JP3657721B2 - 軽量コンクリート - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、気乾比重が1.4以下で、40N/mm2以上の高圧縮強度を発現する軽量コンクリートに関する。
【0002】
【従来の技術】
これまでに、超軽量骨材の使用や、気泡を混入させる等の手段によって、軽量コンクリートが開発されている。例えば、特開平8−12464号公報には、早強セメントと、水と、高強度軽量骨材と、混和材(高炉スラグ及びフライアッシュ)と、起泡剤とが配合されてなる気泡コンクリートが開示されている。この気泡コンクリートは、水結合材比が31%、早強セメント100重量部に対して60重量部の高炉スラグと、40重量部のフライアッシュと、3.1重量部の高性能減水剤と、112重量部の軽量粗骨材(比重0.8)と、64重量部の軽量細骨材(比重0.8)と、10重量部のパーライト(比重0.5)と、起泡剤を配合した場合、気乾比重1.05(空気量16%)で27N/mm2程度、気乾比重1.2(プレーンコンクリート)で35N/mm2程度の圧縮強度を発現するものである。
【0003】
上記のような気乾比重が1.3以下と軽量で、35N/mm2程度の圧縮強度を発現するコンクリートは、主に建築物の外壁を構成するカーテンウォール等の非構造用部材に対して用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで、気乾比重が1.4以下の軽量コンクリートでは、骨材強度の問題や軽量粗骨材とモルタル部分との分離等により、40N/mm2以上の圧縮強度を発現するものは得られていなかった。
【0005】
本発明は、上述した軽量コンクリートが有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、気乾比重が1.4以下で、高圧縮強度(材令28日:40N/mm2以上)を発現する軽量コンクリートを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、▲1▼特定の軽量細骨材および特定の特性を有する軽量粗骨材を使用すること、▲2▼コンクリートの配合割合を特定することにより、気乾比重が1.4以下で、高圧縮強度(材令28日:40N/mm2以上)を発現する軽量コンクリートが得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【0007】
即ち、本発明は、セメント、水/セメント比が35重量%以下の水、減水剤、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を1000〜1200℃で焼成・発泡させた軽量細骨材および表乾比重が1.1〜1.3で、かつRamosの式から求めた圧縮強度が25N/mm2以上である軽量粗骨材からなる気乾比重が1.4以下で、圧縮強度が40N/mm2以上の軽量コンクリート(請求項1)を要旨とする。
【0008】
また、本発明は、上記軽量コンクリートにおいて、軽量粗骨材とモルタル部分との比重差が0.4以下であること(請求項2)を特徴とする。
【0009】
さらに、本発明は、上記軽量コンクリートにおいて、単位セメント量が350〜450kg/ m3、水/セメント比が25〜35重量%、軽量細骨材がセメントに対して80〜135重量%、軽量粗骨材がセメントに対して80〜135重量%であること(請求項3)を特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する軽量細骨材は、黒曜石又は真珠岩を破砕・粉砕して5mm以下程度に粒度調整し、1000〜1200℃で焼成し発泡させたものである。
このように使用する細骨材を限定したのは、軽量の点はもとより強度の点で特徴を有しているからであり、それが軽量コンクリートの比重および強度に影響するからである。なお、上記温度で製造された軽量細骨材の表乾比重は概ね1.0〜1.3である。
【0011】
黒曜石又は真珠岩の焼成温度が1000℃未満では、発泡量が不足し表乾比重が大きいために、これを使用したモルタルと軽量粗骨材との比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上し強度低下に繋がることとなるので好ましくない。なお、本発明において、軽量粗骨材の浮上を防ぐため、モルタルと軽量粗骨材との比重差は0.4以下であることが好ましい。一方、黒曜石又は真珠岩の焼成温度が1200℃を越えると、過発泡になっており、骨材としての強度が著しく低くなるために高強度の軽量コンクリートが得られない。比重および強度の点から、好ましい焼成温度は1050〜1150℃である。
【0012】
なお、本発明で使用する軽量細骨材の粒度分布は「JIS A 5002(構造用軽量コンクリート骨材)」の規定に適合するものが好ましい。
【0013】
本発明で使用する軽量粗骨材は、表乾比重が1.1〜1.3で、かつRamosの式から求めた圧縮強度が25N/mm2以上のものである。
Ramosの式は、(1)式で表される式であり、軽量粗骨材の圧縮強度は、モルタルおよび該モルタルと圧縮強度を求めようとする軽量粗骨材を組み合わせたコンクリートの圧縮強度から、(1)式で計算される。
σa=n・σc/(1−(σc/σm)・(1−n))
σa:軽量粗骨材の圧縮強度
σc:コンクリートの圧縮強度
σm:モルタルの圧縮強度
n :コンクリート中の軽量粗骨材の絶対容積比
軽量粗骨材の圧縮強度が25N/mm2未満では骨材としての強度が低いために高強度の軽量コンクリートが得られない。軽量粗骨材の表乾比重が1.3を越えると軽量コンクリートの気乾比重を1.4以下にするには単位セメント量を少なくするか、又は軽量細骨材の量を増加させなければならないことになり、それらのことがマトリックスの強度低下、つまりは軽量コンクリートの強度低下に繋がることとなるので好ましくない。軽量粗骨材の表乾比重が1.1未満では、モルタルとの比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上し強度低下に繋がることとなるので好ましくない。
【0014】
本発明の軽量粗骨材を例示すれば、特願平8−89940号公報に開示される超軽量骨材の製造方法において、流紋岩系ガラス質鉱物、発泡剤および粘着材を混合、造粒して得られるペレットを750〜850℃で焼成し発泡して得られる人工軽量粗骨材や、特願平8−89940号公報に開示される超軽量骨材の製造方法よって得られた人工軽量粗骨材を、水/セメント比が25重量%程度のペーストで0.5〜1mmの厚さに被覆した造粒物等を挙げることができる。
【0015】
上記人工軽量粗骨材にペーストを被覆した造粒物は、例えば、特願平8−89940号公報に開示される超軽量骨材の製造方法よって得られた人工軽量粗骨材と水/セメント比が25重量%のペースト(減水剤をセメントに対して1.0〜2.0重量%添加するのが好ましい)をミキサーで1〜3分間混練することにより得られる。なお、この造粒物は、被覆直後のものを用いてもよいし、養生してペーストが硬化したものを用いてもよい。
【0016】
本発明で使用するセメントとしては、普通・早強・中庸熱ポルトランドセメント、高炉・フライアッシュセメント等が、減水剤としては、メラミン系、ナフタレンスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤等が挙げられる。また、混練水は通常用いられる水道水が挙げられる。
【0017】
本発明の軽量コンクリートの配合条件は、単位セメント量が350〜450kg/ m3、水/セメント比が25〜35重量%、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を1000〜1200℃で焼成して発泡させた軽量細骨材がセメントに対して80〜135重量%、表乾比重が1.1〜1.3でかつRamosの式から求めた圧縮強度が25N/mm2以上である軽量粗骨材がセメントに対して80〜135重量%であることが好ましい。
【0018】
本発明において、単位セメント量は350〜450kg/ m3であることが好ましい。単位セメント量が350kg/ m3未満では、軽量コンクリートの強度が低下するので好ましくない。単位セメント量が450kg/ m3を越えると、軽量コンクリートの気乾比重が大きくなったり、又はモルタルと軽量粗骨材との比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上して強度低下に繋がることとなるので好ましくない。
【0019】
本発明において、水/セメント比は25〜35重量%であることが好ましい。水/セメント比が25重量%未満では、多量の減水剤を使用せざる得なくなり強度低下に繋がることとなるので好ましくない。水/セメント比が35重量%を越えると、マトリックスの強度が低下するため好ましくない。
【0020】
軽量細骨材のセメントに対する割合(軽量細骨材/セメント)は80〜135重量%であることが好ましい。その割合が80重量%未満では軽量化を図るために軽量粗骨材の配合割合を増加しなければならず強度低下に繋がることとなったり、又はモルタルと軽量粗骨材との比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上して強度低下に繋がることとなるので好ましくない。また、135重量%を越えるとマトリックスの強度が低下するため好ましくない。
【0021】
軽量粗骨材のセメントに対する割合(軽量粗骨材/セメント)は80〜135重量%であることが好ましい。その割合が80重量%未満では軽量化を図るために軽量細骨材の配合割合を増加しなければならずマトリックスの強度低下に繋がることとなるので好ましくない。また、135重量%を越えると軽量コンクリートの強度が低下するので好ましくない。
【0022】
減水剤の使用量はセメントに対して1.0〜4.0重量%が好ましい。使用量が1.0重量%未満では減水効果が少なく水量が多くなり強度が低下するので好ましくない。4.0重量%を越えても強度が低下するので好ましくない。
【0023】
本発明の軽量コンクリートの混練は、従来より、コンクリートの混練に使用されているミキサー、例えば、オムニタイプミキサー、パンタイプミキサー、二軸タイプミキサー等を使用して行う。また、混練時間は、特に限定されない。
【0024】
成形は、振動締固め等の慣用の手段が採用できる。
【0025】
養生方法としては、気乾養生、湿空養生、水中養生、加熱促進養生(蒸気養生、オートクレーブ養生)またはこれらを併用した慣用の手段が採用できる。
【0026】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
【0027】
1.軽量粗骨材
流紋岩系ガラス質鉱物、SiC(発泡剤)およびケイ酸ナトリウム(粘着材)を混合し造粒したのち、700〜900℃で温度を変えて焼成し発泡させて以下の4種類の軽量粗骨材を調製した。
L1:表乾比重1.24、圧縮強度26.3N/mm2
L2:表乾比重1.15、圧縮強度25.2N/mm2
L3:表乾比重0.95、圧縮強度23.1N/mm2
L4:表乾比重0.79、圧縮強度21.3N/mm2
また、上記L4の軽量粗骨材と水/セメント比が25重量%のペースト(減水剤/セメント比が1.5重量%)をパンタイプミキサー(0.1m3)で2分間混練してペーストが被覆した状態の造粒物とし、造粒物同士がくっつかないように24時間湿空養生して、軽量粗骨材(L5)を調製した。なお、ペースト/粗骨材比(容積比)=0.3とした。また、ペーストの被覆厚さは0.5mm(50個の平均)であった。
L5:表乾比重1.12、圧縮強度25.3N/mm2
なお、表乾比重と圧縮強度は以下に示す方法で調べた。
▲1▼表乾比重
「JIS A 1134(構造用軽量粗骨材の比重及び吸水率試験方法)」に準じて測定した。
▲2▼圧縮強度
以下に示す材料を用いて、水/セメント比が50重量%、細骨材/セメント比が225重量%、減水剤/セメント比が1.0重量%の配合のモルタルと、軽量粗骨材の容積比が40%で、水/セメント比が50重量%、細骨材/セメント比が225重量%、減水剤/セメント比が1.0重量%のコンクリートの圧縮強度(材令28日)を測定し、Ramosの式から、軽量粗骨材の圧縮強度を求めた。なお、コンクリートの圧縮強度は「JIS A 1108(コンクリートの圧縮強度試験方法)」に準じて、モルタルの圧縮強度は「JIS R 5201(セメントの物理試験方法 )」に準じて測定した。
セメント;早強ポルトランドセメント(日本セメント製)
細骨材 ;青梅砕砂
減水剤 ;マイティ150(花王製)
水 ;水道水
細骨材の表乾比重は「JIS A 1134(構造用軽量細骨材の比重及び吸水率試験方法)」に準じて測定した。
【0028】
2.配合条件および混練
軽量コンクリートの配合を表1に示す。混練は、パンタイプミキサー(0.1m3)を使用し、各材料をミキサーに投入して、2分間混練した。
【0029】
【表1】
【0030】
3.成形および養生
混練後、φ10×20cmの型枠に軽量コンクリートを投入し、テーブルバイブレータで振動数4000vpmの振動を30秒間加えて成形した。養生は、24時間湿空養生(20℃、80%RH)後、脱型し、材令28日まで20℃で水中養生した。
【0031】
4.評価
▲1▼スランプ
「JIS A 1101(コンクリートのスランプ試験方法)」に準じて測定した。
▲2▼気乾比重
養生後のコンクリートの容積と重量を測定し気乾比重を算出した。気乾比重は、供試体3本の平均値とした。
▲3▼圧縮強度
「JIS A 1108(コンクリートの圧縮強度試験方法)」に準じて測定した。
それらの結果を表1に併記した。
【0032】
(実施例1〜9、比較例1〜3)
実験の結果、本発明においては、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を1000〜1200℃で焼成して発泡させた軽量細骨材の使用が、また、表乾比重が1.1〜1.3でかつRamosの式から求めた圧縮強度が25N/mm2以上である軽量粗骨材の使用が、軽量コンクリートの圧縮強度に対し、好ましい条件であることが確認された。
これに対して、前記以外の軽量骨材では、本発明で意図する40N/mm2程度の圧縮強度を具備する軽量コンクリートが得られなかった。
【0033】
(実施例10〜15、比較例4)
実験の結果、気乾比重が1.4以下で、高圧縮強度(材令28日:40N/mm2以上)を発現する軽量コンクリートに対して、好ましい配合範囲は、
(1)単位セメント量が350〜450kg/ m3、
(2)水/セメント比が25〜35重量%、
(3)セメントに対する軽量細骨材の割合が80〜135重量%、
(4)セメントに対する軽量粗骨材の割合が80〜135重量%、
であることが判明した。
これに対して、水/セメント比が35重量%を越える比較例4では、本発明で意図する40N/mm2程度の圧縮強度を具備する軽量コンクリートが得られなかった。
【0034】
【発明の効果】
本発明の軽量コンクリートは、気乾比重が1.4以下と軽量であるにもかかわらず、40N/mm2(材令28日)以上の高強度を発現するので、非構造用コンクリート部材や構造用コンクリート部材に対して適用することができる。また、建築物の構造部材の断面積を低減させることができるので材料および施工コストも削減することができる。
Claims (3)
- セメント、水/セメント比が35重量%以下の水、減水剤、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を1000〜1200℃で焼成・発泡させた軽量細骨材および表乾比重が1.1〜1.3で、かつRamosの式から求めた圧縮強度が25N/mm2以上である軽量粗骨材からなる気乾比重が1.4以下で、圧縮強度が40N/mm2以上の軽量コンクリート。
- 軽量粗骨材とモルタル部分との比重差が0.4以下である請求項1記載の軽量コンクリート。
- 単位セメント量が350〜450kg/ m3、水/セメント比が25〜35重量%、軽量細骨材がセメントに対して80〜135重量%、軽量粗骨材がセメントに対して80〜135重量%である請求項1又は2記載の軽量コンクリート。
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