JP4298634B2 - ひび割れ防止方法およびそのセメント硬化体 - Google Patents

Description

主に土木、建築分野において使用されるセメントコンクリ−ト表面のひび割れ防止方法、特に、セメントコンクリートの表面仕上げ後から翌々日程度の材齢初期におけるひび割れ防止方法に関する。
本発明でいうセメントコンクリ−トとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものであり、セメント硬化体とは、そのセメントコンクリートの硬化体を総称するものである。
なお、本発明における部や％は、特に規定のない限り質量基準で示す。

セメントが使用されて100年が経過し、いろいろ検討されているが、いまだに、セメント硬化体のひび割れがなくなっていないのが現状である。

セメント硬化体のひび割れは、亀裂又はクラックとも言われ、セメントコンクリートの硬化体が大きな乾燥収縮が拘束されている場合、硬化しつつあるセメントコンクリートの表面が温度低下や風等の原因で収縮する場合、まだ固まらないセメントコンクリートの沈下が鉄筋等によって妨げられる場合、セメントの水和により自己収縮する場合、断面の大きな部材で著しい水和熱が発生する場合、アルカリ骨材反応、海水の飛散、及び中性化等により鉄筋が腐食する場合、著しい膨張が生じる場合、並びに、蒸気養生を行ったのちに急激な温度低下が生じる場合等に発生するもので、本発明は、自己収縮によるひび割れや乾燥収縮によるひび割れを対象とするものである。
セメント硬化体のひび割れがなくならないことは、基本的には、セメントの引張強度が圧縮強度の1/10程度と低いことが原因である。

ひび割れは、セメントコンクリートがその時点でもっている引張強度以上の引張力が外力から作用して生じるもので、コンクリ−トの使用材料の異常凝結、水和熱、アルカリ骨材反応、乾燥収縮、鉄筋の酸化反応、及び温度変化の変形が拘束され引張力として作用することなどが原因となっている。
そして、適切な施工や正常な使用材料を使用しても、自己収縮や乾燥収縮によって、ひび割れが生じる場合があった。

セメント硬化体のひび割れ防止対策として、従来から、膨張材や収縮低減剤が使用されている。

膨張材は、使用量を、コンクリート１m³当たり、20〜30kg程度にして、壁、屋根スラブ、及び床材等の一般建築物や、水槽やプールなどの水理構造物、並びに、舗装、床版、及びボックスカルバートなどの一般構造物や二次製品のひび割れ防止に使用されている。
そして、膨張材は、その水和反応に７日程度を要し、材齢初期のひび割れを完全に防止できない場合があった。

一方、収縮低減剤は、セメント硬化体中の乾燥収縮を減らす材料として、壁や床スラブなどの一般建築物や、道路の拡幅に伴う一般構造物や、さらには、セメント製品にも使用され、乾燥収縮防止や硬化収縮の補償等をする用途に使用されている。

そして、収縮低減剤の使用方法としては、セメントに混和する方法やセメントコンクリートの硬化後塗布する方法が知られており、水硬性組成物、水、及び収縮低減剤を混練したものを、硬化したコンクリート表面に施工し、その後、蒸発抑制被覆層を形成する方法も提案されている(非特許文献１、特許文献１参照)。
また、コンクリート表面に散布や塗布し、コンクリート表面を被覆する、エチレン−酢ビ共重合エマルジョンを含有する養生用封緘剤も提案されている(特許文献２参照)。

収縮低減剤をセメントに混和する方法では、収縮低減剤の使用量が多くなり、コストが高くなり、連行空気量が多くなり、強度低下を生じる場合があり、セメントコンクリートの硬化後、収縮低減剤を塗布する方法は、浸透に時間がかかり、硬化までにひび割れが生じる場合があった。
また、収縮低減剤を使用して、蒸発抑制被覆層を形成する方法では、施工前の材齢初期にひび割れを生じる場合や、材齢初期にはひび割れを生じなくても施工までの時間が長いと硬化コンクリートにひび割れが生じる場合があり、材齢初期に施工を充分にしなければならず、作業工程の増加と材料費用がかかるなどの課題があった。
そして、エチレン−酢ビ共重合エマルジョンをコンクリート表面に散布や塗布し、エマルジョン被覆で被覆する方法では、ひび割れを防ぐことができない場合があった。

特開２００２−１９３６８６号公報 特公昭６２−０００１１６号公報 膨張材と収縮低減剤、コンクリート工学、Vol.24、 No.２、Feb 1986 第56〜62頁

本発明は、前記課題を解消すべく種々検討した結果なされたもので、乾燥収縮低減剤を特定の方法で、特定時期に散布し、定規ずり作業等のセメントコンクリートの表面仕上げ作業を行なうことにより、セメントコンクリ−トの表面仕上げから硬化までの乾燥収縮量や硬化収縮量が小さくなり、高いひび割れ抵抗性が得られることを知見して完成したものである。

即ち、本発明は、セメントコンクリ−トを打設し、荒均し作業、定規ずり作業、及び最終仕上げ作業を行い、打設した硬化前のセメントコンクリートを表面仕上げする際に、定規ずり作業前に、原液換算で20〜300g/m²で水の希釈倍率が５倍以下の乾燥収縮低減剤を散布し、及び、最終仕上げ作業前に、原液換算で５〜100g/m²で水の希釈倍率が５倍以下の乾燥収縮低減剤を散布するセメントコンクリート表面のひび割れ防止方法である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、セメントコンクリートの打設面に乾燥収縮低減剤を散布する、セメントコンクリートの表面仕上げから硬化までのひび割れ防止方法に関する。

本発明は、セメントコンクリートを打設し、セメントコンクリートが硬化する前に、その表面仕上げをするものである。

本発明において、セメントコンクリートの表面仕上げ方法として、荒均し作業、定規ずり作業、及び最終仕上げ作業を行う。

本発明では、セメント硬化体の乾燥収縮を減らす材料として、セメントコンクリートの打設面に、乾燥収縮低減剤をセメントコンクリートが硬化する前に散布する。

本発明で使用する乾燥収縮低減剤は、壁や床スラブなどの一般建築物、道路の拡幅に伴う一般構造物、及びセメント製品に使用され、乾燥収縮防止や硬化収縮の補償等をする用途に使用されているもので、ノニオン系界面活性剤の一種であって、液体や粉体で、セメント硬化体中の細孔にある水に溶解して、蒸発するときの水の表面張力を低下させる働きがあるものである。
乾燥収縮低減剤の基本構造は、ポリオキシアルキレン重合物を有し、末端に低級アルコール、フェノール、及びアミノ結合物を付加したものである。
具体的には、ポリプロピレングリコール、エチレンオキシドメタノール付加物エチレンオキシド・プロピレンオキシドブロック重合物、エチレンオキシド・プロピレンオキシドランダム重合物、グリコールのシクロアルキル基付加物、グリコールの両端にメチル基を付加した付加物、グリコールのフェニル基付加物、グリコールにメチルフェニル基を付加したブロック重合物、グリコールの両端にエチレンオキサイドメタノールを付加した付加物、及びグリコールにジメチルアミンを付加した付加物等が使用可能である。

乾燥収縮低減剤の散布は、打設したセメントコンクリ−トの硬化前に、該セメントコンクリ−トの表面の定規ずり作業前及び最終仕上げ作業前に行なう。
乾燥収縮低減剤は、定規ずり作業前に原液換算で20〜300g/m²、最終仕上げ作業前に原液換算で５〜100g/m²散布する。
定規ずり作業前の散布量が、原液換算で20g/m²未満ではひび割れ防止効果が得られない場合があり、原液換算で300g/m²を超えると強度低下を生じる場合がある。
また、最終仕上げ作業前の散布量が、原液換算で５g/m²未満では仕上げ作業が困難な場合や、ひび割れ防止効果が得られない場合があり、原液換算で100g/m²を超えると表面に薄皮状のレイタンスを生じる場合がある。
乾燥収縮低減剤の水の希釈倍率は５倍以下である。５倍を超えるとひび割れ防止効果が得られない場合がある。
乾燥収縮低減剤の散布方法は、セメントコンクリート表面に均一に分散する方法であれば特に限定されるものではなく、施工面積により、噴霧器、噴霧機、及びじょうろなどを用いる方法がある。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱のポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、エコセメント、白色セメント、超速硬セメント、シリカフューム、フライアッシュ、及びけい酸白土等のポゾラン反応を有するものや高炉スラグ微粉末等を混和したポルトランドセメント、並びに、石灰石微粉末等を混合したフィラーセメントなどが挙げられる。

本発明で使用する骨材としては、通常のモルタルやコンクリートに使用できるものであれば特に限定されるものではなく、川砂、陸砂、砕砂、及び海砂等の細骨材や、川砂利、砕石、及び人工軽量骨材等の粗骨材が挙げられる。

本発明では、さらに、減水剤を使用することが可能である。

減水剤は、コンクリートの流動性を改善したり、単位水量を低減させるために使用するもので、高耐久性、高強度発現性、及び高流動性のコンクリートを得ることが可能となるものである。JIS A 6204に、コンクリート用化学混和剤として1982年に制定されている。
減水剤としては、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤等が使用可能である。具体的には、ＡＥ減水剤としては、リグニンスルホン酸化合物、変性リグニンスルホン酸化合物、ポリオール、及びオキシカルボン酸化合物等が挙げられ、高性能減水剤としては、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物やメラミンスルホン酸のホルマリン縮合物等が挙げられ、高性能ＡＥ減水剤としは、ポリスチレンスルホン酸塩系、ヒドロキシポリアクリレート、αβ−不飽和ジカルボン酸とオレフィンの共重合体、ポリエチレングリコールモノアルケニルエーテルとマレイン酸系単量体、メタクリル酸単量体から導かれる共重合体、及びスチレン−アクリル酸エステル−マレイン酸系共重合体等のポリカルボン酸が挙げられ、一部架橋反応で高分子化したものや配向ポリマー、高変性ポリマーを含み、これらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
減水剤の使用量は、セメント100部に対して、固形分換算で0.01〜４部が好ましく、0.05〜２部がより好ましい。0.01部未満では所定の流動性が得難い場合があり、４部を超えると分離や強度遅延を生じる場合がある。

本発明でセメントコンクリート調製に使用する水の量は、セメント以外の併用する材料によって変化するため、一義的に決定することはむずかしいが、通常、セメント100部に対して、20〜50部が好ましく、25〜35部がより好ましい。20部未満では作業性が得られない場合があり、50部を超えると材料分離したり、耐久性が劣る場合がある。

セメントなどの投入・混合方法は均一に分散・混合できれば特に限定されるものではない。

本発明では、セメントなどを投入・混合し、打設し、養生してセメント硬化体を調製する。
混合や打設等は、ＪＡＳＳ５ 「鉄筋コンクリート工事」に規定されることに準拠し、コールドジョイントやジャンカを生じないように、ポンプ圧送の管理や締固めを行い、急速な打ち込み、打ち込み順序が不適切な打ち込みに注意し、硬化前に発生するのプラスチックひび割れを防止する必要がある。

打設したセメントコンクリートの表面施工種類としては、使用する材料から、コンクリート直仕上げ床や特殊表面仕上げ床等のコンクリート直仕上げ、普通モルタル塗り仕上げ、着色モルタル塗り仕上げ、及び合成樹脂塗り仕上げなどが挙げられる。
本発明において、セメントコンクリートの表面仕上げ方法として、荒均し作業、定規ずり作業、及び最終仕上げ作業を行う。
荒均し作業とは、例えば、スコップやトンボなどを使用し、大雑把に、打設したセメントコンクリートの表面の凹凸を均すものであり、定規ずり作業とは、コンクリートの高さを決めるものであり、仕上げ精度に影響し、セメントコンクリート面に多少足跡がつくぐらいに固まった頃、例えば、トンボや木ゴテなどを使用して行い、さらに、セメントコンクリートの表面を均すものであり、最終仕上げ作業とは、定規ずり後に、硬化の状態を見ながら行うもので、トロウエルなどの機械コテや、木ゴテ、又は金ゴテなどを用いて所定の寸法精度を得る作業であり、コテむらなどを無くす金ゴテを使用して仕上げ面のむらの補正を行う場合がある。
各作業の平坦さは、部材の位置、形状、寸法、頻度、及び測定方法等により異なるが、例えば、ＡＳＴＭでＦナンバー法として最小値が規定されている、３ｍの直定規による凹凸の差が、荒均し作業では13mm以下、定規ずり作業では８mm以下、最終仕上げ作業では５mm以下とすることが行われている。

打設したセメントコンクリートの表面仕上げ方法を、基本的なコンクリート直仕上げ床の表面仕上げ方法を例として説明する。
一般階のコンクリート打設は、壁、柱、及び梁等の断面の大きい箇所を床下まで先に打設し、コンクリートの落ち着きを待ってから、床のコンクリート打設が行われている。 そして、打設したコンクリートの硬化前に、該コンクリートの表面を、荒均し作業して、大雑把に凹凸を均し、続いて定規ずり作業を行い、最後に最終仕上げ作業を行う。
本発明では、定規ずり作業前と最終仕上げ作業前に、乾燥収縮低減剤を散布する。
なお、必要に応じ、コンクリートの凝結の程度を見計らいながら、打設したセメントコンクリート表面を、角材等を用いて叩いてタンピングを行い、締め固めを行う。

タンピングは、プラスチックひび割れに有効であり、一度コテ押させを行った後で、まだ、軟らかいうちに行い、ひび割れを潰しておくことが好ましい。

本発明で得られるセメント硬化体の圧縮強度は、36〜90N/mm²が好ましい。36N/mm²未満では本発明の目的に添わない場合があり、90N/mm²を超えることは、現在のところ、柱や梁と異なり、床においては要望されていない。

本発明は、セメントコンクリ−トを打設し、荒均し作業、定規ずり作業、及び最終仕上げ作業を行い、打設した硬化前のセメントコンクリートを表面仕上げする際に、定規ずり作業前に、原液換算で20〜300g/m ² で水の希釈倍率が５倍以下の乾燥収縮低減剤を散布し、及び、最終仕上げ作業前に、原液換算で５〜100g/m ² で水の希釈倍率が５倍以下の乾燥収縮低減剤を散布するものである。

本発明法を用いることにより、土木・建築分野において使用されるセメントコンクリートの表面仕上げ後から翌々日程度の材齢初期におけるひび割れを防止することが可能となった。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

セメント100部、細骨材157部、及び粗骨材180部を２軸ミキサに投入し、カラ練り15秒後、セメント100部に対して、水34部と減水剤を固形分換算で0.38部投入、120秒間練り混ぜを行い、コンクリ−トを調製した。
コンクリ−トのスランプフローは55cm、空気量は3.8％、及び温度は20℃であった。
調製したコンクリートを所定の型枠にいれ、上面から13mm下まで締固め作業し、荒均し作業を行い、次いで、表１に示す量の乾燥収縮低減剤を噴霧器を用い散布して、角材を用い、定規ずり作業を行い、さらに、コンクリートを追加して締固め、表面に表１に示す量の乾燥収縮低減剤を同様に散布して、木ごてや金ごてを用いて最終仕上げ作業を行い、供試体を作成した。
作成した供試体を用いて、圧縮強度と乾燥収縮を測定し、硬化後の表面状態を評価した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント ：普通ポルトランドセメント、市販品
減水剤 ：高性能ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸を主成分とする市販品
細骨材 ：砕砂、山砂混合品５mm下、密度2.64g/cm³
粗骨材 ：砕石、20mm下、密度2.71g/cm³
乾燥収縮低減剤イ：低分子量エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合物を成分とする市販品
乾燥収縮低減剤ロ：低級アルコールのアルキレン付加物を成分とする市販品

＜測定方法＞
圧縮強度 ：JIS R 5201に準じ、15cm×30cmのサミット缶を使用し、表面仕上げを行った後、24時間後脱型し標準養生を行い測定
長さ変化 ：JIS A 1129-1 モルタル及びコンクリ−トの長さ変化試験方法、コンパレ−タ法に準じ、ポリエチレンシ−トを用いて、10cm×10cm×40cmの型枠とコンクリートの付着を切った中に、調製したコンクリ−トを入れて、表面仕上げを行った後、基長を測定し、20℃、60％RH、１面乾燥状態で測定
表面状態 ：目視で微細なひび割れや表面剥離の有無を観察、微細なひび割れや薄皮がない状態を良好、微細なひび割れがないが薄皮が生じたものを薄皮、微細なひび割れが発生したものを微細とした。

表１より、本発明の方法を用いると、材齢初期で安定したひび割れ抵抗性が高いセメント硬化体が得られることが判る。

表２に示す乾燥収縮低減剤を用いたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

床スラブを想定し、鉄筋を組み入れた２ｍ×２ｍ×深さ0.2ｍを合板の型枠を作製し、実施例１と同様のコンクリ−トを調製した。
コンクリ−トのスランプフローは60cm、空気量は3.6％、温度は26℃であった。
乾燥収縮低減剤イを５倍に希釈し、定規ずり作業前に原液換算で40g/m²散布し、定規ずりを行い、最終仕上げ作業前に原液換算で20g/m²散布し、最終仕上げ作業を行なった。その後、24時間後のひび割れ観察を行った。
比較のため、乾燥収縮低減剤を用いない場合、乾燥収縮低減剤と、エマルジョン被覆を利用するエマルジョン養生封緘剤の２倍液とを、表面仕上げ終了後に120g/m²塗布した場合も同様に行なった。
乾燥収縮低減剤を用いない比較例は、表面にひび割れ幅0.2mm、合計長さが２ｍのひび割れが生じ、硬化後に乾燥収縮低減剤を塗布する効果がなくなった。
また、乾燥収縮低減剤とエマルジョン養生剤を使用した比較例は、表面にひび割れ幅0.1mm、合計長さが１ｍと、ひび割れ幅0.2mm、合計長さが１ｍのひび割れが生じたが、乾燥収縮低減剤を散布した実施例は、ひび割れの発生はなかった。

＜使用材料＞
エマルジョン養生封緘剤：微粒子タイプのアクリルエマルジョン、市販品

Claims (1)

1. セメントコンクリ−トを打設し、荒均し作業、定規ずり作業、及び最終仕上げ作業を行い、打設した硬化前のセメントコンクリートを表面仕上げする際に、定規ずり作業前に、原液換算で20〜300g/m²で水の希釈倍率が５倍以下の乾燥収縮低減剤を散布し、及び、最終仕上げ作業前に、原液換算で５〜100g/m²で水の希釈倍率が５倍以下の乾燥収縮低減剤を散布することを特徴とするセメントコンクリート表面のひび割れ防止方法。