JP2015058637A

JP2015058637A - 超速硬コンクリートの製造方法および超速硬コンクリート

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Publication number: JP2015058637A
Application number: JP2013194255A
Authority: JP
Inventors: 橋本　真幸; Masayuki Hashimoto; 真幸橋本; 松本　健一; Kenichi Matsumoto; 健一松本; 高橋　重松; Shigematsu Takahashi; 重松高橋
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-03-30

Abstract

【課題】本発明は、繊維の分散が均一で、圧縮強度や曲げ強度が高い超速硬コンクリートの製造方法等を提供する。【解決手段】本発明は、（Ａ）少なくとも、超速硬セメント、細骨材、および水をミキサに投入してモルタルを混練するモルタル混練工程と、（Ｂ）前記混練が継続してなされているモルタル中に、繊維を連続して投入する繊維投入工程と、（Ｃ）前記繊維の投入が継続してなされているモルタル中に、または繊維の投入が終了した後のモルタル中に、粗骨材を投入する粗骨材投入工程と、（Ｄ）前記繊維の投入、または前記粗骨材の投入のうち、より遅く終了する方の投入が終了した後も、さらに続けてコンクリートの混練を行った後に、コンクリートを排出する超速硬コンクリート混練・排出工程を含む、超速硬コンクリートの製造方法等を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維を含む超速硬コンクリートの製造方法、および該製造方法により製造された超速硬コンクリートに関する。

コンクリート舗装やコンクリート床版は、車両の荷重を繰り返し受けてひび割れが生じ易く、定期的な補修が必要である。そして、該補修工事は早期の交通開放が要求されるため、また、該補修に用いるコンクリートは、（i）圧縮強度や曲げ強度が高い、（ii）乾燥収縮ひずみが小さい、（iii）新旧コンクリートを一体化できる等、の各種の特性が要求されるため、繊維を含む超速硬コンクリートが多用されている。ちなみに、該コンクリートの強度は、財団法人高速道路調査会発行の「上面増圧工法設計施工マニュアル」では、混練後３時間の圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上と規定され、また、混練後３時間の曲げ強度は４．５Ｎ／ｍｍ^２以上が望ましいとされている。

一般に、繊維を含むコンクリートは繊維の分散が不均一になり易い。そこで、繊維を均一に分散させる装置や方法がいくつか提案されている。
例えば、特許文献１に記載の装置は、振動を連続して加えて繊維を分散させながら排出する容器と、該容器に振動を加える電動振動機と、該振動機を駆動する駆動回路と、前記容器に収納された繊維の分散性に対応した最適な周波数に制御する制御器と、前記排出された繊維の計量を行う計量器とを有する補強繊維供給装置である。
また、特許文献２に記載の装置は、樹脂繊維塊をホッパー内に搬送する搬送装置と、前記搬送された樹脂繊維塊を回転機構により掻き取って分散を行う回転分散装置と、該回転分散装置にて跳ね飛ばされた樹脂繊維を滞留させて分散を行う上部固定分散桿と、前記上部固定分散桿より落下した樹脂繊維を滞留させて分散を行う下部固定分散桿と、前記手段にて分散された樹脂繊維を吸引するとともに搬送管を経由して外部の練り混ぜ機に均一に投入するブロアとから構成された繊維分散装置である。
また、特許文献３の製造方法は、コンクリートが投入されたミキサ中に、切断された繊維を連続的に投入しつつ、コンクリートを練り混ぜて、前記切断繊維をコンクリート中に混合分散させる繊維補強コンクリートの製造方法である。

しかし、超速硬コンクリートの混練では、より短い混練時間で繊維の均一な分散が要求されるが、前記特許文献１および２には、超速硬コンクリートの混練についての記載はない。また、特許文献３には、液体急結剤と早強ポルトランドセメントを含むコンクリートの混練例が記載されているものの、該コンクリート中の繊維の容積率は０．６ｖｏｌ％以下と低い。

特開１０−２２５９２１号公報特開２００７−３０８８５４号公報特開２００４−９５４７号公報

したがって、本発明の課題は、繊維の分散が均一で、圧縮強度や曲げ強度等が高い超速硬コンクリートの製造方法等を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決する手段を種々検討したところ、下記の構成を有する超速硬コンクリートの製造方法等は、前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記の構成を有する超速硬コンクリートの製造方法等である。
［１］下記（Ａ）〜（Ｄ）工程を含む超速硬コンクリートの製造方法。
（Ａ）少なくとも、超速硬セメント、細骨材、および水をミキサに投入してモルタルを混練するモルタル混練工程
（Ｂ）前記混練が継続してなされているモルタル中に、繊維を連続して投入する繊維投入工程
（Ｃ）前記繊維の投入が継続してなされているモルタル中に、または繊維の投入が終了した後のモルタル中に、粗骨材を投入する粗骨材投入工程
（Ｄ）前記繊維の投入、または前記粗骨材の投入のうち、より遅く終了する方の投入が終了した後も、さらに続けてコンクリートの混練を行った後に、コンクリートを排出する、超速硬コンクリート混練・排出工程
［２］前記モルタルの混練開始時から前記コンクリートが排出されるまでの時間が６分以内である、前記［１］に記載の超速硬コンクリートの製造方法。
［３］前記繊維を連続して投入するための装置が繊維分散投入装置である、前記［１］または［２］に記載の超速硬コンクリートの製造方法。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の超速硬コンクリートの製造方法によって製造された超速硬コンクリートであって、混練後３時間の圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ、混練後３時間の曲げ強度が４．５Ｎ／ｍｍ^２以上である超速硬コンクリート。

本発明の超速硬コンクリートの製造方法によれば、繊維の分散が均一で、圧縮強度や曲げ強度が高い超速硬コンクリートを容易に製造することができる。

超速硬コンクリートの混練方法の一例を示す図であって、（ａ）は本発明の方法、（ｂ）は従来の方法を示す。

本発明の超速硬コンクリートの製造方法は、前記のとおり、（Ａ）モルタル混練工程、（Ｂ）繊維投入工程、（Ｃ）粗骨材投入工程、および（Ｄ）超速硬コンクリート混練・排出工程を含む方法である。以下に、前記各工程に分けて、本発明の製造方法等を詳細に説明する。

１．超速硬コンクリートの製造方法
（Ａ）モルタル混練工程
該工程は、少なくとも、超速硬セメント、細骨材、および水をミキサに投入してモルタルを混練する工程であり、これらの材料や混練について以下に説明する。
（１）超速硬セメント
超速硬セメントは、例えば、Ｃ₁₂Ａ₇（１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃）、Ｃ₃Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、Ｃ₁₁Ａ₇・ＣａＦ₂（１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂）、ＮＣ₈Ａ₃（Ｎａ₂Ｏ・８ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃）、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄）、ＣＡ（ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、ＣＡ₂（ＣａＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃）から選ばれる１種以上の鉱物を１５質量％以上含むセメントが挙げられる。これらの中でも、小野田ケミコ社製の「スーパージェットセメント」はアウインを１５〜３５質量％含むものであり、速硬性に優れ、凝結遅延剤による可使時間のコントロールが容易なために好ましい。
また、前記超速硬セメントの粉末度は、ブレーン比表面積で好ましくは３０００ｃｍ²／ｇ以上である。該値が３０００ｃｍ²／ｇ未満では速硬性が低い場合がある。なお、該値は、より好ましくは４０００ｃｍ²／ｇ以上、さらに好ましくは４５００ｃｍ²／ｇ以上であり、また、該値の上限はコストの面から８０００ｃｍ²／ｇである。
超速硬セメント量の単位量は、好ましくは３５０〜５５０ｋｇ／ｍ^３である。該値が３５０ｋｇ／ｍ^３未満では超速硬コンクリートの強度が低く、５５０ｋｇ／ｍ^３を超えると水和発熱が高くなり温度ひび割れが発生し易い。なお、該値は、より好ましくは４００〜５００ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは４２０〜４８０ｋｇ／ｍ^３である。

（２）細骨材
細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記細骨材は天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。
また、単位細骨材量は、好ましくは７００〜１０００ｋｇ／ｍ^３である。該値が７００ｋｇ／ｍ^３未満では超速硬コンクリートのワーカビリティが低く、また乾燥収縮が大きくなり、１０００ｋｇ／ｍ^３を超えると超速硬コンクリートの流動性が低下する。該値は、より好ましくは７５０〜９５０ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは８００〜９００ｋｇ／ｍ^３である。
また、細骨材率は、好ましくは４０〜６５％である。該値が４０％未満では超速硬コンクリートのワーカビリティが低下し、６５％を超えると所要のスランプを得るために単位水量が増加して、超速硬コンクリートの強度や耐久性が低下するおそれがある。なお、該値は、より好ましくは４５〜６０％、さらに好ましくは５０〜５５％である。

（３）水
水は、超速硬コンクリートの凝結や流動性等に影響を与えないものであれば用いることができる。かかる水として、水道水、下水処理水、生コンの上澄水などが挙げられる。
また、単位水量は好ましくは１５０〜２００ｋｇ／ｍ^３である。該値が１５０ｋｇ／ｍ^３未満では超速硬コンクリートの流動性が低く、２００ｋｇ／ｍ^３を超えると超速硬コンクリートの乾燥収縮が増大する傾向がある。なお、前記単位水量は、より好ましくは１６０〜１９０ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは１７０〜１８０ｋｇ／ｍ^３である。
また、水セメント比は好ましくは３０〜５０％である。該値が３０％未満では超速硬コンクリートの流動性が低く、５０％を超えると超速硬コンクリートの強度が低下するおそれがある。なお、前記水セメント比は、好ましくは３３〜４５％であり、より好ましくは３５〜４０％である。

（４）混練方法
前記モルタル混練工程において、超速硬セメント、細骨材、および水をミキサへ投入して混練する方法は、特に制限されないが、例えば、ミキサに、
(i）細骨材と水を投入して混練しながら、超速硬セメントを投入して混練する、
(ii）超速硬セメントと水を投入して混練しながら、細骨材を投入して混練する、
(iii）細骨材と超速硬セメントを投入して空練りしながら、水を投入して混練する、
(iv）超速硬セメント、細骨材、および水を一括して投入し混練する
等の方法が挙げられる。これらの中でも、(i)の方法は、混練のし易さの観点から好ましい。
また、前記ミキサは特に限定されず、強制水平二軸ミキサ、傾胴ミキサ、およびバッチャミキサ車等が挙げられる。

（Ｂ）繊維投入工程
該工程は、混練が継続してなされているモルタル中に、繊維を連続して投入する工程である。以下、繊維および投入方法について説明する。
（１）繊維
本発明において用いる繊維は、金属繊維および有機繊維から選ばれる１種以上である。
該金属繊維は、例えば、鋼繊維およびチタン繊維等が挙げられる。これらの中でも、材料コストの観点から鋼繊維が好ましい。該鋼繊維は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼やステンレス鋼等からなる鋼繊維を用いることができる。
また、有機繊維は、例えば、ビニロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、およびセルロース繊維等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、引張強度の観点ではアラミド繊維が、コストの観点ではビニロン繊維が好ましい。

超速硬コンクリート中の繊維の含有率は、好ましくは０．７体積％以上である。該値が０．７体積％未満では超速硬コンクリートの曲げ靱性が低下するおそれがある。なお、該値は、より好ましく０．７〜３．０体積％、さらに好ましくは０．８〜２．０体積％である。

前記繊維の投入開始時期は、モルタルの混練状況により必ずしも一律には規定できないが、繊維の分散や混練時間の短縮の観点から、好ましくは前記モルタルの混練開始時から１０〜３０秒、より好ましくは１０〜２０秒である。また、繊維の投入を開始してから終了するまでの時間は、繊維の均一分散を考慮すると、好ましくは３０〜１８０秒、より好ましくは４５〜１５０秒、さらに好ましくは６０〜１２０秒である。
また、繊維を連続して投入するための装置は、好ましくは繊維分散投入装置である。該装置は、振動により該装置内で繊維をほぐしながら投入できる装置であり、さらに好ましくは定量投入するための計量器も備えた装置であり、特に好ましくは小野田ケミコ社製の繊維分散投入装置である。

（Ｃ）粗骨材投入工程
該工程は、繊維の投入が継続してなされているモルタル中に、または繊維の投入が終了した後のモルタル中に、粗骨材を投入する工程である。
該粗骨材は、川砂利、山砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記粗骨材は天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。
また、単位粗骨材量は、好ましくは６００〜１０００ｋｇ／ｍ^３である。該値が６００ｋｇ／ｍ^３未満では超速硬コンクリートの耐久性や耐摩耗性が低下する場合があり、１０００ｋｇ／ｍ^３を超えると超速硬コンクリートのワーカビリティが低下する場合がある。なお、該値は、より好ましくは６５０〜９５０ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは７００〜９００ｋｇ／ｍ^３、特に好ましくは７５０〜８５０ｋｇ／ｍ^３である。

前記粗骨材の投入時期は、前記繊維の投入の場合と同様に、モルタルの混練状況により必ずしも一律には規定できないが、好ましくは前記モルタルの混練開始時から３０秒以降、より好ましくは４０秒以降、さらに好ましくは５０秒以降であり、超速硬モルタルの凝結を考慮すると、遅くとも前記モルタルの混練開始時から１２０秒後までである。
なお、粗骨材は、繊維の投入が継続してなされているモルタル中に投入することが好ましく、また、一度に投入することが好ましい。

（Ｄ）超速硬コンクリート混練・排出工程
該工程は、繊維および粗骨材の混合状態をより均一にするために、前記繊維の投入、または前記粗骨材の投入のうち、より遅く終了する方の投入が終了した後も、さらに続けてコンクリートの混練を行った後に、超速硬コンクリートを排出する工程である。
該混練時間は、特に制限されないが、繊維の分散や混練時間の短縮の観点から、好ましくは、前記繊維の投入、または前記粗骨材の投入のうち、より遅く終了する方の投入の終了時から１８０秒以内、より好ましくは１５０秒以内、さらに好ましくは１２０秒以内であり、少なくとも３０秒以上混練することが好ましい。また、本発明において、モルタルの混練開始から超速硬コンクリートが排出されるまでの時間は、好ましくは６分以内、より好ましくは５．５分以内、さらに好ましくは４分以内である。また、前記混練終了後は、速やかに超速硬コンクリートを排出するのが好ましい。

２．超速硬コンクリート
本発明の超速硬コンクリートは、本発明の製造方法により製造された超速硬コンクリートであって、混練後３時間の圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ、混練後３時間の曲げ強度が４．５Ｎ／ｍｍ^２以上である超速硬コンクリートである。本発明の製造方法により製造された超速硬コンクリートは、後記の実施例に示すように、高い強度発現性を有する。
また、本発明の超速硬コンクリートは、超速硬セメント、細骨材、水、繊維および粗骨材を必須成分として含むほかに、凝結遅延剤、減水剤、コンクリート用混和材等を任意成分として含んでもよい。次に、これらの任意成分について説明する。

（１）凝結遅延剤
凝結遅延剤は、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、ヘプトン酸、およびこれらの塩から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、クエン酸、ヘプトン酸、およびこれらの塩は、エトリンガイトの急激な生成を抑制することにより急結を防止できるため好ましい。また、前記の塩は、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩やカルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。
前記凝結遅延剤の配合割合は、超速硬セメント１００質量部に対し、好ましくは０．１〜３．０質量部（Ｃ×％）である。該値が０．１質量部未満では超速硬コンクリートの可使時間が短く、３．０質量部を超えると強度が低下する場合がある。また、該値は、より好ましくは０．３〜２．５質量部、さらに好ましくは０．５〜２．０質量部である。なお、前記凝結遅延剤は、粉体や水溶液のいずれの形態でも用いることができる。

（２）減水剤
減水剤は、例えば、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、または高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。これらの中でも、ナフタレンスルホン酸系、またはポリカルボン酸系の高性能減水剤および高性能ＡＥ減水剤は減水効果が大きいため好適である。
前記減水剤の配合割合は、超速硬セメント１００質量部に対して、固形分換算で好ましくは０．１〜４．０質量部（Ｃ×％）、より好ましくは０．２〜１．５質量部、特に好ましくは０．３〜１．２質量部である。該配合量が０．１質量部未満では、混練が困難になるとともに、超速硬コンクリートの流動性が低下するので、好ましくない。一方、該配合量が４．０質量部を超えると、超速硬コンクリートの強度発現性が低下するので、好ましくない。なお、前記減水剤は、粉体や水溶液のいずれの形態でも用いることができる。

（３）コンクリート用混和材
本発明の超速硬コンクリートは、超速硬コンクリートの耐久性の向上等を目的として、さらに高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石炭灰、シリカフューム、石灰石粉末等の混和材を含んでもよい。該混和材の含有量は、コンクリートの超速硬性が害されない範囲で選択することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
使用材料を表１に示す。

２．試験方法
（１）超速硬コンクリートの作製
前記材料を用い、表２に示す配合に従って超速硬コンクリートを作製した。
具体的には、図１の（ａ）に示すように、バッチャミキサ車内の強制水平二軸ミキサに、超速硬セメント、細骨材、および、減水剤と凝結遅延剤を溶かした水を一括して投入し混練しながら、該混練開始時から１０秒後に、小野田ケミコ社製の繊維分散投入装置を用いて繊維を６０〜１２０秒間かけて連続して投入した。また、前記混練開始時から５０秒後に、混練中の超速硬モルタルに粗骨材を一度に投入した。そして、繊維の投入終了後、さらに１８０秒間混練を続けた後に、超速硬コンクリートを排出した。
また比較のため、図１の（ｂ）に示すように、同じミキサに、超速硬セメント、細骨材、繊維、および、減水剤と凝結遅延剤を溶かした水を一括して投入して混練し、該混練開始時から５０秒後にさらに粗骨材を一度に投入し、さらに１３０秒間混練を続けた後に、超速硬コンクリートを排出した。

（２）圧縮強度、静弾性係数、曲げ強度、および曲げ靱性係数の試験方法
前記超速硬コンクリートは、φ１００ｍｍ×高さ２００ｍｍの円柱型枠に投入して材齢１日で脱型した後、材齢７日まで標準養生して、圧縮強度および静弾性係数試験用の供試体を作製した。
また、前記超速硬コンクリートは、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、長さ４００ｍｍの鋼製型枠に投入して材齢１日で脱型した後、材齢７日まで標準養生して、曲げ強度および曲げ靱性係数試験用の供試体を作製した。
次に、材齢７日の超速硬コンクリートの圧縮強度、静弾性係数、曲げ強度、および曲げ靱性係数は、それぞれ、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」、ＪＩＳＡ１１４９「コンクリートの静弾性係数試験方法」、ＪＩＳＡ１１０６「コンクリートの曲げ強度試験方法」、および、ＪＳＣＥ−Ｇ５５２−２０１０「鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法(案)」に準拠して求めた。これらの結果を表３に示す。

表３に示すように、実施例１〜４の圧縮強度、静弾性係数、曲げ強度、および曲げ靱性係数は、それぞれに対応する比較例である比較例１〜４の該物性値と比べ、いずれも高かった。また、記載していないが、別途試験した結果から、混練後３時間の実施例１〜４はすべて、圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上で曲げ強度が４．５Ｎ／ｍｍ^２以上であった。
したがって、本発明の超速硬コンクリートの製造方法によれば、圧縮強度や曲げ強度が高い超速硬コンクリートを容易に製造することができる。

Claims

下記（Ａ）〜（Ｄ）工程を含む超速硬コンクリートの製造方法。
（Ａ）少なくとも、超速硬セメント、細骨材、および水をミキサに投入してモルタルを混練するモルタル混練工程
（Ｂ）前記混練が継続してなされているモルタル中に、繊維を連続して投入する繊維投入工程
（Ｃ）前記繊維の投入が継続してなされているモルタル中に、または繊維の投入が終了した後のモルタル中に、粗骨材を投入する粗骨材投入工程
（Ｄ）前記繊維の投入、または前記粗骨材の投入のうち、より遅く終了する方の投入が終了した後も、さらに続けてコンクリートの混練を行った後に、コンクリートを排出する、超速硬コンクリート混練・排出工程
前記モルタルの混練開始時から前記コンクリートが排出されるまでの時間が６分以内である、請求項１に記載の超速硬コンクリートの製造方法。
前記繊維を連続して投入するための装置が繊維分散投入装置である、請求項１または２に記載の超速硬コンクリートの製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超速硬コンクリートの製造方法によって製造された超速硬コンクリートであって、混練後３時間の圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ、混練後３時間の曲げ強度が４．５Ｎ／ｍｍ^２以上である超速硬コンクリート。