JP4157666B2 - コンクリートの補修・補強用材料 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートの補修・補強用材料に関し、主に、トンネル覆工コンクリートを補修する際のコンクリート巻き立て工法に用いられる補修・補強用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、老朽化又は劣化したコンクリートの補修方法として、補修部分に新たにコンクリートを巻き立てる、コンクリート巻き立て工法が多用されており、本工法に使用するコンクリートは、一般に圧縮強度が約１８〜８０ＭＰａ、曲げ強度で約３〜１５ＭＰａの性能を有する。
しかし、補修部分に高強度が要求されるトンネル覆工コンクリートの補修・補強工事に、当該コンクリートを使用すると、巻き立てコンクリートの厚みを厚くせざるを得ず、特にトンネルの内径に制限が設けられている場合は、既存の覆工コンクリートをはつって撤去する作業が必要となる。しかし、この撤去作業は手間がかかり、工事費が増大する一因になる。加えて、長期間の交通規制が必要となり、交通渋滞の発生といった別の問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、巻き立てコンクリートの厚みが薄くても十分な強度を有し、既存のコンクリートを除去することなく、その上に直接巻き立て可能な補修・補強材料の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題に鑑み鋭意研究した結果、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、水、減水剤及び金属繊維からなる補修・補強用材料は、上記コンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料として十分な実用的強度（圧縮強度が２１０ＭＰａ以上、及び曲げ強度が４７ＭＰａ以上）を有し、上記の課題を解決しうることを見出し本発明を完成した。また、本発明に係るコンクリートの補修・補強用材料は、石英粉末を含んでもよく、更に、繊維状粒子又は薄片状粒子を含んでもよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において用いられるセメントの種類は限定されない。普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントを使用することができる。
【０００６】
本発明において、コンクリートの早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、コンクリートの流動性を向上しようとする場合は、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【０００７】
ポゾラン質微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。
一般に、シリカフュームやシリカダストでは、その平均粒径は、１．０μｍ以下であり、粉砕等をする必要がないので本発明のポゾラン質微粉末として好適である。
【０００８】
ポゾラン質微粉末を配合することにより、そのマイクロフィラー効果及びセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、ポゾラン質微粉末の添加量が多くなると単位水量が増大するので、ポゾラン質微粉末の添加量はセメント１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。
【０００９】
本発明においては粒径２ｍｍ以下の骨材が用いられる。ここで、骨材の粒径とは、８５％（重量）累積粒径である（２ｍｍより大きい骨材が含まれていても良い）。骨材の粒径が２ｍｍを超えると、強度が低下する。
尚、コンクリートの分離抵抗性、硬化後の強度等から、最大粒径が２ｍｍ以下の骨材を用いることが好ましく、最大粒径が１．５ｍｍ以下の骨材を用いることがより好ましい。
【００１０】
骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及びこれらの混合物を使用することができる。
骨材の配合量は、コンクリートの作業性や分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性等から、セメント１００重量部に対して５０〜２５０重量部が好ましく、８０〜１８０重量部がより好ましい。
【００１１】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。それらの中でも、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。減水剤の添加量は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、更にはコスト等から、セメント１００重量部に対して、固形分換算で、０．５〜４．０重量部が好ましい。
【００１２】
本発明において、水／セメント比は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性等から、１０〜３０％が好ましく、１５〜２５％がより好ましい。
【００１３】
本発明においては、硬化体の曲げ強度を高める観点から、配合物に金属繊維及び／又は有機質繊維を含ませることが好ましい。
金属繊維としては、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維は、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。径が０．０１ｍｍ未満では繊維自身の強度が不足し、張力を受けた際に切れやすくなる。径が１．０ｍｍを超えると、同一配合量での本数が少なくなり、コンクリートの曲げ強度が低下する。長さが３０ｍｍを超えると、混練の際ファイバーボールが生じやすくなる。長さが２ｍｍ未満ではマトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低下する。
【００１４】
金属繊維の配合量は凝結後のコンクリート体積の４％未満が好ましく、より好ましくは３．５％未満である。金属繊維の含有量は、流動性と硬化体の曲げ強度の観点から定められる。一般に、金属繊維の含有量が多くなると曲げ強度が向上するが、一方、流動性を確保するために単位水量も増大するので、金属繊維の含有量は前記の量が好ましい。
【００１５】
有機質繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機質繊維は、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。
有機質繊維の含有量は、凝結後のコンクリート体積の１０％未満が好ましく、７％未満がより好ましい。
尚、本発明においては、金属繊維と有機質繊維を併用することは差し支えない。
【００１６】
本発明においては、硬化体の充填密度を高める観点から、平均粒径３〜２０μｍ、より好ましくは平均粒径４〜１０μｍの無機粉末を含ませることが好ましい。
無機粉末としては、石英粉末、石灰石粉末、Ａｌ₂Ｏ₃等の酸化物粉末、ＳｉＣ等の炭化物粉末等、ＳｉＮ等の窒化物粉末等が挙げられるが、中でも、石英粉末は、コストや硬化体の品質安定性の点から好ましい。
石英粉末としては、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末等が挙げられる。
無機粉末の配合量は、コンクリートの流動性、硬化体の強度等から、セメント１００重量部に対して５０重量部以下が好ましく、２０〜３５重量部がより好ましい。
【００１７】
本発明においては、硬化体の靱性を高める観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではその長さ）である。
繊維状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。
【００１８】
繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、コンクリートの流動性、硬化体の強度や靱性等から、セメント１００重量部に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部がより好ましい。
尚、繊維状粒子においては、硬化体の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が３以上のものを用いるのが好ましい。
【００１９】
本発明においては、コンクリートの混練方法は特に限定するものではない。
また、混練に用いる装置も特に限定するものではなく、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等の慣用のミキサを使用することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２１】
以下に記載する実施例で用いた材料及び試験方法は、下記の通りである。
（使用材料）
１）セメント ；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（平均粒径０．７μｍ）
３）骨材 ；珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）混合品
４）高性能ＡＥ減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
５）水 ；水道水
６）石英粉（平均粒径７μｍ）
７）繊維状粒子 ；ウォラストナイト（平均長さ０．３ｍｍ、長さ／直径の比４）
８）金属繊維 ；鋼繊維（直径０．２ｍｍ、長さ１５ｍｍ）
９）有機質繊維 ；ビニロン繊維（直径０．６ｍｍ、長さ１５ｍｍ）
【００２２】
（試験方法）
二軸練りミキサに材料を一括投入して混練した後、コンクリートを型枠に打設して、２０℃で２８日間、湿空養生を行い、直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの供試体及び縦４ｃｍ、横４ｃｍ、長さ１６ｃｍの供試体を成形し、前者は圧縮強度、後者は曲げ強度の測定に供した。
【００２３】
実施例１
（配合条件）
低熱ポルトランドセメント；１００重量部
シリカフューム ；３２．５重量部
骨材 ；１２０重量部
高性能ＡＥ減水剤 ；１重量部（固形分）
水／セメント比 ；２０％
これらの材料を使用して上記の試験方法に従い、圧縮強度及び曲げ強度を測定した。これらの測定結果は表１に示した。
【００２４】
実施例２
（配合条件）
低熱ポルトランドセメント；１００重量部
シリカフューム ；３２．５重量部
骨材 ；１２０重量部
高性能ＡＥ減水剤 ；１重量部（固形分）
水／セメント比 ；２２％
鋼繊維 ；コンクリート中の体積の２％
ビニロン繊維 ；コンクリート中の体積の１％
これらの材料を使用して上記の試験方法に従い、圧縮強度及び曲げ強度を測定した。これらの測定結果は表１に示した。
【００２５】
実施例３
（配合条件）
低熱ポルトランドセメント；１００重量部
シリカフューム ；３２．５重量部
骨材 ；１２０重量部
石英粉 ；３０重量部
ウォラストナイト ；２４重量部
高性能ＡＥ減水剤 ；１重量部（固形分）
水／セメント比 ；２２％
鋼繊維 ；コンクリート中の体積の２％
ビニロン繊維 ；コンクリート中の体積の１％
これらの材料を使用して上記の試験方法に従い、圧縮強度及び曲げ強度を測定した。これらの測定結果は表１に示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１から、全ての実施例は、コンクリート巻き立て工法に使用しうる実用的強度であるところの、圧縮強度が２１０ＭＰａ以上、及び曲げ強度が４７ＭＰａ以上の性能を有していることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のコンクリートの補修・補強用材料は、圧縮強度及び曲げ強度が従来の補修・補強用材料と比べ格段に高いため、巻き立てコンクリート厚みを減少できる。また、これにより、既存コンクリートのはつりや撤去作業を簡素化又は省略できるので、施工時間の短縮及び施工コストを低減できる。

Claims (6)

1. セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、水、減水剤及び金属繊維からなるコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料であって、
   上記各材料の配合割合が、セメント１００重量部に対し、ポゾラン質微粉末５〜５０重量部、粒径２ｍｍ以下の骨材５０〜２５０重量部、水１０〜３０重量部及び減水剤（固形分換算）０．５〜４．０重量部で、金属繊維量が凝結後の体積の４％未満となる量であり、 上記セメントが中庸熱ポルトランドセメント又は低熱ポルトランドセメントであり、ポゾラン質微粉末がシリカフューム又はシリカダストであることを特徴とするコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料。
2. 金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維である請求項１に記載のコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料。
3. 有機質繊維を、凝結後の体積の１０％未満となる量含む請求項１又は２に記載のコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料。
4. 有機質繊維が、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維である請求項３に記載のコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料。
5. 平均粒径３〜２０μｍの石英粉末を、セメント１００重量部に対し、５０重量部以下含む請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料。
6. 平均粒度１ｍｍ以下のウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレークから選ばれた一種以上の粒子を、セメント１００重量部に対して３５重量部以下含む請求項１〜５のいずれかに記載のコンクリート巻き立て工法用の補修・補強用材料。