JP2015142964A - 超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便かつ低コストに超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げを行う超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法を提供することを目的とする。【解決手段】高強度繊維補強コンクリートを型枠に流し込み養生する第１工程と、前記超高強度繊維補強コンクリートの表面に先端部が錘体形状をした硬度計を接触させ、貫入抵抗値を測定する第２工程と、前記貫入抵抗値が所定の範囲を示す時期に前記超高強度繊維補強コンクリートの表面を仕上げる第３工程とを含むことを特徴とする超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法である。【選択図】 図５
Description
本発明は、超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法に関する。
近年、構造部材の軽量化、鉄筋使用量の削減などの要求に伴い、圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強度８．８Ｎ／ｍｍ２以上、ひび割れ発生強度８．０Ｎ／ｍｍ２以上の超高強度材料が提案されている。
超高強度繊維補強コンクリートは、高強度・高耐久といった性能を発揮するため、通常のコンクリートよりも多くの結合材が使用されている。このため、使用される環境温度によってその硬化速度も大きく影響される。超高強度繊維補強コンクリートを熟知した技術者であれば製造や施工は容易だが、未だ多く普及していないため本コンクリートに精通した技術者が少ないのが現状である。特に打込み後の表面仕上げ時期は、環境温度に大きく影響され、一般的なコンクリートとは異なり、技術者の感覚のみでは判断できない。これまで、コンクリートの表面仕上げ時期判定方法には、予めコンクリート中に埋め込んだ電極の電気抵抗を測定し、その変化から表面仕上げ時期を判定する方法が提案されている（特許文献１）。
超高強度繊維補強コンクリートは、高強度・高耐久といった性能を発揮するため、通常のコンクリートよりも多くの結合材が使用されている。このため、使用される環境温度によってその硬化速度も大きく影響される。超高強度繊維補強コンクリートを熟知した技術者であれば製造や施工は容易だが、未だ多く普及していないため本コンクリートに精通した技術者が少ないのが現状である。特に打込み後の表面仕上げ時期は、環境温度に大きく影響され、一般的なコンクリートとは異なり、技術者の感覚のみでは判断できない。これまで、コンクリートの表面仕上げ時期判定方法には、予めコンクリート中に埋め込んだ電極の電気抵抗を測定し、その変化から表面仕上げ時期を判定する方法が提案されている（特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に記載されている表面仕上げ時期の判定方法では、設備が大がかりであること、操作が煩雑であること、必ず電源が必要なこと、超高強度繊維補強コンクリートの場合、センサを埋殺すとセンサとコンクリート界面やセンサ自体が欠陥となる恐れがある。
そこで、本発明は上記問題点を解決し、簡便かつ低コストに超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げを行う超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は上記問題点を解決し、簡便かつ低コストに超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げを行う超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、特定形状の硬度計を接触させ貫入抵抗値を測定し、貫入抵抗値が所定の値を示す時期に前記超高強度繊維補強コンクリートの表面を仕上げることで、簡便かつ低コストで表面仕上げ状態が良好な表面仕上げ方法が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、超高強度繊維補強コンクリートを型枠に流し込み養生する第１工程と、前記超高強度繊維補強コンクリートの表面に先端部が錘体形状をした硬度計を接触させ、貫入抵抗値を測定する第２工程と、前記貫入抵抗値が所定の値を示す時期に前記超高強度繊維補強コンクリートの表面を仕上げる第３工程とを含む、超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法に関する。この方法によれば、施工業者の熟練度に影響されず、簡便な方法で、精度の高い表面仕上げを行うことが可能である。
また、本発明は、前記貫入抵抗値の所定の値が０．５〜４．０Ｎ／ｍｍ２である、超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法に関する。この範囲であれば、より精度の高い表面仕上げが可能となる。
本発明によれば、施工業者の熟練度に影響されず、簡便な方法で、精度の高い表面仕上げを行うことが可能な超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
本発明は、超高強度繊維補強コンクリートを型枠に流し込み養生する第１工程と、前記超高強度繊維補強コンクリートの表面に先端部が錘体形状をした硬度計を接触させ、貫入抵抗値を測定する第２工程と、前記貫入抵抗値が所定の値を示す時期に前記超高強度繊維補強コンクリートの表面を仕上げる第３工程とを含む、超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法である。
本発明の第１工程で使用する型枠は、金属製や木製の型枠等が挙げられる。
養生には、屋外での常温養生、管理された温度制御養生および保温養生、コンクリート製品工場で実施される給熱養生等が挙げられる。
養生には、屋外での常温養生、管理された温度制御養生および保温養生、コンクリート製品工場で実施される給熱養生等が挙げられる。
本発明に関わる超高強度繊維補強コンクリートとは、土木学会 コンクリートライブラリー１１３「超高強度繊維補強コンクリートの設計・施工指針（案）」で規定される、圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２以上、ひび割れ発生強度が４Ｎ／ｍｍ２以上、引張強度が５Ｎ／ｍｍ２以上を示す繊維補強を行ったセメント質複合材をいう。
第２工程で使用する硬度計は、先端部が錘体形状をしており、円錐状または角錘状であることが好ましい。円錐状の中でも、ＪＨＳ規格（日本道路公団試験規格ＪＨＳ ６０１「土壌硬度試験方法」）で規定される土壌硬度計が、本発明の表面仕上げ方法を適用する上でより好ましい。土壌硬度計の中でも山中式土壌硬度計がより好ましい。
山中式土壌硬度計を使用して貫入抵抗値を測定する際は、ＪＨＳ ６０４「土壌貫入試験方法」に準じて測定する。
山中式土壌硬度計を使用して貫入抵抗値を測定する際は、ＪＨＳ ６０４「土壌貫入試験方法」に準じて測定する。
第３工程で超高強度繊維補強コンクリートの表面を仕上げる時期は、貫入抵抗値が所定の値を示す時期である。所定の値とは貫入抵抗値が０．５〜４．０Ｎ／ｍｍ２となった時期が好ましく、より好ましくは０．７〜３．０Ｎ／ｍｍ２、更に好ましくは０．９〜２．０Ｎ／ｍｍ２となった時期である。これらの時期に表面仕上げを行うと、仕上げコテに超高強度繊維補強コンクリートが付着しないため仕上げがし易く、また、内部の硬化も適度に進んでいることから、表面仕上げ中にひび割れが生じる恐れがない。また適度な硬化が得られる状態であるため、仕上げコテで表面の凹凸や気泡痕等が除去し易く、より良い表明仕上げが行える。
表面を仕上げる方法は、金属ゴテや木ゴテ等で平滑にする方法や表面仕上げ用のバイブレータ等で平滑性を付与する方法が挙げられる。
表面を仕上げる方法は、金属ゴテや木ゴテ等で平滑にする方法や表面仕上げ用のバイブレータ等で平滑性を付与する方法が挙げられる。
本発明の対象とする超高強度繊維補強コンクリートの材料構成は、セメント、シリカフューム、無機質微粉末、細骨材、減水剤、水及び繊維を含むことが、本発明の表面仕上げ方法を適用する上で好ましい。
セメントは普通セメント、早強セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント、低熱セメント、耐硫酸塩セメント、油井セメント等を使用することが出来る。セメントのブレーン比表面積は２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３１００〜３５００ｃｍ２／ｇである。これらの範囲であれば、本発明の表面仕上げ方法を適用した場合に、適用しない場合に比べ、本発明の効果をより発揮出来る。
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に、発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１５〜２５ｍ２／ｇ、より好ましくは１６〜２２ｍ２／ｇ、更に好ましくは１７〜２１ｍ２／ｇ、平均粒子径は０．０５〜２．０μｍ、好ましくは０．１０〜１．５０μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。これらの範囲であれば、本発明の表面仕上げ方法を適用した場合に、適用しない場合に比べ、本発明の効果をより発揮出来る。
また、無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、細骨材の微粒分を補う目的で配合され、超高強度繊維補強コンクリートの流動性を改善することができる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることが更に好ましい。これらの範囲であれば、本発明の表面仕上げ方法を適用した場合に、適用しない場合に比べ、本発明の効果をより発揮出来る。
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。なお、細骨材の粒度は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過するものが好ましい。粗粒率は１．５〜４．０、好ましくは２．０〜３．５、より好ましくは２．５〜３．０である。これらの範囲であれば、本発明の表面仕上げ方法を適用した場合に、適用しない場合に比べ、本発明の効果をより発揮出来る。
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。これらの範囲であれば、本発明の表面仕上げ方法を適用した場合に、適用しない場合に比べ、本発明の効果をより発揮出来る。
繊維は、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等の金属繊維や、炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン、ポリプロピレン等の有機繊維等が挙げられる。このような高張力繊維を用いることで、モルタル組成物に高いじん性および引張強度を付与することができる。高張力繊維を使用する場合の密度は１〜２０ｇ／ｃｍ３、好ましくは３〜１５ｇ／ｃｍ３、より好ましくは５〜１０ｇ／ｃｍ３である。
また、前記セメント１００質量部に対して、シリカフューム３〜３０質量部、好ましくは５〜２０質量部、より好ましくは１０〜１８質量部、無機質微粉末５〜５０質量部、好ましくは１０〜４０質量部、より好ましくは２０〜３０質量部、細骨材５〜５０質量部、好ましくは１０〜４０質量部、より好ましくは２０〜３０質量部、減水剤０．１〜５質量部、好ましくは０．５〜４質量部、より好ましくは１〜３質量部、水５〜３０質量部、好ましくは７〜２０質量部、より好ましくは１０〜１８質量部、及び鋼繊維１〜３０質量部、好ましくは1〜２０質量部、より好ましくは１〜１５質量部を含む。これらの範囲であれば、本発明の表面仕上げ方法を適用した場合に、適用しない場合に比べ、本発明の効果をより発揮出来る。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
１．超高強度繊維補強コンクリートの製造
（１）使用材料
試験体の製造には以下の材料を用いた。
・セメント（ブレーン比表面積：３３００ｃｍ２／ｇ）
・シリカフューム（平均粒径：０．２３μｍ）
・無機質微粉末：石灰石粉（ブレーン比表面積：３８５０ｃｍ２／ｇ）
・細骨材（粒径５ｍｍ以下、粗粒率：２．８１）
・減水剤（ポリカルボン酸系高性能減水剤）
・水（上水道水）
・鋼繊維（密度７．８５ｇ／ｃｍ３）
（２）調合および練混ぜ
上記材料をセメント１００質量部に対してシリカフュームを１４質量部、細骨材を２５質量部、石灰石微粉末を２６質量部、混和剤を２質量部、水を１７質量部の割合で混合し、強制二軸ミキサで練混ぜてモルタルを製造した。鋼繊維は練りあがったモルタルにほぐしながらセメント１００質量部に対して１２質量部添加したものと、添加してないものの２種類を製造した。
（３）試験体の成形
上記の方法で製造したモルタルを縦２０×横２０×高さ５ｃｍ、縦２０×横２０×高さ１０ｃｍ、縦２０×横２０×高さ２０ｃｍの３種類の型枠に流し込み評価用試験体を成形した。
（４）試験体の養生
上記の試験体は温度２０℃、湿度６０％の恒温室で養生した。
（１）使用材料
試験体の製造には以下の材料を用いた。
・セメント（ブレーン比表面積：３３００ｃｍ２／ｇ）
・シリカフューム（平均粒径：０．２３μｍ）
・無機質微粉末：石灰石粉（ブレーン比表面積：３８５０ｃｍ２／ｇ）
・細骨材（粒径５ｍｍ以下、粗粒率：２．８１）
・減水剤（ポリカルボン酸系高性能減水剤）
・水（上水道水）
・鋼繊維（密度７．８５ｇ／ｃｍ３）
（２）調合および練混ぜ
上記材料をセメント１００質量部に対してシリカフュームを１４質量部、細骨材を２５質量部、石灰石微粉末を２６質量部、混和剤を２質量部、水を１７質量部の割合で混合し、強制二軸ミキサで練混ぜてモルタルを製造した。鋼繊維は練りあがったモルタルにほぐしながらセメント１００質量部に対して１２質量部添加したものと、添加してないものの２種類を製造した。
（３）試験体の成形
上記の方法で製造したモルタルを縦２０×横２０×高さ５ｃｍ、縦２０×横２０×高さ１０ｃｍ、縦２０×横２０×高さ２０ｃｍの３種類の型枠に流し込み評価用試験体を成形した。
（４）試験体の養生
上記の試験体は温度２０℃、湿度６０％の恒温室で養生した。
２．貫入抵抗値の測定
（１）貫入抵抗値の測定機器
次に、準備した超高強度繊維補強コンクリート試験体の表面の貫入抵抗値の測定を行った。測定に使用したのは山中式土壌硬度計である。その性能を下表に示す。山中式土壌硬度計とは日本道路公団規格のＪＨＳ ６０１「土壌硬度試験方法」に規定される土壌硬度計である。図１に山中式土壌硬度計を撮影した写真を示す。
（１）貫入抵抗値の測定機器
次に、準備した超高強度繊維補強コンクリート試験体の表面の貫入抵抗値の測定を行った。測定に使用したのは山中式土壌硬度計である。その性能を下表に示す。山中式土壌硬度計とは日本道路公団規格のＪＨＳ ６０１「土壌硬度試験方法」に規定される土壌硬度計である。図１に山中式土壌硬度計を撮影した写真を示す。
また、比較としてスプリング式プロクター貫入試験機を使用して貫入抵抗値の測定を行った。スプリング式プロクター貫入試験機とはＪＩＳ Ａ １１４７「コンクリートの凝結試験方法」に規定されるコンクリートの貫入抵抗を測定する試験機である。図２にスプリング式プロクター貫入試験機を撮影した写真を示す。
（２）コンクリート表面硬度の測定
次に、上述した山中式土壌硬度計を用い、日本道路公団規格ＪＨＳ ６０１「土壌硬度試験方法」に準じて、超高強度繊維補強コンクリートの硬度を測定した。測定は試験体表面の異なる箇所３点を任意に選び、コンクリートを作成する際の注水後から、６時間、７時間１５分、８時間３０分、８時間５５分、９時間１０分の各時間経過後に測定した。なお、９時間１０分経過した時点で、コンクリートの表面はほぼ硬化した。
次に、上述した山中式土壌硬度計を用い、日本道路公団規格ＪＨＳ ６０１「土壌硬度試験方法」に準じて、超高強度繊維補強コンクリートの硬度を測定した。測定は試験体表面の異なる箇所３点を任意に選び、コンクリートを作成する際の注水後から、６時間、７時間１５分、８時間３０分、８時間５５分、９時間１０分の各時間経過後に測定した。なお、９時間１０分経過した時点で、コンクリートの表面はほぼ硬化した。
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、硬度計の指標を０に戻し、測定面に対して硬度計を正しく垂直に立て、突き当てツバが完全に測定面に接触するまで、徐々に円錐体を圧入する。その際、突き当てツバと測定面の間に隙間が空かないように注意した。レキに突き当たった場合は、そこを避けて測定し直す。円錐体が完全に圧入したら、硬度計を静かに抜き取り、指標の示す位置の目盛を読み取る。その値を用いて、硬度計に付属している硬度指数と支持力強度との対照表か貫入抵抗値を算出する。
測定結果を表３に示す。また、経過時間と貫入抵抗値の関係を示したグラフを図３に示す。なおグラフ中の各プロットは表３の測定結果の平均値を採用した。図３より、注水後からの経過時間と貫入抵抗値とは曲線的な関係にあることがわかる。
各貫入抵抗値を示した時期に金ゴテで表面仕上げを行った際の評価結果を表４に示す。貫入抵抗値が０．５〜４．０Ｎ／ｍｍ２に達した時期に表面仕上げを行うと、仕上げコテに超高強度繊維補強コンクリートが付着しないため仕上げがし易く、また、内部の硬化も適度に進んでいることから、表面仕上げ中にひび割れが生じる恐れがなかった。また適度な硬化が得られる状態であるため、仕上げコテで表面の凹凸や気泡痕等が除去し易く、より良い表面仕上げが行えることがわかった。
同様に、スプリング式プロクター貫入試験機を用いて、超高強度繊維補強コンクリートの表面硬度を測定した。測定方法は、ＪＩＳ Ａ １１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に準じて測定した。具体的には、試料の硬化状態に応じて適切な断面積をもつ貫入針（断面積：１００ｍｍ２、５０ｍｍ２、２５ｍｍ２）を選び、貫入抵抗試験機に取り付け、貫入針を試料中に注意深く鉛直下方に２５ｍｍ貫入させた。貫入の深さは、貫入針につけた刻印で確かめ、貫入に有する時間は約１０秒とし、貫入試験を行った時刻及び貫入に要した力（Ｎ）を装置から読み取って記録した。貫入に要した力（Ｎ）を用いた貫入針の断面積（ｍｍ２）で除し、四捨五入によって、小数点１けたに丸め、貫入抵抗値とした。
測定結果を表３に示す。また、経過時間と貫入抵抗値の関係を示したグラフを図４に示す。なおグラフ中の各プロットは表３の測定結果の平均値を採用した。図４より、スプリング式プロクター貫入試験機でも、経過時間と貫入抵抗値とは曲線的な関係にあることがわかる。
（３）試験方法の比較
両試験機器を比較すると、表３及び図５より、スプリング式プロクター貫入試験機の場合、繊維入りモルタルを測定した場合の測定値の変動係数の平均値が山中式硬度計よりも大きくなっていることがわかる。具体的には、高さ５ｃｍの試験体の場合、スプリング式プロクター貫入試験機は０．３２（０．３８、０．２９、０．３４、０．２８の平均）に対し、山中式土壌硬度計は０．１５、高さ１０ｃｍの試験体の場合、各々０．３８、０．１２、高さ２０ｃｍの試験体の場合、各々０．４５、０．１９となっている。
両試験機器を比較すると、表３及び図５より、スプリング式プロクター貫入試験機の場合、繊維入りモルタルを測定した場合の測定値の変動係数の平均値が山中式硬度計よりも大きくなっていることがわかる。具体的には、高さ５ｃｍの試験体の場合、スプリング式プロクター貫入試験機は０．３２（０．３８、０．２９、０．３４、０．２８の平均）に対し、山中式土壌硬度計は０．１５、高さ１０ｃｍの試験体の場合、各々０．３８、０．１２、高さ２０ｃｍの試験体の場合、各々０．４５、０．１９となっている。
この理由は、山中式土壌硬度計の場合、貫入部位が円錐形のため接触部の単位面積当たりの内部繊維量の影響を受けにくいのに対し（図６）、スプリング式プロクター貫入試験機の場合、貫入部位が円筒形のため、接触部の単位面積当たりの繊維量の影響を受けやすく（図７）、測定箇所に偏って繊維が存在するかどうかで貫入抵抗値が変動するからと推察される。両試験器の単位面積当たりの繊維量の影響の受けやすさは、鋼繊維有りと鋼繊維無しのモルタルの貫入抵抗値の差を比較すれば明らかで、山中式土壌硬度計に比べ、スプリング式プロクター貫入試験機の方が、抵抗値の差が大きく、抵抗値自体もスプリング式プロクター貫入試験機の方が大きい（図８、９）。
以上のように、山中式土壌硬度計を使用して貫入抵抗値を測定し、その貫入抵抗値が特定の範囲を示す時期に表面仕上げを行えば、超高強度繊維補強コンクリートという特殊なコンクリートであっても施工技術者の感覚に依存することなく、良好な表面仕上げを行える。
以上のように、山中式土壌硬度計を使用して貫入抵抗値を測定し、その貫入抵抗値が特定の範囲を示す時期に表面仕上げを行えば、超高強度繊維補強コンクリートという特殊なコンクリートであっても施工技術者の感覚に依存することなく、良好な表面仕上げを行える。
Claims (8)
- 超高強度繊維補強コンクリートを型枠に流し込み養生する第１工程と、
前記超高強度繊維補強コンクリートの表面に先端部が錘体形状をした硬度計を接触させ、貫入抵抗値を測定する第２工程と、
前記貫入抵抗値が所定の値を示す時期に前記超高強度繊維補強コンクリートの表面を仕上げる第３工程とを含むことを特徴とする超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。 - 前記錘体形状が円錐状または角錘状である、請求項１記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
- 前記硬度計が土壌硬度計である、請求項１又は２記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
- 前記貫入抵抗値の所定の値が０．５〜４．０Ｎ／ｍｍ２である、請求項１〜３の何れか１項記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
- 前記超高強度繊維補強コンクリートは、セメント、シリカフューム、無機質微粉末、細骨材、減水剤、水及び繊維を含む、請求項１〜４の何れか１項記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
- 前記無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である、請求項１〜５の何れか１項記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
- 前記セメント１００質量部に対して、前記シリカフューム５〜３０質量部、前記無機質微粉末５〜５０質量部、前記細骨材５〜５０質量部、前記減水剤０．１〜５質量部、前記水５〜３０質量部及び前記繊維１〜３０質量部を含む、請求項５又は６記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
- 前記繊維は、金属繊維及び／又は有機繊維である、請求項５〜７の何れか１項記載の超高強度繊維補強コンクリートの表面仕上げ方法。
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