JP2021155231A - 膨張材含有コンクリート - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、フライアッシュを多量に含むにも拘わらず、収縮補償の範囲内で膨張ひずみが得られ、凝結時間が早まり、また、強度の低下が小さい、膨張材含有コンクリートを提供する。【解決手段】本発明は、フライアッシュの混和率が２０〜３０質量％、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材の混和量がコンクリート１ｍ３あたり１５〜２２ｋｇであり、さらに、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤、および水を少なくとも含む、膨張材含有コンクリートである。【選択図】なし
Description
本発明は、フライアッシュを多量に含む膨張材含有コンクリートに関する。
コンクリート用膨張材（以下「膨張材」と略す。）は、コンクリートの収縮ひび割れを抑制して、コンクリートの耐久性を高める手段として有用である。そのため、土木分野や建築分野で、収縮ひび割れの抑制を目的に、膨張材が長年にわたり使用されてきた。
ところで、近年、環境負荷の低減の観点から、製造の際に炭酸ガスを多量に排出するポルトランドセメントに替わって、フライアッシュや高炉セメントを混合することにより、その分、製造する際に炭酸ガスの排出量が少ない混合セメントが注目されている。しかし、混合セメントを用いたコンクリートや、フライアッシュ等を混和したコンクリートは、凝結が遅れ早期の強度発現性が低いため、フライアッシュ等を混和した膨張材含有コンクリートは、以下の課題があった。
(i)例えば、膨張材の標準的な混和量である２０ｋｇ／コンクリート１ｍ３の膨張材含有コンクリートに、フライアッシュ等を多量に混合すると、コンクリートが未硬化の段階で膨張ひずみが過大になって、収縮補償コンクリートにおいて規定する膨張ひずみを超える。
(ii)膨張材含有コンクリートの仕上げが遅れるため、次工程の施工も遅れることになる。
(i)例えば、膨張材の標準的な混和量である２０ｋｇ／コンクリート１ｍ３の膨張材含有コンクリートに、フライアッシュ等を多量に混合すると、コンクリートが未硬化の段階で膨張ひずみが過大になって、収縮補償コンクリートにおいて規定する膨張ひずみを超える。
(ii)膨張材含有コンクリートの仕上げが遅れるため、次工程の施工も遅れることになる。
そこで、特許文献１では、高炉スラグを多量に含むにも拘わらず、強度発現性が良好で、適正な膨張率を確保できるコンクリートが提案されている。該コンクリートは、具体的には、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、および生石灰系膨張材を含む結合材を含有するコンクリートであって、前記高炉スラグ微粉末の結合材中の比率は６０〜８０質量％、前記生石灰系膨張材のブレーン比表面積は４５００ｃｍ２／ｇ以上のコンクリートである。
もっとも、特許文献１には、フライアッシュを多量に含むコンクリートについて記載や示唆はない。
もっとも、特許文献１には、フライアッシュを多量に含むコンクリートについて記載や示唆はない。
そこで、本発明は、フライアッシュを多量に含むにも拘わらず、収縮補償の範囲内で膨張ひずみが得られ、凝結時間が早まり、また、強度の低下が小さい、膨張材含有コンクリートを提供することを目的とする。
本発明者らは、前記膨張材含有コンクリートを検討したところ、フライアッシュ、および特定のブレーン比表面積を有する膨張材を特定の割合で含む膨張材含有コンクリートは、前記目的にかなうことを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は下記の構成を有する膨張材含有コンクリートである。
［１］フライアッシュの混和率が２０〜３０質量％、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材の混和量がコンクリート１ｍ３あたり１５〜２２ｋｇであり、さらに、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤、および水を少なくとも含む、膨張材含有コンクリート。
［２］材齢７日の膨張ひずみが１５０×１０−６〜２５０×１０−６、凝結時間（始発時間および終結時間）が、膨張材を混和していないコンクリートの凝結時間と比べ５０分以上短く、かつ、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度が、膨張材を混和していないコンクリートの圧縮強度と比べ９５％以上である、前記［１］に記載の膨張材含有コンクリート。
［２］材齢７日の膨張ひずみが１５０×１０−６〜２５０×１０−６、凝結時間（始発時間および終結時間）が、膨張材を混和していないコンクリートの凝結時間と比べ５０分以上短く、かつ、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度が、膨張材を混和していないコンクリートの圧縮強度と比べ９５％以上である、前記［１］に記載の膨張材含有コンクリート。
本発明の膨張材含有コンクリートは、フライアッシュを多量に含むにも拘わらず、収縮補償の範囲内で膨張ひずみが得られ、凝結時間が早まり、また、強度の低下が小さい。
本発明の膨張材含有コンクリートは、前記のとおり、フライアッシュの混和率が２０〜３０質量％、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材の混和量がコンクリート１ｍ３あたり１５〜２２ｋｇであり、さらに、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤、および水を少なくとも含むコンクリートである。
以下、膨張材含有コンクリートの前記の各構成材料に分けて詳細に説明する。
以下、膨張材含有コンクリートの前記の各構成材料に分けて詳細に説明する。
１．フライアッシュ
本発明で用いるフライアッシュは、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定するフライアッシュＩ〜ＩＶ種である。また、フライアッシュの混和率は２０〜３０％である。該混和率が２０％未満では、後掲の表２の比較例５（フライアッシュの混和率は１５％）に示すように、凝結時間差は始発時間で１５分、終結時間で１０分といずれも５０分未満であり、凝結時間の短縮効果は小さく、また、該混和率が３０％を超えると、比較例６に示すように、圧縮強度比が材齢２８日で８６％、材齢８９％と、いずれも９５％未満であり圧縮強度の低下が大きい。
本発明で用いるフライアッシュは、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定するフライアッシュＩ〜ＩＶ種である。また、フライアッシュの混和率は２０〜３０％である。該混和率が２０％未満では、後掲の表２の比較例５（フライアッシュの混和率は１５％）に示すように、凝結時間差は始発時間で１５分、終結時間で１０分といずれも５０分未満であり、凝結時間の短縮効果は小さく、また、該混和率が３０％を超えると、比較例６に示すように、圧縮強度比が材齢２８日で８６％、材齢８９％と、いずれも９５％未満であり圧縮強度の低下が大きい。
ここで、凝結時間差とは、フライアッシュの混和率が同じ膨張材未含有コンクリートの凝結時間から膨張材含有コンクリートの凝結時間を引いた値（差）である。具体的には、フライアッシュの混和率が同じ１５％の比較例１１（膨張材未含有コンクリート）と比較例５（膨張材含有コンクリート）を例にとれば、比較例１１の始発時間が６時間３５分、終結時間が８時間５５分に対し、比較例５の始発時間は６時間２０分、終結時間は８時間４５分であるから、凝結時間差は、比較例５に示すように、始発時間で１５分、終結時間で１０分になる。
また、フライアッシュの混和率および圧縮強度比の定義を、それぞれ、下記（１）式および（２）式に示す。
フライアッシュの混和率（％）＝１００×フライアッシュの質量／（セメントの質量＋膨張材の質量＋フライアッシュの質量） ・・・（１）
圧縮強度比（％）＝１００×フライアッシュの混和率が同じ膨張材含有コンクリートの圧縮強度／膨張材未含有コンクリートの圧縮強度 ・・・（２）
また、フライアッシュの混和率および圧縮強度比の定義を、それぞれ、下記（１）式および（２）式に示す。
フライアッシュの混和率（％）＝１００×フライアッシュの質量／（セメントの質量＋膨張材の質量＋フライアッシュの質量） ・・・（１）
圧縮強度比（％）＝１００×フライアッシュの混和率が同じ膨張材含有コンクリートの圧縮強度／膨張材未含有コンクリートの圧縮強度 ・・・（２）
２．石灰系膨張材
本発明で用いる石灰系膨張材は、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材である。該ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ未満では、比較例１〜４に示すように、凝結時間差および圧縮強度比は小さい。なお、前記ブレーン比表面積は、好ましくは５０００ｃｍ２／ｇ以上であり、粉砕コストを考慮すると、より好ましくは５０００〜７０００ｃｍ２／ｇである。ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材は、市販品では、太平洋Ｎ−ＥＸ（太平洋マテリアル社製）が挙げられる。
本発明で用いる石灰系膨張材は、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材である。該ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ未満では、比較例１〜４に示すように、凝結時間差および圧縮強度比は小さい。なお、前記ブレーン比表面積は、好ましくは５０００ｃｍ２／ｇ以上であり、粉砕コストを考慮すると、より好ましくは５０００〜７０００ｃｍ２／ｇである。ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材は、市販品では、太平洋Ｎ−ＥＸ（太平洋マテリアル社製）が挙げられる。
また、石灰系膨張材の混和量は、コンクリート１ｍ３あたり１５〜２２ｋｇである。該混和量がコンクリート１ｍ３あたり１５ｋｇ未満では、比較例７に示すよう、膨張ひずみおよび凝結時間差が小さく、２２ｋｇを超えると、比較例８に示すように、膨張ひずみが過大になる。ちなみに、適正な膨張ひずみは、材齢７日で１５０×１０−６〜２５０×１０−６である。なお、石灰系膨張材の混和量は、好ましくは１５〜２０ｋｇである。
３．セメント
本発明で用いるセメントは、特に制限されず、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、高炉セメント、シリカセメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
単位セメント量は、好ましくは１９０〜３１０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは２１０〜２５０ｋｇ／ｍ３である。単位セメント量が１９０〜３１０ｋｇ／ｍ３の範囲にあれば、高い強度が得られる。
本発明で用いるセメントは、特に制限されず、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、高炉セメント、シリカセメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
単位セメント量は、好ましくは１９０〜３１０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは２１０〜２５０ｋｇ／ｍ３である。単位セメント量が１９０〜３１０ｋｇ／ｍ３の範囲にあれば、高い強度が得られる。
４．細骨材および粗骨材
本発明で用いる細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられ、本発明で用いる粗骨材は川砂利、山砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記粗骨材および細骨材は、天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。
また、前記細骨材および粗骨材の単位量は、いずれの骨材も、良好なワーカビリティの観点から、好ましくは５００〜１１００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは６００〜１０００ｋｇ／ｍ３である。
本発明で用いる細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられ、本発明で用いる粗骨材は川砂利、山砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記粗骨材および細骨材は、天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。
また、前記細骨材および粗骨材の単位量は、いずれの骨材も、良好なワーカビリティの観点から、好ましくは５００〜１１００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは６００〜１０００ｋｇ／ｍ３である。
５．混和剤
本発明で用いる混和剤は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、および高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上であり、これらの減水剤を化合物で示すと、リグニンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩・ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩・ホルマリン縮合物、およびポリカルボン酸塩等である。
本発明で用いる混和剤は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、および高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上であり、これらの減水剤を化合物で示すと、リグニンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩・ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩・ホルマリン縮合物、およびポリカルボン酸塩等である。
６．水
本発明で用いる水は、上水道水、下水処理水、および生コンの上澄み水等の、コンクリートの強度発現性や流動性等に影響を与えないものであれば用いることができる。また、単位水量は、良好なワーカビリティの観点から、好ましくは１００〜２００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１２０〜１８０ｋｇ／ｍ３である。
本発明で用いる水は、上水道水、下水処理水、および生コンの上澄み水等の、コンクリートの強度発現性や流動性等に影響を与えないものであれば用いることができる。また、単位水量は、良好なワーカビリティの観点から、好ましくは１００〜２００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１２０〜１８０ｋｇ／ｍ３である。
７．その他の構成材料
本発明の膨張材含有コンクリートは、フライアッシュの他に、高炉スラグ、石灰石粉末、シリカフューム、石灰石粉末、およびシリカ質粉末を含むことができる。さらに、ＡＥ剤、収縮低減剤、遅延剤、急硬材、増粘剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤、遅延剤、硬化促進剤、および繊維等を含むことができる。
本発明の膨張材含有コンクリートは、フライアッシュの他に、高炉スラグ、石灰石粉末、シリカフューム、石灰石粉末、およびシリカ質粉末を含むことができる。さらに、ＡＥ剤、収縮低減剤、遅延剤、急硬材、増粘剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤、遅延剤、硬化促進剤、および繊維等を含むことができる。
８．膨張材含有コンクリートの製造方法
本発明の膨張材含有コンクリートの製造方法は、特に限定されず、通常のコンクリートを製造する方法でよい。膨張材は、一般に、セメントおよび骨材等と先に混合した後に、減水剤を含む水等を添加して混練する。そして、本発明の膨張材含有コンクリートの製造でも、フライアッシュ、セメント、膨張材、および骨材を先に混合した後、減水剤を含む水等を添加して混練する。これらの混合と混練には、通常のコンクリートの混練に用いる連続式ミキサやバッチ式ミキサを用いることができる。
本発明の膨張材含有コンクリートの製造方法は、特に限定されず、通常のコンクリートを製造する方法でよい。膨張材は、一般に、セメントおよび骨材等と先に混合した後に、減水剤を含む水等を添加して混練する。そして、本発明の膨張材含有コンクリートの製造でも、フライアッシュ、セメント、膨張材、および骨材を先に混合した後、減水剤を含む水等を添加して混練する。これらの混合と混練には、通常のコンクリートの混練に用いる連続式ミキサやバッチ式ミキサを用いることができる。
本発明の膨張材含有コンクリートは、フライアッシュを多量に含むコンクリートであるにも拘わらず、強度発現性が良好で、適切な膨張量を確保できる。また、セメントの配合量が少なく、フライアッシュを多く含むため、環境負荷の小さいコンクリートとして、普通コンクリート、鉄筋コンクリート、繊維補強コンクリート、および転圧コンクリート等の各種コンクリートの用途がある。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント
普通ポルトランドセメント、密度は３．１６ｇ／ｃｍ３、太平洋セメント社製である。
（２）フライアッシュ
ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定するフライアッシュＩＩ種である。
（３）石灰系膨張材
ブレーン比表面積は、膨張材１が５２００ｃｍ２／ｇ、膨張材２が４５００ｃｍ２／ｇ、膨張材３が４０００ｃｍ２／ｇ、膨張材４が３３００ｃｍ２／ｇである。
（４）細骨材おおび粗骨材
細骨材は掛川産山砂、粗骨材は桜川産砕石である。
（５）混和剤
ＡＥ減水剤で、商品名はマスターポリヒード１５Ｓ（ＢＡＳＦジャパン社製）、有効成分は、リグニンスルホン酸化合物とポリカルボン酸エーテルの複合体である。
（６）水
上水道水である。
１．使用材料
（１）セメント
普通ポルトランドセメント、密度は３．１６ｇ／ｃｍ３、太平洋セメント社製である。
（２）フライアッシュ
ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定するフライアッシュＩＩ種である。
（３）石灰系膨張材
ブレーン比表面積は、膨張材１が５２００ｃｍ２／ｇ、膨張材２が４５００ｃｍ２／ｇ、膨張材３が４０００ｃｍ２／ｇ、膨張材４が３３００ｃｍ２／ｇである。
（４）細骨材おおび粗骨材
細骨材は掛川産山砂、粗骨材は桜川産砕石である。
（５）混和剤
ＡＥ減水剤で、商品名はマスターポリヒード１５Ｓ（ＢＡＳＦジャパン社製）、有効成分は、リグニンスルホン酸化合物とポリカルボン酸エーテルの複合体である。
（６）水
上水道水である。
２．膨張材含有コンクリートの製造
表１に示す配合に従い、前記の普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、石灰系膨張材、細骨材、および粗骨材を、コンクリートミキサに投入して、３０秒間混合した。次に、これに前記の混和剤を含む水を添加し、さらに２分間混練して、膨張材含有コンクリートを製造した。
表１に示す配合に従い、前記の普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、石灰系膨張材、細骨材、および粗骨材を、コンクリートミキサに投入して、３０秒間混合した。次に、これに前記の混和剤を含む水を添加し、さらに２分間混練して、膨張材含有コンクリートを製造した。
３．コンクリート試験
材齢７日の拘束膨張ひずみはＪＩＳ Ａ ６２０２「コンクリート用膨張材」に準拠して測定し、凝結時間はＪＩＳ Ａ １１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に準拠して測定し、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度はＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定した。これらの結果と凝結時間差および圧縮強度比を表２に示す。
材齢７日の拘束膨張ひずみはＪＩＳ Ａ ６２０２「コンクリート用膨張材」に準拠して測定し、凝結時間はＪＩＳ Ａ １１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に準拠して測定し、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度はＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定した。これらの結果と凝結時間差および圧縮強度比を表２に示す。
４．試験結果の評価
（ａ）拘束膨張ひずみ
表２に示すように、材齢７日の拘束膨張ひずみは、比較例１〜４、６、８〜１２では、材齢７日の適正な膨張ひずみである１５０×１０−６〜２５０×１０−６の範囲を逸脱しているのに対し、実施例１〜６では１８２×１０−６〜２４８×１０−６であるから、前記材齢７日の適正な膨張ひずみの範囲内である。
（ａ）拘束膨張ひずみ
表２に示すように、材齢７日の拘束膨張ひずみは、比較例１〜４、６、８〜１２では、材齢７日の適正な膨張ひずみである１５０×１０−６〜２５０×１０−６の範囲を逸脱しているのに対し、実施例１〜６では１８２×１０−６〜２４８×１０−６であるから、前記材齢７日の適正な膨張ひずみの範囲内である。
（ｂ）凝結時間差
表２に示すように、比較例１では終結時間の凝結時間差が５０分未満であり、比較例２〜５、および７では始発時間と終結時間の凝結時間差がともに５０分未満である。これに対して、実施例１〜６の凝結時間差はすべて５０分以上である。
表２に示すように、比較例１では終結時間の凝結時間差が５０分未満であり、比較例２〜５、および７では始発時間と終結時間の凝結時間差がともに５０分未満である。これに対して、実施例１〜６の凝結時間差はすべて５０分以上である。
（ｃ）圧縮強度比
表２に示すように、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度比は、比較例１〜４、６、および８で、９５％未満であるのに対し、実施例１〜６では９５〜９９％である。
表２に示すように、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度比は、比較例１〜４、６、および８で、９５％未満であるのに対し、実施例１〜６では９５〜９９％である。
以上のように、本発明の膨張材含有コンクリートは、材齢７日の膨張ひずみが１５０×１０−６〜２５０×１０−６と適正な範囲にあり、凝結時間が５０分以上短縮し、圧縮強度比が９５％以上と強度の低下が極めて小さい。
Claims (2)
- フライアッシュの混和率が２０〜３０質量％、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇ以上の石灰系膨張材の混和量がコンクリート１ｍ３あたり１５〜２２ｋｇであり、さらに、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤、および水を少なくとも含む、膨張材含有コンクリート。
- 材齢７日の膨張ひずみが１５０×１０−６〜２５０×１０−６、凝結時間（始発時間および終結時間）が、膨張材を混和していないコンクリートの凝結時間と比べ５０分以上短く、かつ、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度が、膨張材を混和していないコンクリートの圧縮強度と比べ９５％以上である、請求項１に記載の膨張材含有コンクリート。
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| JP2020054247A JP2021155231A (ja) | 2020-03-25 | 2020-03-25 | 膨張材含有コンクリート |
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2020
- 2020-03-25 JP JP2020054247A patent/JP2021155231A/ja active Pending
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