JP2014148428A - 長期高強度発現性及び高ひび割れ抵抗性を有する低炭素型3成分混合系結合材及び当該結合材を用いたコンクリート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の低炭素型3成分混合系結合材は、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの3成分からなる結合材であって、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの混合割合が、質量比で60±5%、20±5%、20±5%である。
【選択図】図11
Description
我が国では、短期目標として、温室効果ガス全体の基準排出量を1990年比6%削減することを目標としている。
また、中期目標として2020年までに25%以上の削減を、長期目標として2050年までに50%以上の削減を目標に掲げている。
従って、セメントの製造においてCO2を削減することが、温室効果ガスの削減に最も効果的である。
そのため、コンクリート単位体積あたりのセメント量を減らすことがCO2を削減させる1つの有効な手段となる。その代表的な例が、高炉スラグ微粉末(以下、「高炉スラグ」と略記する)及び/又はフライアッシュをセメントに混合させた高炉セメントやフライアッシュセメント等からなる混合セメントである。
また、フライアッシュや高炉スラグを用いたコンクリートの乾燥収縮ひび割れ抵抗性は、ポルトランドセメント単体を使用したコンクリートと比較して、やや低下するとも指摘されている。
従って、フライアッシュや高炉スラグを混合した低炭素型混合セメントには、長期強度発現性だけでなく、短期強度発現性を備えることが期待されている。さらに、その低炭素型混合セメントは乾燥収縮ひび割れ抵抗性を兼備えるのがより望ましい。
また特に、エトリンガイト−石灰複合系の膨張材を通常の使用量より少なく配合することによっても、フライアッシュや高炉スラグを用いたコンクリートの乾燥収縮ひび割れ抵抗性が大きく高まることを見出した。
好ましくは、上記本発明の3成分系結合材において、早強ポルトランドセメントのC3S量は60〜68質量%である。
好ましくは、上記本発明のコンクリートにおいて、更にエトリンガイト−石灰複合系膨張材を質量比で15±0.3kg/m3で含有する。
また更に好ましくは、上記本発明のコンクリートにおいて、早強ポルトランドセメントのC3S量は60〜68質量%である。
また、「低炭素型」とは、本発明の3成分混合系結合材を製造するのに必要とされるセメント製造時に排出される二酸化炭素の量が、結合材総量と同量のポルトランドセメントを製造するのに排出される二酸化炭素の量と比較して、ポルトランドセメント以外の結合材量に相当する分だけ減少していることを意味するものである。
また特に、エトリンガイト−石灰複合系の膨張材を通常の使用量より少なく配合することによっても、フライアッシュや高炉スラグを用いたコンクリートの乾燥収縮ひび割れ抵抗性が大きく高まることが可能となる。
本発明の低炭素型3成分混合系結合材は、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの3成分からなる結合材であって、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの混合割合が、質量比で60±5%、20±5%、20±5%である、3成分混合系結合材である。
また、本発明のコンクリートは、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの3成分からなる結合材であって、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの混合割合が、質量比で60±5%、20±5%、20±5%である上記本発明の低炭素型3成分混合系結合材を用いて製造されるコンクリートであり、材齢91日後の圧縮強度が76.0N/mm3以上で、材齢50日後の収縮拘束応力が2.70N/mm3以上である、コンクリートである。
望ましくは、質量比で60±2%、20±2%、20±2%である。
また、ひび割れ抵抗性をより高める点より、膨張材を更に本発明のコンクリートに配合することが望ましい。
膨張材としては、エトリンガイト系膨張材、石灰系膨張材、エトリンガイト−石灰複合系膨張材等の公知の膨張材を用いることができるが、好ましくはエトリンガイト−石灰複合系膨張材が用いられ、特に、遊離石灰を50質量%、アーウィン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)を20質量%、無水石膏を30質量%含む膨張材を用いることが望ましい。
望ましくは、該膨張材の配合量は、質量比で15±0.3kg/m3となるような量で含有される。
これにより、低炭素型3混合系結合材を用いたコンクリートの乾燥収縮ひずみ値を低減することができる。
特に、ポルトランドセメントとしての早強ポルトランドセメントは、C3S量60〜68質量%、C2S量6〜14質量%、間隙質量(C3A+C4AF)15.5〜18.0質量%、ブレーン比表面積4400〜5100cm2/gであることが、フレッシュコンクリートの流動性、ならびに硬化後の強度および収縮ひび割れ抵抗性の点から望ましい。
また特に、エトリンガイト−石灰複合系の膨張材を通常の使用量より少なく配合することによっても、フライアッシュや高炉スラグを用いたコンクリートの乾燥収縮ひび割れ抵抗性が大きく高まる。
(使用材料)
以下の表1に示す各材料を用いて、コンクリート調製した。
なお、表1中に、各種ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュ、膨張材、骨材および混和剤の品質及び物性も示す。
表1中、骨材の粗粒率は、骨材のふるい分け試験により、公称寸法が0.15、0.3、0.6、1.2、2.5、5、10、20、40および80mmの各ふるいに留まる累計残留百分率(%)の総和を求め、これを100で除した値を示す。
また、実績率とは、JIS A 0203「コンクリート用語」に規定されているように、容器に満たした骨材の絶対容積の、その容器の容積に対する百分率を示す。
上記表1に示す各材料を用い、表2に示す配合割合で、各材料を混合して、コンクリートを調製した。
なお、水/結合材(W/B:水に対する、ポルトランドセメント、高炉スラグ及びフライアッシュの質量比)は30質量%とし、単位容量あたりの粗骨材かさ容積を0.358m3/m3とし、高性能AE減水剤を結合材量に対して1.2質量%と一定になるように配合し、得られる各コンクリートの目標スランプ値が21±1.5cm(JIS A 1101)であって、目標空気量が4.1±1.5容量%(JIS A 1128)となるように、単位水量及び高性能AE減水剤の配合量を変化させた。
上記表1に示す各材料を用い、表3に示す配合割合で、各材料を混合して、コンクリートを調製した。
なお、水/結合材(W/B:水に対する、ポルトランドセメント、高炉スラグ及びフライアッシュの質量比)は40質量%とし、得られる各コンクリートの目標スランプ値12±2.5cm(JIS A 1101)、空気量4.5±1.5容量%(JIS A 1128)となるように各材料の配合量を決定した。
なお、膨張材は結合材に含まれない。
(試験例1)
上記「コンクリートの調製2」で調製した各コンクリートを温度20±2℃で打設後、1日静置して材齢1日で脱型し、その後温度20±2℃の水中養生を行なった。
前記水中養生を6日間実施し(材齢7日)、その後91日間、温度20±2℃、相対湿度60±5%の条件で乾燥させて、各コンクリート供試体を製造した。
膨張材を含む(単位体積あたり10kg/m3、15kg/m3、20kg/m3)各コンクリート供試体の乾燥期間91日(材齢98日)の乾燥収縮ひずみ値と、膨張材を含まないポルトランドセメント単体から成るコンクリート供試体の乾燥期間91日(材齢98日)の乾燥収縮ひずみ値との結果を図1に示す。図1の乾燥収縮ひずみ値の差は、各2試験体の平均値で表示した。
上記「コンクリートの調製1」で調製した各コンクリートを用いて、各コンクリート試験体を製造して、ひび割れ抵抗性試験Aを実施した。
ひび割れ抵抗性試験Aは、図3に示す装置を用いて実施した。
その後材齢7日まで封緘養生を行い、脱型して、100×100×1100mmの各コンクリート試験体を得た。
具体的には設置貼付したひずみゲージによって、鋼材のひずみを測定した。
前記各コンクリート試験体をアルミ二ウム製のテープにて、該試験体の側面を2面、具体的には上下面及び端面以外の側面(100×100mmの面)を覆った。
その後、温度20±2℃、相対湿度60±5%の環境下で静置し、各コンクリート試験体にひび割れが発生するまで、鋼材のひずみを測定した。
上記表4及び図4〜8より、ひび割れ発生材齢を乾燥収縮ひび割れ抵抗性の指標とすると、普通ポルトランドセメントとほぼ同等以上のひび割れ抵抗性となるのは、普通ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、フライアッシュの混質量割合がそれぞれ60質量%、20質量%、20質量%の場合、または70質量%、30質量%、0質量%であることが分かる。
試験例1のひび割れ抵抗性試験の結果より、CO2を削減し、省資源を進めるという観点から、高いひび割れ抵抗性を有する3成分系結合材として、上記「コンクリートの調製2」により製造した各コンクリートを用いて、温度20±2℃で打設後、1日静置して材齢1日で脱型し、その後温度20±2℃で水中養生を行なって、材齢3日、7日、28日、56日及び91日の各コンクリート供試体を製造した。
各コンクリート供試体を用いて、強度試験を行った。但し、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、フライアッシュの質量混合割合がそれぞれ60%、20%、20%の場合を対象に、圧縮強度(JIA A 1108)及び割裂引張強度試験(JIS A 1103)を実施した。
その結果を、図9及び図10に示す。
上記「試験例3」で製造した各コンクリート供試体を用いて、乾燥収縮ひび割れ抵抗性試験Bを実施した。
なお、ひび割れ抵抗性試験Bは、上記ひび割れ抵抗性試験Aと同様にして、図3に示す装置を用いて、同様に行なった。
その結果を図11に示す。なお、図11の結果は各2試験体の平均値で表示した。
Claims (5)
- 早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの3成分からなる結合材であって、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの混合割合が、質量比で60±5%、20±5%、20±5%であることを特徴とする、低炭素型3成分混合系結合材。
- 請求項1記載の3成分系結合材において、早強ポルトランドセメントのC3S量は60〜68質量%であることを特徴とする、低炭素型3成分混合系結合材。
- 早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの3成分からなる結合材であって、早強ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュの混合割合が、質量比で60±5%、20±5%、20±5%である低炭素型3成分混合系結合材を用い、材齢91日後の圧縮強度が76.0N/mm3以上で、材齢50日後の収縮拘束応力が2.70N/mm3以上であることを特徴とする、コンクリート。
- 請求項3記載のコンクリートにおいて、更に、エトリンガイト−石灰複合系膨張材を、質量比で15±0.3kg/m3含有することを特徴とする、コンクリート。
- 請求項3又は4記載のコンクリートにおいて、早強ポルトランドセメントのC3S量は60〜68質量%であることを特徴とする、コンクリート。
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