JP4816451B2 - コンクリート混和材料、コンクリート組成物、及びコンクリート硬化体 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート構造物などに使用されるコンクリート硬化体のひび割れ発生を防止するために使用するコンリート混和材料に関し、具体的には、無水セッコウと、アウインと、生石灰とを含み、早期に脱型してもコンクリート硬化体のひび割れ発生を防止できるコンリート混和材料に関する。
コンクリート構造物は、セメント組成物、水、骨材、及び減水剤等を混合した後、型枠に打設し、所定の期間養生後に脱型し、その後所期の強度を得てから供用を開始する。セメント、水、骨材、及び減水剤等の混合物であるコンクリートは、脱型後に水分が蒸発するため、乾燥にともなって徐々に収縮し、場合によっては、この乾燥過程でひび割れが発生することがある。ひび割れはコンクリート構造物の耐久性の低下や水漏れの原因になることから、種々の方法でひび割れの発生対策が施されている。コンクリートに膨張材としての混和材料を添加する方法もその一つである。
例えば、特許文献１には、鉱物組成が、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４ １０〜４０％、遊離ＣａＯ １０〜２０％、遊離ＣａＳＯ４ ２０〜６０％になるように原料を焼成して得た焼結物を粉砕し、粒度４４μ以下３０〜６０％、８８〜１４９μ １０〜４０％、２５０μ以上 ２０％以下に粒度調製したセメント膨張材が開示されている。また、特許文献２には、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料を配合し、熱処理してなり、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が６．５〜１８で、ＣａＳＯ４／Ａｌ２Ｏ３モル比が１．５〜４である膨張物質を含有してなるセメント混和材が開示されている。
近年、土木・建築構造物において、工期の短縮化及び要員の省力化と、それに伴う建設費用の低減化を目的として、コンクリート構造物を型枠から早期に脱型できることが強く要望され、早期に脱型してもコンクリート硬化体にひび割れを発生させないコンクリート混和材料の開発が急務になっている。上記の従来技術の混和材料は、膨張の発現時期が比較的遅いため、７日間型枠内で養生された場合にはひび割れの発生を防止できる。しかし、型枠を早期に、例えば打設後２日以内に取り外した場合には、コンクリート硬化体内部では膨張が継続するのに対してコンクリート硬化体表面部ではむしろ乾燥による収縮が生じ、このため表面に作用する引張り応力が増大し、結果的にひび割れが発生するという問題点があった。
したがって、本発明は、打設後２日という早期に脱型した場合にも、コンクリート硬化体にひび割れを発生させないコンクリート混和材料及びこのコンクリート混和材料を使用したコンクリート組成物を提供することを目的とする。
本発明者等は、このような目的を達成するために、膨張が早期に発現して終了する混和材料を鋭意研究し、打設直後からのコンクリート硬化体の膨張率を計測できる装置を用いて、打設後４８時間までの早期の膨張特性に優れる混和材料を知見して本発明を完成するに至った。
本発明は、無水セッコウと、アウインと、生石灰とを含むコンクリート混和材料であって、アウインに対する無水セッコウの質量比が７〜１４であるコンクリート混和材料である。また、生石灰に対する無水セッコウの質量比が０．８〜５．０であることが好ましい。
本発明はまた、上記のコンクリート混和材料の配合量がセメント量に対して質量比０．０２〜０．１５であるコンクリート組成物、上記のコンクリート混和材料とＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水率が１４〜２０％であるＡＥ減水剤とを含有するコンクリート組成物、及び上記のコンクリート混和材料とセメントとの合計量に対する水の質量比が０．４５〜０．６０であるコンクリート組成物、及び上記のコンクリート混和材料とセメントとの合計量に対する前記のＡＥ減水剤の配合量が０．５〜１．５質量％であるコンクリート組成物である。
本発明はさらに、上記のコンクリート組成物を型枠内に打設充填し、常温で養生した後、打設後４８時間以内に脱型して得られるコンクリート硬化体である。
本発明によれば、コンクリートを打設後早期に脱型した場合にもひび割れの発生がないコンクリート硬化体を製造することができる。早期に脱型することができるので、コンクリート構造物の施工費用が低減化できるとともに、コンクリート構造物の品質面においても、耐久性を向上させることができ、水漏れ等のおそれも回避できる。
以下に本発明を詳しく説明する。
コンクリート硬化体の膨張に起因するひび割れは、鉄筋による拘束が小さいコンクリート構造物において特に著しい。そのような構造物としてはパラペットが挙げられる。このような構造物においてひび割れの発生を防止するためには、膨張は必要最小限であることが必要である。コンクリート硬化体の膨張がどの程度であればひび割れの発生を防止できるかは、セメント組成物と骨材と混和材とを含むコンクリート組成物の特性、コンクリート構造物の寸法や配筋状態等の設計条件、湿度や温度の環境条件によっても異なる。
コンクリート硬化体の膨張に起因するひび割れは、鉄筋による拘束が小さいコンクリート構造物において特に著しい。そのような構造物としてはパラペットが挙げられる。このような構造物においてひび割れの発生を防止するためには、膨張は必要最小限であることが必要である。コンクリート硬化体の膨張がどの程度であればひび割れの発生を防止できるかは、セメント組成物と骨材と混和材とを含むコンクリート組成物の特性、コンクリート構造物の寸法や配筋状態等の設計条件、湿度や温度の環境条件によっても異なる。
本発明者らは、対象とする一般建築用の設計基準強度４０Ｎ／mm２以下、スランプ１８ｃｍ程度の条件下において、種々のコンクリートを使用して、乾燥によるコンクリート硬化体の無拘束条件でのひずみと拘束したコンクリート硬化体のひび割れ発生との関係を検討した。その結果、４００×１０−６以上の収縮ひずみが発生した場合にコンクリート硬化体にひび割れが発生すること、及び膨張材を加えない普通コンクリートの収縮ひずみは６００×１０−６となることから、コンクリート硬化体が２００×１０−６程度膨張すればひび割れを防止できることを知見した。また、コンクリート硬化体が過剰に膨張すると膨張ひび割れが生じる。特に、強度発現が十分でない早期に過度の膨張が生じると、膨張ひび割れが生じやすくなる。したがって、早期に脱型した場合であってもコンクリート硬化体のひび割れの発生を防止するためには、打設後４８時間でのコンクリート硬化体の膨張率が２００×１０−６〜６００×１０−６であり、かつ打設後４８時間以降の膨張を抑えることができる混和材料が必要となる。
本発明は、無水セッコウと、アウインと、生石灰とを含むコンクリート混和材料であって、コンクリート混和材料中のアウインに対する無水せっこうの質量比が７〜１４であることを特徴とする。また、生石灰に対する無水せっこうの質量比が０．８〜５．０であることが好ましい。
本発明に使用する無水セッコウは、天然無水セッコウ、又は化学セッコウ、例えばフッ酸無水セッコウ、中和セッコウを使用することができる。また、二水セッコウや半水セッコウ、廃セッコウボードや建設廃材の様な廃棄物を原料として使用し焼成した無水セッコウも使用することができる。本発明に使用するアウインは、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４の組成の化合物であり、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料を所定の割合で焼成して製造することができる。アウインの量は無水セッコウとの関係で最適な条件があり、アウインに対する無水セッコウの質量比は７〜１４であることが必要である。この質量比が１４以下であると十分な膨張が得られる。また、この質量比が７以上であると、膨張が適正化されるために、早期に脱型した場合にもコンクリート硬化体内部の膨張によるひび割れの発生を抑えることができる。より好ましくは、アウインに対する無水セッコウの質量比が１０〜１３である。なお、焼成物中には、アウインの他に、無水セッコウ、生石灰が生成することもあるが、別途添加する無水セッコウの量、生石灰の量を調整することにより、問題なく使用することができる。
本発明に使用する生石灰としては、石灰石を焼成したものを使用することができる。また、石灰を含有する材料を焼成して得られる生石灰も使用することができる。生石灰の量は無水セッコウの量との関係で最適な条件があり、生石灰に対する無水セッコウの質量比は０．８〜５．０が好ましい。この質量比が５．０以下であると十分な膨張が得られる。また、この質量比が０．８以上であると、膨張が適正化されるために、早期に脱型した場合にもコンクリート硬化体内部の膨張によるひび割れの発生を抑えることができる。より好ましくは、生石灰に対する無水セッコウの質量比が２．０〜４．０である。
本発明のコンクリート混和材料は、コンクリート組成物１ｍ３あたり１０〜３０ｋｇ/ｍ３添加するのが好ましく、これは、コンクリート組成物中のセメント配合量から、セメント量に対して質量比０．０２〜０．１５の範囲となる。質量比がこの範囲にあると、コンクリート硬化体に適度な膨張を与えるとともに、過剰な膨張を生じさせることがない。本発明のコンクリート混和材料のセメント量に対する質量比は、より好ましくは０．０３〜０．１２、さらに好ましくは０．０３〜０．１０で、コンクリート組成物に含有させる。
本発明のコンクリート組成物に使用するＡＥ減水剤は、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水率が１４〜２０％の範囲にある。このようなＡＥ減水剤は、市販の減水剤から選定することができ、例えば、ポリカルボン酸系化合物や、高純度のリグニン系化合物が挙げられる。減水率が１４％以上のＡＥ減水剤を使用すると初期に十分な膨張が得られる。また、減水率が２０％以下のＡＥ減水剤を使用すると標準的な添加量としてコンクリート組成物に配合した場合にも骨材等の材料との分離が抑えられる。コンクリート組成物中のＡＥ減水剤の配合量は、本発明のコンクリート混和材料とセメントとの合計量に対して０.５〜１.５質量％が好ましい。ＡＥ減水剤の配合量が０．５質量％以上であると、十分な膨張が得られるとともに、計量誤差も小さくなる。また、１．５質量％以下であると、コンクリート組成物の材料分離を抑えることができる。
本発明のコンクリート組成物に使用するセメントは、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、耐硫酸塩ポルトランドセメント、などのポルトランドセメント、ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカ、シリカフューム等を単独であるいは２種以上添加した混合セメントなどを使用することができる。
本発明のコンクリート組成物に使用する骨材としては、砂岩系や石灰石系等の一般にコンクリート用に使用されている骨材を使用することができる。
水としては水道水を使用することができる。コンクリート混和材料とセメントとの合計量に対する水の質量比は０．４５〜０．６０であることが好ましい。水の質量比がこの範囲にあると、流動性が確保でき、かつコンクリートの材料分離が生じることがない。
本発明のコンクリート組成物は、本発明の特性を損なわない範囲で凝結遅延剤や促進剤等の凝結調節剤、消泡剤などを配合することができる。
凝結遅延剤としては、公知の凝結遅延剤、例えば、硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、グルコン酸ナトリウムなどの有機酸、あるいは、無機ナトリウム塩や有機ナトリウム塩などのナトリウム塩を用いることができる。
凝結促進剤としては、公知の凝結促進剤、例えば、炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム、酢酸リチウム、酒石酸リチウム、リンゴ酸リチウム、クエン酸リチウムなどの有機酸、あるいは、無機リチウム塩や有機リチウム塩などのリチウム塩を用いることができる。
消泡剤は、シリコン系、アルコール系、ポリエーテルなどの合成物質又は植物由来の天然物質など、公知の消泡剤を用いることができる。
本発明のコンクリート混和材料は、無水セッコウとアウインと生石灰とを所定の割合で混合して製造することができる。また、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料を所定の割合で焼成して製造することができる。さらに、このような焼成物に無水セッコウやアウインや生石灰を添加することによっても製造することができる。
本発明のコンクリート組成物は、セメントと骨材と水と本発明のコンクリート混和材料と本発明のＡＥ減水剤とを混練することによって製造することができる。コンクリート組成物中の各成分の配合量は、コンクリート混和材料はセメント量に対する上記の好ましい質量比の範囲、またＡＥ減水剤及び水はコンクリート混和材料とセメントとの合計量に対する上記の好ましい質量比の範囲の中で定められる。
本発明のコンクリート硬化体は、コンクリート組成物を製造後、フレッシュな状態で型枠に打設・充填し、常温で養生して４８時間以内に脱型して養生することによって製造することができる。なお、４８時間以内の脱型は、コンクリート硬化体が５Ｎ/mm２以上の強度を得てから行う必要がある。これは、（社）建築学会 建築工事標準仕様書ＪＡＳＳ５鉄筋コンクリート工事で規定される、型枠（せき板）の存置期間はコンクリートの圧縮強度が５Ｎ/mm２以上であることに適合させるためである。
以下に、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例によって限定されるものではない。
[使用材料]
（１）セメント：宇部三菱セメント株式会社製普通ポルトランドセメントを使用した。
（１）セメント：宇部三菱セメント株式会社製普通ポルトランドセメントを使用した。
（２）コンクリート混和材料：焼成して製造されたアウイン系化合物に、硬焼生石灰（菱光石灰工業株式会社製）とフッ酸無水セッコウ（セントラル硝子株式会社製）とを所定量混合して製造した。すなわち、焼成物中のアウイン、無水セッコウ、生石灰量を考慮して、硬焼生石灰及びフッ酸無水セッコウの添加量を決定した。表１に混和材料の配合割合を示す。ここで、番号１は、比較例、番号２は本発明例である。
（３）ＡＥ減水剤：表２に示す市販のＡＥ減水剤を使用した。ＡＥ減水剤Ａは、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水率が１２％であり、ＡＥ減水剤Ｂは、それが１５％のものである。
（４）骨材：佐賀県唐津産海砂（表乾密度２．５６、絶乾密度２．５１、粒度５mm以下）と北九州市若松産海砂（表乾密度２．６０、絶乾密度２．５７、粒度１．２mm以下）とを、質量比で８５:１５の割合で混合した砂（粗粒率２．７１）を使用した。
［モルタルの調製］
実験には、普通コンクリートの配合（水セメント比５０％、セメント量３７０kg／ｍ３）から粗骨材を除いたウエットスクリーニングモルタル相当のモルタルを使用した。このモルタルに、本発明のコンクリート混和材料をセメントの内割りで添加した。添加量はコンクリート配合で２０kg／ｍ３とした。ＡＥ減水剤の添加量は、コンクリートの流動性を示す指標：スランプ＝１８ｃｍとなるように、セメントとコンクリート混和材料との合計量に対してＡＥ減水剤Ａでは０．２５％、ＡＥ減水剤Ｂでは１．１％とした。表３にモルタルの配合を示す。
実験には、普通コンクリートの配合（水セメント比５０％、セメント量３７０kg／ｍ３）から粗骨材を除いたウエットスクリーニングモルタル相当のモルタルを使用した。このモルタルに、本発明のコンクリート混和材料をセメントの内割りで添加した。添加量はコンクリート配合で２０kg／ｍ３とした。ＡＥ減水剤の添加量は、コンクリートの流動性を示す指標：スランプ＝１８ｃｍとなるように、セメントとコンクリート混和材料との合計量に対してＡＥ減水剤Ａでは０．２５％、ＡＥ減水剤Ｂでは１．１％とした。表３にモルタルの配合を示す。
練り混ぜは、モルタルミキサーを用いて以下の方法で練り混ぜた。まず、セメントと混和材料と骨材（砂）とをモルタルミキサーに投入して低速回転で３０秒間かき混ぜ、空練りした。次に、ＡＥ減水剤をあらかじめ添加した練り混ぜ水を投入し、低速回転で３０秒間練り混ぜ、休止６０秒間で、ミキサー内壁に付着したモルタルを掻き落して、再び高速回転で６０秒間練り混ぜて、フレッシュモルタルを作製した。
［長さ変化率の評価］
図１に示す型枠にフレッシュモルタルを流し込み、ポリエチレンフィルムで覆った封緘条件下でのモルタル長さ変化を、渦電流式センサーを用いて測定した。なお、型枠による拘束を避けるため、型枠の内側にテフロン（登録商標）シートを敷き、さらにその上にポリエチレンフィルムを敷いて、型枠とモルタルとが直接接触しないようにした。以上の操作は２０℃の恒温室内で行った。
図１に示す型枠にフレッシュモルタルを流し込み、ポリエチレンフィルムで覆った封緘条件下でのモルタル長さ変化を、渦電流式センサーを用いて測定した。なお、型枠による拘束を避けるため、型枠の内側にテフロン（登録商標）シートを敷き、さらにその上にポリエチレンフィルムを敷いて、型枠とモルタルとが直接接触しないようにした。以上の操作は２０℃の恒温室内で行った。
結果を表４に示す。モルタルの膨張率はコンクリートの約２倍であることから、膨張率は４８時間で４００×１０−６以上のものを良好と評価した。また、脱型した後に膨張しないものが好ましいことから、４８〜１６８時間の膨張率は０であるものを良好と評価した。
表４に示すように、膨張材としての本発明の混和材料を使用し、ＡＥ減水剤Ｂを使用した実験Ｎｏ．２Ｂは、モルタルの打ちこみから４８時間にかけて大きな膨張が得られ、かつ４８〜１６８時間の膨張がないことから、ひび割れのないコンクリート硬化体を得ることができる。膨張材としての本発明の混和材料を使用し、ＡＥ減水剤Ａを使用した実験Ｎｏ．２Ａは、４８〜１６８時間の膨張はないが、モルタルの打ちこみから４８時間にかけて大きな膨張を得ることができない。また、無水セッコウ／アウイン質量比が本発明の範囲外の混和材料を使用した実験Ｎｏ．１Ｂは、モルタルの打ちこみから４８時間にかけて非常に大きな膨張を示し、また４８〜１６８時間の膨張も大きい。このため、ひび割れのないコンクリート硬化体を得ることができない。
Claims (5)
- 無水セッコウと、アウインと、生石灰とを含むコンクリート混和材料と、
セメントと、ＡＥ減水剤と、水とを含むコンクリート組成物を打設するコンクリート構造物の施工方法であって、
コンクリート混和材料中のアウインに対する無水セッコウの質量比が１０〜１３であり、
生石灰に対する無水セッコウの質量比が０．８〜５．０であり、
コンクリート組成物中のコンクリート混和材料の配合量が、セメント量に対して質量比０．０２〜０．１５であり、
ＡＥ減水剤は、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水率が１４〜２０％であり、
コンクリート組成物中の水の配合量が、コンクリート混和材料とセメントとの合計量に対して質量比０．４５〜０．６０であり、
コンクリート組成物中のＡＥ減水剤の配合量が、コンクリート混和材料とセメントの合計量に対して０．５〜１．５質量％であるコンクリート組成物を型枠内に打設充填し、常温で養生した後、打設後４８時間以内に型枠を取り外すコンクリート構造物の施工方法。 - コンクリート混和材料中の生石灰に対する無水セッコウの質量比が２．０〜４．０である、請求項１記載のコンクリート構造物の施工方法。
- 無水セッコウと、アウインと、生石灰とを含むコンクリート混和材料と、
セメントと、ＡＥ減水剤と、水とを含むコンクリート組成物を用いて得られるコンクリート硬化体の製造方法であって、
コンクリート混和材料中のアウインに対する無水セッコウの質量比が１０〜１３であり、
生石灰に対する無水セッコウの質量比が０．８〜５．０であり、
コンクリート組成物中のコンクリート混和材料の配合量が、セメント量に対して質量比０．０２〜０．１５であり、
ＡＥ減水剤は、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水率が１４〜２０％であり、
コンクリート組成物中の水の配合量が、コンクリート混和材料とセメントとの合計量に対して質量比０．４５〜０．６０であり、
コンクリート組成物中のＡＥ減水剤の配合量が、コンクリート混和材料とセメントの合計量に対して０．５〜１．５質量％であるコンクリート組成物を型枠内に打設充填し、常温で養生した後、打設後４８時間以内に脱型してコンクリート硬化体を得る、製造方法。 - 無水セッコウと、アウインと、生石灰とを含むコンクリート混和材料と、
セメントと、ＡＥ減水剤と、水とを含むコンクリート組成物を用いてなるコンクリート硬化体であって、
コンクリート混和材料中のアウインに対する無水セッコウの質量比が１０〜１３であり、
生石灰に対する無水セッコウの質量比が０．８〜５．０であり、
コンクリート組成物中のコンクリート混和材料の配合量が、セメント量に対して質量比０．０２〜０．１５であり、
ＡＥ減水剤は、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水率が１４〜２０％であり、
コンクリート組成物中の水の配合量が、コンクリート混和材料とセメントとの合計量に対して質量比０．４５〜０．６０であり、
コンクリート組成物中のＡＥ減水剤の配合量が、コンクリート混和材料とセメントの合計量に対して０．５〜１．５質量％であるコンクリート組成物を型枠内に打設充填し、常温で養生した後、打設後４８時間以内に脱型してなる、コンクリート硬化体。 - コンクリート混和材料中の生石灰に対する無水セッコウの質量比が２．０〜４．０である、請求項４記載のコンクリート硬化体。
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