JP2020131684A - Manufacturing method of concrete product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンクリート製品を遠心成形により製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a concrete product by centrifugal molding.
セメントは、主原料が石灰石であり、焼成時に、地球温暖化の問題となる二酸化炭素を排出することから、コンクリート製品の製造において、セメントを使用しないコンクリートが用いられるようになってきている。セメントを使用しないコンクリートとしては、ケイ素やアルミニウムを主成分とする粉体とアルカリ溶液とを使用したコンクリートが知られている。 Since the main raw material of cement is limestone and carbon dioxide, which is a problem of global warming, is emitted during firing, concrete that does not use cement has come to be used in the production of concrete products. As concrete that does not use cement, concrete that uses a powder containing silicon or aluminum as a main component and an alkaline solution is known.
コンクリート製品には、遠心成形により製造されるヒューム管等の遠心成形体があるが、遠心成形体の製造において、高炉水砕スラグ粉末とアルカリ刺激剤とを用いたコンクリートを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Concrete products include centrifugal molded products such as Hume pipes manufactured by centrifugal molding, and it has been proposed to use concrete using blast furnace granulated slag powder and an alkali stimulant in the production of the centrifugal molded products. (See, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のコンクリートでは、ケイフッ化金属を凝結調節剤として添加しなければ、セメントを使用する普通ポルトランドセメントと同等の凝結性状を有し、耐酸性に優れたコンクリートを得ることができないという問題があった。 However, conventional concrete has a problem that it is not possible to obtain concrete having excellent coagulation properties and excellent acid resistance, which is equivalent to that of ordinary Portland cement using cement, unless siliceous metal is added as a coagulation modifier. there were.
セメントを使用しないコンクリートは、セメントを使用するコンクリートに比較して、粘性が高い等の特性があるため、型枠に流し込み、バイブレータ等で振動を加えることにより製造するのが一般的であり、上記の特別な凝結調節剤を使用せずに、遠心成形により製品を製造したという実績は見られない。 Concrete that does not use cement has characteristics such as higher viscosity than concrete that uses cement, so it is generally manufactured by pouring it into a mold and applying vibration with a vibrator or the like. There is no record of manufacturing products by centrifugation without the use of special coagulation regulators.
そこで、特別な添加剤を使用することなく、セメントを使用しないコンクリートを用いてコンクリート製品を遠心成形により製造する方法の提供が望まれている。 Therefore, it is desired to provide a method for producing a concrete product by centrifugal molding using concrete that does not use cement without using a special additive.
本発明の発明者らは、鋭意検討の結果、ケイ素およびアルミニウムを主成分とする粉体とアルカリ溶液と骨材とをコンクリート材料として用い、そのコンクリート材料中の水分量がコンクリートの軟度を示す値（スランプ）が所定の値以下になるように調整し、回転する型枠の遠心加速度を所定の範囲内の加速度に調整して遠心成形することにより、成形後に型枠から落下することはなく、骨材が厚さ方向にほぼ均一に存在し、内面がほぼ平滑で、ひび割れも発生しないことを見出した。 As a result of diligent studies, the inventors of the present invention use a powder containing silicon and aluminum as main components, an alkaline solution, and an aggregate as concrete materials, and the amount of water in the concrete material indicates the softness of the concrete. By adjusting the value (slump) to be less than or equal to a predetermined value and adjusting the centrifugal acceleration of the rotating mold to an acceleration within a predetermined range and centrifuging, the concrete does not fall from the mold after molding. , It was found that the aggregate exists almost uniformly in the thickness direction, the inner surface is almost smooth, and no cracks occur.
本発明は、上記のことを見出すことによりなされたものであり、上記課題は、本発明のコンクリート製品の製造方法を提供することにより解決することができる。 The present invention has been made by finding the above, and the above problems can be solved by providing the method for producing the concrete product of the present invention.
すなわち、コンクリート製品の製造方法は、ケイ素およびアルミニウムを主成分とする粉体とアルカリ溶液と骨材とをコンクリート材料として用いてコンクリートを製造する際のコンクリートの軟度を示す値が所定の値以下となるように該コンクリート材料中の水分量を調整する段階と、回転する中空円筒形の型枠の遠心加速度を所定の範囲内の加速度に調整する段階と、水分量に調整されたコンクリート材料を用いて製造されたコンクリートを型枠内に打ち込み、遠心成形する段階とを含む。 That is, in the method for producing concrete products, the value indicating the softness of concrete when producing concrete using a powder containing silicon and aluminum as main components, an alkaline solution and an aggregate as concrete materials is equal to or less than a predetermined value. A step of adjusting the water content in the concrete material so as to be, a step of adjusting the centrifugal acceleration of the rotating hollow cylindrical formwork to an acceleration within a predetermined range, and a step of adjusting the water content of the concrete material. It includes a step of driving the concrete produced in use into a mold and centrifuging.
本発明によれば、特別な添加剤を使用することなく、セメントを使用しないコンクリートを用いてコンクリート製品を遠心成形により製造することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a concrete product by centrifugal molding using concrete that does not use cement without using a special additive.
本発明の方法で使用されるコンクリートは、セメントを使用しないコンクリートで、ケイ素およびアルミニウムを主成分とする粉体とアルカリ溶液とを使用したコンクリート（以下、ジオポリマーコンクリートと呼ぶ。）である。ケイ素およびアルミニウムを主成分とする粉体としては、フィラーが挙げられ、フィラーとしては、火力発電所において微粉炭を燃焼する際に副生物として得られるフライアッシュを挙げることができる。フライアッシュの主成分は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｃａ等である。 The concrete used in the method of the present invention is concrete that does not use cement, and is concrete that uses a powder containing silicon and aluminum as main components and an alkaline solution (hereinafter, referred to as geopolymer concrete). Examples of the powder containing silicon and aluminum as main components include a filler, and examples of the filler include fly ash obtained as a by-product when burning pulverized coal in a thermal power plant. The main components of fly ash are SiO 2 , Al 2 O 3 , Ca and the like.
フィラーとしては、そのほか、高炉で銑鉄を生成する際に同時に生成される高炉スラグ微粉末が挙げられる。高炉スラグ微粉末の主成分は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯである。また、高炉から溶融状態で取り出されたスラグを大量の水等で急冷した高炉水砕スラグ、空冷や適度の散水により徐冷した高炉徐冷スラグ、高炉で精製した鉄を鋼にする製鋼工程から生成される製鋼スラグ等も挙げられる。 Other examples of the filler include blast furnace slag fine powder, which is produced at the same time as pig iron is produced in the blast furnace. The main components of the blast furnace slag fine powder are CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , and MgO. In addition, from the blast furnace granulated slag in which the slag taken out from the blast furnace in a molten state is rapidly cooled with a large amount of water, the blast furnace slow-cooled slag that is slowly cooled by air cooling or moderate sprinkling, and the steelmaking process that turns iron refined in the blast furnace into steel. The generated steelmaking slag and the like can also be mentioned.
高炉水砕スラグは、主にガラス質の砂状のスラグで、高炉徐冷スラグは、結晶質の塊状のスラグで、製鋼スラグは、岩石状のスラグである。高炉水砕スラグは、高炉スラグと同様、その主成分は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯである。製鋼スラグの主成分は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯである。粉体は、主成分としてケイ素およびアルミニウムを含むものであれば、これらの材料に限定されるものではなく、都市ゴミ灰溶融スラグ等であってもよい。また、粉体としては、上記に挙げたものを２以上組み合わせて用いてもよい。 Blast furnace granulated slag is mainly glassy sandy slag, blast furnace slow cooling slag is crystalline massive slag, and steelmaking slag is rocky slag. Like the blast furnace slag, the main components of the blast furnace granulated slag are CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , and MgO. The main components of the steelmaking slag are CaO, SiO 2 , FeO, MgO, and MnO. The powder is not limited to these materials as long as it contains silicon and aluminum as main components, and may be urban waste ash molten slag or the like. Further, as the powder, two or more of those listed above may be used in combination.
アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムと、水ガラスまたはケイ酸カリウムとの化合物の水溶液等を挙げることができる。水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムと水ガラスまたはケイ酸カリウムとの混合比は、水ガラスまたはケイ酸カリウムの混合割合が高いと、混練直後から流動性が大きく低下し、安定した可使性を得ることができなくなる。このため、この混合比は、体積比で１：２〜１：３程度が好ましい。 Examples of the alkaline solution include an aqueous solution of a compound of sodium hydroxide or potassium hydroxide and water glass or potassium silicate. As for the mixing ratio of sodium hydroxide or potassium hydroxide to water glass or potassium silicate, when the mixing ratio of water glass or potassium silicate is high, the fluidity is greatly reduced immediately after kneading, and stable usability is obtained. You will not be able to. Therefore, the mixing ratio is preferably about 1: 2 to 1: 3 in terms of volume ratio.
アルカリ溶液は、フィラーの質量に対して任意の質量で添加することができるが、液相の割合が高いと圧縮強度や曲げ強度が低下することから、これらの強度を考慮して添加量を決定することができる。一例として、アルカリ溶液は、フィラーの質量に対して３５％〜６０％とすることができる。 The alkaline solution can be added at an arbitrary mass with respect to the mass of the filler, but since the compression strength and bending strength decrease when the ratio of the liquid phase is high, the addition amount is determined in consideration of these strengths. can do. As an example, the alkaline solution can be 35% to 60% based on the mass of the filler.
骨材は、セメントを使用するコンクリート（以下、セメントコンクリートと呼ぶ。）を製造するために一般に用いられる砂、砂利、砕石等とすることができる。骨材は、例えば、フィラーの質量に対して２〜５倍とすることができる。 The aggregate can be sand, gravel, crushed stone, etc., which are generally used for producing concrete using cement (hereinafter referred to as cement concrete). The aggregate can be, for example, 2-5 times the mass of the filler.
混練は、フィラー、アルカリ溶液、骨材を撹拌混合することにより行われ、バッチ式や連続式等の各種ミキサーによって行うことができる。 Kneading is performed by stirring and mixing the filler, alkaline solution, and aggregate, and can be performed by various mixers such as batch type and continuous type.
このようにして製造された、まだ固まっていないコンクリート（生コンクリート）は、図１に示すような遠心成形装置内に打ち込まれる。図１（ａ）は、遠心成形装置の正面図で、図１（ｂ）は、矢線Ａ−Ａで切断した断面図である。 The concrete (ready-mixed concrete) that has not yet hardened and is produced in this manner is driven into a centrifugal molding apparatus as shown in FIG. FIG. 1A is a front view of the centrifugal molding apparatus, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the arrow line AA.
遠心成形装置は、中空円筒を形成し、ボルトおよびナット等により連結される鋼製の２つの半円筒部材１０ａ、１０ｂと、２つの半円筒部材１０ａ、１０ｂを連結して形成された型枠１０の長さ方向の両端に取り付けられる２つの鋼製で円盤状の側板１１とを含む。また遠心成形装置は、側板１１と隣接し、型枠１０を載置するとともに型枠１０を一定の方向に回転させる鋼製の駆動輪１２および従動輪１３と、駆動輪１２を駆動し、回転させる電動機（モータ）１４とを含む。モータ１４と、駆動輪１２とは、駆動輪１２に設けられる歯車の各歯と噛み合う鎖状物（チェーン）１５により接続され、チェーン１５を介してモータ１４の動力を駆動輪１２に伝達する。 The centrifuge forming apparatus forms a hollow cylinder, and a mold 10 formed by connecting two semi-cylindrical members 10a and 10b made of steel and two semi-cylindrical members 10a and 10b connected by bolts and nuts or the like. Includes two steel disc-shaped side plates 11 attached to both ends in the longitudinal direction of the. Further, the centrifugal molding device is adjacent to the side plate 11, and drives and rotates the steel drive wheels 12 and driven wheels 13 on which the mold 10 is placed and the mold 10 is rotated in a certain direction. Includes an electric motor (motor) 14 to be operated. The motor 14 and the drive wheels 12 are connected by a chain 15 that meshes with each tooth of a gear provided on the drive wheels 12, and the power of the motor 14 is transmitted to the drive wheels 12 via the chain 15.
生コンクリートは、駆動輪１２および従動輪１３上に載置され、駆動輪１２により回転している型枠１０の内部の、断面が円形の中空部分に打ち込まれる。生コンクリートは、矢線Ｂに示す型枠１０の長さ方向に均等に打ち込まれ、型枠１０の回転により遠心力が作用し、中空円筒形に成形される。 The ready-mixed concrete is placed on the drive wheels 12 and the driven wheels 13, and is driven into a hollow portion having a circular cross section inside the formwork 10 rotated by the drive wheels 12. The ready-mixed concrete is evenly driven in the length direction of the mold 10 shown by the arrow line B, and centrifugal force acts by the rotation of the mold 10 to form a hollow cylindrical shape.
遠心成形後、型枠１０は、クレーン等により駆動輪１２および従動輪１３の上から持ち上げられ、養生室へ移動される。養生室では、型枠１０ごと蒸気養生される。これにより、コンクリートは、強度を発現し、硬化する。その後、型枠１０を構成する２つの半円筒部材１０ａ、１０ｂを１つずつ取り外す。そして、自然養生、外圧試験、水密試験、コンクリート圧縮試験等を行い、コンクリート製品の１つであるヒューム管が製造される。 After centrifugal molding, the mold 10 is lifted from above the drive wheels 12 and the driven wheels 13 by a crane or the like and moved to the curing chamber. In the curing room, the mold 10 is steam-cured together. As a result, the concrete develops strength and hardens. After that, the two semi-cylindrical members 10a and 10b constituting the formwork 10 are removed one by one. Then, natural curing, external pressure test, watertightness test, concrete compression test, etc. are performed to manufacture a Hume pipe, which is one of the concrete products.
遠心成形により製造されるコンクリート製品は、ヒューム管に限られるものではなく、コンクリート製の杭や電柱等であってもよい。また、遠心成形には、遠心成形装置の型枠１０内に鉄筋籠を配置し、鉄筋籠を埋設するようにジオポリマーコンクリートを遠心成形してもよい。 The concrete product produced by centrifugal molding is not limited to the Hume pipe, and may be a concrete pile, a utility pole, or the like. Further, in the centrifugal molding, the reinforcing bar cage may be arranged in the formwork 10 of the centrifugal molding apparatus, and the geopolymer concrete may be centrifugally molded so as to bury the reinforcing bar cage.
従来、ジオポリマーコンクリートでコンクリート製品を製造する場合、スランプフローが４０〜６０ｃｍ程度のものを使用している。スランプフローは、円錐形の枠にコンクリートを詰め、枠を持ち上げて取り去ったときの直径の広がりを示す値である。スランプフローは、コンクリートの軟度を示す値であるが、同じように軟度を示す値としては、スランプがある。スランプは、円錐形の枠を取り去ったときのコンクリートの頂部が何ｃｍ低くなったかを示す値である。 Conventionally, when a concrete product is manufactured from geopolymer concrete, a concrete product having a slump flow of about 40 to 60 cm is used. The slump flow is a value indicating the spread of diameter when concrete is packed in a conical frame and the frame is lifted and removed. The slump flow is a value indicating the softness of concrete, and similarly, there is a slump as a value indicating the softness. The slump is a value indicating how many centimeters the top of the concrete is lowered when the conical frame is removed.
また、セメントコンクリートで遠心成形する場合、型枠１０の回転速度は、遠心加速度で１５〜２０Ｇが一般的である。１Ｇは、重力加速度の大きさである。 Further, in the case of centrifugal molding with cement concrete, the rotation speed of the mold 10 is generally 15 to 20 G at centrifugal acceleration. 1G is the magnitude of gravitational acceleration.
そこで、同じような成形条件で、ジオポリマーコンクリートを遠心成形し、コンクリート製品を製造することができるか、製造できない場合、どのような条件なら可能であるかを検証するための試験を行った。図２に、試験に用いた材料を示す。ジオポリマーコンクリートを製造するため、フィラーとして、フライアッシュと高炉スラグ微粉末とを使用し、アルカリ溶液として、水ガラスと水酸化ナトリウムの化合物の水溶液（アルカリシリカ溶液）を使用した。アルカリシリカ溶液の密度は、１．４０ｇ/ｃｍ３となるように上記化合物の濃度を調整した。なお、図２中、「Ｆ．Ｍ．」は、骨材の粗さを示す粗粒率である。吸水率は、表面が乾燥状態の骨材に含まれる全水分量の、内部まで乾燥した状態の骨材の質量に対する割合を百分率で示したものある。 Therefore, a test was conducted to verify whether the geopolymer concrete can be centrifugally molded under the same molding conditions to produce a concrete product, and if it cannot be produced, under what conditions it is possible. FIG. 2 shows the materials used in the test. In order to produce geopolymer concrete, fly ash and blast furnace slag fine powder were used as fillers, and an aqueous solution of a compound of water glass and sodium hydroxide (alkali silica solution) was used as an alkaline solution. The concentration of the above compound was adjusted so that the density of the alkaline silica solution was 1.40 g / cm 3 . In FIG. 2, "FM" is a coarse grain ratio indicating the roughness of the aggregate. The water absorption rate is the ratio of the total amount of water contained in the aggregate having a dry surface to the mass of the aggregate having a dry surface as a percentage.
図３に、各材料の配合割合を示す。この配合割合は、１層（外）が、スランプ０ｃｍのときのジオポリマーコンクリートの配合割合である。２層（内）が、アルカリシリカ溶液、高炉スラグ微粉末、フライアッシュを混練して得られる糊状物（ペースト）の配合割合である。ＢＦＳ置換率は、フィラーの全部をＦＡとし、ＦＡの一部をＢＦＳで置換したときのフィラーの質量に対するＢＦＳの質量の割合を百分率で示したもので、ＧＰＷ／Ｐは、フィラーの質量に対するＧＰＷの質量の割合を百分率で示したものである。 FIG. 3 shows the mixing ratio of each material. This blending ratio is the blending ratio of geopolymer concrete when one layer (outside) is a slump of 0 cm. The two layers (inside) are the blending ratio of the paste obtained by kneading the alkali silica solution, blast furnace slag fine powder, and fly ash. The BFS substitution rate is the ratio of the mass of BFS to the mass of the filler when all of the filler is FA and a part of FA is replaced with BFS as a percentage. GPW / P is GPW to the mass of the filler. The mass ratio of is shown as a percentage.
フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、海砂、砂岩砕石を、図３に示した１層（外）の配合に従って計量した材料をまず２つ用意した。材料は、混練前日から混練直前まで２０℃の養生室にて保管した。また、混練直前までに、スランプに応じて量を変えたアルカリシリカ溶液も２つ用意した。スランプは、アルカリシリカ溶液の量により調整することができる。ここでは、アルカリシリカ溶液の量を変えてスランプを調整しているが、これに限られるものではなく、フィラーとアルカリ溶液と骨材の配合割合等を変えてスランプを調整してもよい。 First, two materials were prepared by weighing fly ash, blast furnace slag fine powder, sea sand, and sandstone crushed stone according to the composition of one layer (outside) shown in FIG. The material was stored in a curing room at 20 ° C. from the day before kneading to just before kneading. Also, just before kneading, two alkaline silica solutions whose amounts were changed according to the slump were prepared. The slump can be adjusted by the amount of alkaline silica solution. Here, the slump is adjusted by changing the amount of the alkaline silica solution, but the slump is not limited to this, and the slump may be adjusted by changing the mixing ratio of the filler, the alkaline solution, and the aggregate.
混練には、強制二軸ミキサーを使用した。まず、粉体であるフィラー（ＦＡとＢＦＳ）と細骨材を投入し、３０秒間空練りした。次に、ミキサーにアルカリシリカ溶液を入れ、１分間練り混ぜた。最後に、ミキサーに粗骨材を投入し、２分間練り混ぜた。 A forced twin-screw mixer was used for kneading. First, powder fillers (FA and BFS) and fine aggregate were added and kneaded for 30 seconds. Next, the alkali silica solution was put into a mixer and kneaded for 1 minute. Finally, the coarse aggregate was put into a mixer and kneaded for 2 minutes.
このようにして製造されたジオポリマーコンクリートを遠心成形装置に打ち込み、遠心成形を行った。図４に、試験の概要とその結果を示す。試験１では、スランプフローを従来のジオポリマーコンクリートでコンクリート製品を製造する際に採用される５０ｃｍとし、遠心加速度は、１５〜２０Ｇとすると分離することが容易に想像できるため、５Ｇとし、回転時間は、硬化時間を考慮して２時間とした。試験２では、上記の５０ｃｍでは硬化に時間がかかることから、スランプを６ｃｍとし、遠心加速度は、従来のセメントコンクリートで遠心成形する際に採用される加速度と同じ１８Ｇとし、回転時間は、硬化時間を考慮して１時間３０分とした。 The geopolymer concrete thus produced was driven into a centrifugal molding apparatus to perform centrifugal molding. FIG. 4 shows the outline of the test and the result. In Test 1, the slump flow was set to 50 cm, which is used when manufacturing concrete products from conventional geopolymer concrete, and the centrifugal acceleration was set to 5 G because it can be easily imagined that separation would occur, and the rotation time was set to 5 G. Was set to 2 hours in consideration of the curing time. In Test 2, since it takes time to cure at the above 50 cm, the slump is set to 6 cm, the centrifugal acceleration is set to 18 G, which is the same as the acceleration adopted when centrifugally forming with conventional cement concrete, and the rotation time is the curing time. It was set to 1 hour and 30 minutes in consideration of.
試験１では、図５に示すように、型枠１０の回転中は遠心力によりジオポリマーコンクリート１６が型枠１０の内面に均等に広がり、一定の厚さの中空円筒形の管を形成している。しかしながら、型枠１０の回転を停止すると、図６に示すように、ジオポリマーコンクリート１６が軟らかすぎるため、型枠１０の内面上部のジオポリマーコンクリート１６が落下し、中空円筒形の管を形成することができない、すなわち遠心成形することができないことが分かった。 In Test 1, as shown in FIG. 5, the geopolymer concrete 16 spreads evenly on the inner surface of the formwork 10 due to centrifugal force during the rotation of the formwork 10 to form a hollow cylindrical tube having a constant thickness. There is. However, when the rotation of the formwork 10 is stopped, as shown in FIG. 6, the geopolymer concrete 16 is too soft, so that the geopolymer concrete 16 on the inner surface of the formwork 10 falls to form a hollow cylindrical tube. It turns out that it cannot, i.e., cannot be centrifuged.
一方、試験２では、スランプを小さくした関係で、図７（ａ）に示すように、型枠１０の回転を停止し、脱型しても、一定の厚さの中空円筒形の形状を保持できることが分かった。しかしながら、遠心加速度が１８Ｇという高速回転では、ジオポリマーコンクリート１６が、骨材を含むコンクリート層２０と、骨材を含まないペースト層２１とに分離し、約１５ｍｍの比較的厚いペースト層２１が形成されることが分かった。 On the other hand, in Test 2, due to the reduced slump, as shown in FIG. 7A, the mold 10 retains a hollow cylindrical shape having a constant thickness even when the mold 10 is stopped and the mold is removed. I found that I could do it. However, at high speed rotation with a centrifugal acceleration of 18 G, the geopolymer concrete 16 is separated into a concrete layer 20 containing aggregate and a paste layer 21 not containing aggregate, and a relatively thick paste layer 21 of about 15 mm is formed. It turned out to be done.
ペースト層２１は、水分を多く含み、強度および耐酸性が低いことから、内側に厚いペースト層２１を有するコンクリート製品は、耐酸性が必要とされる下水路等に使用することは難しい。 Since the paste layer 21 contains a large amount of water and has low strength and acid resistance, it is difficult to use a concrete product having a thick paste layer 21 inside in a sewage channel or the like where acid resistance is required.
これらのことから、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、海砂、砂岩砕石を、図３に示した１層（外）の配合に従って計量した材料を用意し、スランプを所定の値として３ｃｍ以下の０ｃｍに設定した。スランプを０ｃｍにするため、アルカリシリカ溶液の量を調整した。 Based on these facts, we prepared materials that weighed fly ash, blast furnace slag fine powder, sea sand, and sandstone crushed stone according to the composition of one layer (outside) shown in FIG. Set to. The amount of alkaline silica solution was adjusted to reduce the slump to 0 cm.
ここで、スランプが０ｃｍとは、図８に示すように、型枠を取り去っても、型枠の形状を維持し、形状の変化がない状態を示す。ここでは、スランプを０ｃｍとした例を示すが、３ｃｍまでの間であれば、ほぼ０ｃｍと同様の結果を得ることができる。 Here, when the slump is 0 cm, as shown in FIG. 8, it means that the shape of the mold is maintained and the shape does not change even if the mold is removed. Here, an example in which the slump is set to 0 cm is shown, but if the slump is up to 3 cm, almost the same result as 0 cm can be obtained.
試験３では、遠心加速度が１８Ｇでは速すぎ、材料の分離が見られることから、６Ｇとし、また、回転時間も、水分が少なく、硬化時間が短く、硬化し始めるまでの時間（可使時間）が約２７〜２８分であることから、２０分間として遠心成形を行った。 In Test 3, the centrifugal acceleration of 18G is too fast and the materials are separated. Therefore, the rotation time is set to 6G, the water content is low, the curing time is short, and the time until curing starts (potable time). Since it took about 27 to 28 minutes, centrifugation was performed for 20 minutes.
試験３では、図９に示すように、型枠１０の回転を停止し、脱型しても、一定の厚さの中空円筒形の形状を保持でき、また、ペースト層２１も５ｍｍ程度と薄いことから、下水道等に使用しても問題がない程度に、強度および耐酸性が向上することが分かった。 In Test 3, as shown in FIG. 9, even if the rotation of the mold 10 is stopped and the mold is removed, the hollow cylindrical shape having a certain thickness can be maintained, and the paste layer 21 is as thin as about 5 mm. From this, it was found that the strength and acid resistance were improved to the extent that there was no problem even if it was used for sewerage.
試験３で成形されたコンクリート製品は、図１０に示すように、中空の内面２２に多少の凹凸２３が見られた。凹凸２３は、コンクリート製品がヒューム管等の管で、内部を水等の液体が流れる場合、液体の流れの抵抗となり、性能上の問題が生じる。 In the concrete product formed in Test 3, as shown in FIG. 10, some unevenness 23 was observed on the hollow inner surface 22. When the concrete product is a pipe such as a Hume pipe and a liquid such as water flows inside the uneven 23, it becomes a resistance to the flow of the liquid and causes a performance problem.
そこで、試験４では、別途、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末を、図３に示した２層（内）の配合に従って計量した材料を用意し、同様に混練してジオポリマーペーストを作成した。最初に、試験３と同様の配合で作成したジオポリマーコンクリートを打ち込み、ある程度遠心成形を行った後、その内側に作成したジオポリマーペーストを打ち込み、遠心成形を行った。 Therefore, in Test 4, separately, a material in which fly ash and blast furnace slag fine powder were weighed according to the composition of the two layers (inside) shown in FIG. 3 was prepared and kneaded in the same manner to prepare a geopolymer paste. First, a geopolymer concrete prepared with the same composition as in Test 3 was driven in, and after centrifuging to some extent, the geopolymer paste prepared inside the geopolymer concrete was cast in and centrifuged.
試験４は、試験３と同様、一定の厚さの中空円筒形の形状を保持でき、ペースト層２１も薄く、強度および耐酸性が向上し、さらには図１１に示すように、内面２２に凹凸が見られなくなり、内面２２が平滑になった。また、内面２２には、ひび割れも見られなかった。 In test 4, as in test 3, a hollow cylindrical shape having a constant thickness can be maintained, the paste layer 21 is thin, strength and acid resistance are improved, and as shown in FIG. 11, the inner surface 22 is uneven. Is no longer seen, and the inner surface 22 becomes smooth. In addition, no cracks were found on the inner surface 22.
以上のように、内面２２をより平滑にするためにジオポリマーペーストも使用し、打込み層数を２回にすることができるが、打込み層数はジオポリマーコンクリートのみの１回でも充分に製品として利用することは可能である。 As described above, the geopolymer paste can also be used to make the inner surface 22 smoother, and the number of driving layers can be set to two. However, the number of driving layers can be sufficiently as a product even once using only geopolymer concrete. It is possible to use it.
上記の例では、試験３で遠心加速度を６Ｇとしているが、遠心加速度が６Ｇ以外でも同様の効果が得られるかどうかを確認するため、遠心加速度を３Ｇ、５Ｇ、７Ｇ、１０Ｇに変えて遠心成形を行った。 In the above example, the centrifugal acceleration is set to 6G in Test 3, but in order to confirm whether the same effect can be obtained even if the centrifugal acceleration is other than 6G, the centrifugal acceleration is changed to 3G, 5G, 7G, and 10G for centrifugation. Was done.
遠心成形を行った結果は、図１２に示すように、内面２２のひび割れは、遠心加速度が３Ｇ、５Ｇでは、０本であり、上記でも説明したように、６Ｇでも０本であったが、７Ｇになると１１本見られ、１０Ｇになると２１本に増加した。ひび割れは、水密性、気密性、強度等の低下につながり、また、製品の変形にもつながることから、ひび割れが発生しない成形条件が望ましい。 As a result of the centrifugal molding, as shown in FIG. 12, the number of cracks on the inner surface 22 was 0 when the centrifugal acceleration was 3G and 5G, and as explained above, it was 0 even when the centrifugal acceleration was 6G. 11 lines were seen at 7G, and increased to 21 lines at 10G. Since cracks lead to deterioration of watertightness, airtightness, strength, etc., and also lead to deformation of the product, molding conditions that do not cause cracks are desirable.
また、骨材の偏りは、成形された管の内側１２．５ｍｍと外側１２．５ｍｍで各領域面積に対する骨材の面積の割合を見てみると、図１３（ａ）に示すように、５Ｇのときにほぼ均等で、５Ｇから離れるにつれて内側１２．５ｍｍの内側部分２４や外側１２．５ｍｍの外側部分２５に偏りが生じた。３Ｇでは、骨材の偏りが約１０％であるが、７Ｇでは１５％と大きくなった。 Further, the bias of the aggregate is 5G as shown in FIG. 13 (a) when looking at the ratio of the area of the aggregate to the area of each region at 12.5 mm inside and 12.5 mm outside the molded tube. At this time, it was almost even, and as the distance from 5G increased, the inner portion 24 of the inner 12.5 mm and the outer portion 25 of the outer 12.5 mm were biased. In 3G, the bias of aggregate was about 10%, but in 7G it was as large as 15%.
そのときの断面の様子を、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示す。３Ｇでは、偏りがあるといっても、見た目にはほぼ均等で、７Ｇ、１０Ｇと大きくなるにつれて、骨材２６に明らかな偏りが生じた。 The state of the cross section at that time is shown in FIGS. 13 (b) to 13 (d). In 3G, even if there was a bias, it was almost even in appearance, and as it increased to 7G and 10G, a clear bias occurred in the aggregate 26.
また、内面２２の状態を、図１４（ａ）〜（ｄ）に示す。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、３Ｇ、５Ｇでは、内面２２に、面積は広く浅い凹部２７が存在するが、概ね平滑な曲面となった。７Ｇ、１０Ｇも、図１４（ｃ）、（ｄ）に示すように、小孔２８が形成されたが、概ね平滑な曲面となった。 The state of the inner surface 22 is shown in FIGS. 14 (a) to 14 (d). As shown in FIGS. 14A and 14B, in 3G and 5G, the inner surface 22 has a wide and shallow recess 27, but the curved surface is generally smooth. As shown in FIGS. 14 (c) and 14 (d), the small holes 28 were also formed in the 7G and 10G, but the curved surface was generally smooth.
図１５に、以上の結果をまとめる。内面２２の平滑性は、いずれの遠心加速度においても概ね良好であるが、７Ｇより大きくなると、ひび割れが発生し、ペースト厚さが厚くなり、法線方向（厚さ方向）への骨材に偏りが生じている。ここには６Ｇの結果は示されていないが、６Ｇまでであれば、ひび割れの発生はなく、ペースト厚さも６ｍｍ程度と薄く、法線方向への骨材の偏りも生じない。 The above results are summarized in FIG. The smoothness of the inner surface 22 is generally good at any centrifugal acceleration, but when it is larger than 7 G, cracks occur, the paste thickness becomes thicker, and the aggregate is biased toward the normal direction (thickness direction). Is occurring. Although the result of 6G is not shown here, cracks do not occur up to 6G, the paste thickness is as thin as about 6 mm, and the aggregate is not biased in the normal direction.
一方、ここには遠心加速度が３Ｇより小さい場合の結果は示されていないが、２Ｇより小さくなると、回転速度が遅く、コンクリートが広がりにくくなるため、遠心成形を行うことができなくなる。 On the other hand, the result when the centrifugal acceleration is smaller than 3G is not shown here, but when it is smaller than 2G, the rotation speed is slow and the concrete is difficult to spread, so that centrifugal molding cannot be performed.
以上の結果から、遠心加速度は２〜６Ｇの範囲内とすべきであることが分かった。よって、スランプを３ｃｍ以下になるようにアルカリシリカ溶液の量を調整し、遠心加速度を２〜６Ｇに調整し、ジオポリマーコンクリートを打ち込み、遠心成形することで、内面２２が平滑で、ひび割れが発生することなく、ペースト厚さも薄く、法線方向への骨材の偏りもほとんどないヒューム管等のコンクリート製品を、ジオポリマーコンクリートにより製造することができる。 From the above results, it was found that the centrifugal acceleration should be in the range of 2 to 6 G. Therefore, by adjusting the amount of alkali silica solution so that the slump is 3 cm or less, adjusting the centrifugal acceleration to 2 to 6 G, driving geopolymer concrete, and centrifuging, the inner surface 22 is smooth and cracks occur. It is possible to produce concrete products such as Hume pipes using geopolymer concrete, which have a thin paste thickness and almost no bias of aggregates in the normal direction.
図１６に、ジオポリマーコンクリートを用いてコンクリート製品を製造する流れを示す。ステップ１６００から開始し、ステップ１６０１では、図３に示した材料中の水分量を、スランプが所定の値以下となるように調整する。水分量は、コンクリート材料中のアルカリ溶液の量により調整することができる。そして、ステップ１６０２で、ミキサーに材料を投入し、ステップ１６０３で、材料を混練する。 FIG. 16 shows a flow of manufacturing a concrete product using geopolymer concrete. Starting from step 1600, in step 1601, the water content in the material shown in FIG. 3 is adjusted so that the slump is equal to or less than a predetermined value. The water content can be adjusted by the amount of alkaline solution in the concrete material. Then, in step 1602, the material is put into the mixer, and in step 1603, the material is kneaded.
ステップ１６０４では、型枠１０を一定方向に回転させ、回転加速度が２〜６Ｇの範囲内の加速度に調整する。ステップ１６０５で、製造したジオポリマーコンクリートを型枠１０内に打ち込み、ステップ１６０６で、遠心成形を行う。 In step 1604, the mold 10 is rotated in a certain direction, and the rotational acceleration is adjusted to an acceleration within the range of 2 to 6 G. In step 1605, the produced geopolymer concrete is driven into the formwork 10, and in step 1606, centrifugation is performed.
ステップ１６０７では、型枠１０ごと養生室に移動し、蒸気養生等の加熱養生を行う。ステップ１６０８では、脱型し、必要に応じて自然養生し、必要な試験を行い、ステップ１６０９でコンクリート製品の製造を完了する。 In step 1607, the mold 10 is moved to the curing room, and heat curing such as steam curing is performed. Step 1608 demolds, naturally cures as needed, performs the necessary tests, and completes the production of concrete products in step 1609.
ジオポリマーペーストを打ち込む場合は、ステップ１６０６でジオポリマーコンクリートの遠心成形を行っている間に、上記水分量に調整した、ジオポリマーコンクリートを作るときと同一配合のアルカリ溶液とフィラーとをミキサーに入れ、混練してジオポリマーペーストを作る。ここでは、同一配合を一例として挙げているが、これに限定されるものではない。そして、ジオポリマーコンクリートをある程度遠心成形した後にジオポリマーペーストを打ち込み、同様に遠心成形する。その後、ステップ１６０７の蒸気養生を行う。 When driving the geopolymer paste, while centrifuging the geopolymer concrete in step 1606, put the alkali solution and filler having the same composition as when making the geopolymer concrete, adjusted to the above water content, into the mixer. , Knead to make geopolymer paste. Here, the same formulation is given as an example, but the present invention is not limited to this. Then, after the geopolymer concrete is centrifuged to some extent, the geopolymer paste is poured in and the geopolymer paste is similarly centrifuged. Then, the steam curing of step 1607 is performed.
このように遠心成形が可能になったことで、環境に優しく、耐酸性に優れたジオポリマーコンクリートの使用機会が増え、特に耐酸性が問題となる下水路への活用が可能になる。 The enablement of centrifugal molding in this way increases the opportunities for use of geopolymer concrete, which is environmentally friendly and has excellent acid resistance, and makes it possible to use it especially in sewage channels where acid resistance is a problem.
これまで本発明のコンクリート製品の製造方法を上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the method for producing a concrete product of the present invention has been described in detail with the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments, additions, changes, and deletions are made. Such as, can be changed within the range that can be conceived by those skilled in the art, and is included in the scope of the present invention as long as the action / effect of the present invention is exhibited in any of the embodiments.
１０…型枠
１０ａ、１０ｂ…半円筒部材
１１…側板
１２…駆動輪
１３…従動輪
１４…モータ
１５…チェーン
１６…ジオポリマーコンクリート
２０…コンクリート層
２１…ペースト層
２２…内面
２３…凹凸
２４…内側部分
２５…外側部分
２６…骨材
２７…凹部
２８…小孔
10 ... Formwork 10a, 10b ... Semi-cylindrical member 11 ... Side plate 12 ... Drive wheel 13 ... Trailing wheel 14 ... Motor 15 ... Chain 16 ... Geopolymer concrete 20 ... Concrete layer 21 ... Paste layer 22 ... Inner surface 23 ... Concavo-convex 24 ... Inside Part 25 ... Outer part 26 ... Aggregate 27 ... Recess 28 ... Small hole
Claims (6)
ケイ素およびアルミニウムを主成分とする粉体とアルカリ溶液と骨材とをコンクリート材料として用いてコンクリートを製造する際のコンクリートの軟度を示す値が所定の値以下となるように該コンクリート材料中の水分量を調整する段階と、
回転する中空円筒形の型枠の遠心加速度を所定の範囲内の加速度に調整する段階と、
前記水分量に調整されたコンクリート材料を用いて製造された前記コンクリートを前記型枠内に打ち込み、遠心成形する段階と
を含む、コンクリート製品の製造方法。 A method of manufacturing concrete products
In the concrete material, the value indicating the softness of the concrete when the concrete is manufactured by using the powder containing silicon and aluminum as the main components, the alkaline solution and the aggregate as the concrete material is equal to or less than a predetermined value. The stage of adjusting the amount of water and
The stage of adjusting the centrifugal acceleration of the rotating hollow cylindrical formwork to an acceleration within a predetermined range, and
A method for producing a concrete product, which comprises a step of driving the concrete produced using the concrete material adjusted to the water content into the mold and centrifuging the concrete.
遠心成形される前記コンクリートの内側に前記糊状物を打ち込み、遠心成形する段階と
を含む、請求項１に記載の製造方法。 At the stage of kneading the powder and the alkaline solution to produce a paste,
The production method according to claim 1, further comprising a step of driving the paste-like material into the inside of the concrete to be centrifuged and centrifuging.
前記遠心加速度を調整する段階では、前記遠心加速度を２〜６Ｇに調整する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。 At the stage of adjusting the water content, the water content is adjusted so that the slump as a value indicating the softness of the concrete is 3 cm or less.
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the centrifugal acceleration is adjusted to 2 to 6 G at the stage of adjusting the centrifugal acceleration.
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