JP2016160161A - 水硬性組成物及び耐熱構造物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、ポリプロピレン繊維、水、及び、減水剤を含む水硬性組成物。細骨材及び粗骨材を構成する各火成岩としては、玄武岩または安山岩を用いることが好ましい。
【選択図】なし
Description
このため、これらの熱源の周辺の構造物に用いられるコンクリート等の水硬性組成物には、優れた耐熱性が求められている。
耐熱性に優れた水硬性組成物として、特許文献1には、固体へ焼結させた石炭フライアッシュを含むコンクリート混合物に、耐火性を高めるためにプラスチック繊維を使用することを特徴とする耐火性を高めたコンクリート混合物が記載されている。
また、特許文献2には、コンクリートあるいはモルタルに、鋼繊維と、合成高分子材料からなる繊維及び/又はビーズとが添加されてなることを特徴とする高靭性・高耐火性のセメント配合体が記載されている。
一方、コンクリート等の水硬性組成物に配合するための繊維として、ポリプロピレン繊維等が知られている。例えば、特許文献3には、ポリプロピレン系合成樹脂フィラメントであり、個々のフィラメントが分離可能に連結した連糸形状テープの短繊維からなるセメント強化用ポリプロピレン繊維が記載されている。
一方、焼却炉や、工場におけるヒーター等の熱源の周辺等において、高温(例えば、摂氏数百度程度)と低温(例えば、気温と同じ温度)を繰り返し、かつ、このような状況が長期に亘る場合がある。このような場合において、爆裂や強度低下等の劣化が起こりにくい水硬性組成物があれば、好都合である。
そこで、本発明は、周辺の温度が高温と低温を繰り返し、かつ、このような状況が長期に亘る場合において、爆裂や強度低下等の劣化が起こりにくい、耐熱性に優れた水硬性組成物を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[5]を提供するものである。
[1] ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、ポリプロピレン繊維、水、及び、減水剤を含むことを特徴とする水硬性組成物。
[2] 上記細骨材及び上記粗骨材を構成する各火成岩が、玄武岩または安山岩である前記[1]に記載の水硬性組成物。
[3] 上記ポリプロピレン繊維は、直径が20dtex以下でかつ長さが24mm以下であるフィラメントの5〜100本が、連糸形状を有して、分離可能な連結部で接合されてなるものである前記[1]又は[2]に記載の水硬性組成物。
[4] 上記ポルトランドセメントと上記フライアッシュの合計量中の上記フライアッシュの割合が10〜45質量%であり、かつ、上記水硬性組成物1m3中の上記ポリプロピレン繊維の配合量が0.455〜4.55kg/m3である前記[1]〜[3]のいずれかに記載の水硬性組成物。
[5] 前記[1]〜[4]のいずれかに記載の水硬性組成物の硬化体であるコンクリートによって、表面を含む部分が形成されていることを特徴とする耐熱構造物。
以下、各原料について詳しく説明する。
本発明の水硬性組成物に用いられるポルトランドセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント等が挙げられる。中でも、強度発現性および流動性の観点から、普通ポルトランドセメントまたは中庸熱ポルトランドセメントが好ましく、普通ポルトランドセメントがより好ましい。
本発明において、ポルトランドセメントとフライアッシュの合計量中のフライアッシュの割合は、好ましくは10〜45質量%、より好ましくは15〜43質量%、特に好ましくは25〜40質量%である。該割合が10質量%以上であれば、水硬性組成物の硬化体の耐熱性が向上し、また、水硬性組成物のアルカリ骨材反応を抑制することができる。該割合が45質量%以下であれば、強度発現性が向上する。
火成岩としては、例えば、玄武岩、安山岩、流紋岩、斑レイ岩、閃緑岩、及び花崗岩等が挙げられる。中でも、水硬性組成物の硬化体の耐熱性の観点から、玄武岩または安山岩が好ましく、玄武岩がより好ましい。
本発明の水硬性組成物1m3中の火成岩からなる細骨材の配合量は、好ましくは550〜1,000kg/m3、より好ましくは800〜950kg/m3である。該量が上記数値範囲内であれば、水硬性組成物の施工性、硬化体の耐熱性及び強度が向上する。
本発明の水硬性組成物1m3中の火成岩からなる粗骨材の配合量は、好ましくは700〜1,200kg/m3、より好ましくは750〜950kg/m3である。該量が上記数値範囲内であれば、水硬性組成物の硬化体の耐熱性及び強度が向上する。
ポリプロピレン繊維を含むことによって、高温の環境下において、本発明の水硬性組成物の硬化体中のポリプロピレン繊維が溶けて、該硬化体中に空洞が生じ、該空洞を通じて硬化体の内部に発生した水蒸気が外部に放出されるため、爆裂による硬化体の損傷を防ぐことができる。
本発明で用いられるポリプロピレン繊維は、フィラメントの直径が、好ましくは20dtex(デシテックス)以下、より好ましくは3〜15dtex、特に好ましくは6〜12dtex、かつ、長さが、好ましくは24mm以下、より好ましくは6〜20mm、特に好ましくは10〜18mmのものである。
上記直径が20dtex以下であれば、水硬性組成物の硬化体の強度および耐熱性が向上する。
上記長さが24mm以下であれば、水硬性組成物の硬化体の強度、作業性および耐熱性が向上する。
ここで、本明細書中、「連糸形状」とは、複数のフィラメントが、顕微鏡で拡大して観察した場合にテープ状となるように、並列に配設された形状をいう。
本発明で用いられる連糸形状を有するポリプロピレン繊維について、図1を参照にしながら説明する。連糸形状を有するポリプロピレン繊維1は、複数の単糸フィラメント2が並列に配設され、各単糸フィラメントが、隣接する単糸フィラメントと連結部3で接合されてなるものである。連結部3は、外力によって割れやすくなっているため、水硬性組成物を混練する際に、適度に分離、解繊される。
このようなポリプロピレン繊維を用いることで、水硬性組成物を混練する際に、ポリプロピレン繊維が、単糸フィラメントからなる繊維または少数(例えば、2〜4本)のフィラメントからなる連糸形状を有する繊維に容易に分離する。その結果、ポリプロピレン繊維を、水硬性組成物の硬化体中に均一に分散させることができる。
連糸形状を有するポリプロピレン繊維の具体例としては、例えば、上述の特許文献3(特開平9−86984号公報)に記載されているポリプロピレン繊維が挙げられる。
また、本発明の水硬性組成物1m3中のポリプロピレン繊維の配合量は、好ましくは0.455〜4.55kg/m3、より好ましくは0.728〜2.73kg/m3、特に好ましくは0.91〜2.28kg/m3である。
他の繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、およびアモルファス繊維等の金属繊維;ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、およびアラミド繊維等の有機繊維、が挙げられる。
本発明において、水と、ポルトランドセメントとフライアッシュの合計の質量比(水/(ポルトランドセメント+フライアッシュ)の質量比)は、好ましくは0.30〜0.65、より好ましくは0.40〜0.60、特に好ましくは0.45〜0.55である。該比が0.30以上であれば、水硬性組成物の混練時の作業性が向上する。該比が0.65以下であれば、強度発現性が向上する。
減水剤の配合量は、ポルトランドセメントとフライアッシュの合計量100質量部に対して、好ましくは0.1〜3.0質量部、より好ましくは0.3〜2.0質量部、特に好ましくは0.5〜1.5質量部である。該量が0.1質量部以上であれば、減水性能が向上し、水硬性組成物の混練時及び打設時の作業性が向上する。該量が3.0質量部以下であれば、強度発現性が向上する。
本明細書中において、スランプ値とは、「JIS A 1101(コンクリートのスランプ試験方法)」に記載される方法において測定した値である。
[使用原料]
(1)普通ポルトランドセメント:太平洋セメント社製
(2)フライアッシュ:フライアッシュI種
(3)細骨材A:玄武岩砕砂
(4)細骨材B:安山岩砕砂
(5)細骨材C:山砂
(6)粗骨材A:玄武岩砕石
(7)粗骨材B:安山岩砕石
(8)粗骨材C:砂岩砕石
(9)ポリプロピレン繊維:直径10dtex、長さ12mmであるフィラメント50本が、連糸形状を有して、分離可能な連結部で接合されてなるもの(萩原工業社製);比重0.91
(10)AE減水剤:フローリックSV10(フローリック社製)
(11)高性能AE減水剤:フローリックSF500S(フローリック社製)
(12)空気量調整剤:フローリックAE4(フローリック社製)
(13)水:上水道水
上記各材料を表1に示される配合割合で混練して、水硬性組成物を調製した。表1中、「細骨材率」の単位は「%」である。
混練は、パン型ミキサを使用して、以下の方法で行った。
普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、細骨材、粗骨材をパン型ミキサに投入して、15秒間空練りした後、水および混和剤を投入して、2分間混練し、さらにポリプロピレン繊維を投入して、1分間混練した。
得られた水硬性組成物を10×10×40cmの型枠に流し込み、20℃で24時間前置き後、脱型し、20℃で27日間水中養生し、供試体を得た。
得られた供試体を耐火炉に入れて、供試体の周辺温度を40℃から980℃となるまで1分程度で昇温した後、980℃の温度を15分間維持した。次いで、供試体の周辺温度が40℃となるまで自然冷却した。これを表2に示す回数となるまで繰り返した後、供試体の表面の損傷について目視観察によって評価を行った。
(ロ)圧縮強度試験
また、高温度履歴繰り返し試験を行う前の供試体、および高温度履歴繰り返し試験を1,000回行った後の供試体について、「JIS A 1108(コンクリートの圧縮強度試験方法)」に準拠して、コンクリートの圧縮強度を測定した。
得られた測定結果から、残存圧縮強度比({(高温度履歴繰り返し試験を行った後の供試体の圧縮強度/高温度履歴繰り返し試験を行う前の供試体の圧縮強度)×100}(%))を算出した。
上記各材料を表1に示される配合割合で混練する以外は、実施例1と同様にして供試体を得た。
得られた供試体を用いて、実施例1と同様にして、高温度履歴繰り返し試験における評価、及び、残存圧縮強度比の算出を行った。
上記各材料を表1に示される配合割合で混練する以外は、実施例1と同様にして供試体を得た。
得られた供試体を用いて、実施例1と同様にして高温度履歴繰り返し試験における評価を行った。
[比較例3]
ポリプロピレン繊維を使用しない以外は、実施例1と同様にして供試体を得た。
得られた供試体を用いて、実施例1と同様にして高温度履歴繰り返し試験における評価を行った。
結果を表2に示す。
2 フィラメント(単糸)
3 連結部
Claims (5)
- ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、ポリプロピレン繊維、水、及び、減水剤を含むことを特徴とする水硬性組成物。
- 上記細骨材及び上記粗骨材を構成する各火成岩が、玄武岩または安山岩である請求項1に記載の水硬性組成物。
- 上記ポリプロピレン繊維は、直径が20dtex以下でかつ長さが24mm以下であるフィラメントの5〜100本が、連糸形状を有して、分離可能な連結部で接合されてなるものである請求項1又は2に記載の水硬性組成物。
- 上記ポルトランドセメントと上記フライアッシュの合計量中の上記フライアッシュの割合が10〜45質量%であり、かつ、上記水硬性組成物1m3中の上記ポリプロピレン繊維の配合量が0.455〜4.55kg/m3である請求項1〜3のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の水硬性組成物の硬化体であるコンクリートによって、表面を含む部分が形成されていることを特徴とする耐熱構造物。
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