JP2015044730A - 粗骨材による流動性低下が抑制された自己充填コンクリート、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粗骨材による流動性の低下を抑制するとともに、発熱を抑えることができる自己充填コンクリートを提供する。
【解決手段】セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなるモルタルと、粗骨材と、空気連行剤とを含み、連行空気を９〜１５体積％含むことを特徴とする自己充填コンクリートとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、粗骨材による流動性の低下を抑制するとともに、発熱を抑えることができる自己充填コンクリートに関するものである。

コンクリートは、安価で耐久性に優れ様々な形状の構造物を造ることができるため、社会基盤の構築にはなくてはならないものである。一般的に、コンクリートの強度は流動性と相反する関係にあるため、高い強度のものを得るためには、流動性の低いものを使用する必要があるが、流動性の低いものを使用すると、バイブレータ等による締め固め作業が必要となり、施工に手間がかかるという問題があった。また、締め固め作業の施工不良に伴って構造物に欠陥が生じることがあった。

そこで開発されたのが、コンクリートの打設時に締め固め作業を行うことなく重力の作用のみで型枠に充填することができる自己充填コンクリートである。自己充填コンクリートの特徴は、セメント量を多くして水とセメントの構成比（水セメント比）を低くすることで、材料分離を生じることなく型枠の隅々まで充填することができることである。
しかし、水セメント比を低くしただけではコンクリートの高い流動性は得られない。したがって、自己充填コンクリートは、高性能ＡＥ減水剤と呼ばれる化学混和剤の添加が不可欠であり、セメント粒子同士の凝集を高性能ＡＥ減水剤の作用によって分散させることで高い流動性が得られる。そのため、粘度は一般のコンクリートに比べて著しく高いにもかかわらず、重力の作用のみで流れ動くことができることが自己充填コンクリートの特徴である。

しかしながら、従来の自己充填コンクリートは、常用のセメントを用いた場合セメント量が多いために発熱量が大きくなるという問題を有していた。発熱を抑えるためにセメント量を少なくすると、今度は材料分離抵抗性や流動性が低下してしまう。

また、練り混ぜた未硬化のコンクリート（フレッシュコンクリート）の流動の際、狭い間隙手前で粗骨材同士が接近することにより、間に挟まれたフレッシュモルタル中に直応力が生じ、これによりフレッシュモルタルのせん断変形抵抗性が増加（即ち、フレッシュモルタルの流動性が低下）することが明らかになっている。

特許文献１には、粗骨材による流動性低下について記載されており、フレッシュコンクリート中のモルタルの品質を評価する方法において、品質の安定した模擬粗骨材を混入したフレッシュモルタルと模擬粗骨材を混入しないフレッシュモルタルとの両者について漏斗流下試験を行い、その漏斗流下試験結果を比較することにより、フレッシュコンクリート中のモルタルのせん断変形抵抗性を定量評価することが開示されている。

このような事情に鑑み、粗骨材による流動性の低下を抑制するとともに、発熱を抑えることができる自己充填コンクリートが求められている。

特開２００１−１７４３９０号公報

本発明は、上述したような問題点を解決すべくなされたものであって、粗骨材による流動性の低下を抑制するとともに、発熱を抑えることができる自己充填コンクリートを提供するものである。

請求項１に係る発明は、セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなるモルタルと、粗骨材と、空気連行剤とを含み、連行空気を９〜１５体積％含むことを特徴とする自己充填コンクリートに関する。ここで、請求項１記載の「自己充填コンクリート」は、未硬化のコンクリート（いわゆるフレッシュコンクリート）であり、自己充填コンクリート中に含まれる空気量は、セメントに全量の水を混合したときから１０分後に測定した値を基準としている。コンクリート中の空気量は例えば比重に基づいて計算することができる。

請求項２に係る発明は、前記モルタル中における前記細骨材の配合量が４０体積％以上であることを特徴とする請求項１記載の自己充填コンクリートに関する。

請求項３に係る発明は、前記水の配合量が前記セメントの配合量に対して３５重量％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の自己充填コンクリートに関する。

請求項４に係る発明は、前記空気連行剤の配合量が前記セメントの配合量に対して０．００１〜０．２重量％であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の自己充填コンクリートに関する。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の自己充填コンクリートを製造する方法であって、（ｉ）前記セメントと、前記細骨材と、前記粗骨材と、前記高性能ＡＥ減水剤と、前記水の一部分とを混合して、それらの混合物である中間体を生成する工程、と、（ｉｉ）前記中間体に、前記水の残部と、前記空気連行剤とを混合する工程、とを具備することを特徴とする自己充填コンクリートの製造方法に関する。

請求項１に係る発明によれば、セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなるモルタルと、粗骨材とを含む自己充填コンクリートにおいて、さらに空気連行剤を９〜１５体積％含むことにより、強度を維持しつつ粗骨材によるモルタルの流動性低下を抑制することができ、ひいては自己充填コンクリートの流動性低下を抑制することができる。
また、連行空気により自己充填コンクリートの流動性低下を抑制することができるので、従来の自己充填コンクリートよりもセメント量を減らし細骨材量を増やしても十分な流動性を確保することができる。よって、セメント量を減らすことができ、これにより従来の自己充填コンクリートの課題であった、常用のセメントを用いた場合のコンクリートの発熱を抑制することができる。

請求項２に係る発明によれば、モルタル中における細骨材の配合量が４０体積％以上である請求項１記載の自己充填コンクリートであることにより、セメント量を減らすことができるので、コンクリートの発熱を抑制することができる。そして含有される連行空気により、従来の自己充填コンクリートよりもセメント量が少なくても流動性を維持することができる。

請求項３に係る発明によれば、水の配合量がセメントの配合量に対して３５重量％以上である請求項１又は２記載の自己充填コンクリートであることにより、従来の自己充填コンクリートよりもセメント量が少ないので、コンクリートの発熱を抑制することができる。そして含有される連行空気により、セメント量が少なくても流動性を維持することができる。

請求項４に係る発明によれば、空気連行剤の配合量がセメントの配合量に対して０．００１〜０．２重量％である請求項１乃至３いずれかに記載の自己充填コンクリートであることにより、請求項１に示された連行空気量を容易に実現することができる。したがって、自己充填コンクリートの流動性低下を抑制することができ、コンクリートの発熱を抑制することができるという効果が容易に得られる。また、それらの効果をさらに顕著にすることもできる（後述の実施例３参照）。より好ましい空気連行剤の配合量は、セメントの配合量に対して０．０２〜０．１９重量％であり、さらに好ましい空気連行剤の配合量は、セメントの配合量に対して０．１２〜０．１８重量％である。

請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至４いずれかに記載の自己充填コンクリートを製造するときに、始めに、セメントと、細骨材と、粗骨材と、高性能ＡＥ減水剤と、水の一部分とを混合して、それらの混合物である中間体を生成する工程（ｉ）を実行し、その後で、中間体に、水の残部と、空気連行剤とを混合する工程（ｉｉ）を実行する。これにより、自己充填コンクリートに含まれる空気泡の質を向上させることができる。その結果、流動性低下を抑制することができ、コンクリートの発熱を抑制することができるという効果がさらに顕著である自己充填コンクリートを製造することができる（後述の実施例４参照）。

細骨材量と流動性低下度と連行空気含有量の関係を示すグラフである。 コンクリート変形時のモルタルに作用する直応力σと対応するせん断変形抵抗性τの関係を示す模式図である。 本実施例で用いた漏斗試験器の斜視図である。 （ａ）ボックス形充填試験器の概略図である。（ｂ）障害鉄筋の概略図である。

以下、本発明に係る自己充填コンクリートについて説明する。

本発明に係る自己充填コンクリートは、セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなるモルタルと、粗骨材と、空気連行剤とを含み、連行空気を９〜１５体積％含むことを特徴とする。自己充填コンクリート中の空気量は、コンクリートが未硬化の状態での空気量である。また、その空気量は、セメントに全量の水を混合したときから１０分後に測定した値を基準とする。コンクリート中の空気量は例えば比重に基づいて計算することができる。

本発明に係る自己充填コンクリートは、空気連行剤（ＡＥ剤：Ａｉｒ Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ Ａｇｅｎｔ）を含み、連行空気を９〜１５体積％含む。
空気連行剤は、界面活性剤の一種であり、界面活性剤の気泡力によりコンクリート中に独立した微細な空気泡を連行させるものである。空気連行剤としては、当技術分野で一般的に用いられるものを使用することができ、例えばマスターエア１０１、マスターエア２０２（共にＢＡＳＦジャパン株式会社製）を使用することができる。

本発明に係る自己充填コンクリートは、空気連行剤により連行空気を９〜１５体積％含むことにより、粗骨材同士が接近することによるフレッシュモルタルの流動性の低下を抑制することができる。自己充填コンクリート中の連行空気の含有量が９体積％未満である場合は、十分に粗骨材による流動性の低下を抑制することができないため好ましくない。自己充填コンクリート中の連行空気の含有量が１５体積％を超える場合は、コンクリートの十分な強度が得られないため好ましくない。

ここで、空気連行剤の配合量はセメントの配合量に対して０．００１〜０．２重量％であることが好ましい。これにより、自己充填コンクリート中の連行空気量を上記の範囲にすることが容易になり、上記の効果を容易に実現することができる。より好ましい空気連行剤の配合量はセメントの配合量に対して０．０２〜０．１９重量％であり、さらに好ましい空気連行剤の配合量はセメントの配合量に対して０．１２〜０．１８重量％である。

モルタルは、セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなる。本発明に係る自己充填コンクリートにおいて、水（Ｗ）とセメント（Ｃ）の重量比Ｗ／Ｃ（以下、水セメント比という）は特に限定されるものではないが、３５％以上とすることが好ましく、３５〜５０％とすることがより好ましく、３５〜４５％とすることがさらに好ましい。

従来の自己充填コンクリートはセメント量が多く、一般的に水セメント比は３０％未満である。しかし、本発明においては、水セメント比を３５％以上としても、連行空気により材料分離を抑制することができる。このため、水セメント比を３５％以上とすることにより、細骨材を多くしセメント量を減らすことができるので、従来セメント量が多いことに起因して発生していたコンクリートの発熱を抑制することができる。
水セメント比が３５％未満である場合、コンクリートが発熱する虞があるため好ましくない。また、水セメント比が５０％を超える場合、コンクリートの十分な強度が得られないため好ましくない。

細骨材としては、川砂や砂利、スラグ砂などの一般的な細骨材を用いることができる。細骨材の粒径は０．７５〜５ｍｍ程度である。
本発明に係る自己充填コンクリートにおいて、モルタル中における細骨材の配合量（容積比）は特に限定されるものではないが、４０体積％以上とすることが好ましく、４５〜６０体積％とすることがより好ましく、５０〜５９体積％とすることがさらに好ましい。細骨材の配合量の上限を適切に設定することで、自己充填コンクリートの流動性の低下を抑制し、自己充填性を向上させることができる。細骨材の配合量の下限を適切に設定することで、自己充填コンクリートの発熱とコストの上昇を抑制することができる。

従来の自己充填コンクリートはセメント量が多く、一般的にモルタル中における細骨材の配合量（容積比）は４０体積％未満である。しかし、本発明においては、モルタル中における細骨材の容積比を４０体積％以上としても、連行空気により流動性の低下を抑制することができる。このため、モルタル中における細骨材の容積比を４０％以上とすることにより、セメント量は少なくなり、これにより従来セメント量が多いことに起因して発生していたコンクリートの発熱を抑制することができる。
モルタル中における細骨材の容積比が４０体積％未満である場合、コンクリートの発熱や収縮が発生する虞があるため好ましくない。また、モルタル中における細骨材の容積比が５５体積％を超える場合、十分に流動性の低下を抑制できないため好ましくない。

本発明に係る自己充填コンクリートに含まれる粗骨材は、自己充填コンクリートに一般に用いられるものを使用することができ、例えば河砂利や砕石、高炉スラグ砕石を使用することができる。配合量は適宜決定することができ、例えば自己充填コンクリート中において２５〜３５体積％とすることができる。

以下、本発明に係る自己充填コンクリートの製造方法について説明する。
本発明の自己充填コンクリートを製造するための方法としては、セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなるモルタルと、粗骨材と、空気連行剤とを一括して混錬幾等に投入し、全材料を一括して練り混ぜるような一般的な方法（以下、一般的方法と称す）が考えられる。この一般的方法によっても、十分に流動性の低下が抑えられた本発明の自己充填コンクリートを製造することができる。

しかし、本発明の自己充填コンクリートを製造するときには、以下の製造方法（以下、本製造方法と称す）によることが好ましい。本製造方法では、始めに、セメントと、細骨材と、粗骨材と、高性能ＡＥ減水剤と、モルタルに含ませるべき水の一部分とを例えば混錬幾に投入し、それらの材料を例えば１分間練り混ぜるようにして、中間体を生成する工程（ｉ）を実行する。その後で、混錬幾に、水の残部と、空気連行剤とを投入し、中間体とともに例えば１分間練り混ぜるようにして、自己充填コンクリートを完成する工程（ｉｉ）を実行する。この本製造方法によれば、上記一般的方法による場合よりも、さらに微細で質の高い空気泡を空気連行剤によりコンクリート中に連行することができる。その結果、後の実施例１、３、４の比較により明らかなように、より少ない自己充填コンクリート中の空気量により、より大きな自己充填コンクリートの流動性を確保することができる。

コンクリートの強度は水セメント比（セメントの配合量に対する水の配合量の比率）が大きいほどに小さくなる傾向がある。本発明では、質の高い空気泡を自己充填コンクリートに多く含ませることにより自己充填性を向上させている。一方、水セメント比を通常のコンクリートよりも低め且つ従来の自己充填コンクリートよりも高めに設定することで、強度の低下と発熱とを抑えている。

以下の実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明に係る自己充填コンクリートは、これらに限定されるものではない。

＜サンプルの調製＞
以下の表１に示す材料を用いて、表２に示す組成のモルタルＡを調製し、各モルタルＡそれぞれに表３に示す量の空気連行剤を添加してモルタルＢのサンプルを得た。後述する漏斗流下速度の比較試験のために、模擬粗骨材をモルタルＢ（セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤）容積に対し２０％を混入したもの（モルタルＣ）と、模擬粗骨材を混入しないもの（モルタルＢ）両方を調製した。

＜流動性低下度評価試験＞
上記組成のモルタルＢとモルタルＣのサンプルを、図３に示す漏斗を用いて、模擬粗骨材を混入したフレッシュモルタル（モルタルＣ）の流下速度比Ｒｍｂ（下記式１）及び模擬粗骨材を混入しないフレッシュモルタル（モルタルＢ）のＲｍ（下記式２）を測定した。結果を図１に示す。
Ｒｍｂ＝１０／ｔｍｂ・・・（式１）
Ｒｍ＝１０／ｔｍ・・・・・（式２）
ｔｍｂ：模擬粗骨材を混入したフレッシュモルタルの漏斗流下時間（秒）
ｔｍ：模擬粗骨材を混入しないフレッシュモルタルの漏斗流下時間（秒）

図１に示すように、空気連行剤を含んでいないサンプル（空気量２．５〜２．８％）は、モルタル中における細骨材の容積比が増えるに従い流動性低下度は増加し、該容積比が５５％になると、流動性低下度が約０．４と非常に大きな値となっている。
一方、空気連行剤を特定量含むサンプルは、モルタル中における細骨材の容積比が増えても流動性低下度は大きく増加することはなく、空気量８．６〜８．８％のサンプルは、該容積比が５５％になっても、流動性低下度は該容積比が４０％の時と比較して約１．５倍以下に抑えられている。また、連行空気量の含有量が多くなるに従い流動性低下度を小さく抑えることができる。

この試験結果から、自己充填コンクリートの自己充填性、特に間隙通過性が連行空気により向上することが確認された。

＜自己充填力評価試験＞
次に、以下の表４に示す材料を用いて、表５に示す組成で実際に配合した自己充填コンクリートについて、従来法に従いボックス形充填装置を用いて行った。図４（ａ）はボックス形充填試験器の概略図であり、図４（ｂ）は障害鉄筋の概略図である。
図４（ａ）に示すボックス形充填装置１のＡ室とＢ室との隔壁の下部には、図４（ｂ）に示す障害鉄筋２が設けられており、Ｂ室内には障害鉄筋に沿い且つ上下にスライド可能なゲート３が取付けられている。Ａ室内にコンクリートを充填し、ゲート３を引き上げることにより、Ａ室内のコンクリートを障害鉄筋２との間隙を通してＢ室内へ流出させて間隙通過性試験を行った。

充填装置を用いた間隙通過性試験は、コンクリートの充填高さで評価した。コンクリートの充填高さとは、図４（ａ）に示す充填装置１のＡ室に充填したコンクリートが、障害鉄筋の間を通過してＢ室に移動した際のＢ室内のコンクリートの充填高さを表したものである。コンクリートの充填高さが大きい程、せん断変形抵抗性が小さい、即ち自己充填性が高いと評価される。

試験の結果、連行空気をセメント中に１２体積％含む実施例１の方が、連行空気をセメント中に３体積％含む比較例１よりも充填高さが高く、自己充填性に優れていた。

＜強度試験＞
次に、上記比較例１のセメントと、上記実施例１とは連行空気量が１４％であること以外は同じ（その分、水、セメント及び細骨材の総量は減るが比率は同じ）であるセメント（実施例２）とについて、打設してから１か月後の強度を測定した。結果を下記表６に示す。

試験の結果、連行空気をセメント中に１４体積％含む実施例２と、連行空気をセメント中に３体積％含む比較例１とは、略同等の強度を有していた。

下記表７に、上述の一般的方法により自己充填コンクリートを製造した実施例３と、実施例３と同じ材料の配合で本製造方法により自己充填コンクリートを製造した実施例４とを示す。実施例３及び実施例４は、組成的には実施例１に比べて空気連行剤の配合量が大きくなっている。なお、実施例３及び実施例４では、自己充填コンクリートの自己充填性の向上を期待して、高性能ＡＥ減水剤については、JIS A 6204（コンクリート用化学混和剤）において標準型（化学混和剤の性能による区分）且つI種（化学混和剤の塩化物イオン(Cl^-)量による区分）に区分されるマスターグレニウム６５００を使用した。実施例１等で使用したマスターグレニウム６５５０は、遅延形且つI種である。マスターグレニウム６５００はマスターグレニウム６５５０と類似するが性能は異なる。

実施例３では、実施例１よりも多くの空気連行剤が添加されることで、コンクリート内の空気量は上述した好ましい範囲内で実施例１よりも増大するとともに、粗骨材の体積比率が相対的に減少している。その結果、充填高さの比較から明らかなように、実施例３は実施例１よりもさらに自己充填性が向上している。

一方、実施例４では、空気連行剤の配合量が実施例１よりも大きくなっているにもかかわらず、むしろ自己充填コンクリート内の空気量は実施例１に比べて小さくなっている。しかし、実施例４の充填高さは、実施例１及び実施例３に比べて大幅に大きくなっている。この結果によれば、本製造方法による空気泡の質の向上が自己充填性の改善に大きく寄与することが分かる。

以上のように、本発明の自己充填コンクリートの製造方法によれば、自己充填コンクリート内の空気泡の質が向上することで、より少ない空気の含有量で、より優良な自己充填性を有する自己充填コンクリートを製造することができる。これにより、十分な強度と、優良な自己充填性を有する自己充填コンクリートを製造することができる。

本発明は、構造物の製造に用いられる自己充填コンクリートに好適に利用されるものである。

Claims (5)

1. セメント、水、細骨材及び高性能ＡＥ減水剤からなるモルタルと、粗骨材と、空気連行剤とを含み、連行空気を９〜１５体積％含むことを特徴とする自己充填コンクリート。
2. 前記モルタル中における前記細骨材の配合量が４０体積％以上であることを特徴とする請求項１記載の自己充填コンクリート。
3. 前記水の配合量が前記セメントの配合量に対して３５重量％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の自己充填コンクリート。
4. 前記空気連行剤の配合量が前記セメントの配合量に対して０．００１〜０．２重量％であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の自己充填コンクリート。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の自己充填コンクリートを製造する方法であって、
   （ｉ）前記セメントと、前記細骨材と、前記粗骨材と、前記高性能ＡＥ減水剤と、前記水の一部分とを混合して、それらの混合物である中間体を生成する工程、と、
   （ｉｉ）前記中間体に、前記水の残部と、前記空気連行剤とを混合する工程、とを具備することを特徴とする自己充填コンクリートの製造方法。

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