JP4485002B2

JP4485002B2 - 排水性舗装用コンクリート

Info

Publication number: JP4485002B2
Application number: JP2000049293A
Authority: JP
Inventors: 芳春渡邉; 茂富岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP2001233662A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は道路用のコンクリートなどに使用される、降水時の雨水を速やかに排水する連続した空隙を有するコンクリート組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアスファルトやコンクリートの路面は、材質が緻密で降雨時に雨水が溜まり易く排水ができないため、自動車のブレーキの効きを悪くし、ハイドロプレーニング現象を生ずるなどスリップ事故が発生し易いという課題を有する。これを改善するために排水性の高いポーラスコンクリートが検討されているが、植生ブロックなどのポーラスコンクリートとは異なり、舗装用コンクリートの場合は、設計曲げ強度が4.5N/mm²であり、実際はそれ以上の高い値が要求される。植生ブロックなどのポーラスコンクリートは、圧縮強度が設計値となっており、その値は10N/mm²以上となっているが、コンクリートの空隙量が100〜240リットル／m³の場合、通常の40リットル／m³のコンクリートと比較するとその圧縮強度は1/2〜1/6に低下する。
【０００３】
コンクリートの空隙量は、圧縮強度と同様に曲げ強度も低下させるが、排水が可能なほどの多量の空隙は、著しく曲げ強度を低下させる。従って、セメント系よりは接着力が強く曲げ強度の大きい結合材として、樹脂を使用したレジンコンクリートやセメントにポリマーエマルジョンを多量に配合したポリマーセメントなどが検討されている。しかしながら、これらは価格が高いことや紫外線による劣化、さらにはレジンコンクリートなどでは生コンプラントでは練混ぜが出来なくモービル車などの専用の練混ぜ設備が必要となることなどが課題となっている。
【０００４】
一般のセメント系ポーラスコンクリートには、高強度混和材料として、例えば、シリカフュームが使用されているが、コンクリートの空隙量が多い場合は強度増進効果を示さず十分なものではない（コンクリート工学、Vol.36，No.3，pp55，図-2.4，1998.3）。
【０００５】
ベントナイトは、通常のモルタルやコンクリートに添加した場合に発揮される保水性や不分離性（ブリーディング防止など）の特性を利用して、地盤注入やトンネルの裏込め及び水中コンクリート（例えば、セメント技術年報、39，昭60，pp102〜105）に用いられており、本発明者らもベントナイトを用いて、高性能減水剤を使用した場合の水飴のような粘性や、硬化前のプラスチックひびわれの防止、及びコテ仕上げ性の改善材（例えば、特開昭63-225564号公報）や、高性能減水剤とベントナイトと石膏を組み合わせてコンクリートのハンドリング性（粘性の低減、仕上げ性の改善、ダレ防止）を改善する（特開昭64-3040号公報）ものとして使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、安価なセメント系の結合材を使用し、曲げ強度の向上と連続的な空隙の形成という課題を同時に解決するために鋭意研究した結果、セメントに特定の石膏及び／又はベントナイトを配合し、さらに、ポゾラン物質及び／又はポリマーエマルジョンを配合することにより解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、（１）早強ポルトランドセメントにII型無水石膏及びベントナイトを添加した結合材を配合してなる、曲げ強度が4.9N/mm²以上で透水係数が1.02(cm/sec)以上である硬化後の排水性舗装用コンクリート、（２）の水・結合材比が0.27以下、空隙量が100〜240リットル/m³である（１）の排水性舗装用コンクリート、（３）ベントナイトの膨潤度が25である（１）又は（２）の排水性舗装用コンクリート、（４）さらに、ポゾラン物質及び／又はポリマーエマルジョンを配合してなる（１）〜（３）の排水性舗装用コンクリート、（５）ポリマーエマルジョンを表面に散布した（１）〜（４）の排水性舗装用コンクリートである。
【０００８】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００９】
本発明に用いるセメントは、普通、早強、超早強、中庸熱、白色、耐硫酸塩性、低発熱（ビーライトセメント）などの各種ポルトランドセメント、及びポルトランドセメントに高炉スラグ粉末やフライアッシュなどを配合した混合セメントが好ましく、アルミナセメントやエトリンガイトを多量に生成させる急硬性セメントは含まれない。
【００１０】
本発明のセメントにII型無水石膏及び／又はベントナイトを配合した結合材を用いると、驚くべきことに、これまでセメント系結合材ではなし得なかった、コンクリートの空隙量が100〜240リットル/m³と多量の空隙を有するコンクリートの曲げ強度を増大させる効果を奏することが知見された。
これらの理由は明らかではないが、II型無水石膏を添加すると水和反応で比較的大きな針状のエトリンガイトが生成してキャピラリー空隙を充填し、さらに、ポルトランドセメント中のカルシウムシリケート相の水和反応による空隙充填作用を容易にすると共に、針状のエトリンガイトの結晶がＣ−Ｓ−Ｈ水和物に覆われて一体化し水和物組織が強化される効果や、ベントナイトを添加すると、その保水性の強さから、振動締め固めによって生ずるモルタルやペースト中の水の分布に濃淡が生じるのを抑制し、骨材との接着力を改善する効果などが推察される。
【００１１】
本発明に使用するII型無水石膏は、不溶性や難溶性の無水石膏と呼称されるのものであり、天然産のII型無水石膏やフッ酸発生副産石膏のII型無水石膏、あるいは二水石膏、半水石膏、可溶性無水石膏などの石膏を350℃以上で熱処理して得られるものが好ましく、III型の可溶性無水石膏や半水石膏、二水石膏では、曲げ強度を増大させる効果は示さない。
【００１２】
II型無水石膏の配合量は、セメントに対して多くても8％（内割り添加）であり、配合量を多くして行くと曲げ強度は増大し、最大値を示してから順次低下する。そして、8%を超えて配合しても曲げ強度を増大させる効果は示さず、好ましくは2%以上、より好ましくは4〜6%である。また、本発明のII型無水石膏の粉末度は、セメントと同等以上のブレーン比表面積2500cm²/g以上であれば良い。
ここで、％は質量百分率を示し、体積百分率を示す空気量、空隙量を除いて、以下、同様である。
【００１３】
本発明に使用されるベントナイトの配合量は、セメントに対して多くても3％（内割り添加）であり、好ましくは0.2〜2％である。3％を超えて配合しても一定の保水力が維持されると曲げ強度の増加は停滞するので、それ以上の配合量の増加は経済的にも好ましくない。また、0.2％未満では曲げ強度の増大効果は小さい。また、本発明では、ベントナイトの種類や膨潤度は、特に制限されない。
【００１４】
なお、本発明において曲げ強度を向上させるために、II型無水石膏とベントナイトの併用配合することはより好ましく、この場合、各々の配合量は前記した通りの範囲でよい。
【００１５】
本発明では、II型無水石膏及び／又はベントナイトを配合したセメントを使用するが、コンクリートの水・結合材（II型無水石膏及び／又はベントナイトを配合したセメント、あるいは、II型無水石膏及び／又はベントナイトと後述するポゾラン物質を配合したセメント）比が0.27以下、空隙量が100〜240リットル/m³とするのが好ましい。コンクリートの水・結合材比が0.27を超えると、空隙量が100リットル/m³未満であっても設計曲げ強度である4.5N/mm²が得られない場合があり、好ましくは水・結合材比が0.25以下、より好ましくは0.23以下であり、施工が可能で有れば水・結合材比は、より小さい方が好ましい。
【００１６】
また、コンクリートを作製する際、コンクリートの空隙量が100リットル/m³未満では排水性能が劣り、240リットル/m³を超える空隙量では水・結合材比を0.17と小さくてしても、設計曲げ強度の4.5N/mm²が得られない場合があるので好ましくない。コンクリートの強度と透水係数のバランスからより好ましい空隙量は、120〜220リットル/m³である。
【００１７】
本発明の排水性舗装用コンクリートの空隙量は、練混ぜによってペーストやモルタル部分に通常含まれる10〜20リットル/m³の巻き込み空気量やAE剤などを使用した場合の連行空気量(巻き込み空気量も含み全体で40リットル/m³前後)も含むものであり、その他が粗骨材間に形成される排水可能な連続した空隙量と、一部は骨材の重なりによって閉塞した閉塞空隙量となる。
【００１８】
本発明に使用する骨材は、粗骨材は砕石を用いるのが好ましい。また、粗骨材の最大寸法は、25mm以下とするのが好ましく、最大寸法が25mmを超えると同じ空隙量でも曲げ強度が低下する場合があり、最大寸法は5〜20mmがより好ましい。
また、細骨材の最大寸法は5mm以下であり、粗骨材の最大寸法が小さい場合は、細骨材の最大寸法も2.5mm以下、1.2mm以下、0.6mm以下などと小さくするのが好ましく、細骨材の配合量が零になる場合もある。
【００１９】
本発明においては、II型無水石膏及び／又はベントナイトを配合することによる、コンクリートの曲げ強度の向上をさらに助長させるため、ポゾラン物質及び／又はポリマーエマルジョンを適量配合する。
【００２０】
本発明で使用するポゾラン物質とは、電気炉でシリコンアロイを製造するときに発生するダストであるシリカフュームや、籾殻、稲藁、葦、竹などのケイ化木の焼成灰、人工的に合成されたアエロジルなどの非晶質の超微粉末の活性シリカ、及びアルミノケイ酸塩を主成分とする粘土鉱物を600℃以上で焼成（メタカオリンという）したものを粉砕し、ブレーン比表面積を6000cm²/g以上とした微粉末などがあり、これらの中から一種又は二種以上を用いることができる。
【００２１】
ポゾラン物質の配合量は、セメントに対して多くても12%（内割り添加）であり、配合量が多くなるほど曲げ強度の助長効果も大きくなるが、12%を超えて配合してもその効果は停滞し、性能的にも経済的にも好ましくなく、好ましくは3〜10%である。
【００２２】
本発明で使用するポリマーエマルジョンとは、エチレン酢酸ビニル系、スチレンブタジエンゴム系、ポリアクリル酸エステル系などの水分散系のポリマーである。
【００２３】
これらのポリマーエマルジョンの配合量は、結合材に対して固形分換算で多くても10％（外割り添加）であり、10％を超えて添加してもセメントの水和反応が阻害されるため曲げ強度の増加は緩慢となり不経済となるので好ましくない。好ましくは2〜8％である。これらは通常は水に分散した状態で固形分濃度で40〜50%前後で製造販売されているが、そのまま原液を使用しても、適当な濃度に希釈して使用しても良く、粉末化したものも使用できる。なお、ポリマーエマルジョンをコンクリートに添加する場合、ポリマーエマルジョン中の水は練混ぜ水として扱う。
【００２４】
本発明の排水性舗装用コンクリートを練混ぜるときに、減水剤を併用することが好ましい。減水剤の種類は特に限定されないが、一般的なリグニンスルホン酸塩系などの減水剤よりも、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤は、減水率が大きいのでより好ましい。なお、減水剤が水溶液の形のものを使用する場合、減水剤中の水量は練混ぜ水に加算する。
【００２５】
高性能減水剤は、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系とメラミン樹脂スルホン酸塩系に大別されるが、これらは添加量を多くしてゆくと順次減水率が向上し、かつ、過度の凝結遅延や空気連行性がない。従って、その添加量は特に限定されないが、結合材に対して固形分で多くても2.5%（外割添加）であり、2.5%を超えて添加しても減水率は頭打ちとなるものである。好ましくは0.5〜2.0%である。
【００２６】
市販のポリアルキルアリルスルホン酸塩系の高性能減水剤としては、グレースケミカルズ社の商品名「FT-500」シリーズ、花王社の商品名「マイティー」シリーズ、日本製紙社の「サンフローPS」シリーズ、第一工業製薬社の「セルフロー110P」、エヌエムビー社の「レオビルド1460」、藤沢薬品社の「パリックＫ」などがある。
メラミン樹脂スルホン酸塩系の高性能減水剤としては、昭和電工社の商品名「モルマスター」、グレースケミカルズ社の商品名「FT-3S」、エヌエムビー社の「レオビルド4000」、藤沢薬品社の「パリックＭ」などがある。
【００２７】
また、高性能ＡＥ減水剤としては、ポリカルボン酸系減水剤があり、減水率が高い上に空気連行性と軟らかさを保持する性質を有するが、添加量を多くすると凝結遅延性が大きくなるという性質を持ち、その遅延性の程度はメーカー毎に異なる。従って、添加量はメーカー毎に指定の範囲があるが、本発明の排水性舗装用コンクリートは、超硬練りとなることから凝結は促進される傾向にあるので、結合材に対してメーカー指定量の２〜３倍量以下（外割添加）が好ましい。
【００２８】
市販の高性能ＡＥ減水剤としては、グレースケミカルズ社の商品名「スーパー200」シリーズ、エヌエムビー社の「レオビルド8000」シリーズ、藤沢薬品社の「パリック＃１」などがある。
【００２９】
ポリマーエマルジョンと一般的なリグニンスルホン酸塩系などの減水剤を併用する場合は、結合材に対して固形分で0.1〜0.5%が好ましい。0.1%未満では減水性は発揮できなく、0.5%を超えて添加してもそれ以上の減水率の向上は認められない。
【００３０】
本発明の排水性舗装用コンクリートは、通常の生コンプラントで常法により練混ぜ、アジテーター車やダンプトラックにより運搬される。また、施工現場で通常のミキサで練混ぜてそのまま施工してもよい。
施工は、路盤の上に不透水性のアスファルトやコンクリート層を設けた上に、本発明の排水性舗装用コンクリートをアスファルトフィニッシャーなどで敷き均した後、ローラーや振動ローラーで転圧施工し、所定の養生後、3.5N/mm²以上の強度が出た後に仮解放されるが、材齢28日では設計強度の4.5N/mm²以上の強度を発現させる。
【００３１】
なお、本発明の排水性舗装用コンクリートは、低水セメント比で、かつ、ブリーディングが発生しないために、敷きならし後から３時間程度までの間に水分の蒸発が大きく、強度の発現が阻害されたり、プラスチックひびわれが入り易い。これを防止するために敷きならし後、直ぐに養生マットなどで湿潤養生するが、むしろポリマーエマルジョンを養生剤の代替として散布するのが好ましく、その際、施工厚さによって散布量は変わるが、施工厚が5〜20cmの範囲ではコンクリート表面1m² 当たり、固形分換算で150g以上必要であり、好ましくは200〜500gである。このエマルジョンによる養生皮膜は強固であり、散布量を多くすると曲げ強度も高くなるものである。なお、エマルジョンの散布は、農薬の噴霧器や塗装用のスプレーガン、その他の各種噴霧器が使用される。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例にて詳細に説明するが、これらに限られるものではない。
【００３３】
実施例に用いる材料と試験方法、及びコンクリートの基本配合（表１）を以下にまとめて示す。
【００３４】
１．使用材料
(1)コンクリート材料
セメント：早強ポルトランドセメント
砂：天然川砂をふるって1.2mm下としたもの
砕石：６号砕石、5〜13mm
(2)添加材（剤）
Ａ：II型無水石膏：フッ酸発生副産II型無水石膏、ブレーン比表面積4500cm²/g
Ｂ：ベントナイト：B-1膨潤度25、B-2膨潤度5
Ｃ：ポゾラン物質：ａ．シリカフューム、ブレーン比表面積23m²/g、ｂ．メタカオリン、ブレーン比表面積8000cm²/g
Ｄ：ポリマーエマルジョン：イ．ポリアクリル酸エステル系（固形分30%に希釈したもの）、ロ．スチレンブタジエンゴム系、ハ．エチレン酢酸ビニル系（固形分30%に希釈したもの）
Ｅ：高性能減水剤：ポリアルキルアリルスルホン酸塩系（粉末）
【００３５】
２．試験方法
(1)モルタルフロー：JIS R 5201による。
(2)供試体の作製方法と全空隙量の測定方法：φ10×20cmの型枠を使用して、コンクリートを２層に詰め、各層をテーブルバイブレーターを用いて6000rpmで30秒間振動を掛け成形した。翌日脱型後、ノギスを用いて供試体の外径と長さを測定し供試体の容積Ｖ１を測定した。その後、24時間水中で飽和させてから、水中質量Ｗ１を測定する。この際、供試体を水中でよく転がし、空気を充分抜いた。その後、供試体を24時間気中で放置し、気中質量Ｗ２を測定し、次式で全空隙量を算出する。
全空隙量（％）＝（１−（Ｗ２−Ｗ１）／Ｖ１）×１００
本発明では、全空隙量（％）を空隙量（リットル/m³）として換算する。
(3)供試体の作製方法と曲げ強度の測定方法：10×10×40cmの型枠にコンクリートを２層に詰め、各層をテーブルバイブレーターを用いて6000rpmで30秒間振動を掛け成形した。この際、各層毎に型枠の側面と端面をモルルタ試験で使用するナイフでスページングした。また、成形後、直ぐに、打ち込み面のコテ仕上げを行い、乾燥防止のためにポリエチレンシートを張り付けた。翌日脱型後、標準養生を行い材齢28日の曲げ強度を測定した。なお、曲げ強度測定時は、供試体の加圧装置の接触面と供試体の接触面との間には半水石膏ペーストを挟んで硬化させて平滑とした。
(4)透水係数の測定方法：供試体の成形は上記(2)と同様とし、透水係数の測定方法はコンクリート工学協会エココンクリート委員会案（コンクリート工学、Vol.36,No.3,pp56〜59,1998.3）に準じた。
【００３６】
【表１】

【００３７】
実施例１
表１に示すコンクリートの空気量と水・結合材比を変えたコンクリート配合を用い、II型無水石膏とベントナイトの種類及び配合量を変えて、空隙量測定用と曲げ強度測定用及び透水係数測定用の供試体を作製した。それぞれの測定方法は前記したコンクリート工学協会エココンクリート委員会の方法により行い、結果を表２、表３に示した。なお、曲げ強度の測定材齢は標準養生28日とした。
なお、コンクリートを練混ぜるに際して、予めII型無水石膏やベントナイトは粉末減水剤、セメントと軽く混合しておき、遊星型強制練りミキサに砕石、砂と共に投入し、20秒間空練りしてから、練混ぜ水を添加して３分間練混ぜた。
【００３８】
【表２】

【００３９】
【表３】

【００４０】
表２、表３より、II型無水石膏は２％から顕著な曲げ強度の増加が認められ4.5N/mm²以上の値が示され、配合量の増加に伴い曲げ強度も増加するが4〜6%にピークがあり、それ以上の添加では順次低下し、特に10%では4.5N/mm²を下回るようになり、II型無水石膏の量は多くても8%で、好ましくは4〜6%であることが示される（実験No.1-25〜1-29）。ベントナイトの場合も0.2％から顕著な曲げ強度の増加が認められ4.5N/mm²以上の値が示され、配合量の増加に伴い曲げ強度も増加するが2〜3%では曲げ強度の増加は停滞する。即ち、ベントナイトは多くても3%、好ましくは0.2〜2%であることが示される（実験No.1-30〜1-34、実験No.1-36〜1-41）。
【００４１】
また、II型無水石膏やベントナイトが適量添加されていても、空隙量が240リットル/m³を超えるようになると4.5N/mm²の曲げ強度は得られなく（実験No.1-9、No.1-17）、空隙量を少なくして行くと曲げ強度は増加するが透水係数は順次低下し、空隙量が100リットル/m³未満では透水係数は0.1cm/secを下回り排水機能は期待できなくなる。従って、空隙量は240リットル/m³以下で、曲げ強度と透水係数のバランスから空隙量は120〜220リットル/m³がより好ましい（実験No.1-11〜1-14、No.1-19〜1-22）。
【００４２】
実施例２
実施例１の実験No.1-4、No.1-12、No.1-20、No.1-38のコンクリートを用いて、ポゾラン物質とポリマーエマルジョンの種類と配合量を変えて曲げ強度試験を行った結果を表４に示す。
【００４３】
【表４】

【００４４】
表４より、ポゾラン物質は、3%未満の併用配合では曲げ強度の増加は小さく、3%以上から顕著な曲げ強度の増加が示され、配合量を多くして行くと曲げ強度も順次高くなるが8%を超えると低下する傾向が示される。そして、上限は12%程度であり、より好ましくは3〜10%であることが示される（実験No.2-3〜2-8、実験No.2-9〜2-14）。
ポリマーエマルジョンは、2%以上で顕著な曲げ強度の増加が示されるようになり、配合量を多くしていくと曲げ強度も順次高くなるが、8%を超えると曲げ強度は逆に低下する傾向が示され、ポリマーエマルジョンは10%以下で2〜8%がより好ましいことが示される（実験No.2-22〜2-26）。
また、ポゾラン物質とポリマーエマルジョンの併用は、より曲げ強度の増加に貢献する（実験No.2-28、No.2-29）。
【００４５】
実施例３
実施例２の実験No.2-17の曲げ強度試験用供試体を成形後、直ちにその打ち込み面に、エチレン酢酸ビニル（EVA）系のポリマーエマルジョン（固形分50%の原液をエタノールで固形分40%となるように希釈）を固形分換算で100g/m³、150g/m³、200g/m³、300g/m³、500g/m³となるように霧吹きで散布し、そのまま20℃、RH60%の室内で48時間養生して水分の蒸発量を測定（型枠毎質量測定し、散布後と20℃、RH60%の室内で48時間養生した後の質量差を測定した）してから脱型し、そのまま気乾養生を28日間行った場合の曲げ強度の測定結果を表５に示す。
なお、比較の 0g/m³は成形後、そのまま乾燥防止措置を採らないものと、ポリエチレンシートを張り水分の蒸発を防止したものを作製し、脱型後、いずれも質量測定後気乾養生を28日間行って曲げ強度を測定した。
【００４６】
【表５】

【００４７】
表５より、ポリマーエマルジョンを養生剤として散布する場合、固形分で150g/m²では水分の蒸発量が顕著に少なくなり、乾燥による曲げ強度の低下が低減される。さらに散布量を多くして行くと蒸発水量が少なくなるだけでなく、曲げ強度も増加するが500g/m²で頭打ちとなる傾向が示される。
【００４８】
【本発明の効果】
本発明の排水性舗装用コンクリート組成物を施工することにより、従来検討されているポリマーセメントコンクリートやレジンコンクリートによる排水性舗装用コンクリートなどと比較して以下の効果が得られる。
▲１▼安価に施工できる。
▲２▼通常の生コンプラントで練混ぜできる。
▲３▼無機材料が主であるので紫外線に対する劣化がない。

Claims

早強ポルトランドセメントにII型無水石膏及びベントナイトを添加した結合材を配合してなる、曲げ強度が4.9N/mm²以上で透水係数が1.02(cm/sec)以上である硬化後の排水性舗装用コンクリート。
水・結合材比が0.27以下、空隙量が100〜240リットル/m³である請求項１の排水性舗装用コンクリート。
ベントナイトの膨潤度が25である請求項１又は２の排水性舗装用コンクリート。
さらに、ポゾラン物質及び／又はポリマーエマルジョンを配合してなる請求項1〜３のいずれかの排水性舗装用コンクリート。
ポリマーエマルジョンを表面に散布した請求項１〜４のいずれかの排水性舗装用コンクリート。