JP2697059B2

JP2697059B2 - 重量コンクリート製造用組成物及び重量コンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP2697059B2
Application number: JP63334568A
Authority: JP
Inventors: 忠雄桜井; 要一松本
Original assignee: トーメンコンストラクション株式会社; 株式会社水工建
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JPH01301549A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、比重が高く、機械的特性及び化学的特性の
優れた重量コンクリート製造用組成物及び重量コンクリ
ートの製造法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）骨材に磁鉄鉱、チタン鉱、重晶石、かんらん石等の比
重の高い材料を用いたコンクリートは重量コンクリート
といわれ、消波ブロック、護岸堤等の海洋工事用コンク
リート、重量機械基盤用コンクリート、放射線遮へい用
コンクリート等として用いられている。

しかし、重量コンクリートの製造に際しては、その生
コンクリートとしての運搬中、打設中、また硬化途中に
おいて、高比重の骨材が沈降分離し易く、均質な高比重
重量コンクリートを製造することが困難である。

また、これを回避するために、生コンクリートの水／
セメント比を小さくすると、施工性が悪くなり、製品重
量コンクリートの化学的、機械的特性も劣化する。

（問題点を解決するための手段）本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、生コ
ンクリートの運搬中、打設中、硬化途中等における高比
重骨材とセメントペーストとの分離を阻止して、高比
重、高強度の重量コンクリート製品を提供するものであ
って、すなわち、粗骨材としての酸化鉄鉱石及び細骨
材としての砂鉄の総量70〜90重量％、水／セメント比0.
25〜0.7のセメントペースト８〜30重量％、シリカヒュ
ーム／セメント比2.5〜20％のシリカヒューム0.1〜３重
量％とからなることを特徴とする重量コンクリート製造
用組成物と、粗骨材としての酸化鉄鉱石及び細骨材と
しての砂鉄の総量70〜90重量％、水／セメント比0.25〜
0.7のセメントペースト８〜30重量％、シリカヒューム
／セメント比2.5〜20％のシリカヒューム0.1〜３重量％
及び繊維長１〜10mmの炭素繊維0.05〜１重量％とからな
り、かつシリカヒュームと炭素繊維の総量が４重量％を
越えないことを特徴とする重量コンクリート製造用組成
物、及び、前記記載の重量コンクリート製造用組
成物又は前記記載の重量コンクリート製造用組成物を
型枠内に入れ養生硬化せしめることを特徴とする重量コ
ンクリートの製造法である。

従来、重量コンクリートの製造においては、かんらん
石、各種鉄鉱石などの粗骨材に砂などの細骨材とセメン
ト、水とを混合して、これを打設施工していたが、粗骨
材の鉄鉱石は比重が高いため、下方へ沈んでしまう分離
現象が生じ、その結果不均質な組成の機械的、化学的特
性の劣化した重量コンクリート製品となってしまう問題
があった。

本発明者は種々研究の結果、細骨材に比重の高い砂鉄
を使用し、そして混和剤にシリカヒューム又はシリカヒ
ュームと炭素繊維を加えることにより、この分離現象の
発生を阻止できることを見出だした。

細骨材に砂鉄を用いることによって、粗骨材、細骨材
の双方共に比重の高い材料とする一方、セメントと水か
らなるセメントペースト分は比重の低い材料となったの
で、比重差から粗、細骨材が沈降し、セメントペースト
分が上方に残って、分離が生じるものもと予想されたけ
れども、この予想を覆すことができた。さらに、粗骨材
に酸化鉄鉱石を用いることにより、水、海水等の化学環
境に対する安定性を高めることができた。

骨材と水、海水との接触に際しては、骨材が硫化鉱で
あると、硫黄分が気、水中の酸素、水及びセメントから
生成する水酸化カルシウムと反応して（１）硫化鉄＋酸素＋水又は海水＋水酸化カルシウム［膨張］：石膏＋水酸化鉄（２）石膏＋アルミン酸カルシウム（セメント中
の）＋水［膨張］：エトリンガイトとなり、組織内に膨張現象が生じる結果、重量コンクリ
ートの機械的強度が劣化し、化学的特性も劣化する。

これに対して、本発明では粗骨材及び細骨材の両者に
酸化鉄鉱石を用いるため、海水等の化学的環境下で優れ
た安定性を有するものとなる。

本発明では、このようにして粗、細骨材を共に高比重
の材料をなすことによって、全体として高比重の重量コ
ンクリートを提供することができるのである。

粗骨材の酸化鉄鉱石としては、赤鉄鉱、磁鉄鉱等があ
り、比重が約4.0〜5.0、粒度が粒径約５〜60mmのものが
好適に使用される。

細骨材の砂鉄としては、磁鉄鉱、赤鉄鉱、褐鉄鉱等を
主体とし、比重が約4.0〜5.0、粒径が約5mm以下（50〜2
00メッシュ程度）のものが使用される。

細骨材率は0.3〜0.5が好ましく、0.3より少ないと製
品コンクリートが粗面化し、強度も不十分なものとな
り、かつ比重も低くなり、また施工に際し、セメントペ
ーストと粗骨材との分離現象が生じてしまう。0.5を越
えるとコンクリート製造用組成物の流動性がなくなり、
ワーカビリティのよいものとならない。

総骨材量は製品重量コンクリートの70〜90重量％が好
ましく、70重量％より少ないと製品の比重が低くなり、
かつ不経済なものとなり、90重量％を越えると施工性が
悪化する。

セメントとしては、普通ポルトランドセメント、高炉
セメントやフライアッシュセメント等の混合セメント、
アルミナセメント等が使用され、その配合量は1m³当た
り200〜450kgが好ましい。

200kgより少ないと製品重量コンクリートが弱強度の
ものとなり、450kgを越えると製品の比重が低くなって
好ましくない。

本発明においては、シリカヒュームを加えるが、これ
は非晶質で球形の超微粒子SiO₂で、一般にフェロシリコ
ンや金属珪素の製造時に副産物として得られるものであ
る。

シリカヒュームは、セメントの水和反応によって生ず
る遊離の水酸化カルシウム（ポルトランダイト）と活発
なポゾラン反応を起こして珪酸カルシウムを生成し、コ
ンクリート中の含有水分のアルカリ濃度を低下してアル
カリ骨材反応を抑制すると同時に水和物の組織を緻密化
して高強度の硬化体となる。

またこの添加は、その球形微粒子のボールベアリング
的作用により細骨材等の動きを良好にするため、単位水
量が削減されブリージング抵抗性が増す。

さらにチクソトロピー性を発揮するため、高比重骨材
とセメントペーストとの比重差による分離を阻止する役
割を果たす。

さらにまた、超微粒子であるため、コンクリート中の
セメントペーストのゲル空間と毛細管空間に侵入してそ
れら空間を埋めることができるので、コンクリートは緻
密質となり、機械的強度が増大し、透水性（耐水性）、
通気性も減少される。

この添加量は、0.1〜３重量％が好ましく、シリカヒ
ュームセメント比、すなわちセメント重量に対するシリ
カヒュームの重量の割合は、2.5〜20％％が好ましい。

2.5％より少ないと重量コンクリートの施工時に骨材
とセメントペーストとの沈降分離現象が生じ易くなり、
かつ製品重量コンクリートの機械的強度も低下し、20％
を越えると施工時のワーカビリティが悪くなり、かつ不
経済なものとなる。

さらに、本発明では炭素繊維を加えることも好ましい
が、これは繊維長が１〜10mm程度のものがよく、良品の
長炭素繊維製造時に副産する廃品であってもよい。長繊
維は、セメントペーストと骨材等の混和が均質化できな
いため好ましくなく、１〜10mmのものが均質混和が達成
できるので好ましい。炭素繊維は、直径８μｍ前後、引
張強度5,000kg/cm²以上もあり、スチール繊維よりも強
く、補強効果が大きい。また、耐熱性が極めて良く、セ
メントとの結合性も良い。

なお、炭素繊維としては、特にピッチ系のものが好ま
しい。

一般に、コンクリートは圧縮強度が極めて高いもので
あるが、引張、曲げには弱い。

そこで、炭素繊維を加配することによって、引張、曲
げ強度を高めようとするものであるが、さらに次のよう
な格別な役割を果たすものである。

すなわち、炭素繊維は、高比重骨材とセメントペース
トとの間にそれらの移動を妨げるごとくジャングルジム
状に介在して、それらの比重差による沈降分離を十分に
阻止する結果、均質な高強度の重量コンクリートを提供
することができる。

この添加量は、0.05〜１重量％が好ましく、炭素繊維
／セメント比、すなわちセメント重量に対する炭素繊維
の重量の割合は、1.0〜10％％が好ましい。

1.0％より少ないと重量コンクリートの施工時に骨材
とセメントペーストとの沈降分離現象が生じ易くなり、
かつ製品重量コンクリートの機械的強度も十分でなく、
10％を越えると施工時のワーカビリティが悪くなり、か
つ不経済なものとなる。

ただし以上において、シリカヒュームと炭素繊維との
総量は４重量％を越えないことが好ましい。

４重量％を越えると、施工時のワーカビィリティや経
済性の点で好ましくない。

以上のように、特にシリカヒュームと炭素繊維の双方
を添加することにより、両者の長所を有効に発揮させ
て、骨材とセメントペーストとの分離阻止、製品強度の
増強等を図ることができる。

なお、一般の重量コンクリートの製造におけると同様
に、その他周知の混和剤を添加することを妨げるもので
はない。

（実施例）本発明を実施例によって、具体的に説明する。

以下に示す原材料を本例重量コンクリートの製造用に
使用した。

「粗骨材」南アフリカ産の赤鉄鉱（ヘマタイト）：平均粒径25m
m、比重4.86、スリヘリ減量14.7％、粗粒率7.33。

「細骨材」ニュージランド産の砂鉄（磁鉄鉱）：平均粒径0.15m
m、比重4.54。

「セメント」普通ポルトランドセメント：比重3.16。

「シリカヒューム」比重2.02、かさ密度320kg/m³、平均粒径0.15μｍ、化学組成:SiO₂含有量92〜94％、Ｃ含有量３〜５％、F
e₂O₃含有量0.1〜0.5％、CaO含有量0.1〜0.15％、Al₂O₃
含有量0.2〜0.3％、MgO含有量0.1〜0.2％。

「炭素繊維」比重1.6、直径10μｍ、繊維長6mm、引張強度10,000kg
/cm²、前駆体：ピッチ。

「練り交ぜ用水」上水道水「混和剤」 “ポールファイン510"（竹本油脂株式会社製、高分子
アニオン活性剤よりなる高性能減水剤） “TO−20"（竹本油脂株式会社製、含窒素型スルホン
酸塩の高性能減水剤）実施例1: 以上の原材料を第１表に示す割合で配合して供試体Ａ
及びＢとし、可傾式ミキサーを用いて、３分間撹拌した
後型枠に流し込み、脱型した後、そのまま湿空ないし気
中にて養生、あるいは水中にて養生を行った。高性能減
水剤は、「ポールファイン510」を使用した。

なお、比較のためシリカヒュームを加配しない配合物
を供試体Ｃとし、同様の処理を施した。

その結果、第１表に示すごとく、本発明実施例の供試
体Ａ及びＢは、単位水量が少なくてもスランプ値が十分
でかつ骨材とセメントペーストとの分離が少なく、施工
性も良いものであった。

また製品重量コンクリートは、圧縮強度等の機械的強
度も高く、耐摩耗性にも優れ、緻密質で透水性、通気性
も低く、耐海水性も改善されたものであった。

本発明実施例１においてシリカヒュームを添加するこ
との有意義性は、単位水量を減ずることができる結
果、骨材とセメントペーストの分離が阻止され、ブリー
ジング抵抗性も増すこと、シリカヒュームの超微粒子
が水に分散された状態でチクソトロピー性を発揮し、そ
の結果高比重骨材とセメントペーストとの比重差による
分離を阻止できること、シリカヒュームがセメント粒
子や砂鉄に強く付着して被覆し、機械的強度の優れた重
量コンクリートが得られること、である。

実施例2: 以上の原材料を第２表に示す割合で配合して供試体Ｄ
及びＥとし、可傾式ミキサーを用いて、３分間撹拌した
後型枠に流し込み、脱型した後、そのまま湿空ないし気
中に養生、あるいは水中にて養生を行った。高性能減水
剤は、「TO−20」を使用した。

なお、比較のためシリカヒューム及び炭素繊維を加配
しない配合物を供試体Ｃとし、同様の処理を施した。

その結果、第２表に示すごとく、本発明実施例の供試
体Ｄ及びＥは、単位水量が少なくてもスランプ値が十分
でかつ骨材とセメントペーストとの分離が少なく、施工
性も良いものであった。また製品重量コンクリートは、
圧縮強度及び引張強度も高く、耐摩耗性にも優れ、緻密
質で透水性、通気性も低く、耐海水性も改善されたもの
であった。

本発明においてシリカヒューム及び炭素繊維を添加す
ることの有意義性は、単位水量を減ずることができ、
骨材とセメントペーストの分離が阻止され、ブリージン
グ抵抗性も増すこと、シリカヒュームの超微粒子が水
に分散された状態でチクソトロピー性を発揮し、さらに
炭素繊維がジャングルジム状に介在しその結果高比重骨
材とセメントペーストとの比重差による分離を阻止でき
ること、シリカヒュームがセメント粒子や砂鉄に強く
付着して被覆し、さらに炭素繊維が補強効果を奏して機
械的強度の優れた重量コンクリートが得られること、で
ある。

なお、以上実施例における耐摩耗試験はスパイク式簡
易ラベリング試験（DB型）により行った。

試験供試体は12時間以上養生したもので、10cmφ、厚
さ４〜6cmのものを使用し、スパイク回転速度:90回／
分、テーブル回転速度:5回／分、軸荷重:25kg、試験回
転数1000回、供試体表面：湿潤状態、の条件下で行っ
た。

本発明により得られた重量コンクリートは、比重が3.
6〜4.1と非常に高く、かつ機械的強度が優れているた
め、砕波衝撃を受ける海洋構造物、例えば消波ブロック
（離岸堤）、防波堤の防護層、岸壁、魚礁等に好適に使
用される。

（発明の効果）以上に説明したとおり、本発明の重量コンクリート製
造用組成物及び該組成物を用いる重量コンクリートの製
造法によれば、施工時に高比重骨材とセメントペースト
との比重差による分離が阻止でき、ブリージング抵抗性
も増し、機械的強度、耐摩耗性の優れた重量コンクリー
トが提供できるものである。そして、本発明により得ら
れた重量コンクリートは、比重3.6〜4.1と非常に高く、
かつ機械的強度が優れているため、砕波衝撃を受ける消
波ブロック（離岸堤）などの海洋構造物に好適に適用で
きる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】粗骨材としての酸化鉄鉱石及び細骨材とし
ての砂鉄の総量70〜90重量％、水／セメント比0.25〜0.
7のセメントペースト８〜30重量％、シリカヒューム／
セメント比2.5〜20％のシリカヒューム0.1〜３重量％と
からなることを特徴とする重量コンクリート製造用組成
物。
【請求項２】粗骨材としての酸化鉄鉱石及び細骨材とし
ての砂鉄の総量70〜90重量％、水／セメント比0.25〜0.
7のセメントペースト８〜30重量％、シリカヒューム／
セメント比2.5〜20％のシリカヒューム0.1〜３重量％及
び繊維長１〜10mmの炭素繊維0.05〜１重量％とからな
り、かつシリカヒュームと炭素繊維の総量が４重量％を
越えないことを特徴とする重量コンクリート製造用組成
物。
【請求項３】粗骨材としての酸化鉄鉱石及び細骨材とし
ての砂鉄の総量70〜90重量％、水／セメント比0.3〜0.7
のセメントペースト８〜30重量％、シリカヒューム／セ
メント比2.5〜20％のシリカヒューム0.1〜３重量％から
なる組成物を型枠内に入れ養生硬化せしめることを特徴
とする重量コンクリートの製造法。
【請求項４】粗骨材としての酸化鉄鉱石及び細骨材とし
ての砂鉄の総量70〜90重量％、水／セメント比0.3〜0.7
のセメントペースト８〜30重量％、シリカヒューム／セ
メント比2.5〜20％のシリカヒューム0.1〜３重量％及び
繊維長１〜10mmの炭素繊維0.05〜１重量％からなり、か
つシリカヒュームと炭素繊維の総量が４重量％を越えな
い組成物を型枠内に入れ養生硬化せしめることを特徴と
する重量コンクリートの製造法。
【請求項５】細骨材率が0.3〜0.5であることを特徴とす
ることを特徴とする請求項３又は４記載の重量コンクリ
ートの製造法。
【請求項６】セメントがポルトランドセメントであるこ
とを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の重
量コンクリートの製造法。