JP4141976B2

JP4141976B2 - 高強度遠心力成型製品の製造方法およびその高強度遠心力成型製品

Info

Publication number: JP4141976B2
Application number: JP2004079427A
Authority: JP
Inventors: 芳春渡邉
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005263567A

Description

本発明は、高強度遠心力成型製品の製造方法およびその高強度遠心力成型製品に関し、特に、圧縮強度が設計基準強度で100N/mm²以上のコンクリート杭、鋼管複合杭、推進管、及びポールなどの高強度遠心力成型製品の製造方法およびその高強度遠心力成型製品に関する。

従来、高強度遠心力成型製品を製造するには、普通ポルトランドセメントに石膏及び／又はシリカフュームなどの高強度混和材が使用され、設計基準強度80〜85N/mm²の高強度杭や推進管等の遠心力成型製品が実用化されている(非特許文献１参照)。
しかしながら、より高強度を得るために水結合材比を小さくすると、振動成型した供試体では設計基準強度で100N/mm²以上の強度は容易に得られるが、遠心力成型すると、水結合材比を小さくすればするほど脱水性が悪くなると同時に、遠心力による骨材の分離があるために、設計基準強度で100N/mm²以上の強度を有する高強度遠心力成型製品の実用化は困難であるという課題がある。

さらに前記高強度混和材を使用しないで高強度遠心力成型製品を製造する方法として、ポリカルボン酸塩系減水剤を使用し、早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントの単位量を400〜600kg/m³とし、水セメント比を32％以下、又は、20〜28％とすることも提案されている(特許文献１参照)。
しかしながらこの方法では、早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントは粉末度が大きいため保水性が高く、遠心力成型による脱水性が悪くなるだけでなく、内面には締まらない軟らかいペースト層が残るために、ペースト層が厚くなるほど遠心力成型体としての強度は低くなる。
また、早強ポルトランドセメントなどの水硬性の高いセメントは、初期強度は高くなるが、その後の強度の伸びが停滞し、その遠心力成型体では設計基準強度100N/mm²以上の高強度は得られ難いという課題がある。

さらに、この方法に、前記高強度混和材を併用しても、高強度混和材を配合した分、粉体量が多くなるため、遠心力成型性はむしろ悪くなり、前記同様に早強ポルトランドセメントなどの水硬性の高いセメントは、初期強度が高くなるためにその後の強度の伸びが停滞し、設計基準強度で100N/mm²以上の高強度遠心力成型製品の製造は困難であるという課題がある。

特殊混和材を用いた高強度コンクリート、影山博、中川晃次、永淵強、材料、第２９巻、第３１８号、Ｐ２２０〜２２５、昭和５５年３月特開平０７−３０４０１４号公報

本発明は、種々検討した結果、水硬性の高い早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントに、高炉スラグ粉末、又は、高炉スラグ粉末と普通ポルトランドセメントとを配合することにより、遠心力成型性を高め、設計基準強度で100N/mm²以上の高強度遠心力成型製品が製造できることを知見し、本発明を完成させたものである。

本発明が解決しようとする課題は、高強度遠心力成型製品の製造方法およびその高強度遠心力成型製品を提供するものであり、特に、圧縮強度が設計基準強度で100N/mm²以上の高強度遠心力成型製品の製造方法およびその高強度遠心力成型製品を提供するものである。

本発明は、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントと、高炉スラグ粉末、又は、高炉スラグ粉末と普通ポルトランドセメントと、シリカフュームと、高性能減水剤とを併用したコンクリートであって、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントセメントの単位量が300〜390kg/m ³ であり、高炉スラグ粉末が、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末、又は、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末、及び普通ポルトランドセメントからなる結合材100部中10〜40部であり、結合材の単位量が450〜650kg/m³ であり、シリカフュームが、結合材100部に対して、15部以下であり、水結合材比が30％以下であるコンクリートを遠心力成型し、加熱養生を行なう圧縮強度が設計基準強度で100N/mm ² 以上の高強度遠心力成型製品の製造方法であり、高性能減水剤がポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤である該製造方法であり、さらに、II型の無水石膏を併用したコンクリートであって、結合材100部に対して、石膏類がCaSO₄換算で15部以下であり、シリカフュームが15部以下であるコンクリートを、遠心力成型し、加熱養生を行なう該製造方法であり、該製造方法で製造された高強度遠心力成型製品である。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

本発明は、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメント(以下、早強ポセ類という)に、高炉スラグ粉末を、又は、高炉スラグ粉末と普通ポルトランドセメントとを配合して結合材として使用するものである。

早強ポセ類の単位量は、300〜390kg/m³ である。390kg/m³ を超えると粉末度が大きいために、脱水性等の遠心力成型性が悪く、遠心力成型体の強度は高くならず、同一スランプを得るための高性能減水剤の使用量も増加して不経済となる場合がある。また、早強ポセ類の単位量が300kg/m³未満と少なすぎると、遠心力成型性は良くなるが、結合材全体の水硬性が弱くなるため、目的とする強度は得られ難くなる場合がある。

本発明では、早強ポセ類に、高炉スラグ粉末を、又は、高炉スラグ粉末と普通ポルトランドセメントとを配合して結合材とする。
結合材の単位量は、450〜650kg/m³であり、470〜600kg/m³が好ましい。450kg/m³未満では高性能減水剤を最大限使用しても、設計基準強度で100N/mm²以上の高強度遠心力成型製品は得難い場合があり、650kg/m³を超えると強度は頭打ちとなり、経済的にも好ましくない場合がある。

本発明で使用する高炉スラグ粉末（以下、スラグ粉という）は、高炉で鉄鋼石から銑鉄をつくる際に副生する溶融スラグを、水等により急冷し、粉砕又は粉砕・分級して得られる微粉末であり、JIS A 6206に規定されるものが好ましい。
スラグ粉の粉末度は、大きいほど潜在水硬性は高くなるため、強度的には好ましいが、通常、高炉セメントに使用されているブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で4,000〜4,500cm²/g程度のスラグ粉の使用が可能である。
スラグ粉の使用量は、結合材100部中、10〜40部であり、15〜35部が好ましく、20〜30部がより好ましい。
スラグ粉は、遠心力成型時の脱水性を高め遠心力成型体の強度を高めると共に、同一スランプを得るための高性能減水剤量を少なくする効果を有するが、スラグ粉が10部未満では、脱水性等の遠心力成型性が悪くなり、遠心力成型体の強度発現の改善効果も小さくなる場合があり、40部を超えると、結合材全体の水硬性が低下して、遠心力成型体の強度発現の改善効果も小さくなる場合がある。

本発明で使用する普通ポルトランドセメント(以下、普通ポセという)は、早強ポルトランドセメント(以下、早強ポセという)などよりも水硬性は低いが、遠心力成型性は良い。また、スラグ粉よりは遠心力成型性は劣るが、水硬性が高いので、遠心力成型体の強度を高めるために適量を併用することが可能である。

本発明では、早強ポセ類に、スラグ粉、又は、スラグ粉と普通ポセとを配合するが、早強ポセ類に、スラグ粉と普通ポセとを配合することは、コンクリート製品工場において、サイロを３本必要とするため、既に、JIS製品として普通ポセとスラグ粉を規定範囲量混合した高炉セメントが市販されているため、高炉セメントを使用する方が便利である。

本発明で使用する高性能減水剤は、比較的多量に添加しても遅延性がなく、空気連行性もない減水率の高い減水剤であり、一般的に、高性能ＡＥ減水剤と区別される。
また、高性能減水剤は、減水効果の他に遠心力成型性向上の効果も有し、通常の使用量の上限を超えて使用して、減水効果が頭打ちとなっても、遠心力成型性は向上する。
そして、高性能減水剤は、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系、芳香族アミノスルホン酸塩系、及びメラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系のいずれかを主成分とするものであるが、本発明では、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系や芳香族アミノスルホン酸塩系の高性能減水剤の一種又は二種以上が使用可能であり、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系の高性能減水剤は、遠心力成型性が悪く、高強度遠心力成型製品の製造には適さないものである。
ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤には、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物等があり、その市販品としては、電気化学工業（株）社製商品名「FT-500」又はそのシリーズ、花王（株）社商品名「マイティ-100」（粉末）や「マイティ-150」又はそのシリーズ、第一工業製薬（株）社商品名「セルフロー110P」（粉末）、竹本油脂（株）社商品名「ポールファイン510N」など、並びに、日本製紙（株）社商品名「サンフローPS」又はそのシリーズなどが代表的である。
芳香族アミノスルホン酸塩系高性能減水剤としては、藤沢薬品（株）社商品名「パリックFP200H」又はそのシリーズがある。
高性能減水剤の使用量は、結合材100部に対して、有効成分で0.6〜2.0部が好ましい。0.6部未満では減水率が小さく、2.0部を超えて使用しても減水率が頭打ちとなり、かつ、遠心力成型性の向上作用も頭打ちとなるため経済的にも好ましくない。

本発明において、II型の無水石膏をさらに配合することにより、より高強度な遠心力成型製品が得られる。
石膏は、二水石膏、半水石膏、II型の無水石膏、及びIII型無水石膏があるが、特に、II型の無水石膏はより高強度を発現することから、本発明で使用する。
II型の無水石膏は、天然産無水石膏、フッ酸発生時に副生するフッ酸石膏、及び他の形態の石膏を350℃以上の温度で熱処理したものが使用される。
II型の無水石膏（以下、石膏類という）の粉末度はセメントと同等以上であれば特に限定されるものではない。
石膏類の使用量は、結合材100部に対して、CaSO₄換算で15部以下が好ましく、10部以下がより好ましく、1.5〜６部が最も好ましい。15超えて配合しても水結合材比が小さくなるほど未反応で残るようになるため遠心力成型体の強度は頭打ちとなる。また、1.5部未満では遠心力成型体の強度の増加は小さいため好ましくない。

シリカフューム(以下、ＳＦという)は、金属シリコンやシリコン合金を電気炉で製造するときに発生する非晶質の球形の超微粉であり、遠心力成型体の強度を高める。
ＳＦの使用量は、結合材100部に対して、15部以下であり、12部以下が好ましく、２〜10部がより好ましい。15部を超えて配合しても、遠心力成型性は悪くなるため遠心力成型体の強度も頭打ちとなるため好ましくない。また、２部未満では遠心力成型体の強度の増加は小さいため好ましくない。
また、石膏類とＳＦを併用して配合する場合は、石膏類とＳＦの合計で30部以下であるが、それぞれの好ましい量やより好ましい量の合計量でよく、両成分を併用添加するほうが効率よく高強度遠心力成型製品が製造できる。

水結合材比は、30％以下であり、29％以下が好ましい。水結合材比は、小さくするほど遠心力成型体の強度も高くなるが、高性能減水剤の能力から、17％前後が限界であり、それより小さくすると、単位結合材量が多くなりすぎ、作業性が悪くなると同時に、遠心力成型性も悪くなり、遠心力成型体の強度も頭打ちとなる場合がある。

本発明において、コンクリートを練り混ぜる際に、早強ポセ類、スラグ粉や普通ポセ、高性能減水剤、骨材、石膏類、ＳＦ、及び水等のミキサへの投入順序や練り混ぜ方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が使用される。

本発明において、高強度遠心力成型製品を製造する遠心力成型方法は、常法でよく、通常、コンクリートを軸方向に延ばす３Ｇ以下、コンクリートを型枠に遠心力で貼り付けたままでモルタルを軸方向に延ばす６〜10Ｇ、粗骨材を外側に移動させながら締め固める15〜25Ｇ、並びに、より強く締め固める30〜40Ｇの各段階を３〜５段階で組み合わせることが好ましい。

本発明の高強度遠心力成型製品は、遠心力成型した後は数時間の前養生を行った後に適度な温度勾配で昇温し、40℃以上の温度で加熱養生を行う。
加熱方法としては、通常の蒸気養生方法や、熱したオイルを配管に循環させて行う方法その他があるが、遠心力成型体両端の解放部を密閉しない場合は、蒸気養生を行う方法が好ましい。
養生温度が低い場合は時間を長くし、養生温度が高い場合は時間を短くすることができ、40〜50℃の養生温度で８〜10時間保持することが好ましく、60〜100℃の養生温度で４〜６時間保持することがより好ましく、70〜85℃の養生温度で５時間保持することが最も好ましい。そして、養生後は養生槽の中で翌日までゆっくり自然冷却する。
なお、100℃を超える高温高圧養生では、スラグ粉を配合するとアルミナ分が多くなり、その分、結晶形が立方体で、結合力が弱いハイドロガーネットを多く生成するようになり、遠心力成型体の強度が低下するため好ましくない。
その後は養生槽の中で翌日までゆっくり自然冷却するか、養生槽に保温性の良い蓋を乗せて40℃程度の温度で１晩養生することが好ましい。

本発明の高強度遠心力成型製品の製造方法により、(1) 設計基準強度で100N/mm²以上の高強度遠心力成型製品が製造できるため、杭の場合は支持力が大きく取れ、杭の施工本数が減り経済的となる。また、プレストレスをより大きく導入できるため地震に対して強い、耐震性の杭の製造が可能となる。(2) 推進管(推進工法用ヒューム管)では推進延長距離が長くなり、工費が安価となる。(3) ポールではひびわれ荷重が大きくなり、高耐久性のポールの製造が可能となるなどの効果を奏する。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。

表１に示す早強ポセ類、スラグ粉、普通ポセ、高炉セメント、高性能減水剤、及び水を用い、空気量1.5％で、単位粗骨材量を1,100kg/m³として１m³となるよう細骨材量を調節したコンクリート配合で、スランプ２〜10cmのコンクリートを調製した。
調製したコンクリートを、外径20cm×長さ30cmの円筒型枠に17.5kg詰め、初速1.5Ｇ×２分、低速３Ｇ×５分、中速I ８Ｇ×１分、中速II 15Ｇ×２分、及び高速35Ｇ×３分の条件で遠心力成型した。
遠心力成型した供試体は、遠心力成型後、４時間前養生してから、20〜80℃まで３時間で上げて、そのまま５時間保持してから蒸気を止め、養生槽の中でそのままゆっくり冷却し、翌日、脱型後、室内で気乾養生した。
遠心力成型後の遠心力成型供試体ののろ量を測定し、遠心力成型供試体の締まりを観察すると共に、圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
なお、コンクリートの練り混ぜは、結合材、細骨材、及び粗骨材を30秒間空練りした後、水に高性能減水剤を溶解した練り混ぜ水を添加して３分間二軸ミキサで練り混ぜた。

＜使用材料＞
早強ポセ類：電気化学工業（株）社製、早強ポセ、密度3.12g/cm³
スラグ粉：高炉スラグ粉末、粉砕品、ブレーン値4,500cm²/g、密度2.90g/cm³
普通ポセ：電気化学工業（株）社製、普通ポセ、密度3.16g/cm³
高炉セメント：電気化学工業（株）社製、密度3.03g/cm³、スラグ粉の含有率43％
石膏類：不溶性無水石膏、天然産、ブレーン値5,000cm²/g、密度2.85g/cm³
ＳＦ：エルケム社製シリカフューム、密度2.44g/cm³
高性能減水剤：ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤、市販品、粉末
細骨材：砂、新潟県姫川産川砂、５mm下、密度2.62g/cm³
粗骨材：砕石、新潟県姫川産砕石、５〜13mm、密度2.64g/cm³

＜試験方法＞
のろ：ノロ発生量、cc/遠心力成型供試体１個分
締まり：遠心力成型供試体の内面状態の遠心力成型性、「良」は脱水して内面のペースト層は硬い、「やや良」はペースト層はダレないが軟らかい状態で張り付いており、ペースト層の締まりが悪い、及び「不良」はペーストが波打ち状態を示す
圧縮強度：JIS A 1136 に準じて、室内で気乾養生した材齢28日の強度を測定

表１より、結合材量を一定にし、水結合材比を29％一定とした場合、スラグ粉の含有率が多くなると脱水性が向上し、遠心力成型体の強度は高くなる。そして、スラグ粉が、結合材100部中、10〜40部で100N/mm²以上の強度が得られ、15〜35部がより高強度であり、20〜30部が最も強度が得られる。
この際、早強ポセは300kg/m³以上必要であり、390kg/m³を超える量を配合しても強度の伸びは期待できないことも示される(実験No.1- 3〜実験No.1- 9)。
結合材中のスラグ粉の含有率を一定とし、結合材の単位量を変えた場合では、結合材450kg/m³以上で100N/mm²が得られ、650kg/m³を超えると強度の伸びは頭打ちとなることが示され、470〜600kg/m³以上がより好ましい(実験No.1-10、実験No.1-14)。
また、水結合材比は小さくなれば、小さくなるほど遠心力成型体の強度も高くなることも示される(実験No.1-17〜実験No.1-22)。

表２より、結合材100部に対して、無水石膏は1.5部以上、ＳＦは2.0部以上で効果を発揮し、結合材中のスラグ粉の含有率を選択すると使用量が少なくても、材齢７日で、100N/mm²以上が得られるようになり、石膏類とＳＦを併用すると120N/mm²以上の強度も短期間で得られることも示される。

Claims

早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントと、高炉スラグ粉末と、シリカフュームと、高性能減水剤とを併用したコンクリートであって、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントの単位量が300〜390kg/m ³ であり、高炉スラグ粉末が、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末からなる結合材100部中10〜40部であり、結合材の単位量が450〜650kg/m³ であり、シリカフュームが、結合材100部に対して、15部以下であり、水結合材比が30％以下であるコンクリートを、遠心力成型し、加熱養生を行なうことを特徴とする圧縮強度が設計基準強度で100N/mm ² 以上の高強度遠心力成型製品の製造方法。
早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントと、高炉スラグ粉末と、普通ポルトランドセメントと、シリカフュームと、高性能減水剤とを併用したコンクリートであって、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメントの単位量が300〜390kg/m ³ であり、高炉スラグ粉末が、早強ポルトランドセメント又は超早強ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末と、普通ポルトランドセメントとからなる結合材100部中10〜40部であり、結合材の単位量が450〜650kg/m³ であり、シリカフュームが、結合材100部に対して、15部以下であり、水結合材比が30％以下であるコンクリートを、遠心力成型し、加熱養生を行なうことを特徴とする圧縮強度が設計基準強度で100N/mm ² 以上の高強度遠心力成型製品の製造方法。
高性能減水剤がポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤である請求項１又は請求項２に記載の圧縮強度が設計基準強度で100N/mm ² 以上の高強度遠心力成型製品の製造方法。
さらに、II型の無水石膏を併用したコンクリートであって、II型の無水石膏が、結合材100部に対して、CaSO ₄ 換算で15部以下であるコンクリートを、遠心力成型し、加熱養生を行なうことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の圧縮強度が設計基準強度で100N/mm ² 以上の高強度遠心力成型製品の製造方法。
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の圧縮強度が設計基準強度で100N/mm ² 以上の高強度遠心力成型製品の製造方法で製造された高強度遠心力成型製品。