JP2930215B2 - 水密性コンクリート用セメント組成物およびその製造方法 - Google Patents

水密性コンクリート用セメント組成物およびその製造方法

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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、例えば地下部等に用いる,水密性コンク
リート用セメント組成物およびその製造方法に関するも
のである。
(従来の技術) コンクリートの水密性を高めるために、セメント等の
コンクリート材料として、シリカフューム等の非晶質シ
リカ微粉末を添加することが行なわれている。
これによれば、非晶質シリカはセメントの水和からの
アルカリ性条件の下で、混練水を取り込み、ゲルを形成
することにより、コンクリート中の微細空隙を充填し、
コンクリートの水密性が高められる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、このような非晶質シリカ微粉末は、微粉末
であるのでコンクリート中に形成される間隙を充填する
ことができるものであるが、同時に微粉末であることに
より凝集しやすいものである。
そのため、セメント粒子や骨材等の間に形成された間
隙に均一に分散して充填するようにこれらの非晶質シリ
カ微粉末を混練することが困難な作業であり、結果とし
て呈される,この種のセメント組成物による水密性能は
十分なものではない。
本願は、このような事情に鑑みてなされたもので、本
願の第1の発明はこの種の非晶質シリカ微粉末を有する
水密性コンクリートの水密性能を高めるとともに、良好
な混練を容易に行なうことのできる水密性コンクリート
用セメント組成物を提供することを目的とする。
また、本願の第2の発明は、良好な水密性能を有する
かかる水密性コンクリート用セメント組成物を容易に製
造することのできる製造方法を提供することを目的とす
るものである。
(課題を解決するための手段) これらの目的を達成するために、本願の第1の発明
は、セメントと非晶質シリカ微粉末とを有する水密性コ
ンクリート用セメント組成物において、 適量の減水剤と、石炭燃焼時に排出されたフライアッ
シュを、破砕することなく、そのまま20μm以下の粒径
で分級し、この分級で得られた細粒分とを添加したもの
である。
また、本願の第2の発明は、セメントと非晶質シリカ
微粉末とを有する水密性コンクリート用セメント組成物
に、適量の減水剤とフライアッシュとを添加し、該フラ
イアッシュは石炭燃焼時に排出されたフライアッシュ
を、破砕することなく、そのまま20μm以下の粒径で分
級し、この分級で得られた細粒分とし、これらと骨材お
よび水とを混練するものである。
(作用) 本願の第1の発明によれば、破砕することなく20μm
以下の粒径で分級されたフライアッシュが、非晶質シリ
カ微粉末を有する水密性コンクリート用セメント組成物
に添加されているので、セメント粒子の間に形成された
間隙内には、前記フライアッシュ粒子が位置し、このフ
ライアッシュ粒子同士の間やフライアッシュ粒子とセメ
ント粒子との間の間隙に、前記非晶質シリカ微粉末が位
置することとなる。
このように分級フライアッシュが添加されていること
によって、非晶質シリカ微粉末の充填されるべき間隙寸
法が小さくなり、非晶質シリカ微粉末の凝集が空間的に
抑制される。
そして、このセメント組成物には適量の減水剤が添加
されているので、前記非晶質シリカ微粉末の凝集が軽減
し、前記非晶質シリカ微粉末を前記の小さな間隙に良好
に分散して充填することができる。
したがって、セメント組成物の粒子の間隙が小さく、
かつこの間隙には非晶質シリカ微粉末が確実に充填され
るので、水密性能が改善される。
また、前記のようにきわめて粒径の小さい非晶質シリ
カ微粉末の凝集のおそれが少なく、非晶質シリカ微粉末
の使用量も少ないので、良好な混練を容易に行なことが
できる。
さらに、本願の第2の発明によれば、かかるセメント
等の混合物に所要の骨材と水とを添加して、単に混練す
ることによって、きわめて水密性の高いコンクリートを
確実に得ることができ、水密性コンクリート用セメント
組成物の製造が容易である。
(実施例) 以下、実施例を説明する。
この実施例の水密性コンクリート用セメント組成物
は、セメントと、非晶質シリカ微粉末と、減水剤と、フ
ライアッシュとからな混合物に所要の骨材と水とを添加
して混練したものである。
以下の実施例において、セメントは普通のポトランド
セメントであって、平均粒径はおよそ35〜40μmであ
る。
非晶質シリカ微粉末としては、シリカフュームであっ
て、平均粒径はおよそ0.1〜0.3μmである。
なお、かかる粒径のシリカフュームを顆粒状に形成し
たものを用いても良く、またシリカフュームに限らずそ
の他の非晶質シリカ材料の微粉末を用いてもよい。
減水剤としては、いわゆる高性能減水剤であってアニ
オン系界面活性剤であるが、普通の減水剤を用いること
としてもよい。
フライアッシュは、石炭燃焼時に排出されたフライア
ッシュを、破砕することなく、そのまま20μmの粒径で
分級し、この分級で得られた細粒分である(以下、分級
フライアッシュという)。
この分級フライアッシュの粒子のほとんどは、小さ球
形をなしており、そのブレーン値は5500cm2/gで、平均
粒径はおよそ7.5μmである。
なお、この分級フライアッシュの分級すべき粒径は前
記20μmに限らず、20μm以下であれば適宜設定しても
よい。
これらの材料を用いて、これらの混合物に適宜の細骨
材,粗骨材および水を添加して混練し、硬化させること
により、図面に示すごとき組織のコンクリートが形成さ
れる。
図面において、1はセメント粒子、2は分級フライア
ッシュ粒子、3はシリカフュームであり、4は細骨材で
ある。
このコンクリート組織は、前記のように各材料の粒径
が設定されているので、基本的には、大きな粒子である
細骨材4等の骨材とセメント粒子1との間の間隙S1
に、つぎに粒径の大きな分級フライアッシュ粒子2が配
置され、最も粒径の小さなシリカフューム3は、これら
の細骨材4,セメント粒子1および分級フライアッシュ粒
子2との間に形成された小さな間隙S2内に充填された組
織となる。
前記のセメント等の材料からなる混合物について、後
述の各種の配合を設定し、これらの配合ごとに適量の粗
骨材,細骨材および水を添加して混練することによりそ
れぞれコンクリート形成し、それぞれのコンクリートに
ついて物性を測定した。
その測定結果は、表.1および表.2のとおりである。
これらの表において、分級F/Aは分級フライアッシュ
を意味し、試料番号4〜8は本発明にかかる実施例であ
り、試料番号1〜3は比較例である。
また、本願の解決すべき課題であるコンクリートの水
密性に関する各配合の性能の判断は、透水率試験と中性
化促進試験とにより行なうこととした。
なお、前記透水率試験は、JIS A 1404に準じて行い,
加圧透水試験器を使用して、15kg/cm2の水圧で24時間,7
2時間の透水試験を実施し、その結果を容積%で表示し
た。また、中性化促進試験は、36℃,炭酸ガス濃度5
%,湿度70%の条件下で3カ月間養生したときの中性化
深さを測定し、表示した。
表.1およひ表.2に示す結果から、これらのコンクリー
トの水密性能については以下の事柄を読みとることがで
きる。
(1) 試料番号3および4と試料番号1および2との
比較において、試料番号3および4はいずれも透水率お
よび中性化深さの両方で優っており、シリカフュームの
添加により良好な水密性能を呈しているものと考えられ
る。
そして、試料番号3と4との間では、高性能減水剤の
有無のみが相違するものであり、コンクリートの水密性
能の点ではほぼ同等である。
しかしながら、試料番号3の作成の際の混練作業が比
較的困難であったことから、高性能減水剤を使用するこ
とが工業的には現実的である。
(2) 試料番号4と5の比較においては、分級フライ
アッシュとセメントの割合のみが相違し、その他は基本
的に同一である。
コンクリートの水密性能の点では、ほぼ同様である
が、72時間での透水率において試料番号5が優れてお
り、長期にわたる水密性能が求められるコンクリートと
しては試料番号5がより好ましいと考えられる。
(3) 試料番号5〜7は、非晶質シリカ微粉末の添加
量のみが相違するものであって、透水率および中性化深
さの点からみて、非晶質シリカ微粉末の添加量が6%以
上であれば、各コンクリートは同等の水密性能を有する
ものと考えられる。
(4) 試料番号8は、試料番号5の配合を基準とし
て、分級フライアッシュとセメントとの割合につき分級
フライアッシュの割合を増加させたもので、極めて優れ
た透水率が測定され極めて良好な水密性を有する。
これらの測定結果から、この実施例の場合において
は、セメントを分級フライアッシュで内割10〜30重量%
だけ置換し、これに外割で非晶質シリカ微粉末を3〜6
重量%添加するとともに、減水剤あるいは高性能減水剤
を添加して混練することによって、高水密性のコンクリ
ートを安定的に得ることができる。
コンクリートの水密性能についてかかる結果が得られ
た理由としては、水密性コンクリート用セメント組成物
の各材料が、各実施例においてそれぞれ以下のように機
能したことによるものと考えられる(以下、図面参
照)。
分級フライアッシュの機能および効果 分級フライアッシュは、粒子形状が小径の球形に揃っ
ているので、セメント粒子の間の間隙S1に転がり込んで
充填されやすい。
分級フライアッシュが、セメント粒子間の間隙S1に入
ることにより、ここに存在した水分は押し出され、混練
水として機能するので、コンクリートの単位水量を低減
させることができる。
フライアッシュは、アルカリ条件下で、セメントのカ
ルシウムシリケートと中和することによって、トバモラ
イトゲルが生成され、コンクリートの水密性を向上させ
るとともに、強度を増進する。
また、分級フライアッシュを用いることによって、セ
メント粒子1間の間隙S1に分級フライアッシュ粒子2を
位置させ、その分級フライアッシュ粒子2により形成さ
れた微小な間隙S2をシリカフューム3が充填するので、
シリカフューム3の凝集が空間的に抑制される。
そして、分級フライアッシュを用いない場合と比べ
て、高価なシリカフューム3の使用量をおよそ数分の1
程度に低減することができ、混練作業の作業性が良好と
なる。
シリカフュームの機能および効果 非晶質シリカ微粉末であるシリカフューム3を併用す
ることによって、セメント粒子1および分級フライアッ
シュ粒子2等との間に形成される微小な間隙S2にシリカ
フューム3を充填させるので、この間隙S2に存在した水
分が追い出され、その分、減水効果も得られる。
また、微小な間隙S2にシリカフューム3が充填され硬
化するので、コンクリートの組織を緻密化し、水密性お
よび強度が一層高められる。
そして、かかるシリカフューム3は、表面積が大き
く,水との反応性が高いので、水密性および強度の発現
は迅速に行なわれる。
高性能減水剤の機能および効果 高性能減水剤を用いているので、非晶質シリカ微粉末
であるシリカフューム3の凝集を抑制し、前記のような
微小な間隙S2に充填することが容易となり混練作業性が
向上する。
施工厚さが30cm以上となるコンクリートに水密性を付
与する場合、セメントの水和熱がコンクリートの内部に
蓄積されて、熱歪によってコンクリートにひび割れを生
じ、このひび割れによってコンクリートの水密性が破壊
されることがある。
しかし、本発明によれば、分級フライアッシュを添加
しているので、セメントの使用量が少なく発生熱量が少
ない。
また、熱源となるセメント粒子1が分級フライアッシ
ュ粒子2の存在によって分散して配置され、セメントの
局部的な偏在による高温部分の形成が抑制されるので、
熱歪によるひび割れの発生を軽減することができる利点
がある。
このようなセメント等の混合物を用いて水密性コンク
リート用セメント組成物を製造する場合、前述の混合物
に所要の骨材や水を添加し、通常の場合と同様に単に混
練することによってきわめて水密性の高いコンクリート
を確実に得ることができるので、水密性コンクリート用
セメント組成物の製造が容易である。
(発明の効果) 以上説明したように、本願の第1の発明によれば、破
砕することなく20μm以下の粒径で分級されたフライア
ッシュが、非晶質シリカ微粉末を有する水密性コンクリ
ート用セメント組成物に添加されているので、セメント
粒子の間に形成された間隙内には、前記フライアッシュ
粒子が位置し、このフライアッシュ粒子同士の間やフラ
イアッシュ粒子とセメント粒子との間の間隙に、前記非
晶質シリカ微粉末が位置することとなる。
このように分級フライアッシュが添加されていること
によって、非晶質シリカ微粉末の充填されるべき間隙寸
法が小さくなり、非晶質シリカ微粉末の凝集が空間的に
抑制される。
そして、このセメント組成物には適量の減水剤が添加
されているので、前記非晶質シリカ微分末の凝集が軽減
し、前記非晶質シリカ微粉末を前記の小さな間隙に良好
に分散して充填することができる。
したがって、セメント組成物の粒子の間隙が小さく、
かつかの間隙には非晶質シリカ微粉末が確実に充填され
るので、水密性能が改善される。
また、前記のようにきわめて粒径の小さい非晶質シリ
カ微粉末の凝集のおそれが少なく、非晶質シリカ微粉末
の使用量も少ないので、良好な混練を容易に行なうこと
ができる。
さらに、本願の第2の発明によれば、かかるセメント
等の混合物に所要の骨材と水とを添加して、単に混練す
ることによって、きわめて水密性の高いコンクリートを
確実に得ることができ、水密性コンクリート用セメント
組成物の製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
図面は、実施例のコンクリート組織の模型図である。 1;セメント粒子、2;分級フライアッシュ粒子、3;シリカ
フューム(非晶質シリカ微粉末)、4;細骨材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 康弘 東京都新宿区西新宿1丁目25番1号 大 成建設株式会社内 (72)発明者 田中 秀男 東京都新宿区西新宿1丁目25番1号 大 成建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−17246(JP,A) 特開 昭63−8248(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 28/04,18/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セメントと非晶質シリカ微粉末とを有する
    水密性コンクリート用セメント組成物において、 適量の減水剤と、石炭燃焼時に排出されたフライアッシ
    ュを、破砕することなく、そのまま20μm以下の粒径で
    分級し、この分級で得られた細粒分とを添加したことを
    特徴とする水密性コンクリート用セメント組成物。
  2. 【請求項2】セメントと非晶質シリカ微粉末とを有する
    水密性コンクリート用セメント組成物に、適量の減水剤
    とフライアッシュとを添加し、該フライアッシュは石炭
    燃焼時に排出されたフライアッシュを、破砕することな
    く、そのまま20μm以下の粒径で分級し、この分級で得
    られた細粒分とし、これらと骨材および水とを混練する
    ことを特徴とする水密性コンクリート用セメント組成物
    の製造方法。
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