JP2016166108A - 超速硬型高靱性繊維補強コンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】超速硬性を有しながら、勾配を有する道路においてダレを生じず鉄筋背面への充填性が良く、施工性に優れ、薄層施工が可能で且つ高靱性を有するコンクリートを与えるコンクリート組成物を提供することこと。【解決手段】セメント １００重量部、粗骨材 １２０〜２１０重量部、絶乾比重２．３以上の細骨材 １０５〜２８０重量部および繊維長１８〜３０ｍｍの有機繊維 ３．２〜７．０重量部からなりかつ細骨材率が４４．０〜５７．０％である繊維補強コンクリート組成物。【選択図】なし

Description

本発明は超速硬型高靱性繊維補強コンクリート組成物に関する。詳しくは、超速硬性を有しながら、勾配を有する道路においてダレを生じず鉄筋背面への充填性が良く、施工性に優れ、薄層施工が可能で且つ高靱性を有するコンクリートを与えるコンクリート組成物に関する。

道路床版の補修補強は、集中工事など特別な場合を除き短時間に施工を完了し復旧させる必要がある。
従来は、超速硬型鋼繊維補強コンクリート（ＳＦＲＣ）などが用いられているが、スランプが５ｃｍ前後であるため大型のフィニッシャを必要とする。粗骨材は２５ｍｍが一般的であるため標準的な施工厚みは４０ｍｍ以上となる。
繊維補強コンクリート組成物は、特許文献１、特許文献２、特許文献３に提案されている。

特許文献１には施工性に優れた短繊維を含むコンクリートの配合設計方法が提案されている。特許文献２には曲げ靱性を付与できるスランプが１６〜２１ｃｍの繊維補強コンクリート複合材料が提案されている。特許文献３には、繊維を混合した、スランプフローが５００ｍｍ以上の高流動性繊維補強モルタルまたはコンクリート組成物が提案されている。
しかしながら、上記の特許文献ではスランプフローが２５０以上５５０ｍｍ未満あるいは５００ｍｍ以上であったり、スランプが１６〜２１ｃｍと比較的高流動性を有するものであるため、供用中の道路床版のような勾配を有し交通による繰り返し振動があるような箇所へ適用した場合に少なくとも下方にダレを生じる恐れがあった。

特開２００１−３０２３１０号公報 特開２０１０−０５３０１４号公報 特開２００７−１２６３１７号公報

本発明の目的は、超速硬性を有しながら、勾配を有する道路においてダレを生じず鉄筋背面への充填性が良く、施工性に優れ、薄層施工が可能で且つ高靱性を有するコンクリートを与えるコンクリート組成物を提供することにある。
本発明の他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。

本発明によると、本発明の上記目的および利点は、第１に、
セメント １００重量部、粗骨材 １２０〜２１０重量部、絶乾比重２．３以上の細骨材 １０５〜２８０重量部および長さ１８〜３０ｍｍの有機繊維 ３．２〜７．０重量部からなりかつ細骨材率が４４．０〜５７．０％であることを特徴とする繊維補強コンクリート組成物によって達成される。なお、細骨材率とは、粗骨材と細骨材の合計容積に対する細骨材の容積百分率である。

本発明の上記目的および利点は、第２に、
本発明の上記有機繊維含有軽量コンクリート組成物を路面の補修に用いることによって達成される。

本発明の有機繊維含有軽量コンクリート組成物は、超速硬性例えば３時間後の圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ^２以上を有しながら、施工性が良く例えば勾配を有する道路においてダレを生じず鉄筋背面への充填性が良いスランプ値例えば１２．０±２．５を有し、薄層施工例えば最大粗骨材径１３ｍｍが可能な高靱性例えば優れた曲げ・たわみ硬化特性を有するコンクリートを与える。
本発明の繊維補強コンクリート組成物は路面補修材として好適であり、例えば床版、特に橋梁のコンクリート床版の補修材として好適に用いられる。

図１は実施例１のコンクリート組成物についての荷重−たわみ曲線である。

以下、本発明の繊維補強コンクリート組成物（以下、単にコンクリート組成物ということがある）が含有する各成分について説明する。

＜セメント＞
本発明のコンクリート組成物に含有されるセメントとしては、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、超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、耐硫酸塩ポルトランドセメント、エコセメント、超速硬セメント、アルミナセメントなどを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
本発明のコンクリート組成物を路面補修に用いる場合、速硬性が重要となるため、セメントとして早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、超速硬セメントまたはアルミナセメントを使用するか、アルミナセメントおよび他のセメントからなる混合物を使用することが好ましく、超速硬セメントを使用することがさらに好ましい。

＜粗骨材＞
本発明のコンクリート組成物に含有される粗骨材としては、例えば砂利、砕石、再生粗骨材などを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
粗骨材の粒径としては、５〜２０ｍｍであることが好ましく、５〜１３ｍｍであることがより好ましく；
密度は、絶乾比重として、２．５〜３．０であることが好ましく、２．５〜２．７であることがより好ましい。
本発明のコンクリート組成物における粗骨材の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１２０〜２１０重量部であることが好ましく、１３０〜２００重量部であることがより好ましい。

＜細骨材＞
本発明のコンクリート組成物は、細骨材として、絶乾比重２．３以上の細骨材（普通細骨材）を含有する。普通細骨材とは、絶乾比重２．３以上の細骨材をいう。この絶乾比重は、好ましくは２．５〜３．０であり、より好ましくは２．５〜２．８である。このような普通細骨材としては、例えば川砂、山砂、海砂、砕砂、高炉スラグ細骨材などから選択される１種以上を使用することができる。
普通細骨材の粒径としては、０．１〜５．０ｍｍであることが好ましく、０．１５〜２．５ｍｍであることがより好ましい。
本発明のコンクリート組成物における普通細骨材の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１０５〜２８０重量部であることが好ましく、１０５〜２７０重量部であることがより好ましい。

＜細骨材率＞
本発明のコンクリート組成物において、細骨材率が４４．０〜５７．０％である。細骨材率とは、粗骨材と細骨材の合計容積に対する細骨材の容積百分率であり、具体的には、
細骨材率（％）＝細骨材の容積÷（粗骨材の容積＋細骨材の容積）×１００
で示される。本発明のコンクリート組成物における細骨材百分率が上記範囲を外れると練り混ぜ後のコンクリートのスランプ値が得られなかったり、無理に得ようとすると材料分離を起こしたりして路面の補修が困難となる。本発明のコンクリート組成物における細骨材百分率は、４９．０〜５６．０％がより好ましい。

＜有機繊維＞
本発明のコンクリート組成物に含有される有機繊維は繊維長（平均繊維長）が１８〜３０ｍｍのものである。平均繊維長は好ましくは１８〜２４ｍｍである。
この有機繊維としては、例えばポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維およびナイロン繊維よりなる群から選択される１種以上を使用することが好ましい。前記ポリオレフィン繊維の具体例としては、例えばポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などを挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における有機繊維は、その直径が、１００〜１，０００μｍであることが好ましく、３００〜８００μｍであることがより好ましい。直径がこれより細い有機繊維の使用では、所望の靭性を得ることが困難である。
例えば、５００〜４０００ｄｔｅｘのポリプロピレン繊維を特に好ましい有機繊維として例示できる。
このような有機繊維の市販品としては、例えばバルリンク（ポリプロピレン繊維、萩原工業（株）製）、バルチップ（ポリプロピレン繊維、萩原工業（株）製）、アミランタフバインダー（ナイロン繊維、東レ・アムテックス（株）製）、ユニチカビニロンＡＢＩ（ビニロン繊維、ユニチカ（株）製）などを挙げることができる。

本発明のコンクリート組成物における有機繊維の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、３．２〜７．０重量部であり、さらに３．４〜６．８重量部であることが好ましい。
有機繊維のコンクリート組成物は上記範囲を外れると、所望の靭性を得るのが困難となる。
本発明のコンクリート組成物は、一般に軽量細骨材として知られている骨材を、実質的に含有しないことが好ましい。ここで軽量細骨材とは、絶乾比重が１．２未満の細骨材をいい、例えばウレタン発泡体、ポリスチレン発泡体、天然軽量細骨材、人工軽量細骨材などである。
本発明のコンクリート組成物が上記のような軽量細骨材を「実質的に含有しない」とは、該軽量細骨材の含有割合が細骨材の全量に対して、例えば５重量％以下、好ましくは３重量％以下であることをいい、最も好ましくはこれを全く含有しないことである

＜その他の成分＞
本発明のコンクリート組成物は、上記のような成分の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、これら以外のその他の成分を含有してもよい。このようなその他の成分としては、例えば減水剤、凝結遅延剤、膨張剤、消泡剤、石膏、消石灰、炭酸カルシウム、シリカヒュームなどを挙げることができる。

［減水剤］
本発明のコンクリート組成物は、減水剤を含有することができる。
上記減水剤としては、例えばポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸などを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。これらのうち、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物およびメラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物よりなる群から選択される１種以上を使用することが好ましい。
このような減水剤の市販品としては、例えばマイティ２１ＨＦ（メタクリル酸系ポリマー、花王（株）製）、メルメントＦ４０００（メラミンスルホン酸、（株）ＳＫＷ製）、マイティ１００、マイティ１５０（ナフタレンスルホン酸、花王（株）製）などを挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における減水剤の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、３．０重量部以下であることが好ましく、０．０５〜２．５重量部であることがより好ましく、さらに０．１〜２．０重量部であることが好ましい。

［凝結遅延剤］
本発明のコンクリート組成物は、凝結遅延剤を含有することができる。
上記凝結遅延剤としては、例えば無機酸のナトリウム塩、有機酸のナトリウム塩、オキシカルボン酸、オキシカルボン酸の無水物、オキシカルボン酸塩などを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
上記無機酸のナトリウム塩としては、例えば硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどを；
上記有機酸のナトリウム塩としては、例えばＬ−酒石酸ナトリウム、ＤＬ−酒石酸ナトリウム、酒石酸水素ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム類、グルコン酸ナトリウムなどを、それぞれ挙げることができる。

上記オキシカルボン酸としては、例えば脂肪族オキシ酸、芳香族オキシ酸などを挙げることができ、その具体例としては、脂肪族オキシ酸として、例えばクエン酸、グルコン酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、ヒドロアクリル酸、α−オキシ酪酸、グリセリン酸、タルトロン酸、リンゴ酸などを；
芳香族オキシ酸として、例えばサリチル酸、ｍ−オキシ安息香酸、ｐ−オキシ安息香酸、没食子酸、マンデル酸、トロパ酸などを、それぞれ挙げることができる。
上記オキシカルボン酸無水物としては、例えば上記に例示したオキシカルボン酸の無水物を；
上記オキシカルボン酸塩としては、例えば上記に例示したオキシカルボン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などを、それぞれ挙げることができる。上記アルカリ金属としては、例えばナトリウム、カリウムなどを；
上記アルカリ土類金属としては、例えばマグネシウム、カルシウム、バリウムなどを、それぞれ挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における凝結遅延剤の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１．０重量部以下であることが好ましく、０．１５〜０．９５重量部であることがより好ましく、さらに０．２〜０．９重量部とであることが好ましい。

［膨張剤］
本発明のコンクリート組成物は、さらに膨張剤を含有していてもよい。
本発明における膨張剤としては、石灰系膨張剤を好ましく使用することができ、その具体例としては、例えば生石灰、生石灰−石膏混合系、生石灰−カルシウムサルフォアルミネート混合系、仮焼ドロマイトなどを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
本発明のコンクリート組成物における膨張剤の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１０重量部以下であることが好ましく、８重量部以下であることがより好ましい。

＜コンクリート組成物の調製方法＞
本発明のコンクリート組成物は、上記のようなセメント等の各必須成分、ならびに必要に応じて上記その他の成分、ならびに水を適宜に混合することにより、調製することができる。
本発明において、水は、上記セメント１００重量部に対し、好ましくは３５〜４３重量部、より好ましくは３６〜４２重量部使用される。
有機繊維は、各成分の分散の均一性を確保し、有機繊維の飛散を防止するために、先ず、有機繊維以外の各成分を水中に分散または溶解してなる前駆スラリーを調製した後、該前駆スラリーに有機繊維を添加する方法によることが好ましい。

＜橋梁床版の補修方法＞
上記のような本発明のコンクリート組成物は、橋梁上の路面の補修における床版補修用コンクリート組成物として好適に使用することができる。
路面の補修は、必要に応じて事前にアスファルトを除去したうえで、損傷した既設コンクリートを切削・研掃して生じた凹没部分に本発明のコンクリート組成物を敷設し、これを硬化することによって行うことができる。その後、必要に応じてさらにアスファルト敷設を行ってもよい。
本発明のコンクリート組成物を使用して補修された床版は、敷設後３時間の時点で、例えば２４Ｎ／ｍｍ^２以上、好ましくは２７Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を発現することができるから、補修のための通行止め時間を極めて短くすることができる。
また、本発明のコンクリート組成物は、好ましくはスランプ１２．０±２．５ｃｍを有し、そのため床版の上面増厚を含めて広範囲の補修を円滑に行うことができ施工性が格段に優れている。

以下の実施例および比較例で使用した成分の詳細は以下のとおりである。

セメント：スーパージェットセメント、太平洋セメント（株）製
粗骨材：砕石１３０５、密度２．６９
細骨材；
普通細骨材：珪砂（４号珪砂および５号珪砂の混合砂、密度２．６０）
膨張剤：太平洋ジプカル 太平洋マテリアル（株）製
シリカフューム：フェロシリコン （株）ＢＡＳＦポゾリス 製
無水石膏：無水フッ酸石膏 （株）旭硝子 製
減水剤：マイティ２１ＨＦ（商品名、メタクリル酸系ポリマー、花王（株）製）
凝結遅延剤：無水クエン酸
繊維：ポリプロピレン繊維、密度＝０．９１ｇ／ｃｍ^３、
（１）繊度＝２０００ｄｔｅｘ、長さ＝１８ｍｍ
（２）繊度＝２０００ｄｔｅｘ、長さ＝２４ｍｍ
（３）繊度＝２０００ｄｔｅｘ、長さ＝３０ｍｍ
（４）繊度＝ １３ｄｔｅｘ、長さ＝１３ｍｍ
（５）繊度＝ １３ｄｔｅｘ、長さ＝２４ｍｍ
上記（２）のポリプロピレン繊維は萩原工業（株）製品を入手。

実施例１〜５および比較例１〜４
（１）コンクリート組成物の調製
粗骨材、繊維および水を除く各成分を表１に記載の割合となるように計量し、オムニミキサーで混合して粉体混合物を調製した。
ファイバーミキサー（友定建機社製）に粗骨材、粉体混合物を加え、３０秒間空練りする。続いて所定量の水をミキサーに加え９０秒間練り混ぜし、続いて繊維を加えさらに１２０秒間練り混ぜ各コンクリート組成物を製造した。
なお、表１に示した各成分の割合はフレッシュコンクリートの配合量（単位：重量部）である。成分欄の「−」は、当該欄に該当する成分を使用しなかったことを示す。

（２）評価方法
コンクリート組成物のスランプは、練り混ぜ後 ＪＩＳ Ａ１１０１に準拠して測定した。
コンクリート組成物の圧縮強度および静弾性係数は、それぞれ、練混ぜ直後から３時間、７日および２８日経過後の試料を用いて、ＪＩＳ Ａ１１０８およびＪＩＳ Ａ１１４９に準拠して測定した。
コンクリート組成物の曲げ靱性係数は、ＪＳＣＥ−Ｇ５５２−２０１０に準拠して測定した。
また、曲げ・たわみ硬化特性の有無については、土木学会 コンクリート委員会編 「複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針（案）」に準拠し、試料の荷重−たわみ曲線より判定した。測定は同一のコンクリート組成物にて３回測定した。図は実施例１における荷重−たわみ曲線の結果である。図中３本の各曲線は３回測定の各結果である。
評価結果は表２に示した。

Claims (6)

1. セメント １００重量部、粗骨材 １２０〜２１０重量部、絶乾比重２．３以上の細骨材 １０５〜２８０重量部および繊維長１８〜３０ｍｍの有機繊維 ３．２〜７．０重量部からなりかつ細骨材率が４４．０〜５７．０％であることを特徴とする繊維補強コンクリート組成物。
2. セメントが超速硬セメントである、請求項１に記載の繊維補強コンクリート組成物。
3. 繊維長１８〜３０ｍｍの有機繊維が５００〜４０００ｄｔｅｘのポリプロピレン繊維である請求項１に記載の繊維補強コンクリート組成物。
4. スランプが１２．０±２．５ｃｍである請求項１に記載の繊維補強コンクリート組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維補強コンクリート組成物を橋梁床版の補修に使用することを特徴とする橋梁床版の補修方法。
6. 橋梁床版がコンクリートである、請求項５に記載の橋梁床版の補修方法。

Images