無水石膏の粉末度は３０００ｃｍ²／ｇ以上のものが、所望の反応活性が得られるので好ましい。より好ましくは粉末度が６０００ｃｍ²／ｇ以上の石膏が良い。粉末度の上限は特に制限されないが、粉末度を高めるコストが嵩む割にはその効果が鈍化することから概ね１５０００ｃｍ²／ｇ程度が適当である。石膏は、粉末にしたものとクリンカ粉砕物をミキサで混合しても良いし、石膏と上記クリンカを混合粉砕しても良い。

また、本発明に使用する（Ｃ）膨張性組成物は、膨張性組成物中のエーライト（ｃ１）と遊離生石灰（ｃ２）の質量比（ｃ１／ｃ２）が０．７〜１．０である。膨張性組成物中のエーライトと遊離生石灰の質量比を０．７〜１．０にすることにより、低熱ポルトランドセメントとフライアッシュを使用した場合に、安定的に膨張性能を発現するとともに、環境温度の影響を受けにくくなる。なお、膨張性組成物中のエーライトと遊離生石灰の質量比が０．７未満の場合では、膨張性能が不足し、効果的なひび割れを抑制できず、膨張性組成物中の遊離生石灰とエーライトの質量比が１．０を超えると過膨張が生じ、強度低下を引き起こす。また、膨張性組成物中のエーライトの含有率は、エーライトと遊離生石灰の質量比を上記範囲内にし易いことから、１０〜３５％が好ましく、２０〜３０％がより好ましい。同様に、膨張性組成物中の遊離生石灰の含有率は、エーライトと遊離生石灰の質量比を上記範囲内にし易いことから、１８〜４５％が好ましく、２０〜３０％がより好ましく、２１〜２５％が最も好ましい。

膨張性組成物の単位量は、単位量１５〜２５ｋｇ／ｍ³の範囲で使用することが好ましく、この範囲内であれば、使用温度が１０〜３０℃の範囲内であれば、収縮補償用コンクリートとしての膨張性能を有することができる。特に、膨張性組成物の単位量を１８〜２２ｋｇ／ｍ³、さらに２０ｋｇ／ｍ³とすると、より安定的に膨張性能を発現できる。なお、膨張性組成物の単位量が少なすぎると膨張性能が不足する虞があり、単位量が多すぎると過膨張を生じる虞がある。

本発明のコンクリートには、（Ｄ）骨材を配合する。使用する骨材としては、石灰石骨材が好ましい。石灰石骨材は、アルカリ骨材反応が無く、強度発現性が高く、且つ乾燥収縮および自己収縮が小さいのでひび割れ抑制に対して効果的であることから、骨材として石灰石骨材を用いると、耐久性により優れるコンクリートが得易く好適である。通常のコンクリートに用いられる川砂、川砂利、陸砂、陸砂利等は、石灰石骨材に比べてコンクリートの乾燥収縮が大きくなり過ぎることがある。また、用いる骨材がＪＩＳＡ５００５「コンクリート用砕石及び砕砂」に適合するものであることが好ましい。また、石灰石微粉末等の石粉として骨材を配合しても良い。

骨材の単位量は、１５００〜１９００ｋｇ／ｍ³、さらに１６００〜１８００ｋｇ／ｍ³とするのが、ワーカビリティーの確保、乾燥収縮抑制の点で好ましい。

さらに、本発明のコンクリートは、本発明の効果を実質失わない範囲で、例えばモルタルやコンクリートに使用できる他の成分（混和材料）を含有するものであっても良い。このような成分として、具体的には、繊維、減水剤（分散剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を含む。）、収縮低減剤、シリカフューム、スラグ、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、保水剤、防錆剤、空気連行剤、消泡剤、起泡剤、防水材、撥水剤、白華防止剤、顔料、セメント用ポリマー、発泡剤、水中不分離性混和剤などが例示される。

本発明のコンクリートは、水を用いて混練する。水量は、１４０〜１８０ｋｇ／ｍ³とすることが、材料分離抵抗性を高め、乾燥収縮を抑制することから好ましい。混練には、コンクリートミキサを用いて混練することが好ましい。

本発明のコンクリートにおいて、材齢２日の圧縮強度に対する膨張ひずみの比が１．５〜５．５×１０⁴Ｎ／ｍｍ²とすることが好ましい。材齢２日の圧縮強度に対する膨張ひずみの比を１．５〜５．５×１０⁴Ｎ／ｍｍ²とすることにより、材齢７日におけるコンクリートの拘束膨張率が１５０〜２５０×１０^-6の範囲内に入り易い。材齢２日の圧縮強度に対する膨張ひずみの比を１．５×１０⁴Ｎ／ｍｍ²未満では、過膨張となり易く、強度低下し易い。また、材齢２日の圧縮強度に対する膨張ひずみの比が５．５×１０⁴Ｎ／ｍｍ²を超えると、膨張性能が不足し易い。適度な膨張が得られ且つ高い圧縮強度が得られることから、材齢２日の圧縮強度に対する膨張ひずみの比が１．８〜５．２×１０⁴Ｎ／ｍｍ²であることが更に好ましい。

以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
〔実施例１・比較例１〕
表１に示す使用材料を用い、表２の膨張性組成物を調製した。膨張性組成物のＥＸ１〜ＥＸ７は、焼成温度１４００℃で、焼結させたクリンカ組成物を粉末度２６００ｃｍ²／ｇに粉砕し、粉砕したクリンカ組成物に石膏をヘンシェルミキサーにて混合し、膨張性組成物を調製した。

表３に示す使用材料を用い、環境温度２０℃にて、コンクリートミキサを用いて練り混ぜてコンクリートを製造した。表４に製造したコンクリートの配合を示した。製造したコンクリートを用いて、規格（ＪＩＳＡ６２０２「コンクリート用膨張材」付属書２）に示される拘束膨張及び収縮試験方法（Ａ法）に準拠し、拘束膨張試験を実施した。また、規格（ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」）に準拠し、圧縮強度試験を実施した。この結果を表５に示した。

表５に示すように、本発明のコンクリートに当たる配合Ｎｏ．１〜４のコンクリートは、何れも材齢７日拘束膨張率が２０６〜２４９μ（１μは１×１０^-6の意味。）の良好な膨張性能を発現し、収縮補償用コンクリートの材齢７日の拘束膨張率（１５０〜２５０μ）を満足することが確認された。また、圧縮強度においても初期材齢から長期材齢に渡って良好な強度性能が確認され、膨張性組成物を無添加の配合Ｎｏ．８のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比も、９０％以上と大変優れていた。尚、圧縮強度比は質量％ではない。

比較例に当たる配合Ｎｏ．５および６は、収縮補償用コンクリートの材齢７日の拘束膨張率を超え、材齢７日のコンクリート拘束膨張率が３５０μ以上となり、圧縮強度の低下も認められ、膨張性組成物を無添加の配合Ｎｏ．８のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比が７０％以下であった。

比較例に当たる配合Ｎｏ．７は、材齢７日のコンクリート拘束膨張率が１４０μとなり、膨張性能の不足が認められ収縮補償用コンクリートの材齢７日の拘束膨張率（１５０〜２５０μ）を満足できていなかった。また、配合Ｎｏ．８のコンクリートは、膨張性組成物は混和していないが材齢７日の拘束膨張率で３０μ膨張していた。

〔実施例２・比較例２〕
実施例１の本発明のコンクリート（配合Ｎｏ．１および２）と比較例に当たる配合Ｎｏ．５及び８のコンクリートにおいて、環境温度１０℃および３０℃として、表３に示す使用材料を用いて表４に示す配合により、コンクリートミキサを用いて練り混ぜてコンクリートを製造した。製造したコンクリートを用いて、規格（ＪＩＳＡ６２０２「コンクリート用膨張材」附属書２）に示される拘束膨張及び収縮試験方法（Ａ法）に準拠し、拘束膨張試験を実施した。また、規格（ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」）に準拠し、圧縮強度試験を実施した。この結果を表６および表７に示した。

本発明品のコンクリート（配合Ｎｏ．１および２）は、何れも材齢７日拘束膨張率が環境温度１０℃において、１８９μおよび２０９μ、環境温度３０℃において、１５６μおよび１６２μ、環境温度１０℃および３０℃においても良好な膨張性能を発現し、収縮補償用コンクリートの材齢７日の拘束膨張率（１５０〜２５０μ）を満足することが確認された。また、圧縮強度においても初期材齢から長期材齢（材齢２８日）に渡って良好な強度性能が確認された。

一方、比較例に当たる配合Ｎｏ．５のコンクリートは、環境温度１０℃および３０℃においても、何れも材齢７日拘束膨張率が２５０μを超えており、過膨張が認められ、収縮補償用コンクリートの材齢７日の拘束膨張率（１５０〜２５０μ）を満足できていない。

Claims

（Ａ）低熱ポルトランドセメントと、
（Ｂ）フライアッシュと、
（Ｃ）遊離生石灰およびエーライトを含有するクリンカ粉砕物と石膏を含有してなる膨張性組成物と、
（Ｄ）骨材と
を含有するコンクリートであって、前記膨張性組成物中のエーライト（ｃ１）と遊離生石灰（ｃ２）の質量比（ｃ１／ｃ２）が０．７〜１．０であることを特徴とするコンクリート。
硬化体の材齢２日における圧縮強度と膨張ひずみの比が１．５〜５．５×１０⁴Ｎ／ｍｍ²である請求項１記載のコンクリート。