JP4233657B2 - 高耐久性コンクリート組成物及びその硬化体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば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、或いは高ビーライト系セメントを用いたコンクリートの耐凍害性（凍結融解抵抗性）の向上技術に関するものである。特に、サンドイッチ構造、コンクリート充填鋼管柱、過密配筋を有する構造物と言ったような締め固めを要さない構造物、又はセメントの水和熱に起因した温度応力が問題となるマスコンクリートに用いる高耐久性コンクリート組成物及びその硬化体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
最近のコンクリートにおける低発熱・高強度・高流動と言った高性能化に対する社会的な要求から、本来、低発熱セメントとして開発されて来た高ビーライト系セメントが、高強度・高流動コンクリート或いは低発熱・高強度コンクリート用のセメントとして注目され始めている。そして、圧縮強度Ｆc が６０〜８０Ｎ／ｍｍ2 の高強度コンクリートに適用されている。すなわち、高ビーライト系セメントを用いた高強度コンクリートが提案されている。
【０００３】
この高ビーライト系セメントとはセメント中の鉱物組成ビーライト（Ｃ2 Ｓ）が４０〜７０％のセメントであり、太平洋セメント株式会社製のハイフローセメント（商品名）は高ビーライト系セメントに該当している。尚、この「ハイフローセメント」は、同時に、中庸熱ポルトランドセメントのＪＩＳ規格をも満たしたものである。又、ＪＩＳ規格の低熱ポルトランドセメントは高ビーライト系セメントに該当している。
【０００４】
ところで、低熱ポルトランドセメント（高ビーライト系セメント）は、▲１▼水和熱が小さい、▲２▼良好な強度発現性を示す、▲３▼中性化の進行が遅い、▲４▼凝結時間が短い、▲５▼耐海水性・耐硫酸塩性に優れる、▲６▼アルカリ骨材反応抑制効果が有る等の特長を奏する。
そして、コンクリート中の空気量は少ないほど高強度が得られる。しかしながら、水セメント比が約２０〜４０％の高強度・高流動コンクリートの場合、スランプフローと空気量を目標値に合わせるのが難しく、ｎｏｎＡＥコンクリート（空気量は１．０〜２．５％）にした方が品質管理は合理的である。高流動コンクリート施工指針（土木学会コンクリートライブラリー９３）によれば、耐凍害性を必要とする高流動コンクリートの空気量はコンクリート容積の４．５％を標準とし、高強度を得る為に空気量を３％以下にする必要がある場合には試し練りにより十分な耐凍害性を有することを確認する必要があるとしている。
【０００５】
ところで、高ビーライト系セメントと、一般の生コンクリートで使用されている硬質砂岩系粗骨材とを用いた空気量２％前後の高強度・高流動コンクリートは、普通ポルトランドセメントや高炉セメントＢ種などを用いた空気量２％前後のコンクリートに比べると、その耐凍害性が極めて悪い。又、低発熱を目的とした一般配合（水セメント比が約４０〜６５％）においても、高ビーライト系セメントと硬質砂岩系粗骨材とを用いた場合、空気量が３．０〜４．５％の範囲にあると、普通ポルトランドセメントや高炉セメントＢ種などを用いた空気量が同範囲のコンクリートに比べると、その耐凍害性が悪い。従って、空気量を４．５〜６．０％の範囲にする必要があると言われている。
【０００６】
高ビーライト系セメントを用いたコンクリートの設計基準強度は、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートが材齢２８日なのに対して材齢５６日または材齢９１日の圧縮強度とする場合が殆どである。これは、普通ポルトランドセメントを用いた場合に比べて、高ビーライト系セメントを用いた場合は初期強度が小さく、長期強度の伸びが極めて大きい為である。
【０００７】
そして、コンクリート中の空気量が十分に確保されていない場合、ＪＩＳ Ａ６２０４付属書２あるいは土木学会基準ＪＳＣＥ Ｇ−５０１による凍結融解試験の抵抗性が著しく劣る。これらの試験は、通常、材齢１４日から始まるが、高ビーライト系セメントは普通ポルトランドセメントに比べて、この時点でのマトリックス強度が弱い為、その耐凍害性が劣るのである。
【０００８】
従って、本発明が解決しようとする課題は、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、或いは高ビーライト系セメントを用いたコンクリートの耐凍害性を改善した高耐久性コンクリートを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ところで、高ビーライト系セメントと硬質砂岩系粗骨材とを用いた空気量２％前後の高強度・高流動コンクリート、及び空気量３．０〜４．５％の一般配合コンクリートの凍結融解試験終了後の劣化状況を観察すると、モルタル部分と粗骨材との界面が剥離していることが判った。
【００１０】
又、高ビーライト系セメントと硬質砂岩系粗骨材とを用いたコンクリートの凍結融解による劣化は、コンクリート表面が剥離していくスケーリング現象より、骨材界面の剥離からひび割れが進行して内部から劣化し、コンクリートの弾性係数が低下することが多いことによることも判って来た。
ところで、コンクリートの強度は組織の中の最も弱い部分によって決まる。この弱い部分は、骨材周辺にＣａ（ＯＨ）2 が多く析出したポーラスな組織の部分であり、通常、遷移帯と呼ばれている。
【００１１】
そして、石灰石骨材を用いた場合、他の骨材を用いた場合に比べて、水和反応が早く進むと言われているが、セメントの水和反応の速度は、骨材によって大きな相違は認められない。しかし、石灰石骨材を用いた場合、他の骨材を用いた場合に比べて、骨材表面へのＣａ（ＯＨ）2 の析出が少なく、遷移帯は密実である。
【００１２】
そして、高ビーライト系セメントに対して石灰石骨材を使用すると、セメントペーストと石灰石骨材との界面に強い付着力を生じ、凍結融解に対する抵抗性が高まるのではないかと考えられた。
尚、社団法人セメント協会コンクリート専門委員会報告Ｆ−４６「石灰石骨材コンクリートに関する研究」によれば、引張強度は、水中養生の場合、概ね、砂岩骨材のそれより大きい。凍結融解に対する抵抗性は、石灰石の岩質により異なるが、ドロマイト質石灰石（ＣａＣＯ3 が５３．１％，ＭｇＯが４４．８％）骨材を用いた場合には、やや劣る傾向が認められる。しかし、１％程度空気量を増加させることによって、耐久性を砂岩骨材を用いた場合と同程度とすることが出来ると言われている。ところで、この報告で用いられたセメントは普通ポルトランドセメントであり、石灰石骨材を用いることによって引張強度の改善が認められるものの、凍結融解に対する抵抗性の向上は認められないとされている。
【００１３】
上記知見を基にして本発明が達成されたものであり、前記の課題は、水と、セメントと、骨材と、高性能ＡＥ減水剤とを含み、前記セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントで、水セメント比が２０〜６５％のコンクリート組成物であって、前記骨材における粗骨材として、その化学成分におけるＣａＣＯ ３ の含有率が９０％以上である石灰石からなる粗骨材を用い、かつ、前記高性能ＡＥ減水剤として、カルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いたことを特徴とする高耐久性コンクリート組成物によって解決される。
【００１５】
化学成分ＭｇＯは１０％以下、特に５％以下のものが好ましい。又、練り込み９０分後のスランプフロー値が４５〜７５ｃｍ（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）であり、かつ、空気量が０．５〜６．５％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）であるのが好ましい。この時の上記組成物における水セメント比は２０〜４０％が好ましい。
【００１６】
又、荷卸し或いは打ち込み時のスランプが０〜２１ｃｍ（ＪＩＳＡ １１０１に準拠）であり、かつ、空気量が３．０〜６．０％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）であるのが好ましい。この時の上記組成物における水セメント比は４０〜６５％が好ましい。
すなわち、上記のコンクリート組成物を用いて硬化させたコンクリートは凍結融解に対する抵抗性が大きく、耐久性に極めて優れたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の高耐久性コンクリート組成物は、水と、セメントと、骨材と、高性能ＡＥ減水剤とを含み、前記セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントで、水セメント比が２０〜６５％のコンクリート組成物であって、前記骨材における粗骨材として、その化学成分におけるＣａＣＯ ３ の含有率が９０％以上である石灰石からなる粗骨材（石灰石砕石）を用い、かつ、前記高性能ＡＥ減水剤として、カルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いたものである。
【００１８】
そして、配合割合は、練り込み９０分後のスランプフロー値が４５〜７５ｃｍ（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）であり、かつ、空気量が０．５〜６．５％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）である。又、荷卸し或いは打ち込み時のスランプが０〜２１ｃｍ（ＪＩＳＡ １１０１に準拠）であり、かつ、空気量が３．０〜６．０％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）である。例えば、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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントは２００〜７５０ｋｇ／ｍ3 、特に２５０〜５５０ｋｇ／ｍ3 である。骨材は１５００〜２０００ｋｇ／ｍ3 、特に１６５０〜１９００ｋｇ／ｍ3 である。特に、石灰石砕石（粗骨材）が７５０〜１１５０ｇ／ｍ3 、特に８５０〜１０５０ｋｇ／ｍ3 である。高性能ＡＥ減水剤は０．５〜２５ｋｇ／ｍ3 、特に０．７〜１２ｋｇ／ｍ3 である。
【００１９】
骨材は、その化学成分ＣａＣＯ3 が、特に、９０％以上（ＣａＣＯ3 が１００％のものでも良いが、現実的には、１００％未満である。）のものである。化学成分ＭｇＯは、特に、１０％以下、更には５％以下のものである。
高性能ＡＥ減水剤は、例えば太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５５、エフ・ピー・ケー社製のパリックＦＰ−１００Ｓ、エヌ・エム・ビー社製のレオビルドＳＰ−８Ｎ等のカルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いることが出来る。
【００２０】
本発明になる硬化体は、上記コンクリート組成物を硬化させたものである。
以下、実施例並びに比較例を挙げて本発明を説明する。
【００２１】
［実施例１〜４、参考例１及び比較例１，２］
下記の表−１ａ，−１ｂ，−１ｃに示す配合組成のコンクリート組成物を用意した。
表−１ａ
実施例１ 実施例２ 参考例１ 実施例３ 比較例１
Ｗ／Ｃ（％） 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0
ｓ／ａ（％） 52.5 53.3 52.9 53.6 52.5
単位量（ｋｇ／ｍ3 ）
Ｗ １６５ １６５ １６５ １６５ １６５
Ｃ１（低熱） ４７１ ４７１ ４７１ ４７１ ４７１
Ｓ１ ９２２ ９２８ ９２８
Ｓ２（石灰石） ９３３ ９３９
Ｇ１ ８４３ ４２０ ８４３
Ｇ２（石灰石） ８４３ ８４３ ４２０
高性能ＡＥ減水剤 ４．４７ ８．２４ ５．１８ ８．２４ ７．７７
消泡剤 ６Ｔ ７Ｔ ７Ｔ ７Ｔ ７Ｔ
＊Ｗ；水
Ｃ；セメント
ｓ／ａ；細骨材率
Ｃ１；低熱ポルトランドセメント（比重３．２１）
Ｓ１；静岡県小笠産山砂（表乾比重２．５９、吸水率０．３３％）
Ｓ２；埼玉県横瀬町産石灰石砕砂（表乾比重２．６２、吸水率０．３３％）
Ｇ１；埼玉県両神村産砕石（表乾比重２．７２、吸水率０．４５％）
Ｇ２；高知県鳥形産石灰石砕石（表乾比重２．７０、吸水率０．３５％、ＣａＣＯ3 ＝９８．０ｗｔ％，ＭｇＯ＝１．２ｗｔ％）
高性能ＡＥ減水剤；太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５５
消泡剤；太平洋セメント社製のＣＦ−２０
消泡剤の欄の６Ｔは、セメント１ｋｇに消泡剤１％溶液を２ｃｃ用いた。
【００２２】
練り混み時の温度は２１℃
表−１ｂ
実施例４ 比較例２
Ｗ／Ｃ（％） 35.0 35.0
ｓ／ａ（％） 52.5 53.3
単位量（ｋｇ／ｍ3 ）
Ｗ １６５ １６５
Ｃ２（中庸熱） ４７１ ４７１
Ｓ１ ９２２ ９２８
Ｇ１ ８４３
Ｇ２（石灰石） ８４３
高性能ＡＥ減水剤 ４．４７ ８．２４
消泡剤 ６Ｔ ７Ｔ
＊Ｗ；水
Ｃ；セメント
ｓ／ａ；細骨材率
Ｃ２；中庸熱ポルトランドセメント（比重３．２２）
Ｓ１；静岡県小笠産山砂（表乾比重２．５９、吸水率０．３３％）
Ｇ１；埼玉県両神村産砕石（表乾比重２．７２、吸水率０．４５％）
Ｇ２；高知県鳥形産石灰石砕石（表乾比重２．７０、吸水率０．３５％、 ＣａＣＯ3 ＝９８．０ｗｔ％，ＭｇＯ＝１．２ｗｔ％）
高性能ＡＥ減水剤；太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５５
消泡剤；太平洋セメント社製のＣＦ−２０
消泡剤の欄の６Ｔは、セメント１ｋｇに消泡剤１％溶液を２ｃｃ用いた。
【００２３】
練り混み時の温度は２１℃
表−１ｃ
実施例５ 比較例３
Ｗ／Ｃ（％） 55.0 55.0
ｓ／ａ（％） 47.0 47.0
単位量（ｋｇ／ｍ3 ）
Ｗ １６０ １６０
Ｃ１（低熱） ２９１ ２９１
Ｓ１ ８７０ ８７０
Ｇ１ １０３０
Ｇ２（石灰石） １０２２
高性能ＡＥ減水剤 ０．８７ ０．８７
ＡＥ調整剤 １．０Ａ １．０Ａ
＊Ｗ；水
Ｃ；セメント
ｓ／ａ；細骨材率
Ｃ１；低熱ポルトランドセメント（比重３．２１）
Ｓ１；静岡県小笠産山砂（表乾比重２．５９、吸水率０．３３％）
Ｇ１；埼玉県両神村産砕石（表乾比重２．７２、吸水率０．４５％）
Ｇ２；高知県鳥形産石灰石砕石（表乾比重２．７０、吸水率０．３５％、ＣａＣＯ3 ＝９８．０ｗｔ％，ＭｇＯ＝１．２ｗｔ％）
高性能ＡＥ減水剤；太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５
ＡＥ調整剤；太平洋セメント社製のＣＡＥ−３０
ＡＥ調整剤の欄の１Ａは、セメント１ｋｇにＡＥ調整剤１％溶液を２ｃｃ用いた。
【００２４】
練り混み時の温度は２０℃
上記配合のコンクリート組成物の混練物における練り込み９０分後のスランプフロー値（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）及び空気量（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）、又は荷卸し或いは打ち込み時のスランプ値（ＪＩＳＡ １１０１に準拠）及び空気量（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）を調べると共に、その硬化体の圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８に準拠）及び凍結融解試験（土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５０１に準拠）を試みたので、これらの結果を表−２ａ，−２ｂ，−２ｃ及び表−３ａ，−３ｂ，−３ｃ並びに図１〜図３に示す。
【００２５】
表−２ａ
スランプフロー（ｃｍ） 空気量（％）
実施例１ ６９０×６７０ ２．０
実施例２ ６４５×６２０ ２．２
参考例１ ６４５×６２５ ２．０
実施例３ ６４０×６２５ １．９
比較例１ ６４５×６４５ １．７
表−２ｂ
スランプフロー（ｃｍ） 空気量（％）
実施例４ ６４０×６２５ ２．０
比較例２ ６１５×６００ １．９
表−２ｃ
スランプ（ｃｍ） 空気量（％）
実施例５ １５．０ ３．５
比較例３ ９．５ ３．６
表−３ａ
圧縮強度（Ｎ／ｍｍ 2 ） 耐久性指数
１４日 ２８日
実施例１ ６０．６ ７３．６ ８６．２
実施例２ ５５．０ ７０．２ ７７．０
参考例１ ６１．８ ７７．８ ２１．３
実施例３ ５６．４ ７１．０ ６２．４
比較例１ ５７．０ ７４．６ １３．０
表−３ｂ
圧縮強度（Ｎ／ｍｍ 2 ） 耐久性指数
１４日 ２８日
実施例４ ６６．２ ７７．５ ８５．１
比較例２ ６２．４ ７３．１ ３２．８
表−３ｃ
１４日圧縮強度（Ｎ／ｍｍ 2 ） 耐久性指数
実施例５ ２３．１ ７５．６
比較例３ ２３．２ ４２．６
これらの結果から判る通り、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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントを用いた系において、骨材として石灰石からなる骨材、特に粗骨材として石灰石からなる骨材を用いなかった場合、耐凍害性（凍結融解抵抗性）が劣っている。すなわち、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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントを用いた系において、骨材として石灰石からなる骨材、特に粗骨材として石灰石からなる骨材を用いた場合には、耐凍害性が向上している。
【００２６】
尚、この特長（耐凍害性向上）は、セメントが普通ポルトランドセメントを用いた系にあっては得られなかった。すなわち、普通ポルトランドセメントを用いた系にあっては、骨材として上記Ｓ１（静岡県小笠産山砂）やＧ１（埼玉県両神村産砕石）を用いた場合と、上記Ｓ２（埼玉県横瀬町産石灰石砕砂）やＧ２（高知県鳥形産石灰石砕石）を用いた場合とでは、これらの相対動弾性係数に殆ど差が認められないものであった。
【００２７】
このことから、耐凍害性において、石灰石からなる骨材を用いた場合の特長が奏されるのは、セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントの場合であることが判った。
【００２８】
【発明の効果】
耐凍害性の向上した高耐久性コンクリートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】相対動弾性係数を示すグラフ
【図２】相対動弾性係数を示すグラフ
【図３】相対動弾性係数を示すグラフ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば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、或いは高ビーライト系セメントを用いたコンクリートの耐凍害性（凍結融解抵抗性）の向上技術に関するものである。特に、サンドイッチ構造、コンクリート充填鋼管柱、過密配筋を有する構造物と言ったような締め固めを要さない構造物、又はセメントの水和熱に起因した温度応力が問題となるマスコンクリートに用いる高耐久性コンクリート組成物及びその硬化体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
最近のコンクリートにおける低発熱・高強度・高流動と言った高性能化に対する社会的な要求から、本来、低発熱セメントとして開発されて来た高ビーライト系セメントが、高強度・高流動コンクリート或いは低発熱・高強度コンクリート用のセメントとして注目され始めている。そして、圧縮強度Ｆc が６０〜８０Ｎ／ｍｍ2 の高強度コンクリートに適用されている。すなわち、高ビーライト系セメントを用いた高強度コンクリートが提案されている。
【０００３】
この高ビーライト系セメントとはセメント中の鉱物組成ビーライト（Ｃ2 Ｓ）が４０〜７０％のセメントであり、太平洋セメント株式会社製のハイフローセメント（商品名）は高ビーライト系セメントに該当している。尚、この「ハイフローセメント」は、同時に、中庸熱ポルトランドセメントのＪＩＳ規格をも満たしたものである。又、ＪＩＳ規格の低熱ポルトランドセメントは高ビーライト系セメントに該当している。
【０００４】
ところで、低熱ポルトランドセメント（高ビーライト系セメント）は、▲１▼水和熱が小さい、▲２▼良好な強度発現性を示す、▲３▼中性化の進行が遅い、▲４▼凝結時間が短い、▲５▼耐海水性・耐硫酸塩性に優れる、▲６▼アルカリ骨材反応抑制効果が有る等の特長を奏する。
そして、コンクリート中の空気量は少ないほど高強度が得られる。しかしながら、水セメント比が約２０〜４０％の高強度・高流動コンクリートの場合、スランプフローと空気量を目標値に合わせるのが難しく、ｎｏｎＡＥコンクリート（空気量は１．０〜２．５％）にした方が品質管理は合理的である。高流動コンクリート施工指針（土木学会コンクリートライブラリー９３）によれば、耐凍害性を必要とする高流動コンクリートの空気量はコンクリート容積の４．５％を標準とし、高強度を得る為に空気量を３％以下にする必要がある場合には試し練りにより十分な耐凍害性を有することを確認する必要があるとしている。
【０００５】
ところで、高ビーライト系セメントと、一般の生コンクリートで使用されている硬質砂岩系粗骨材とを用いた空気量２％前後の高強度・高流動コンクリートは、普通ポルトランドセメントや高炉セメントＢ種などを用いた空気量２％前後のコンクリートに比べると、その耐凍害性が極めて悪い。又、低発熱を目的とした一般配合（水セメント比が約４０〜６５％）においても、高ビーライト系セメントと硬質砂岩系粗骨材とを用いた場合、空気量が３．０〜４．５％の範囲にあると、普通ポルトランドセメントや高炉セメントＢ種などを用いた空気量が同範囲のコンクリートに比べると、その耐凍害性が悪い。従って、空気量を４．５〜６．０％の範囲にする必要があると言われている。
【０００６】
高ビーライト系セメントを用いたコンクリートの設計基準強度は、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートが材齢２８日なのに対して材齢５６日または材齢９１日の圧縮強度とする場合が殆どである。これは、普通ポルトランドセメントを用いた場合に比べて、高ビーライト系セメントを用いた場合は初期強度が小さく、長期強度の伸びが極めて大きい為である。
【０００７】
そして、コンクリート中の空気量が十分に確保されていない場合、ＪＩＳ Ａ６２０４付属書２あるいは土木学会基準ＪＳＣＥ Ｇ−５０１による凍結融解試験の抵抗性が著しく劣る。これらの試験は、通常、材齢１４日から始まるが、高ビーライト系セメントは普通ポルトランドセメントに比べて、この時点でのマトリックス強度が弱い為、その耐凍害性が劣るのである。
【０００８】
従って、本発明が解決しようとする課題は、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、或いは高ビーライト系セメントを用いたコンクリートの耐凍害性を改善した高耐久性コンクリートを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ところで、高ビーライト系セメントと硬質砂岩系粗骨材とを用いた空気量２％前後の高強度・高流動コンクリート、及び空気量３．０〜４．５％の一般配合コンクリートの凍結融解試験終了後の劣化状況を観察すると、モルタル部分と粗骨材との界面が剥離していることが判った。
【００１０】
又、高ビーライト系セメントと硬質砂岩系粗骨材とを用いたコンクリートの凍結融解による劣化は、コンクリート表面が剥離していくスケーリング現象より、骨材界面の剥離からひび割れが進行して内部から劣化し、コンクリートの弾性係数が低下することが多いことによることも判って来た。
ところで、コンクリートの強度は組織の中の最も弱い部分によって決まる。この弱い部分は、骨材周辺にＣａ（ＯＨ）2 が多く析出したポーラスな組織の部分であり、通常、遷移帯と呼ばれている。
【００１１】
そして、石灰石骨材を用いた場合、他の骨材を用いた場合に比べて、水和反応が早く進むと言われているが、セメントの水和反応の速度は、骨材によって大きな相違は認められない。しかし、石灰石骨材を用いた場合、他の骨材を用いた場合に比べて、骨材表面へのＣａ（ＯＨ）2 の析出が少なく、遷移帯は密実である。
【００１２】
そして、高ビーライト系セメントに対して石灰石骨材を使用すると、セメントペーストと石灰石骨材との界面に強い付着力を生じ、凍結融解に対する抵抗性が高まるのではないかと考えられた。
尚、社団法人セメント協会コンクリート専門委員会報告Ｆ−４６「石灰石骨材コンクリートに関する研究」によれば、引張強度は、水中養生の場合、概ね、砂岩骨材のそれより大きい。凍結融解に対する抵抗性は、石灰石の岩質により異なるが、ドロマイト質石灰石（ＣａＣＯ3 が５３．１％，ＭｇＯが４４．８％）骨材を用いた場合には、やや劣る傾向が認められる。しかし、１％程度空気量を増加させることによって、耐久性を砂岩骨材を用いた場合と同程度とすることが出来ると言われている。ところで、この報告で用いられたセメントは普通ポルトランドセメントであり、石灰石骨材を用いることによって引張強度の改善が認められるものの、凍結融解に対する抵抗性の向上は認められないとされている。
【００１３】
上記知見を基にして本発明が達成されたものであり、前記の課題は、水と、セメントと、骨材と、高性能ＡＥ減水剤とを含み、前記セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントで、水セメント比が２０〜６５％のコンクリート組成物であって、前記骨材における粗骨材として、その化学成分におけるＣａＣＯ ３ の含有率が９０％以上である石灰石からなる粗骨材を用い、かつ、前記高性能ＡＥ減水剤として、カルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いたことを特徴とする高耐久性コンクリート組成物によって解決される。
【００１５】
化学成分ＭｇＯは１０％以下、特に５％以下のものが好ましい。又、練り込み９０分後のスランプフロー値が４５〜７５ｃｍ（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）であり、かつ、空気量が０．５〜６．５％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）であるのが好ましい。この時の上記組成物における水セメント比は２０〜４０％が好ましい。
【００１６】
又、荷卸し或いは打ち込み時のスランプが０〜２１ｃｍ（ＪＩＳＡ １１０１に準拠）であり、かつ、空気量が３．０〜６．０％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）であるのが好ましい。この時の上記組成物における水セメント比は４０〜６５％が好ましい。
すなわち、上記のコンクリート組成物を用いて硬化させたコンクリートは凍結融解に対する抵抗性が大きく、耐久性に極めて優れたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の高耐久性コンクリート組成物は、水と、セメントと、骨材と、高性能ＡＥ減水剤とを含み、前記セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントで、水セメント比が２０〜６５％のコンクリート組成物であって、前記骨材における粗骨材として、その化学成分におけるＣａＣＯ ３ の含有率が９０％以上である石灰石からなる粗骨材（石灰石砕石）を用い、かつ、前記高性能ＡＥ減水剤として、カルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いたものである。
【００１８】
そして、配合割合は、練り込み９０分後のスランプフロー値が４５〜７５ｃｍ（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）であり、かつ、空気量が０．５〜６．５％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）である。又、荷卸し或いは打ち込み時のスランプが０〜２１ｃｍ（ＪＩＳＡ １１０１に準拠）であり、かつ、空気量が３．０〜６．０％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）である。例えば、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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントは２００〜７５０ｋｇ／ｍ3 、特に２５０〜５５０ｋｇ／ｍ3 である。骨材は１５００〜２０００ｋｇ／ｍ3 、特に１６５０〜１９００ｋｇ／ｍ3 である。特に、石灰石砕石（粗骨材）が７５０〜１１５０ｇ／ｍ3 、特に８５０〜１０５０ｋｇ／ｍ3 である。高性能ＡＥ減水剤は０．５〜２５ｋｇ／ｍ3 、特に０．７〜１２ｋｇ／ｍ3 である。
【００１９】
骨材は、その化学成分ＣａＣＯ3 が、特に、９０％以上（ＣａＣＯ3 が１００％のものでも良いが、現実的には、１００％未満である。）のものである。化学成分ＭｇＯは、特に、１０％以下、更には５％以下のものである。
高性能ＡＥ減水剤は、例えば太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５５、エフ・ピー・ケー社製のパリックＦＰ−１００Ｓ、エヌ・エム・ビー社製のレオビルドＳＰ−８Ｎ等のカルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いることが出来る。
【００２０】
本発明になる硬化体は、上記コンクリート組成物を硬化させたものである。
以下、実施例並びに比較例を挙げて本発明を説明する。
【００２１】
［実施例１〜４、参考例１及び比較例１，２］
下記の表−１ａ，−１ｂ，−１ｃに示す配合組成のコンクリート組成物を用意した。
表−１ａ
実施例１ 実施例２ 参考例１ 実施例３ 比較例１
Ｗ／Ｃ（％） 35.0 35.0 35.0 35.0 35.0
ｓ／ａ（％） 52.5 53.3 52.9 53.6 52.5
単位量（ｋｇ／ｍ3 ）
Ｗ １６５ １６５ １６５ １６５ １６５
Ｃ１（低熱） ４７１ ４７１ ４７１ ４７１ ４７１
Ｓ１ ９２２ ９２８ ９２８
Ｓ２（石灰石） ９３３ ９３９
Ｇ１ ８４３ ４２０ ８４３
Ｇ２（石灰石） ８４３ ８４３ ４２０
高性能ＡＥ減水剤 ４．４７ ８．２４ ５．１８ ８．２４ ７．７７
消泡剤 ６Ｔ ７Ｔ ７Ｔ ７Ｔ ７Ｔ
＊Ｗ；水
Ｃ；セメント
ｓ／ａ；細骨材率
Ｃ１；低熱ポルトランドセメント（比重３．２１）
Ｓ１；静岡県小笠産山砂（表乾比重２．５９、吸水率０．３３％）
Ｓ２；埼玉県横瀬町産石灰石砕砂（表乾比重２．６２、吸水率０．３３％）
Ｇ１；埼玉県両神村産砕石（表乾比重２．７２、吸水率０．４５％）
Ｇ２；高知県鳥形産石灰石砕石（表乾比重２．７０、吸水率０．３５％、ＣａＣＯ3 ＝９８．０ｗｔ％，ＭｇＯ＝１．２ｗｔ％）
高性能ＡＥ減水剤；太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５５
消泡剤；太平洋セメント社製のＣＦ−２０
消泡剤の欄の６Ｔは、セメント１ｋｇに消泡剤１％溶液を２ｃｃ用いた。
【００２２】
練り混み時の温度は２１℃
表−１ｂ
実施例４ 比較例２
Ｗ／Ｃ（％） 35.0 35.0
ｓ／ａ（％） 52.5 53.3
単位量（ｋｇ／ｍ3 ）
Ｗ １６５ １６５
Ｃ２（中庸熱） ４７１ ４７１
Ｓ１ ９２２ ９２８
Ｇ１ ８４３
Ｇ２（石灰石） ８４３
高性能ＡＥ減水剤 ４．４７ ８．２４
消泡剤 ６Ｔ ７Ｔ
＊Ｗ；水
Ｃ；セメント
ｓ／ａ；細骨材率
Ｃ２；中庸熱ポルトランドセメント（比重３．２２）
Ｓ１；静岡県小笠産山砂（表乾比重２．５９、吸水率０．３３％）
Ｇ１；埼玉県両神村産砕石（表乾比重２．７２、吸水率０．４５％）
Ｇ２；高知県鳥形産石灰石砕石（表乾比重２．７０、吸水率０．３５％、 ＣａＣＯ3 ＝９８．０ｗｔ％，ＭｇＯ＝１．２ｗｔ％）
高性能ＡＥ減水剤；太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５５
消泡剤；太平洋セメント社製のＣＦ−２０
消泡剤の欄の６Ｔは、セメント１ｋｇに消泡剤１％溶液を２ｃｃ用いた。
【００２３】
練り混み時の温度は２１℃
表−１ｃ
実施例５ 比較例３
Ｗ／Ｃ（％） 55.0 55.0
ｓ／ａ（％） 47.0 47.0
単位量（ｋｇ／ｍ3 ）
Ｗ １６０ １６０
Ｃ１（低熱） ２９１ ２９１
Ｓ１ ８７０ ８７０
Ｇ１ １０３０
Ｇ２（石灰石） １０２２
高性能ＡＥ減水剤 ０．８７ ０．８７
ＡＥ調整剤 １．０Ａ １．０Ａ
＊Ｗ；水
Ｃ；セメント
ｓ／ａ；細骨材率
Ｃ１；低熱ポルトランドセメント（比重３．２１）
Ｓ１；静岡県小笠産山砂（表乾比重２．５９、吸水率０．３３％）
Ｇ１；埼玉県両神村産砕石（表乾比重２．７２、吸水率０．４５％）
Ｇ２；高知県鳥形産石灰石砕石（表乾比重２．７０、吸水率０．３５％、ＣａＣＯ3 ＝９８．０ｗｔ％，ＭｇＯ＝１．２ｗｔ％）
高性能ＡＥ減水剤；太平洋セメント社製のコアフローＮＰ−５
ＡＥ調整剤；太平洋セメント社製のＣＡＥ−３０
ＡＥ調整剤の欄の１Ａは、セメント１ｋｇにＡＥ調整剤１％溶液を２ｃｃ用いた。
【００２４】
練り混み時の温度は２０℃
上記配合のコンクリート組成物の混練物における練り込み９０分後のスランプフロー値（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）及び空気量（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）、又は荷卸し或いは打ち込み時のスランプ値（ＪＩＳＡ １１０１に準拠）及び空気量（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）を調べると共に、その硬化体の圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８に準拠）及び凍結融解試験（土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５０１に準拠）を試みたので、これらの結果を表−２ａ，−２ｂ，−２ｃ及び表−３ａ，−３ｂ，−３ｃ並びに図１〜図３に示す。
【００２５】
表−２ａ
スランプフロー（ｃｍ） 空気量（％）
実施例１ ６９０×６７０ ２．０
実施例２ ６４５×６２０ ２．２
参考例１ ６４５×６２５ ２．０
実施例３ ６４０×６２５ １．９
比較例１ ６４５×６４５ １．７
表−２ｂ
スランプフロー（ｃｍ） 空気量（％）
実施例４ ６４０×６２５ ２．０
比較例２ ６１５×６００ １．９
表−２ｃ
スランプ（ｃｍ） 空気量（％）
実施例５ １５．０ ３．５
比較例３ ９．５ ３．６
表−３ａ
圧縮強度（Ｎ／ｍｍ 2 ） 耐久性指数
１４日 ２８日
実施例１ ６０．６ ７３．６ ８６．２
実施例２ ５５．０ ７０．２ ７７．０
参考例１ ６１．８ ７７．８ ２１．３
実施例３ ５６．４ ７１．０ ６２．４
比較例１ ５７．０ ７４．６ １３．０
表−３ｂ
圧縮強度（Ｎ／ｍｍ 2 ） 耐久性指数
１４日 ２８日
実施例４ ６６．２ ７７．５ ８５．１
比較例２ ６２．４ ７３．１ ３２．８
表−３ｃ
１４日圧縮強度（Ｎ／ｍｍ 2 ） 耐久性指数
実施例５ ２３．１ ７５．６
比較例３ ２３．２ ４２．６
これらの結果から判る通り、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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントを用いた系において、骨材として石灰石からなる骨材、特に粗骨材として石灰石からなる骨材を用いなかった場合、耐凍害性（凍結融解抵抗性）が劣っている。すなわち、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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントを用いた系において、骨材として石灰石からなる骨材、特に粗骨材として石灰石からなる骨材を用いた場合には、耐凍害性が向上している。
【００２６】
尚、この特長（耐凍害性向上）は、セメントが普通ポルトランドセメントを用いた系にあっては得られなかった。すなわち、普通ポルトランドセメントを用いた系にあっては、骨材として上記Ｓ１（静岡県小笠産山砂）やＧ１（埼玉県両神村産砕石）を用いた場合と、上記Ｓ２（埼玉県横瀬町産石灰石砕砂）やＧ２（高知県鳥形産石灰石砕石）を用いた場合とでは、これらの相対動弾性係数に殆ど差が認められないものであった。
【００２７】
このことから、耐凍害性において、石灰石からなる骨材を用いた場合の特長が奏されるのは、セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントの場合であることが判った。
【００２８】
【発明の効果】
耐凍害性の向上した高耐久性コンクリートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】相対動弾性係数を示すグラフ
【図２】相対動弾性係数を示すグラフ
【図３】相対動弾性係数を示すグラフ
Claims (4)
- 水と、セメントと、骨材と、高性能ＡＥ減水剤とを含み、
前記セメントが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、及び高ビーライト系セメントの群の中から選ばれるセメントで、水セメント比が２０〜６５％のコンクリート組成物であって、
前記骨材における粗骨材として、その化学成分におけるＣａＣＯ ３ の含有率が９０％以上である石灰石からなる粗骨材を用い、かつ、
前記高性能ＡＥ減水剤として、カルボン酸系の化合物からなる高性能ＡＥ減水剤を用いたことを特徴とする高耐久性コンクリート組成物。 - 練り込み９０分後のスランプフロー値が４５〜７５ｃｍ（ＪＡＳＳ ５Ｔ−５０３に準拠）であり、かつ、空気量が０．５〜６．５％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）であることを特徴とする請求項１に記載の高耐久性コンクリート組成物。
- 荷卸し或いは打ち込み時のスランプ値が０〜２１ｃｍ（ＪＩＳ Ａ １１０１に準拠）であり、かつ、空気量が３．０〜６．０％（ＪＩＳ Ａ １１２８準拠）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高耐久性コンクリート組成物。
- 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の高耐久性コンクリート組成物を硬化させてなることを特徴とする硬化体。
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