JP2879017B2

JP2879017B2 - 水和熱制御コンクリートおよびコンクリートのひびわれ制御方法

Info

Publication number: JP2879017B2
Application number: JP8235537A
Authority: JP
Inventors: 博三三橋; 直洋西山; 南花田
Original assignee: NISHIMATSU KENSETSU KK; SURIIBONDO KK
Current assignee: NISHIMATSU KENSETSU KK; SURIIBONDO KK
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH1081552A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】セメントの水和熱による温度
の上昇・降下によりひびわれの発生する恐れがある場合
に、ひびわれの発生を抑制することが可能な水和熱制御
コンクリートおよびコンクリートのひびわれ制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高層もしくは超高層建築や大空間
を支持するための大型基礎構造物や、原子力発電所など
の特殊構造物などのような構造物の大型化に伴い、マス
コンクリートと分類されるコンクリートの使用が益々必
要とされてきている。上記マスコンクリートとは、セメ
ントの水和熱による温度の上昇・降下に伴って拘束応力
が作用し、ひびわれが発生するおそれがあるコンクリー
トである。

【０００３】また、建築においては、近年、高強度コン
クリートの利用が拡大しているが、低水セメント比の高
強度コンクリートにおいては、ダムなどで用いられるい
わゆるマスコンクリートと比較して小さい断面（単位使
用量が少ない場合）でも水和による発熱量が高く、水和
熱による問題が生じる可能性がある。従来、上述のよう
なマスコンクリートにおけるひびわれ制御対策の基本的
な考え方としては、コンクリートの温度を低くする方法
や、発生応力を小さくする方法や、ひびわれへの抵抗力
を大きくする方法などがある。

【０００４】また、コンクリートの温度を低くする具体
的方法としては、材料を液体窒素ガスで冷やしたり、練
り混ぜに氷片を混入したりするプレクーリングと、構築
される躯体中にパイプを埋設しておき冷却水を通水して
冷やすポストクーリングとが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にコンクリート自体を冷却する冷却法は、現場近くに大
がかりなプラントを設ける必要が生じることや、全体を
均一に冷やす必要があり温度の制御が困難なことや、全
体を均一に冷やすように温度が制御できない場合に冷却
することによりかえって部材内部や部材間での温度差が
大きくなり、ひびわれの発生を助長してしまうおそれが
あることなど、必ずしも有効な技術とはなっていない。

【０００６】また、ひびわれを計画的な箇所に発生させ
て、それ以外の部分に発生するひびわれ幅の制御、ある
いはひびわれ発生の制御をするために、ひびわれ誘発目
地を設ける方法などもあるが、ひびわれの発生する要因
をなくすものではなく、根本的な対策とは言いがたい。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、打設されたコンクリートの水和熱による温度上
昇時に特に温度が高くなった部分だけ水和熱による温度
の上昇を抑制するように制御することで、水和熱による
温度上昇の最高値を低減することができるとともに、コ
ンクリート内の温度差を低減することができる水和熱制
御コンクリートおよびコンクリートのひびわれ制御方法
を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
水和熱制御コンクリートは、少なくともセメントと、骨
材と、水とを含有してなるコンクリートに、水和熱によ
り溶融もしくは損傷して内容物を漏出可能なカプセルに
内包され、かつ、水和反応による温度の上昇を抑制する
混和剤が添加されていることを上記課題の解決手段とし
た。

【０００９】上記構成によれば、コンクリートを打設
後、セメントの水和反応によりコンクリートの温度が上
記カプセルが溶融もしくは損傷するまで上昇した場合
に、水和反応による温度の上昇を抑制する混和剤が漏出
して、水和反応の反応熱による温度の上昇が抑制され
る。そして、上記カプセルから上記混和剤が漏出する温
度を、水和熱反応により温度が上昇したコンクリートの
表層などの低温部分の温度とコンクリートの中心部など
の高温部分の温度との間の温度に設定することにより、
コンクリートの低温部分ではカプセルから上記混和剤が
漏出せず、そのままセメントの水和反応が進行し、コン
クリートの高温部分では、カプセルから上記混和剤が漏
出して水和反応による温度の上昇が抑制される。

【００１０】従って、コンクリートの高温部分の温度が
通常より低くなり、高温部分と低温部分との温度差が縮
まり、内部温度差により生じる内部拘束応力を低減する
ことができるので、ひびわれの発生を抑制することがで
きる。また、高温部分の温度上昇が抑制されることによ
り、コンクリートの水和熱により達する最高温度が低減
され、高温による悪影響、例えば、鉄筋の残留応力の発
生を防止することができるとともに、温度降下時の熱収
縮により生じる外部拘束応力も低減することができる。

【００１１】また、上記混和剤として、遅延剤を用いた
場合には、カプセルが溶融もしくは損傷する温度に上昇
した後に、遅延剤がカプセルから放出され、水和反応が
遅延させらることになるので、水和反応の開始からカプ
セルが溶融もしくは損傷する温度に上昇するまでの間
は、遅延剤を用いなかった場合と同様に水和反応が進行
することになり、温度の上昇を抑制するための混和剤と
して遅延剤を用いても、水和反応が大きく遅延させられ
てコンクリート構造物の硬化・強度発現を大きく遅れせ
るようなことがない。

【００１２】また、上記混和剤を遅延剤としても、カプ
セルの溶融もしくは損傷する温度を上述の温度範囲とす
れば、遅延剤が打設されたコンクリート全体に作用する
のではなく、上述の高温部分にだけ作用するので、コン
クリート全体の水和反応が遅延することがなく、コンク
リート構造物の硬化・強度発現を大きく遅らせるような
ことがない。また、予め、カプセル化された上記混和剤
を用意しておけば、単にコンクリートに添加するだけで
使用できるので、上述の冷却法のように現場の近傍に大
きなプラントを設ける必要がない。

【００１３】以上のように、上記カプセルから内容物が
漏出する温度を上述のような温度範囲に設定することに
より、水和熱制御コンクリート自体が、コンクリートの
高温部分においてだけ水和反応の反応熱による温度の上
昇を抑制し、打設されたコンクリート内における温度差
を低減するようになっており、コンクリート材料自体が
能動的に水和熱を制御するようになっている。

【００１４】なお、上記セメントとしては、周知のもの
を用いることができる。例えば、ポルトランドセメント
（普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、低アルカリ
形）、混合セメント（フライアッシュセメント、高炉セ
メント、シリカセメント）等を用いることができる。ま
た、特殊なセメントとして白色セメント、油井セメン
ト、コロイドセメント、アルミナセメント、超速硬セメ
ント等を用いるものとしても良い。

【００１５】また、上記骨材としては、周知の天然骨材
および人工骨材を用いることができる。例えば、川砂、
川砂利、山砂、山砂利、海砂、海砂利、天然軽量細
（粗）骨材等の天然骨材や、砕石、砕砂、人工軽量細
（粗）骨材、高炉スラグ細（粗）骨材等の人工骨材など
を用いることができる。また、上記混和剤としては、基
本的に、水和反応を遅延させることで水和反応による温
度上昇を抑制することができる周知の遅延剤を用いるこ
とができる。

【００１６】また、上記遅延剤としては、周知の各種の
ものを用いることができる。例えば、オキシカルボン酸
塩、リグニンスルホン酸塩、糖類誘導体、ケイフッ化物
体等を反応遅延剤もしくは超反応遅延剤として用いるこ
とができる。また、上述の遅延剤以外のものでも、セメ
ントと水との水和反応を遅延することができる化合物な
らば本発明の混和剤として用いることができるととも
に、水和反応による温度の上昇を抑制できる化合物なら
ば、必ずしも水和反応を遅延させる化合物でなくとも良
く、例えば、水に溶解もしくは水と反応することにより
吸熱するような化合物を本発明の混和剤として用いても
良い。

【００１７】また、上記混和剤を包むカプセルとして
は、打設されたコンクリートで生じる水和熱により、溶
融もしくは損傷する物質でできている必要があり、さら
に、コンクリートの表層のように水和熱による温度の上
昇が比較的低い部分では溶融もしくは損傷せず、打設さ
れたコンクリートの中心部のように温度の上昇が比較的
高い部分で溶融もしくは損傷する物質でできていること
が好ましい。

【００１８】すなわち、カプセルは、基本的に、気温
（３０℃程度）より高く、かつ、コンクリート内の水の
沸点（１００℃程度）より低い温度で溶融するものであ
る必要があり、具体的には、養生中のコンクリートの低
温部分のピークの温度と高温部分のピークの温度との間
の温度で溶融するものであることが好ましい。また、カ
プセルは、必ずしも水和熱により完全に溶融する必要は
なく、上述のような温度範囲において、損傷して内容物
を漏出可能なものでも良い。

【００１９】また、カプセルをコンクリート中に分散さ
せる際に、カプセルの多くが破壊されてしまうと、コン
クリート全体に上記混和剤（遅延剤）を分散させた状態
となってしまうので、カプセルは、コンクリート中に分
散される際にその多くが破壊されてしまわない程度の強
度が必要である。このようなカプセルの材料に適した物
質としては、ワックス（ロウ物質、脂肪酸エステル）を
好適に用いることができる。しかし、カプセルの材料と
なる物質がワックスに限定されるものではなく、上述の
ような温度および強度の条件を有する化合物ならば、カ
プセルの材料として好適に用いることができる。

【００２０】また、カプセル化の方法としては、周知の
方法を用いることができる。例えば、周知のカプセル化
方法としては、界面重合法、In-Situ法、不溶化反応法
（液中硬化皮膜法）、コアセルベーション法、液中乾燥
法（界面沈殿法）、噴霧乾燥法（スプレードライング
法）、流動床法（粉床法）などが、知られているが、カ
プセルの材料をワックスとした場合には、スプレードラ
イング法を好適に用いることができる。

【００２１】なお、上記各種のカプセル化法により、上
述の温度や強度の条件を満たすことができるならば、ス
プレードライング法以外の上述の方法や上述の方法以外
の方法を用いるものとしても良い。また、カプセル化に
際して、遅延剤を多孔質の媒体に浸透させた後に、媒体
の表面を被覆する方法を採用することができる。この際
の多孔質の媒体は、特に限定されるものではなく、例え
ば、多孔質の焼結体等を用いることができる。

【００２２】この場合には、上述のスプレードライング
法に加えて液中乾燥法を好適に用いることができる。ま
た、溶融したワックス中に上記媒体を浸けた後に、上記
媒体を取り出すことにより、媒体表面にワックスの皮膜
を形成するものとしても良い。また、溶融したワックス
に遅延剤もしくは遅延剤が浸透した多孔質の媒体を分散
させた状態でワックスを固化させ、次いで固化させたワ
ックスを粉砕することにより得られた遅延剤を含有した
ワックスの粉体を本発明のカプセルとして用いるものと
しても良い。

【００２３】また、本発明のコンクリートは、上記セメ
ント、骨材、水、カプセル化された上記混和剤の他に、
必要に応じて周知の各種混和剤（混和材）を添加するも
のとしても良い。例えば、混和剤として、ＡＥ（Air En
training）剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高強度用減水剤、
流動化剤、鉄筋コンクリート用防せい剤、促進剤、急結
剤、起泡剤、発泡剤、プレバックコンクリート用混和
剤、水中コンクリート用混和剤、ポンプ圧送助剤、防水
剤、乾燥収縮低減剤、粉塵低減剤、防凍剤、ブロック用
混和剤、水和熱抑制剤、保水剤等を用いることができ
る。

【００２４】また、混和材として、フライアッシュやシ
リカフューム等のポゾラン類、高炉スラグ微粉末、コン
クリート用膨張材、ケイ酸質微粉末、高強度用混和材、
着色材、ポリマー、増量材、炭素繊維やアラミド繊維や
ガラス繊維等の補強用繊維等を用いることができる。ま
た、コンクリートには、言うまでもなく、鉄筋等の鋼材
が埋設されたものとしても良い。

【００２５】本発明の請求項２記載のコンクリートのひ
びわれ制御方法は、コンクリートを打設する前に、上記
コンクリートに水和熱により溶融もしくは損傷して内容
物を漏出可能なカプセルに内包され、かつ、水和反応に
よる温度の上昇を抑制する混和剤を添加することを上記
課題の解決手段とした。上記構成によれば、請求項１記
載の構成の水和熱制御コンクリートを打設した場合と同
様の上述の作用効果を得ることができる。

【００２６】なお、コンクリートに上記混和剤を含有し
たカプセルを添加する時期としては、コンクリートが打
設される前ならばいつでも良く、セメント、骨材等を水
で練り混ぜる前の段階でカプセルを加えても良いし、練
り混ぜた後で、カプセルをコンクリート中に分散させる
ようにしても良い。また、上記混和材としては、請求項
１記載の水和熱制御コンクリートで用いられたものと同
様のものを用いることができる。

【００２７】また、上記カプセルとしては、請求項１記
載の水和熱制御コンクリートで用いられたものと同様の
ものを用いることができる。また、上記コンクリートと
しては、請求項１記載の水和熱制御コンクリートで用い
られたものと同様に、カプセル化された混和剤を添加す
ることを除けば、周知のコンクリート（モルタルを含
む）を用いることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態の一
例の水和熱制御コンクリートおよびコンクリートのひび
われ制御方法を以下の実験例に基づいて説明する。な
お、本発明の水和熱制御コンクリートおよびコンクリー
トのひびわれ制御方法が、以下の実験例に限定されるも
のではない。（実験例）この実験例の水和熱制御コンクリートは、下
記の表示１に示される材料を用いた。

【表１】

【００２９】なお、パリックＫおよびパリックＴは、エ
フ・ピー・ケー株式会社の減水剤および遅延剤の商品名
であり、パリックＴは、オキシカルボン酸塩を主体とす
る遅延剤である。また、カプセル化された遅延剤である
パリックＴ混入カプセルにおいては、遅延剤がカプセル
全体の重量の４０％含まれている。

【００３０】また、遅延剤のカプセル化に際しては、シ
リカの多孔質体にオキシカルボン酸塩を主体とする遅延
剤の溶液を浸透させ、上記多孔質体の表面をワックスで
被覆した。また、この実験例においては、高強度コンク
リートとして、水セメント比を小さくするため減水剤を
用いた。

【００３１】そして、上記コンクリート材料の調合は、
下記の表２に示す割合で行った。

【表２】Ｗ／Ｃは水セメント比を示し、Vaggは骨材の体積を示
し、Vpasteはセメントペーストの体積を示している。ま
た、遅延剤の量は０．５％とした。

【００３２】そして、上記調合割合でコンクリート材料
を混練する際には、強制練りミキサーを用い、まず、セ
メントと水と減水剤とを３分間混練してセメントペース
トとした後に、骨材とカプセル化された遅延剤とを加え
てさらに３分間混練した後に打設した。また、試験体と
なるコンクリート構造体は、高さ５０ｃｍ、幅３３ｃ
ｍ、厚さ１５ｃｍのものとした。

【００３３】また、試験体は型枠内に打設された状態で
その周囲を６面とも断熱材で被われた状態とした。これ
は、試験体自体が小さいので、断熱材で囲うことによ
り、比較的大きな構造物をコンクリートで構築する場合
の条件に近づけたものである。なお、このような条件と
したことにより、コンクリート打設後に試験体の表層部
と中心部とでは、余り大きな温度差ができないが、今回
の実験では、コンクリートの中心部の高温部となる部分
で、カプセル化された遅延剤が作用するか否かを確認す
るためのものである。

【００３４】また、実験としては、図１に示される試験
体Ｔの各測定点１、２、３、４、５、６における温度の
測定をコンクリートの打設直後から行った。また、温度
測定は、比較例として遅延剤を加えない試験体＃１と、
カプセル化されていない遅延剤を０．５％添加した試験
体＃２と、本発明の実験例となるカプセル化された遅延
剤を０．４％程度添加した二つの試験体＃３、＃４とで
行った。

【００３５】図２に、上述のような各試験体＃１、＃
２、＃３、＃４の温度の測定結果をグラフとして示す。
なお、上述のように試験体の表層部と中心部とで大きな
温度差がでない条件で実験を行ったので、図２には、図
１に示される試験体Ｔの測定点３の測定結果を代表値と
して示した。図２に示されるように、カプセル化された
遅延剤を添加した試験体＃３、＃４は、温度が４０℃程
度まで遅延剤無添加の試験体＃１とほぼ同様な傾きの温
度上昇が見られるが、４０℃以上では、カプセル化され
た遅延剤を添加した試験体＃３、＃４の温度上昇の傾き
が明らかに遅延剤無添加の試験体＃１の温度上昇の傾き
より低くなっている。

【００３６】そして、カプセル化された遅延剤を添加し
た試験体＃３、＃４においては、そのピーク温度が、遅
延剤無添加の試験体＃１よりも１０℃前後低くなってお
り、明かに水和熱による温度上昇が抑制されたことが確
認できた。また、上述のように４０℃以上では、カプセ
ル化された遅延剤を添加した試験体＃３、＃４の温度上
昇の傾きが明らかに遅延剤無添加の試験体＃１の温度上
昇の傾きより低くなっていることから、４０℃程度から
カプセル材料となったワックスが溶融し始めて、遅延剤
がカプセルから漏出しているものと思われる。

【００３７】また、カプセル化されていない遅延剤を添
加された試験体＃２は、その温度上昇の開始が遅延剤無
添加の試験体＃１よりも２０時間以上遅れており、遅延
剤の添加によりセメントの水和反応が大きく遅延させら
れることを示しているが、カプセル化された遅延剤を添
加された試験体＃３、＃４は、上述のように温度が４０
℃程度に上昇するまで、遅延剤の影響を受けておらず、
遅延剤により水和反応の開始が大きく遅れることがない
ことを示している。

【００３８】また、カプセル化されていない遅延剤を添
加した試験体＃２の温度測定結果に示すように、遅延剤
は、温度の上昇速度を単に遅らせるのではなく、温度の
上昇の開始を大きく遅らせる作用が見られるが、カプセ
ル化された遅延剤を添加された試験体＃３、＃４におい
ては、温度がある程度上昇するまで、遅延剤の影響を受
けずに水和反応が進行するので、遅延剤無添加の試験体
＃１に比較して温度の上昇が遅れることがない。

【００３９】すなわち、遅延剤を上述のようにカプセル
化することで、遅延剤を用いて水和反応を遅らせて、時
間当たりの発熱量を小さくして熱が逃げる時間的余裕を
与えることにより、温度上昇のピークの温度を低減する
ものとしても、コンクリートの硬化の遅れを最小限度に
とどめることが可能となる。以上のように、打設された
コンクリートの高温部分を想定したこの実験において、
ピーク時の温度を低減できることから、実際のコンクリ
ートにおいて、その中心部等のような水和熱により比較
的高温になる部分の温度を低下させることで、高温部分
とコンクリートの表層部分のように水和熱による温度上
昇が少ない低温部分との温度差を低減することが可能と
なる。

【００４０】従って、コンクリート打設時の温度差によ
る拘束応力を低減してひびわれの発生を抑止することが
できる。また、コンクリートの上述の高温部分の温度を
低減することによりコンクリートの温度上昇の最高値を
低減することになり、高温による悪影響を防止すること
ができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の水和熱制御コン
クリートによれば、コンクリートを打設後、セメントの
水和反応によりコンクリートの温度が上記カプセルが溶
融もしくは損傷するまで上昇した場合に、水和反応によ
る温度の上昇を抑制する混和剤が漏出して、水和反応の
反応熱による温度の上昇を抑制することができる。

【００４２】また、上記カプセルから上記混和剤が漏出
する温度を、水和熱反応により温度が上昇したコンクリ
ートの表層などの低温部分の温度とコンクリートの中心
部などの高温部分の温度との間の温度に設定することに
より、コンクリートの低温部分ではカプセルから上記混
和剤が漏出せず、そのままセメントの水和反応が進行
し、コンクリートの高温部分では、カプセルから上記混
和剤が漏出して水和反応による温度の上昇が抑制される
ので、コンクリートの高温部分の温度が通常より低くな
り、高温部分と低温部分との温度差が縮まり、内部温度
差により生じる内部拘束応力を低減することができるの
で、ひびわれの発生を抑制することができる。

【００４３】また、高温部分の温度上昇が抑制されるこ
とにより、コンクリートの水和熱により達する最高温度
が低減され、高温による悪影響、例えば、鉄筋の残留応
力の発生を防止することができるとともに、温度降下時
の熱収縮により生じる外部拘束応力も低減することがで
きる。また、上記混和剤として、遅延剤を用いた場合に
は、ある程度水和反応が進行した段階で水和反応が遅延
剤により抑制されるので、水和反応の開始自体が大きく
遅延することがなく、遅延剤の使用により大きくコンク
リートの硬化を遅らせずに温度の上昇を抑制することが
できる。

【００４４】さらに、上述のような温度範囲で溶融もし
くは損傷するカプセルで遅延剤を包んだ場合には、打設
されたコンクリート全体に遅延剤が作用するのではな
く、上述の高温部分にだけ作用するので、コンクリート
全体の水和反応が遅延することがなく、コンクリート構
造物の硬化・強度発現を大きく遅らせるようなことがな
く、施工期間が限られた場合でも使用することができ
る。従って、工期が短く、かつ、下階の施工の後に上階
の施工を行うことが連続的に行われる建築分野でも、遅
延剤による温度上昇の抑制を行うことができる。また、
予め、カプセル化された上記混和剤を用意しておけば、
単にコンクリートに添加するだけで使用できるので、上
述の冷却法のように現場の近傍に大きなプラントを設け
る必要がない。

【００４５】本発明の請求項２記載のコンクリートのひ
びわれ制御方法によれば、請求項１記載の構成と同様の
効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の水和熱制御コンク
リートおよびコンクリートのひびわれ制御方法の実験例
における試験体の温度測定位置を示す図面である。

【図２】上記実験例の実験結果を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者花田南東京都八王子市狭間町1456番地株式会社スリーボンド内 (56)参考文献特開昭52−72724（ＪＰ，Ａ) 特開平７−144942（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 28/02 C04B 24/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、セメントと、骨材と、水と
を含有してなるコンクリートに、水和熱により溶融もし
くは損傷して内容物を漏出可能なカプセルに内包され、
かつ、水和反応による温度の上昇を抑制する混和剤が添
加されていることを特徴とする水和熱制御コンクリー
ト。
【請求項２】コンクリートを打設するに前に、上記コ
ンクリートに水和熱により溶融もしくは損傷して内容物
を漏出可能なカプセルに内包され、かつ、水和反応によ
る温度の上昇を抑制する混和剤を添加することを特徴と
するコンクリートのひびわれ制御方法。