JP2016124722A - 速硬コンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】従来の速硬コンクリートよりも良好な乾燥収縮特性を示し、かつ、短時間強度ならびに中長期強度の発現性に優れた速硬コンクリートを提供するものである。【解決手段】速硬性セメント混和材と、吸水性ポリマーと、凝結遅延剤とを含有する速硬コンクリート。また、前記速硬性セメント混和材がカルシウムアルミネート類を主成分とする混和材である速硬コンクリート。【選択図】なし

Description

本発明は速硬性を有するコンクリートに関する。

道路における緊急工事や一般工事の工期短縮などに、早期強度発現性を有する速硬コンクリートが使用されている。速硬コンクリートとして、太平洋セメント社製「ジェットセメント」（商品名）や住友大阪セメント社製「ジェットセメント」（商品名）等の超速硬セメントを使用したコンクリートが知られている。また、ポルトランドセメントにカルシウムアルミネート類、石膏等の混和剤を添加した超速硬コンクリート組成物に関する技術が提案されている（特許文献１）。しかしながら、このように製造される速硬コンクリートにおいては、耐久性の点で、普通コンクリートに比べやや劣る傾向にあり、耐久性の向上が求められている。

一方、自重の数百倍もの水を吸収する高吸水性樹脂（吸水性ポリマー）が知られており、コンクリートやモルタルのブリージング水の発生を抑制する目的で、コンクリートやモルタルに添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、吸水性ポリマーを配合したコンクリートでは、強度発現性の低下を招くこと、またコストパフォーマンス的にも特段の利点が得られないことから、コンクリートへの積極的な適用は進んでいないのが現状である。

特開平８−２７７１５６号公報 特開平４−３４９１５５号公報

本発明者らは、速硬コンクリートについて、耐久性の向上に関する検討する中で、保水性に富む吸水性ポリマーの添加効果について検討を行った。その結果、乾燥収縮の点で向上が見られたことに加え、吸水性ポリマーを用いた場合に一般のコンクリートでみられるような中長期強度の低下が、速硬コンクリートではみられないこと、かつ数時間材齢の強度発現性が向上するという予想外の知見が得られた。本発明は、係る知見に基づいてなされたものである。

したがって、本発明は、従来の速硬コンクリートよりも良好な乾燥収縮特性を示し、かつ、短時間強度ならびに中長期強度の発現性に優れた速硬コンクリートを提供するものである。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔３〕を提供するものである。
〔１〕セメントと、速硬性セメント混和材と、吸水性ポリマーと、凝結遅延剤とを含有する速硬コンクリート。
〔２〕前記速硬性セメント混和材がカルシウムアルミネート類を主成分とする混和材である〔１〕の速硬コンクリート。
〔３〕前記吸水性ポリマーが、セメント及び速硬性セメント混和材の合計量に対して０．２〜２質量％含有する〔１〕又は〔２〕の速硬コンクリート。

本発明によれば、従来の速硬コンクリートよりも良好な乾燥収縮特性を示し、かつ、短時間強度ならびに中長期強度の発現性に優れた速硬コンクリートが得られる。

本発明の速硬コンクリートは、必須成分として、セメントと、速硬性セメント混和材と、吸水性ポリマーと、凝結遅延剤とを含有する。さらに、前記速硬コンクリートは、骨材、及び水が用いられて構成される。本発明におけるコンクリートとしては、粗骨材を含まないモルタルも含まれる。本発明における速硬コンクリート（速硬モルタル）とは、６時間以内に硬化するコンクリート（モルタル）である。前記速硬性セメント混和材は、好ましくは、カルシウムアルミネート類を主成分とする混和材である。前記速硬コンクリートにおける前記吸水性ポリマー含有量が、好ましくは、前記セメント及び前記速硬性セメント混和材の合計量に対して０．２〜２質量％である。

本発明で用いられるセメントとしては、例えば普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントが挙げられる。前記ポルトランドセメントに、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム又は石灰石微粉末などが混合された各種の混合セメントが挙げられる。前記セメントの一種または二種以上のものが適宜用いられる。

本発明で用いられる骨材としては、特に制限されるものではなく、通常のコンクリートの製造に使用される骨材を何れも使用できる。例えば、川砂、海砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生骨材、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材などが挙げられる。

本発明では速硬性セメント混和材が用いられる。速硬性セメント混和材の使用によって、コンクリートは、必要な初期強度が発現する。具体的には、材齢６時間以内に硬化し、材齢１２時間での圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上である。２４Ｎ／ｍｍ^２未満の場合、緊急工事や一般工事の工期短縮などの要請に答える速硬コンクリートとしての品質が満足でき難い。

速硬性セメント混和材としては、例えばカルシウムアルミネート類、アルミン酸ナトリウム、仮焼明礬を含む明礬類、活性アルミナ、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム等の急硬性物質の群の中から選ばれる一種又は二種以上を主成分とするものが挙げられる。特に好ましい速硬性セメント混和材は、カルシウムアルミネート類を主成分としたものである。速硬性セメント混和材は、好ましくは、粉体状である。

カルシウムアルミネート類には、ＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｎａ_２ＯをＮ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、Ｃ_３Ａ，Ｃ_２Ａ，Ｃ_１２Ａ_７，Ｃ_５Ａ_３，ＣＡ，Ｃ_３Ａ_５又はＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_２ＡＦ，Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶又は置換したＣ_３Ａ_３・ＣａＦ_２やＣ_１１Ａ_７・ＣａＦ_２等と表示されるカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート、Ｃ_８ＮＡ_３やＣ_３Ｎ_２Ａ_５等と表示されるカルシウムナトリウムアルミネート、カルシウムリチウムアルミネート、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４）等のカルシウムサルホアルミネート、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ_２，Ｋ_２Ｏ，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。

速硬性セメント混和材には、上記の急硬性物質以外にも、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等が適宜併用される。硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられた場合、強度発現性が高まることから好ましい。

速硬性セメント混和材には、この他にも、本発明の特長が損なわれない範囲で、必要に応じて、各種添加材（剤）が併用されてもよい。この種の添加材（剤）としては、例えば減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等のセメント分散剤、速硬性を有してない水硬性セメント、強度促進材、再乳化粉末樹脂、発泡剤、起泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、消泡剤等が挙げられる。

セメント分散剤が併用されることは好ましい。セメントと速硬性セメント混和材との合計量に対して、０．０２〜２質量％のセメント分散剤が併用された場合、速硬性セメント混和材混練後のコンクリートのコンシステンシーが添加前のコンクリートのコンシステンシーより高まることから好ましい。

セメント分散剤としては、例えばポリカルボン酸系、メラミンスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系の分散剤などが挙げられる。比較的少ない使用量で優れた流動性を確保でき、かつ、速硬性を阻害しない点から、ポリカルボン酸系の分散剤が好ましい。粉体状の速硬性セメント混和材に事前混合して使用される場合、セメント分散剤も粉末状であることが好ましい。

速硬性セメント混和材の配合量は、好ましくは、セメント１００質量部に対して、１０〜１００質量部である。より好ましくは、２０質量部以上である。より好ましくは、７０質量部以下である。１００質量部を越えて多くなり過ぎた場合、コンクリートのコンテステンシーが低下する。また、速硬コンクリートの可使時間が十分確保できなくなり、製造後から打設可能な時間が短くなる。これに加えて、長期強度発現性も低下する傾向が有る。逆に、１０質量部未満の少な過ぎた場合には、速硬性を十分に付与できない。

本発明では吸水性ポリマーが用いられる。好ましくは、粉末形態で吸水性ポリマーが用いられる。速硬コンクリートに吸水性ポリマーを組み合わせて使用することにより、乾燥収縮率が低減されることに加え、時間材齢における強度発現性が向上する。さらに、その後の中長期強度の発現性も良好であり、耐久性にも優れたコンクリートが得られる。

前記吸水性ポリマーの種類としては、例えば、アクリル酸系、デンプン／アクリル酸系、マレイン酸系、セルロース系やポリビニルアルコール系などのものが挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中では、特にアクリル酸系のものが好ましい。
前記吸水性ポリマーの含有量は、好ましくは、セメントと速硬性セメント混和材との合計量に対して、０．２〜２質量％である。より好ましくは０．３〜１質量％である。吸水性ポリマーの配合量が０．２質量部％未満の少な過ぎた場合は、乾燥収縮の低減効果ならびに強度発現の促進効果を十分に付与できない。逆に、２質量％を超えて多くなり過ぎた場合は、未添加品に比べても強度が低下するため好ましくない。また、コンクリートのコンシステンシーが低下するため好ましくない。

本発明では、凝結遅延剤も必須成分である。凝結遅延剤の添加によって、速硬コンクリートとしての可使時間が調製される。本発明の速硬コンクリートにおいて、速硬性セメント混和材投入・混練後の可使時間が、例えば２０分以上（より好ましくは６０分以上）になるように調製される。すなわち、凝結遅延剤の添加によって、コンクリート可使時間が所望時間（例えば２０分以上（より好ましくは６０分以上））になるように調製される。より具体的には、凝結遅延剤中の有効成分（固形成分）量が、セメントと速硬性セメント混和材との合計量に対して、０．０５〜２質量％である。可使時間が２０分以上としたのは次の理由である。２０分未満では、その後の速硬性セメント混和材の混練工程を経て、施工現場において、速硬コンクリートを打設するのに十分な時間を確保でき難い。コンクリートの凝結・硬化が始まり、工事に支障が生じる虞が有る。６０分以上の可使時間が確保されると、殆どの施工現場において、良好な品質を有する速硬コンクリートの打設を支障なく行うことが出来る。

本発明で用いられる凝結遅延剤は、水硬性セメントの凝結に遅延作用を及ぼすものであれば良い。速やかに混合可能である点から、液状タイプのものが望ましい。このような凝結遅延剤の具体例としては、例えばクエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸などの有機酸またはその塩、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩、糖類などの群の中から選ばれる一種又は二種以上を含む液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）が挙げられる。中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、アルカリ金属炭酸塩の群の中から選ばれる一種又は二種以上を含む水溶液が好ましい。

本発明における速硬コンクリートには前記成分の他にも、必要に応じて、本発明の特長が損なわない程度において、各種混和剤（材）が用いられる。例えば、増粘剤、膨張材、収縮低減剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤、各種繊維、シリカフュームやフライッシュ等のポゾラン微粉末、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末等の石粉等が挙げられる。

本発明における速硬コンクリートの製造方法としては、例えば、ベースコンクリート（ベースモルタル）に、吸水性ポリマー、凝結遅延剤及び速硬性セメント混和材が、添加・混練されることによって製造される。吸水性ポリマーは、好ましくは、速硬性セメント混和材及び凝結遅延剤が添加・混練された後に、添加・混練される。更に好ましくは、まず凝結遅延剤が添加・混練された後に、速硬性セメント混和材が添加・混練され、最後に吸水性ポリマーが添加・混練される。

以下、更に具体的な説明が行われる。但し、本発明は以下の説明に限定されるものではない。

［使用材料］
（１）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度；３．１６ｇ／ｃｍ^３）
（２）速硬性セメント混和材：カルシウムアルミネート系急硬材（硫酸塩及び０．２７質量％のポリカルボン酸系セメント分散剤を含有）
（３）吸水性ポリマー：アクリル酸系「Ｓｔａｒｖｉｓ Ｓ ５５１４Ｆ」（ＢＡＳＦジャパン社製）
（４）凝結遅延剤：クエン酸系遅延剤
（５）セメント分散剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤「コアフローＮＦ−２００」（太平洋マテリアル社製）
（６）細骨材：標準砂

［モルタル配合］
試験を行った４種類のモルタル配合を表１に示す。
配合は、実施例として、（１）吸水性ポリマーを添加した速硬モルタル、比較例として、（２）吸水性ポリマー無添加の速硬モルタル（比較例１）、（３）吸水性ポリマーを添加した普通モルタル（比較例２）、（４）吸水性ポリマー無添加の普通モルタル（比較例３）である。
速硬モルタルについては、可視時間が６０分以上確保できるよう、凝結遅延剤の添加量を設定した。

表中の記号「Ｗ」、「Ｃ」、「Ｆ」、「Ｓ」、「ＳＡＰ」、「Ｒ」及び「ＳＰ」は、それぞれ水、セメント、速硬性セメント混和材、砂、吸水性ポリマー、凝結遅延剤及びセメント分散剤を表す。
吸水性ポリマー、凝結遅延剤及びセメント分散剤の添加量は、いずれもセメントと速硬性セメント混和材の合計量に対する質量比（％）で示す。

［モルタルの製造］
上記材料を使用し、表１に示す配合にて、速硬モルタル及び普通モルタルを作製した。吸水性ポリマーを用いない配合では、使用する材料をすべてモルタルミキサに投入し、３分間混練した。また、吸水性ポリマーを用いる配合では、吸水性ポリマー以外の材料をモルタルミキサに投入して３分間混練し、その後、吸水性ポリマーを投入して１分間混練して、試験に供するモルタルを得た。

［評価試験］
今回行った評価試験の試験方法を以下に示す。
（１）圧縮強度
モルタルの圧縮強度は、日本工業規格のＪＩＳ Ｒ ５２０１「モルタルの物理試験方法」に準拠して測定した。
（２）長さ変化
モルタルの長さ変化は、日本工業規格のＪＩＳ Ａ １１２９「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠して測定した。
（３）凍結融解抵抗性
モルタルの凍結融解抵抗性は、日本工業規格のＪＩＳ Ａ １１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」のＡ法に準拠して測定した。ただし、供試体寸法について断面は正方形で、その一辺の長さを４０ｍｍとし、供試体の長さは１６０ｍｍとした。また、測定項目に関しては質量変化のみとした。
（４）促進中性化
モルタルの中性化は、日本工業規格のＪＩＳ Ａ １１５３「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して測定した。ただし、供試体寸法について断面は正方形で、その一辺の長さを４０ｍｍとし、供試体の長さは１６０ｍｍとした。
（５）塩分浸透深さ
モルタルの塩分浸透深さは、日本工業規格のＪＩＳ Ａ １１７１「ポリマーセメントモルタルの試験方法」に準拠して測定した。ただし、供試体寸法について断面は正方形で、その一辺の長さを４０ｍｍとし、供試体の長さは１６０ｍｍとした。

［試験結果］
試験結果を、表２及び表３に示す。表２から分かるとおり、速硬モルタルに吸水性ポリマーを添加した場合、３時間材齢から強度発現性が良好であり、７日、２８日材齢においても高い強度発現性が維持されている。一方、普通モルタルに吸水性ポリマーを添加した場合は、従来の知見通り強度発現性が低下していることが分かる。
また、表３から分かるとおり、吸水性ポリマーを添加することによって、長さ変化率が小さくなっており、乾燥収縮が低減されている。また、凍結融解抵抗性については普通モルタルに吸水性ポリマーを添加した場合、従来の知見通り、性能の低下が確認されたが、速硬モルタルに添加した場合は３００サイクルまで同様の性能が維持されており、性能の低下は確認されなかった。中性化深さ及び塩分浸透深さについては、普通モルタル、速硬モルタルとも、吸水性ポリマーの添加の有無による明らかな差異は認められなかった。

Claims (3)

1. セメントと、速硬性セメント混和材と、吸水性ポリマーと、凝結遅延剤とを含有することを特徴とする速硬コンクリート。
2. 前記速硬性セメント混和材がカルシウムアルミネート類を主成分とする混和材であることを特徴とする請求項１に記載の速硬コンクリート。
3. 前記吸水性ポリマーが、セメント及び速硬性セメント混和材の合計量に対して０．２〜２質量％含有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の速硬コンクリート。