JP3658568B2

JP3658568B2 - コンクリート

Info

Publication number: JP3658568B2
Application number: JP2002068355A
Authority: JP
Inventors: 暁細田; 利治岸
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003267765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば構造物の構築等、様々な用途に用いられるコンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の構築等、様々な用途に用いられ、水、セメント、骨材等を含むように配合されるコンクリートは、水和反応によって硬化する性質を有する。
図３（ａ）は従来一般のコンクリートの構成材料を体積比で示した図である。従来一般のコンクリートは、細骨材と粗骨材とでコンクリートの全体積の７０％程度となるように、また、セメントに対する水の重量比（水セメント比）が、５５％程度となるように配合される。
しかし、例えば図３（ｂ）に示すボックスカルバート１００のような、従来一般のコンクリートを用いた構造物においては、コンクリートの硬化後、応力の作用、乾燥収縮等による体積変化等によってひび割れ１０１が発生しやすく、このひび割れ１０１によって構造物の耐久性、使用性、美観等が問題となる場合がある。このため従来は、発生したひび割れ１０１に対して充填材の注入を行ったり、ひび割れ１０１が発生しても構造物に影響を与えないように、コンクリート打設後に防水工、止水工等の対策を講じたりしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した充填材の注入によるひび割れの修復や、ひび割れによる構造物の影響を防止する防水工、止水工等の対策は、工期が延長したり工費が増大したりする原因となっている。
本発明は、ひび割れが発生してもひび割れが自己治癒することにより、工期短縮、工費低減を図ることを可能とするコンクリートを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、水２、セメント３ａ、骨材（細骨材４、粗骨材５）を含むように配合され、打設後に水和反応によって硬化するコンクリート１であって、打設後に硬化した時点において、セメント３ａを含む粉体３の未反応部分が残存するように構成し、
前記粉体３を膨張材３ｂを含むように構成するとともに、水２の前記粉体３に対する重量比を２５％〜４０％に設定し、
さらに、前記膨張材の重量３ｂを１５〜１２０ｋｇ／ｍ ³ に設定したことを特徴としている。
【０００５】
請求項１に記載の発明によれば、打設後にコンクリートが硬化した時点においてセメントを含む粉体の未反応部分が残存するので、硬化後にコンクリートにひび割れが発生しても、このひび割れに外部から水分が侵入し、前記未反応部分が水分と水和反応して膨張する。これにより、発生したひび割れが自己治癒してコンクリートが止水性能を回復する。したがって、ひび割れに対する充填材の注入や、ひび割れ対策としての防水工、止水工等を省略し、工期短縮、工費低減を図ることが可能となる。
【０００８】
また、水の前記粉体に対する重量比を２５％〜４０％に設定、すなわち、水に対するセメント量を増加させることで、コンクリートが硬化した時点において、セメントを含む粉体の未反応部分を確実に残存させることができる。また、前記粉体を膨張材を含むように構成することで、前記未反応部分の、発生したひび割れに侵入した水分との水和反応による膨張が確実となり、したがって、発生したひび割れに対する自己治癒性能が確実に向上する。
【０００９】
なお、水の前記粉体に対する重量比とは、いわゆる水セメント比（W／C）におけるセメントを粉体に置き換えたものである。なお、より好ましい効果を得るために、水２の前記粉体３に対する重量比を２５〜４０％程度とすることが望ましい。
【００１１】
また、前記膨張材の重量を１５ｋｇ／ｍ³以上に設定したことで、膨張材の作用により、コンクリートのひび割れ自己治癒性能が向上するとともにひび割れ抵抗性能も向上する。また、前記膨張材の重量を１２０ｋｇ／ｍ³以下に設定したことで、膨張材の作用によるコンクリートの自己崩壊の可能性が低減する。すなわち、前記膨張材の重量を１５〜１２０ｋｇ／ｍ³に設定したことによって、コンクリートのひび割れ自己治癒性能がさらに向上するとともにひび割れ抵抗性能も向上し、さらに、コンクリートの自己崩壊の可能性も低減する。
【００１２】
なお、膨張材としては、粉体状のもので水分の供給によって膨張する性質の物質が挙げられる。例えば、セメントおよび水とともに練り混ぜた場合、水和反応によってエトリンガイドまたは水酸化カルシウム等を生成し、コンクリートを膨張させる作用のある混和材が挙げられる。また、より好ましい効果を得るために、前記膨張材の重量を３０〜８０ｋｇ／ｍ³に設定することが望ましい。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、例えば図２に示すように、請求項１に記載のコンクリート１において、鉄筋２２を埋設したことを特徴としている。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、鉄筋を埋設したことで鉄筋コンクリート構造となり、引張力に抵抗可能となる。さらに、鉄筋とコンクリートとの付着によって、膨張材によるコンクリートの膨張が拘束される。これにより、コンクリートに圧縮力であるプレストレスが導入された状態となり、コンクリートのひび割れ抵抗性能がさらに向上する。また、この鉄筋によって前記未反応部分の、発生したひび割れから侵入した水分との水和反応による膨張が拘束される。これにより、硬化後のコンクリートの崩壊が抑止される。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のコンクリート１において、鉄筋比を０．３％以上に設定したことを特徴としている。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、鉄筋比を０．３％以上に設定したことで、コンクリートの引張抵抗力がさらに向上する。
【００１７】
なお、鉄筋比とは鉄筋コンクリート構造の部材断面において、鉄筋の断面積がコンクリートの断面積に占める割合をいう。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート１において、繊維６を埋設したことを特徴としている。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、繊維を埋設したことで、コンクリートが繊維に対して付着する。この繊維によって、コンクリートに発生するひび割れはより分散し、ひび割れ幅は小さく抑制される。また、この繊維によって、膨張材によるコンクリートの膨張が拘束される。これにより、コンクリートに圧縮力であるプレストレスが導入された状態となり、コンクリートのひび割れ抵抗性能がさらに向上する。さらに、この繊維によって、前記未反応部分の、発生したひび割れから侵入した水分との水和反応による膨張が拘束される。これにより、コンクリートの崩壊が抑止される。
【００２０】
なお、繊維としては様々な材料があり、例えば、ポリプロピレン系、ポリビニルアルコール系、ナイロン系、ポリアミド系等の化学繊維、炭素繊維、はがね、わら等が挙げられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して、本発明であるコンクリートの実施の形態例について詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明に係るコンクリートの構成材料を体積比で示した図であり、符号１は、本発明であるコンクリートを示す。
【００２２】
本発明に係るコンクリート１は、図１（ａ）に示すように、水２、セメント３ａと膨張材３ｂとからなる粉体３、細骨材４（骨材）、粗骨材５（骨材）、繊維６、混和剤７等を含むように配合される。
【００２３】
水２は、セメント３の粒子と水和反応して水和物を生成する。
【００２４】
セメント３としては、普通ポルトランドセメント等、様々な種類が考えられるが、望ましくは低発熱型の低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等が望ましい。
【００２５】
膨張材３ｂとしては、粉体状のもので水分の供給によって膨張する性質の物質が挙げられる。例えば、セメント３および水２と混合した場合、水和反応によりエトリンガイドまたは水酸化カルシウム等の結晶を生成してコンクリート１を膨張させる作用のある混和材が挙げられる。
【００２６】
細骨材４としては、川砂、海砂、山砂等が挙げられる。
【００２７】
粗骨材５としては、川砂利、海砂利、山砂利、砕石、スラグ砕石等が挙げられる。
【００２８】
繊維６としては、例えば、ポリプロピレン系、ポリビニルアルコール系、ナイロン系、ポリアミド系等の化学繊維、炭素繊維、はがね、わら等が挙げられるが、前記した化学繊維のうち６〜５０ｍｍ程度のものをコンクリート１の全体積の０．０３〜１．０％程度混入することが望ましい。
【００２９】
混和剤７としては、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。
【００３０】
以上のような構成材料によって、セメント３と膨張材３ｂとからなる粉体３に対する水２の重量比（水粉体比）が、２５〜４０％程度となるように配合する。さらに、膨張材３ｂの重量が３０〜８０ｋｇ／ｍ³ となるように配合する。なお、混和剤７も配合することによって、従来に比べて水粉体比が小さい場合においてもコンクリート１の流動性、自己充填性が確保される。
【００３１】
ここで、図１（ｂ）は、前記のように構成されたコンクリート１を、ボックスカルバート１０に用いた例を示し、図２は、前記のように構成されたコンクリート１を、構造物を構成する梁２０に用いた例を示す。これらのボックスカルバート１０や梁２０には、鉄筋２２が鉄筋比０．３％以上となるように配筋されている。コンクリート１は鉄筋２２を埋設するように打設され、コンクリート１が硬化した時点で、前記したセメント３ａと膨張材３ｂとからなる粉体３の未反応部分が残存する。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、ボックスカルバート１０に乾燥収縮等によってひび割れ１１が発生したとしても、このひび割れ１１から水分が入り込み、この水分と残存している前記未反応部分とが水和反応して膨張する。これにより、発生したひび割れ１１が自己治癒してコンクリート１が止水性能を回復する。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、梁２０の上部側に荷重が作用することにより下部側に引張力が作用し、これにより、梁２０にひび割れ２１が発生しても、このひび割れ２１から水分が入り込み、この水分と残存している前記未反応部分とが水和反応して膨張する。これにより、発生したひび割れ２１が自己治癒してコンクリート１が止水性能を回復する。
【００３４】
本実施の形態においては、膨張材３ｂの重量を３０〜８０ｋｇ／ｍ³に設定しているが、参考データとして以下の表に、水粉体比が２５〜４０％程度の場合を想定した、膨張材３ｂの添加量の大小によるコンクリート１への効果・影響を示す。
【表１】

【００３５】
上記表に示すように、コンクリート１のひび割れに対する自己治癒性能は、膨張材３ｂの添加量が、３０ｋｇ／ｍ³以下の場合は効果・影響はあるが小さく、３０〜５０ｋｇ／ｍ³の場合には効果・影響が大きくなり、５０ｋｇ／ｍ³以上の場合には効果・影響が非常に大きくなる。
【００３６】
上記表に示すように、コンクリート１のひび割れ抵抗性は、膨張材３ｂの添加量が１５ｋｇ／ｍ³以下の場合は効果・影響がなく、１５〜３０ｋｇ／ｍ³の場合でも効果・影響はあるが小さい。そして、膨張材３ｂの添加量が３０〜５０ｋｇ／ｍ³の場合は効果・影響が大きくなり、５０ｋｇ／ｍ³以上の場合には効果・影響が非常に大きくなる。
【００３７】
上記表に示すように、コンクリート硬化後の自己崩壊の可能性は、膨張材３ｂの添加量が、３０ｋｇ／ｍ³以下の場合はほとんど可能性がなく、３０〜８０ｋｇ／ｍ³の場合には可能性はあるが小さい。そして、膨張材３ｂの添加量が８０〜１２０ｋｇ／ｍ³の場合は可能性が大きくなり、１２０ｋｇ／ｍ³以上の場合には可能性が非常に大きくなる。
【００３８】
以上のデータからトータルで考慮すると、膨張材３ｂの添加量は、３０〜８０ｋｇ／ｍ³がより望ましい。
【００３９】
本実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
▲１▼水２の前記粉体３に対する重量比を２５〜４０％程度に設定するとともに、膨張材３ｂの重量を膨張材３ｂの重量を３０〜８０ｋｇ／ｍ³に設定したことで、打設後にコンクリート１が硬化した時点においてセメント３ａ、膨張材３ｂを含む粉体３の未反応部分が残存するので、硬化後にコンクリート１にひび割れ１１、２１が発生しても、このひび割れ１１、２１に外部から水分が侵入し、前記未反応部分が水分と水和反応して膨張する。これにより、発生したひび割れ１１、２１が自己治癒してコンクリート１が止水性能を回復する。したがって、ひび割れ１１、２１に対する充填材の注入や、ひび割れ対策としての防水工、止水工等を省略し、工期短縮、工費低減を図ることが可能となる。
【００４０】
なお、膨張材３ｂの重量を３０〜８０ｋｇ／ｍ³に設定したことによって、コンクリート１のひび割れ自己治癒性能がさらに向上するとともにひび割れ抵抗性能も向上し、さらに、コンクリート１の自己崩壊の可能性も低減する。
【００４１】
▲２▼鉄筋２２を埋設したことで鉄筋コンクリート構造となり、引張力に抵抗可能となる。なお、鉄筋比を０．３％以上に設定したことで、コンクリート１の引張抵抗力がさらに向上する。
【００４２】
▲４▼鉄筋２２や繊維６を埋設したことで、コンクリート１が鉄筋２２や繊維６に対して付着する。これら鉄筋２２や繊維６によって、膨張材３ｂによるコンクリート１の膨張が拘束される。これにより、コンクリート１に圧縮力であるプレストレスが導入された状態となり、コンクリート１のひび割れ抵抗性能がさらに向上する。また、これら鉄筋２２や繊維６によって、前記未反応部分の、発生したひび割れ１１、２１から侵入した水分との水和反応による膨張が拘束される。これにより、コンクリート１の崩壊が抑止される。
【００４３】
▲５▼混和剤７によってコンクリート１に流動性、自己充填性が確保され、コンクリート１の締固めに伴う施工不良の発生を抑制して耐久性を向上させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、硬化後にコンクリートにひび割れが発生しても、このひび割れに外部から水分が侵入し、前記未反応部分が水分と水和反応して膨張し、発生したひび割れが自己治癒してコンクリートが止水性能を回復する。したがって、ひび割れに対する充填材の注入や、ひび割れ対策としての防水工、止水工等を省略し、工期短縮、工費低減を図ることが可能となる。
【００４５】
また、セメントを含む粉体の未反応部分が確実に残存するため、前記未反応部分の、発生したひび割れに侵入した水分との水和反応による膨張が確実となり、したがって、発生したひび割れに対する自己治癒性能が確実に向上する。
【００４６】
また、コンクリート硬化後において、コンクリートのひび割れ自己治癒性能がさらに向上するとともにひび割れ抵抗性能も向上し、さらに、コンクリートの自己崩壊の可能性も低減する。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができることは勿論のこと、前記鉄筋によってコンクリートが引張力に抵抗可能となる。さらに、鉄筋とコンクリートとの付着によって、膨張材によるコンクリートの膨張が拘束される。これにより、コンクリートにプレストレスが導入された状態となり、コンクリートのひび割れ抵抗性能がさらに向上する。また、この鉄筋によって前記未反応部分の、発生したひび割れから侵入した水分との水和反応による膨張が拘束される。これにより、硬化後のコンクリートの崩壊が抑止される。
【００４８】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果を得ることができることは勿論のこと、コンクリートの引張抵抗力がさらに向上する。
【００４９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の効果を得ることができることは勿論のこと、コンクリートが前記繊維に付着することによる効果が得られる。この繊維によって、コンクリートに発生するひび割れはより分散し、ひび割れ幅は小さく抑制される。また、この繊維によって、膨張材によるコンクリートの膨張が拘束される。これにより、コンクリートに圧縮力であるプレストレスが導入された状態となり、コンクリートのひび割れ抵抗性能がさらに向上する。さらに、この繊維によって、前記未反応部分の、発生したひび割れから侵入した水分との水和反応による膨張が拘束される。これにより、硬化後のコンクリートの崩壊が抑止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係るコンクリートの構成材料を体積比で示した図であり、（ｂ）は（ａ）のコンクリートを用いたボックスカルバートを示す図である。
【図２】本発明に係るコンクリートを用いた梁を示す図である。
【図３】（ａ）は従来のコンクリートの構成材料を体積比で示した図であり、（ｂ）は（ａ）のコンクリートを用いたボックスカルバートを示す図である。
【符号の説明】
１コンクリート
２水
３粉体
３ａセメント
３ｂ膨張材
４細骨材（骨材）
５粗骨材（骨材）
６繊維
７混和剤

Claims

水、セメント、骨材を含むように配合され、打設後に水和反応によって硬化するコンクリートであって、打設後に硬化した時点において、セメントを含む粉体の未反応部分が残存するように構成し、
前記粉体を膨張材を含むように構成するとともに、水の前記粉体に対する重量比を２５％〜４０％に設定し、
さらに、前記膨張材の重量を１５〜１２０ｋｇ／ｍ ³ に設定したことを特徴とするコンクリート。
請求項１に記載のコンクリートにおいて、鉄筋を埋設したことを特徴とするコンクリート。
請求項２に記載のコンクリートにおいて、鉄筋比を０．３％以上に設定したことを特徴とするコンクリート。
請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリートにおいて、繊維を埋設したことを特徴とするコンクリート。