JP2020001945A - 耐塩害性のプレキャストコンクリート製品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート自体の耐塩害性を向上させた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品およびその製造方法の提供。【解決手段】鉄筋が配筋された型枠内にセメントおよびフライアッシュからなる結合材と細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを含むコンクリートが打設され、蒸気養生後、脱型されることにより製造される耐塩害性のプレキャストコンクリート製品であって、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下であり、水結合材比が２４％以上３０％以下である。【選択図】なし

Description

本発明は、耐塩害性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品およびその製造方法に関する。

プレキャストコンクリート製品の劣化要因の一つとして、塩害による鉄筋の腐食がある。例えば、海岸近くや融雪剤が使用される地域では、海水や融雪剤等に含まれる塩化物イオンがコンクリートの表面より内部に浸入し、鉄筋を腐食させることにより、コンクリートにひび割れが発生する。

従来、鉄筋コンクリート製品の耐塩害性を高めるために、鉄筋に対してコンクリートの被りを厚くしたり（例えば、特許文献１，２，５参照。）、エポキシ樹脂塗装した鉄筋を使用したり（例えば、特許文献１，３，４参照。）、耐塩害性の炭素鋼を補強筋としたり（例えば、特許文献２，５参照。）といった対策が行われている。

特開２０１１−１６９０１９号公報 特開２００６−２７３６８７号公報 特開２０１８−７６７２８号公報 特開平５−９７６０号公報 特開２００６−２７３６８９号公報

上記のように耐塩害性を高めるためにコンクリートの被りを厚くした場合、製品版厚も厚くしなければならず、その厚さに応じた型枠を準備する必要があるため、型枠改造費の点から不経済である。また、コンクリート版厚が厚くなる分、プレキャストコンクリート製品の重量が増大し、コストはもとより、製造面、運搬面、施工面等において、不経済である。また、エポキシ樹脂塗装した鉄筋や耐塩害性の炭素鋼を使用することで、被りを通常の鉄筋コンクリート製品と同等にすることはできるが、エポキシ樹脂塗装した鉄筋や耐塩害性の炭素鋼は高価であり、経済性に劣る。

そこで、本発明においては、コンクリート自体の耐塩害性を向上させた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品は、鉄筋が配筋された型枠内にセメントおよびフライアッシュからなる結合材と細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを含むコンクリートが打設され、蒸気養生後、脱型されることにより製造される耐塩害性のプレキャストコンクリート製品であって、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下であり、水結合材比が２４％以上３０％以下であることを特徴とする。

本発明の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品では、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下であることによりコンクリートが緻密となり、コンクリート中の空隙が少なくなるため、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなる。また、セメントと水が反応して水酸化カルシウムが生成され、その後、この水酸化カルシウムとフライアッシュが徐々に化合して生成されるポゾラン反応生成物あるいはフライアッシュが、塩分を固定する能力を有しているため、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなる。

なお、フライアッシュ結合材比が１０％未満の場合、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しやすくなる。一方、フライアッシュ結合材比が３０％超の場合、反応に必要なセメント中の水酸化カルシウム量が不足する。また、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下で、水結合材比が２４％未満の場合、粘性が強すぎてコンクリートを打設することができなくなる。一方、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下で、水結合材比が３０％超の場合、コンクリート中の空隙が多くなり、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しやすくなる。

また、高性能減水剤は、ポリアリールエーテル化合物またはカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物であることが望ましい。特に、水結合材比が２４％以上２５％以下の場合、粘性が特に強くなるが、ポリアリールエーテル化合物を用いることで作業性が向上する。また、水結合材比が２７．５％以上３０％以下の場合、カルボキシル基含有ポリエーテル系化合物が好適である。

本発明の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品の製造方法は、鉄筋が配筋された型枠内にセメントおよびフライアッシュからなる結合材と細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを含むコンクリートを打設し、蒸気養生後、脱型する耐塩害性のプレキャストコンクリート製品の製造方法であって、コンクリートは、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下、水結合材比が２４％以上３０％以下であり、蒸気養生の最高温度が４０℃以下であることを特徴とする。蒸気養生の最高温度を４０℃以下とすることで、コンクリート内部のマイクロクラックの発生が最小限に抑えられ、蒸気養生の最大温度を６５℃とした場合に比べて、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなる。

また、蒸気養生は、コンクリートの積算温度が１４５°ｔ・ｔとなってから開始することが望ましい。まだ固まらないコンクリートが急激に加熱されると、個々の材料の熱膨張係数の差によって材料界面にマイクロクラックが多数発生してしまうと考えられるが、ある程度熱負荷に耐えうる組織になってから蒸気養生を開始することによって、コンクリート内部の損傷を最小限に抑えることができる。これにより、コンクリートが水中養生した場合と同程度に緻密となり、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなる。

また、コンクリートは、空気連行剤（ＡＥ（Ａｉｒ Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ）剤）を含み、かつ、フライアッシュ中の未燃カーボンが１％以下であることが望ましい。ＡＥ剤を含むことで生コンクリートの粘性が抑えられ、作業性が改善されるが、フライアッシュ中に未燃カーボンがあると、この未燃カーボンがＡＥ剤を吸着してしまい、ＡＥ剤が機能を発揮できなくなる。加熱改質した未燃カーボン１％以下のフライアッシュの場合、未改質のフライアッシュと比較して品質変動が少ないため、フライアッシュ結合材比を管理しやすく、配合設計が容易となり、ＡＥ剤は必要最低限の添加量とすることができる。なお、通常のフライアッシュでは、未燃カーボンの含有量にばらつきがあり、品質が安定しないので、未燃カーボンの含有量によってＡＥ剤の添加量を決める必要がある。そのため、未燃カーボンの含有量をその都度把握する必要があるが、含有量が多い場合には無駄にＡＥ剤を使用することになる。

本発明によれば、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなり、コンクリート自体の耐塩害性が向上することで、従来と同じ被り厚さであっても耐塩害性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品が得られる。したがって、型枠を改造することなく既存型枠を用いて耐塩害性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品を製造することが可能となる。また、鉄筋自体を耐塩害性に優れたエポキシ樹脂塗装鉄筋等とする必要がなく、無塗装鉄筋を用いることができるので、経済性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品を提供できる。

本発明の実施の形態における耐塩害性のプレキャストコンクリート製品は、鉄筋が配筋された型枠内にセメントおよびフライアッシュからなる結合材と細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを含むコンクリートが打設され、蒸気養生後、脱型されることにより製造される。

より詳しくは、まず、セメントおよびフライアッシュからなる結合材に細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを加えて混練する。このとき、セメントの質量をＣ、フライアッシュの質量をＦＡ、結合材の質量をＢ（＝Ｃ＋ＦＡ）、水の質量をＷとしたとき、フライアッシュ結合材比ＦＡ／Ｂを１０〜３０％（質量比）、水結合材比Ｗ／Ｂを２４〜３０％（質量比）とする。

フライアッシュとしては、一般的なＩＩ種（ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５）や、ブレーン値の大きいＩ種を用いることができる。なお、空気連行剤（ＡＥ剤）を加える場合には、例えば加熱改質したフライアッシュを用いることで、フライアッシュ中の未燃カーボンが１％（質量比）以下となるようにする。これにより、フライアッシュ結合材比ＦＡ／Ｂを管理しやすく、配合設計が容易となり、ＡＥ剤は必要最低限の添加量とすることができる。

なお、水結合材比Ｗ／Ｂが２４〜２５％（質量比）の場合、粘性が特に強くなるが、高性能減水剤としてポリアリールエーテル化合物を用いることで流動性が改善され、作業性が向上する。水結合材比Ｗ／Ｂが２７．５〜３０％（質量比）の場合には、高性能減水剤としてカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物を用いることができる。表１は水結合材比Ｗ／Ｂが２５％の場合の使用する高性能減水剤ごとの塑性粘度（流動を開始した後の粘度）を示している。

次に、この混練したコンクリート（生コンクリート）を、鉄筋が配筋された型枠内に打設し、蒸気養生を行う。蒸気養生の最高温度は４０℃以下とする。また、蒸気養生は、コンクリートの積算温度が１４５°ｔ・ｔ（℃・時）となってから開始する。積算温度＝（コンクリート温度（℃）＋１０）×時間である。なお、外気温が低く、例えば、外気温５℃程度のときには、昇温速度１５℃／ｈ以内、プレ養生最高温度３０℃以内で蒸気を掛けることで、この積算温度を満足させて前置き時間を短縮させることができる。

なお、高性能減水剤としてポリアリールエーテル化合物を用いる場合には、積算温度２１５°ｔ・ｔ以上とすることが望ましい。この場合、必要な前置き時間は、５．４時間（３０℃）〜１４．４時間（５℃）となる。また、高性能減水剤としてカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物を用いる場合には、積算温度１４５°ｔ・ｔ以上で良い。この場合、必要な前置き時間は、３．７時間（３０℃）〜９．７時間（５℃）となる。

本実施形態におけるプレキャストコンクリート製品は、フライアッシュ結合材比ＦＡ／Ｂ＝１０〜３０％であることによりコンクリートが緻密となる。これにより、コンクリート中の空隙が少なくなるため、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなる。また、セメントと水が反応して水酸化カルシウムが生成され、その後、この水酸化カルシウムとフライアッシュが徐々に化合して生成されるポゾラン反応生成物あるいはフライアッシュが、塩分を固定する能力を有しているため、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなる。

また、本実施形態におけるプレキャストコンクリート製品は、蒸気養生の最高温度を４０℃以下としているため、コンクリート内部のマイクロクラックの発生が最小限に抑えられ、蒸気養生の最大温度を６５℃とした場合に比べて、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなっている。表２は水結合材比Ｗ／Ｂが２５％、フライアッシュ結合材比ＦＡ／Ｂが２０％の場合の蒸気養生最高温度の違いによる塩化物イオンの見掛けの拡散係数を示している。表２に示すように、蒸気養生最高温度が４０℃の場合、６５℃と比較して、塩化物イオンの拡散は４２％程度と少なくなっている。

また、本実施形態におけるプレキャストコンクリート製品は、蒸気養生をコンクリートの積算温度が１４５°ｔ・ｔとなってから開始するので、コンクリートがある程度熱負荷に耐えうる組織となってから蒸気養生が開始されることになる。これにより、コンクリート内部の損傷を最小限に抑えることができ、コンクリートが水中養生した場合と同程度に緻密となり、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなっている。

表３は水結合材比Ｗ／Ｂが２５％、フライアッシュ結合材比ＦＡ／Ｂが２０％の場合の蒸気養生開始時の積算温度の違いによる塩化物イオンの見掛けの拡散係数を示している。表３に示すように、蒸気養生開始時の積算温度が１４５°ｔ・ｔの場合、積算温度６０°ｔ・ｔと比較して、塩化物イオンの拡散は６６％程度と少なくなっている。

表４は水結合材比Ｗ／Ｂが２５％、フライアッシュ結合材比ＦＡ／Ｂが２０％の場合の養生条件の違いによる塩化物イオンの見掛けの拡散係数を示している。表４に示すように、蒸気養生開始時の積算温度１４５°ｔ・ｔ以上かつ蒸気養生最高温度４０℃以下の場合、塩化物イオンの拡散は水中養生と同程度まで少なくなっている。

以上のように、本実施形態におけるプレキャストコンクリート製品の製造方法によれば、塩化物イオンがコンクリート中に浸透しにくくなり、コンクリート自体の耐塩害性が向上することで、従来と同じ被り厚さであっても耐塩害性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品が得られる。したがって、型枠を改造することなく既存型枠を用いて耐塩害性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品を製造することが可能である。また、鉄筋自体を耐塩害性に優れたエポキシ樹脂塗装鉄筋等とする必要がなく、無塗装鉄筋を用いることができるので、経済性に優れた耐塩害性のプレキャストコンクリート製品が得られる。

本発明の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品は、例えば、海岸近くや融雪剤が使用され、塩害による鉄筋の腐食の可能性がある地域に有用である。

Claims (5)

1. 鉄筋が配筋された型枠内にセメントおよびフライアッシュからなる結合材と細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを含むコンクリートが打設され、蒸気養生後、脱型されることにより製造される耐塩害性のプレキャストコンクリート製品であって、
   フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下であり、
   水結合材比が２４％以上３０％以下である
   ことを特徴とする耐塩害性のプレキャストコンクリート製品。
2. 前記高性能減水剤が、ポリアリールエーテル化合物またはカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物である請求項１記載の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品。
3. 鉄筋が配筋された型枠内にセメントおよびフライアッシュからなる結合材と細骨材と粗骨材と水と高性能減水剤とを含むコンクリートを打設し、蒸気養生後、脱型する耐塩害性のプレキャストコンクリート製品の製造方法であって、
   前記コンクリートは、フライアッシュ結合材比が１０％以上３０％以下、水結合材比が２４％以上３０％以下であり、
   蒸気養生の最高温度が４０℃以下である
   ことを特徴とする耐塩害性のプレキャストコンクリート製品の製造方法。
4. 前記蒸気養生は、前記コンクリートの積算温度が１４５°ｔ・ｔとなってから開始することを特徴とする請求項３記載の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品の製造方法。
5. 前記コンクリートは空気連行剤を含み、かつ、前記フライアッシュ中の未燃カーボンが１％以下である請求項３または４に記載の耐塩害性のプレキャストコンクリート製品の製造方法。