JP2015006977A - 繊維補強流動性高強度コンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】補強用繊維のセメント中への分散を十分に確保でき、マトリックスとなるコンクリートと補強用繊維の界面付着強度を確保し、狭い空間への充填が可能な自己充填性、流動性を有し、一般養生で高強度を発現することが可能な繊維補強流動性高強度コンクリートを提供することを目的とする。
【解決手段】現場打設に用いる繊維補強流動性高強度コンクリートであって、セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体において、前記混合体１ｍ³当たり２５０〜４５０Ｌの範囲で添加されるセメントと、前記混合体１ｍ³当たり１５０〜３５０Ｌの範囲で添加される石灰石フィラーと、前記混合体１ｍ³当たり５０〜１００Ｌの範囲で添加されるシリカフュームと、前記混合体１ｍ³当たり容積比で１〜１２％の範囲で添加される直径０．１５〜０．３ｍｍで長さ６〜２５ｍｍ程度の長繊維と直径０．０５〜０．３ｍｍで長さ３．０ｍｍ以下の短繊維と、水と、減水剤と、を含み、一般養生で高強度を発現することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築物、橋梁等のコンクリート構造物の新設及び補修・補強等に用いる繊維補強流動性高強度コンクリートに関する。

従来、建築物、橋梁等のコンクリート構造物の新設や補修・補強等には鋼繊維やビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、炭素繊維等の有機繊維で補強した高強度コンクリートが使用されている。

例えば、特開２００１−２２０２０１号公報には、少なくとも、セメントト、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、水、減水剤、有機繊維及び鋼繊維を混入した繊維補強コンクリートが開示されている。

特開２００１−１８１００４号公報 特開２００１−２２０２０１号公報

しかしながら、従来の繊維補強コンクリートは、繊維とセメントとの混練の際、繊維がセメント中に均一に分散させることが困難であり、且つ、繊維とマトリックスとなるコンクリートとの界面付着強度が十分でなく、繊維の補強効果が十分に発揮されていなかった。

また、コンクリート構造物の新設や補修や補強のため、バイブレータ等の充填補助具が使用できない型枠で囲まれた狭い空間に未硬化のモルタルを充填するための十分な自己充填性や流動性を確保することが困難であった。

本発明は、前記従来技術の持つ問題点を解決する、繊維のセメント中への分散を十分に確保でき、マトリックスとなるコンクリートと繊維の界面付着強度を確保し、狭い空間への充填が可能な自己充填性、流動性を有し、一般養生で高強度を発現する繊維補強流動性高強度コンクリートを提供することを目的とする。

本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、前記課題を解決するために、セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体において、前記混合体１ｍ³当たり２５０〜４５０Ｌの範囲で添加されるセメントと、前記混合体１ｍ³当たり１５０〜３５０Ｌの範囲で添加される石灰石フィラーと、前記混合体１ｍ³当たり５０〜１００Ｌの範囲で添加されるシリカフュームと、前記混合体１ｍ³当たり容積比で１〜１２％の範囲で添加される直径０．１５〜０．３ｍｍで長さ６〜２５ｍｍ程度の長繊維と直径０．０５〜０．３ｍｍで長さ３．０ｍｍ以下の短繊維と、水と、減水剤と、を含み、一般養生で高強度を発現することを特徴とする。

また、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、前記補強繊維を鋼繊維、有機系繊維の少なくともいずれかとすることを特徴とする。

また、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、収縮低減剤と消泡剤を添加することを特徴とする。

また、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体に加えて、珪砂を添加することを特徴とする。

また、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、硬化後の圧縮強度を１２０Ｎ／ｍｍ²以上とすることを特徴とする。

また、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、バイブレータ等の充填補助具の入らない狭小空間において自己充填性及び流動性に優れていることを特徴とする。

セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体において、前記混合体１ｍ³当たり２５０〜４５０Ｌの範囲で添加されるセメントと、前記混合体１ｍ³当たり１５０〜３５０Ｌの範囲で添加される石灰石フィラーと、前記混合体１ｍ³当たり５０〜１００Ｌの範囲で添加されるシリカフュームと、前記混合体１ｍ³当たり容積比で１〜１２％の範囲で添加される直径０．１５〜０．３ｍｍで長さ６〜２５ｍｍ程度の長繊維と直径０．０５〜０．３ｍｍで長さ３．０ｍｍ以下の短繊維と、水と、減水剤と、を含み、一般養生で高強度を発現することで、補強用繊維のモルタル中への分散を十分に確保でき、マトリックスとなるコンクリートと補強用繊維の界面付着強度を確保し補強繊維の補強効果が十分に発揮され、狭い空間への充填が可能な自己充填性、流動性を確保することが可能となる。また、従来の高強度コンクリートは、強度発現のために蒸気養生など特殊な養生を必要としたが、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、一般のコンクリートと同様の一般養生で高強度を発現することが可能となる。
補強用繊維を鋼繊維、有機系繊維の少なくともいずれかとすることで、入手が容易でコンクリート強度を向上することが可能となる。
収縮低減剤と消泡剤を添加することで、モルタルの流動性、分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性を向上することが可能となる。消泡剤はミキサで混錬中の泡の発生を抑制する。
セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体に加えて、珪砂を添加することで、補強用繊維のモルタル中への分散を十分に確保でき、マトリックスとなるコンクリートと繊維の界面付着強度を確保し繊維の補強効果が十分に発揮することが可能となる。
硬化後の圧縮強度が１２０Ｎ／ｍｍ²以上とすることで、コンクリート構造物の強度を飛躍的に向上させることが可能となる。
バイブレータ等の充填補助具の入らない狭小空間において自己充填性及び流動性に優れていることで、狭小空間での自己充填性、流動性が良好なモルタルによりスムーズに充填されるので作業効率が向上し、硬化後のコンクリート構造物の強度を飛躍的に向上させることが可能となる。

本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

本発明について詳細に説明する。本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、少なくとも、セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体に補強用繊維と減水剤と収縮低減剤と水を混練して生成される。

本発明に用いられるセメントは、普通ポルトランドセメント、コンクリートの早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用するのが好ましい。セメントは、混合体１ｍ³当たり２５０〜４５０Ｌの範囲で添加する。セメントの添加量が、混合体１ｍ³当たり２５０〜４５０Ｌの範囲を外れると高強度が達成できなくなる恐れがある。

本発明に用いられる石灰石フィラーは、密度が２７〜２８ｇ／ｃｍ³程度で、ＣａＣｏ₃（炭酸カルシュム）成分が９５％以上の石灰石粉末である。石灰石フィラーは、混合体１ｍ³当たり１５０〜３５０Ｌの範囲で添加する。石灰石粉末は形状が良好であり、セメントペーストの流動性を改善する効果がある。石灰石フィラーの添加量が、混合体１ｍ³当たり１５０〜３５０Ｌの範囲を外れると、狭い空間への充填の際の適度な流動性を確保することが困難になる。

本発明に用いられるシリカフュームは、直径０．１〜０．２μｍ程度のガラス質シリカ球状の超微粒子粉末である。シリカフュームは、コンクリートの強度と耐久性の向上に寄与し、低水粉体比のコントロールにより、コンクリートの施工（混練時）の改善に有効である。シリカフュームは、混合体１ｍ³当たり５０〜１００Ｌの範囲で添加する。シリカフュームの添加量が、混合体１ｍ³当たり５０〜１００Ｌの範囲を外れると、混合体の化学組成バランスや粒度分布のバランスが崩れ、硬化後の高強度を達成できなくなる恐れがある。

本発明に用いられる補強用繊維は、直径０．１５〜０．３ｍｍで、長さが６〜２５ｍｍの鋼繊維、有機系繊維の少なくともいずれかからなる長繊維と、直径０．０５〜０．３ｍｍで、長さが３．０ｍｍ以下の鋼繊維、有機系繊維の少なくともいずれかからなる短繊維を組み合わせたものである。長さが６〜２５ｍｍの長繊維と長さが３．０ｍｍ以下の短繊維を組み合わせて用いるのは、補強用繊維を混合体と混合する際、長さが長い繊維のみの場合、繊維が混合体中に均等に分散されにくい。長さの短い繊維を組み合わせて用いることにより、補強用繊維が混合体中に均等に分散される。補強用繊維は、混合体の容積率で１〜１２％の範囲で加える。補強用繊維の容積率が１％未満だと繊維の補強効果が減少し、良好な強度が得られない恐れがある。補強用繊維の容積率が１２％より大きいと、コンクリートの流動性が低下する恐れがある。有機系繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、炭素繊維等である。補強用繊維として、鋼繊維と有機系繊維を一緒に用いても良い。

減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラニン系、ポリカルボン酸系、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤を用いることができる。減水剤の配合量は、モルタルの流動性、分離抵抗性、硬化後の強度を考慮してセメント１００重量部に対して、固形分換算で、０．５〜４．０重量部が好ましい。

収縮低減剤としては、化学式Ｒ₁Ｏ（Ａ₁０）ｍＨで示される化合物を主成分とするものを用いても良い。化学式中Ｒ₁は、水素又は炭素数１〜６の直鎖もしくは分岐のアルキル基である。収縮低減剤の配合量は、モルタルの作業性、分離抵抗性、硬化後の強度やクラックの抵抗性を考慮して、セメント１００重量部に対して、０．５〜１０重量部とする。消泡剤は材料をミキサで混錬する際の泡の発生を抑制する。

水／セメント比は、モルタルの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度や耐久性から１０〜３０重量部が好ましい。

本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートの製造方法は特に限定するものではないが、（１）水、減水剤、収縮低減剤、消泡剤以外の材料を予め混合しておき（プレミックス）、モルタルの混練の際に、プレミックス、水、減水剤、収縮低減剤及び消泡剤をミキサに投入して混練する。（２）水、収縮低減剤及び消泡剤以外の材料を予め混合しておき（プレミックス、ただし減水剤は粉末タイプのものを使用）、モルタルの混練の際に、プレミックス、水、収縮低減剤及び消泡剤をミキサに投入して混練する。（３）モルタルの混練の際に、各材料をそれぞれ個別にミキサに投入して混練する。混練に用いるミキサは、通常のモルタル混練に用いられるどのタイプでも良く、例えば、ホバートミキサ、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。

本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、硬化後の圧縮強度を１２０Ｎ／ｍｍ²以上とすることができ、硬化後に形成されるコンクリート構造物の強度を飛躍的に向上させることが可能となる。

従来の高強度コンクリートは、強度発現のために蒸気養生など特殊な養生を必要としたが、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートは、一般のコンクリートと同様の一般養生で高強度を発現することが可能となる。

図１〜７により、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を説明する。

図１は、既存コンクリート構造物１の補強に繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。既存コンクリート構造物１の側壁及び底部補強鉄筋２の位置に達しない穴２を削孔する。穴２の削孔された既存コンクリート構造物１の底部と側壁の周囲に幅１０〜２０ｍｍの間隔をおいて型枠兼補強鋼材３を配置する。型枠兼補強鋼材３の側壁及び底部に既存コンクリート構造物１に形成した穴２に対応する位置に雌ねじ穴が形成される。雌ねじ穴に固定ボルト４が螺着される。固定ボルト４の最初の螺着の位置は、固定ボルト４の先端が型枠兼補強鋼材４の内壁から突き出さない位置とする。この状態で、固定ボルト４は雌ねじ穴を塞ぐように機能している。既存コンクリート構造物１と型枠兼補強鋼材３との間の狭い空間に繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルを充填する。繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルは、自己充填性と流動性に優れているため、バイブレータ等の充填補助具の入らない狭い空間へもスムーズに充填することが可能である。

既存コンクリート構造物１と型枠兼補強鋼材３間の狭い空間に鋼繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルが充填され、モルタルが未硬化の状態で、雌ねじ穴に螺着された固定ボルト４を前進させ、固定ボルト４の先端が既存コンクリート構造物１に形成した穴２内に挿入されるようにする。未硬化のモルタルを養生して硬化させることにより、既存コンクリート構造物１と型枠兼補強鋼材３が繊維補強流動性高強度コンクリート５により強固に一体化され、既存コンクリート構造物１の補強工事が完成する。

図２は、既存コンクリート構造物１の補修の繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。下部構造６上に支承７を介して支持される既存コンクリート構造物１の底部の損傷個所をはつり作業で除去し、その部分に本発明の繊維補強流動性高強度コンクリート５を流し込み硬化させて損傷個所を補修する。繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルは、自己充填性と流動性に優れているため、バイブレータ等の充填補助具の入らない狭い空間へもスムーズに充填することが可能であり、硬化後は既存コンクリート構造物１と一体化し補修工事が完成する。

図３は、下部構造６にベースプレート８を固定するのに繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。下部構造に固定ボルト用孔９を削孔し、ベースプレート固定用ボルト１０を挿入する。その状態で繊維補強流動性高強度コンクリート５しやすいと流動性に優れているため、バイブレータ等の充填補助具の入らない狭い空間へもスムーズに充填することが可能であり、硬化後はベースプレート８を下部構造６に確実に固定する。

図４は、床版１１等の補修に繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。床版１１の表面の損傷個所をはつり作業で除去し、除去した部分に繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルを流し込み、硬化させて床版１１の表面を補修する。このようにオープン空間に用いた場合でも、繊維補強流動性高強度コンクリー床ト５のモルタルは、自己充填性と流動性に優れているため、バイブレータ等の充填補助具を用いることなくオープン空間へもスムーズに充填することが可能となる。床版１１の補修に限らず、オープン空間での床版１１等の新設に用いても良い。

図５は、コンクリート製用水路１２の補修に繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。コンクリート製用水路１１の損傷個所に繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルを流し込み、硬化させてコンクリート製用水路１２の表面を補修する。このようにオープン空間に用いた場合でも、繊維補強流動性高強度コンクリー床ト５のモルタルは、自己充填性と流動性に優れているため、バイブレータ等の充填補助具を用いることなくオープン空間へもスムーズに充填することが可能となる。

図６は、橋高欄１４の補修に繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。橋高欄１４は、床版１１上に舗装１３がされた道路橋の側端に形成され、歩行者の橋からの転落を防止するものである。補修する橋高欄１４の周囲に型枠を設置し、橋高欄１４と型枠間の狭い空間に本発明の繊維補強流動性高強度コンクリート５を流し込み硬化させて補修する。繊維補強流動性高強度コンクリート５のモルタルは、自己充填性と流動性に優れているため、バイブレータ等の充填補助具の入らない狭い空間へもスムーズに充填することが可能であり、硬化後は橋高欄１４と一体化し補修工事が完成する。

図７は、橋脚１５の耐震補強に繊維補強流動性高強度コンクリートを用いた実施形態を示す。地中に設置されたフーチング１６から立設される橋脚１５の耐震性を向上するため、橋脚１５の周囲に補強材兼型枠１７を設置し、橋脚１５と補強兼型枠１７の間に本発明の繊維補強流動性高強度コンクリート５を流し込み硬化させて橋脚１５と補強材兼型枠１７を一体化して橋脚１５の耐震性能を向上することができる。

以上のように、本発明の繊維補強流動性高強度コンクリートによれば、補強用繊維のモルタル中への分散を十分に確保でき、マトリックスとなるコンクリートと繊維の界面付着強度を確保し繊維の補強効果が十分に発揮され、狭い空間への充填が可能な自己充填性、流動性を確保することが可能となり、一般のコンクリートと同様の一般養生で高強度を発現することが可能となり、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性を向上することが可能となる。

１：既存コンクリート構造物、２：穴、３：型枠兼補強鋼枠、４：固定ボルト、５：繊維補強流動性高強度コンクリート、６：下部構造、７：支承、８：ベースプレート、９：固定ボルト用孔、１０：ベースプレート固定用ボルト、１１：床版、１２：コンクリート製用水路、１３：舗装、１４：橋高欄、１５：橋脚、１６：フーチング、１７：補強材兼型枠

Claims (6)

1. セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体において、
   前記混合体１ｍ³当たり２５０〜４５０Ｌの範囲で添加されるセメントと、
   前記混合体１ｍ³当たり１５０〜３５０Ｌの範囲で添加される石灰石フィラーと、
   前記混合体１ｍ³当たり５０〜１００Ｌの範囲で添加されるシリカフュームと、
   前記混合体１ｍ³当たり容積比で１〜１２％の範囲で添加される直径０．１５〜０．３ｍｍで長さ６〜２５ｍｍ程度の長繊維と直径０．０５〜０．３ｍｍで長さ３．０ｍｍ以下の短繊維と、
   水と、
   減水剤と、
   を含み、一般養生で高強度を発現することを特徴とする繊維補強流動性高強度コンクリート。
2. 前記長繊維及び短繊維を鋼繊維、有機系繊維の少なくともいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の繊維補強流動性高強度コンクリート。
3. 収縮低減剤と消泡剤を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維補強流動性高強度コンクリート。
4. セメント、石灰石フィラー、シリカフュームからなる混合体に加えて、珪砂を添加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の繊維補強流動性高強度コンクリート。
5. 硬化後の圧縮強度を１２０Ｎ／ｍｍ²以上とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の繊維補強流動性高強度コンクリート。
6. バイブレータ等の充填補助具の入らない狭小空間において自己充填性及び流動性に優れていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の繊維補強流動性高強度コンクリート。

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