JP4863558B2

JP4863558B2 - ポーラスコンクリート及びその製造方法

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Publication number: JP4863558B2
Application number: JP2001069024A
Authority: JP
Inventors: 伸郎上原; 伸幸田中; 裕樹澤田; 健司佐藤; 臣一増岡
Original assignee: Kajima Corp; Chemical Grouting Co Ltd; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Chemical Grouting Co Ltd; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: JP2002274966A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緑化コンクリートとして有用なポーラスコンクリート及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、緑化コンクリートとして用いられているポーラスコンクリートでは、粗骨材として、５号粗骨材（粒径１３ｍｍ〜２０ｍｍ）や６号粗骨材（粒径５〜１３ｍｍ）程度ものが多く用いられている。これらの粗骨材を用いる場合には、空隙部の平均径は、バインダーの厚みにも影響されるが、通常、５号粗骨材を用いる場合に８ｍｍ程度、６号粗骨材を用いる場合に４ｍｍ程度となる。植物の育成を目的とする場合には、下層部からの水分、養分等の補給があれば良いため、この程度の空隙径で充分と考えられる。
【０００３】
しかしながら、自然環境にはさまざまな動物種が共存しており、特に、小動物の生息空間としてポーラスコンクリートの空隙を機能させようとする場合には、上記した程度の空隙径では充分とは言えない。例えば、水辺のポーラスコンクリート内におけるヤゴの生息状況を見た場合、６号粗骨材を用いた通常の緑化ポーラスコンクリートの内部には殆どヤゴは生息しておらず、５号程度の粗骨材を用いた場合であっても、比較的大きな空隙にごく少数のヤゴが生息するのみである。これに対して、粒径の大きな粗骨材を用いた空隙率の大きいポーラスコンクリートを施工した場合には、明らかに多くの動植物種が存在し、その存在量も多くなることが認められている。
【０００４】
このことからも、生物の生息を考慮した緑化ポーラスコンクリートでは、可能な限り大きな空隙径を持ち、空隙の量も多いことが望まれる。
【０００５】
空隙径の大きいポーラスコンクリートを製造するためには、例えば、単粒度で粒径の大きい粗骨材を用いることが有効である。しかしながら、この様な粗骨材を用いると、粗骨材同士の接点の数が減少するため、硬化体（ポーラスコンクリート）の強度が低下するという問題点がある。
【０００６】
ポーラスコンクリートの強度は、空隙率との相関が非常に高く、通常、空隙率に依存するものといえる。従って、空隙率を高くした場合には、当然のこととして硬化体の強度が低下する。
【０００７】
ポーラスコンクリートの河川護岸への適用を考えた場合、一般的には、１０Ｎ／ｍｍ²程度以上の強度が要求され、更に、一般のコンクリート構造体の一部として考える場合には、最低限必要とされる圧縮強度は、通常、１８Ｎ／ｍｍ²程度である。
【０００８】
一方、通常のポーラスコンクリートの強度は、５号粗骨材を用いた場合に８Ｎ／ｍｍ²程度、６号粗骨材を用いた場合に１３Ｎ／ｍｍ²程度であり、粒径２０〜３０ｍｍ程度の粒径の大きい粗骨材を用いた場合には、通常、４Ｎ／ｍｍ²程度以下の強度が発現されるに過ぎず、水結合材比を可能な限り低くして強度の改善を図った場合であっても、１５Ｎ／ｍｍ²程度が限度である。
【０００９】
ポーラスコンクリートの強度を向上させる方法としては、空隙率を一定とし、粗骨材量を減少させてバインダー量を増加させる方法が考えられる。この方法は、粗骨材同士の接点におけるバインダーの厚さ（量）を増加させることによって強度の改善を図ろうとするものであり、大きな粗骨材を用いた接点数の少ないポーラスコンクリートでは、バインダーの厚み（量）を適切に制御できれば、一定の効果が得られるものと考えられる。しかしながら、この方法では、粗骨材の表面積に対するバインダー量が多くなるため、施工時の振動等によりバインダーのダレが生じてしまい、空隙を埋めてしまう可能性があるために、施工が煩雑になる。
【００１０】
また、水セメント比或いは水結合材比を低減させることによってバインダーの強度を高くすることも考えられる。この場合、バインダーの粘度が高くなるため、バインダーの練り混ぜが困難となるばかりか、粗骨材にバインダーを均質に付着させることも難しくなる。その結果、不均質な箇所が生じて、これがポーラスコンクリート内の欠陥部分となり、逆に強度低下につながる場合がある。
【００１１】
更に、これを改善する方法として、バインダーをモルタルとし、粘性を調整することでバインダーを均質に付着させる方法がある。この方法によると、施工性が向上するとともに、乾燥収縮に対する抵抗性が向上する。しかしながら、硬化体の強度について考えると、一般のモルタル・コンクリートにも言えることであるが、モルタルをバインダーとする場合には、細骨材界面におけるペーストと細骨材との付着強度がポーラスコンクリート全体の強度に与える影響が大きく、モルタル中の細骨材が結果として欠陥部分として機能することがあり、強度発現性の改善効果は大きいものとはいえない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、施工性が良好で、しかも空隙率や空隙径を大きくした場合にも充分な強度を有するポーラスコンクリートを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、スラグ細骨材を用いたモルタルをポーラスコンクリートのバインダーとする場合には、施工性が改善され、しかも高強度を有するポーラスコンクリートが得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明は、下記のポーラスコンクリートの製造方法及びポーラスコンクリートを提供するものである。
１．（１）セメントを６０重量％以上含む粉体１００重量部、（２）スラグ細骨材を５０重量％以上含む細骨材５０〜２００重量部、及び（３）混和剤が４重量部以下であって、水と混和剤の合計量として１５〜３５重量部からなるモルタルと粗骨材を混練し、その後、養生して硬化させることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法であって、
粗骨材の配合割合の上限が実積率、下限が実積率より１０％少ない量であり、モルタルの配合割合が、空隙率が２０〜３５％となる量である、ポーラスコンクリートの製造方法。
２．上記項１の方法で得られる硬化体であって、空隙率が２０〜３５％であることを特徴とするポーラスコンクリート。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のポーラスコンクリートは、細骨材としてスラグ細骨材を用いたモルタルをバインダーとするものである。
【００１６】
この様なモルタルをバインダーとする場合には、スラグ細骨材が潜在水硬性を有するために、細骨材界面における細骨材とセメントとの接合強度が向上し、従来、モルタルをバインダーとする場合に欠陥部分として機能することがあった細骨材表面の性状が改善されて、高強度のポーラスコンクリートを得ることができる。
【００１７】
また、細骨材を用いたモルタルをバインダーとすることによって、バインダーがチクソトロピー性を示し、施工時の振動等に対して抵抗性が付加されてダレを防止でき、粗骨材表面に均質にバインダーを付着させることが容易になる。また、粒径が大きい粗骨材を用いてポーラスコンクリートを一括練り混ぜで製造する場合に、バインダーがペーストでは充分に混練できないのに対して、モルタルを用いることによって、細骨材のすり合わせでバインダーが充分に練り混ぜられるために、混練設備の簡略化が可能となる。更に、ペーストをバインダーとする場合には粗骨材にまぶされたペースト同士が付着し、未固結の状態で塊を形成して圧送時に閉塞が起こり易かったのに対して、モルタルを用いると、粗骨材表面の粘着性が低く、粗骨材同士は付着せず、ばらばらの状態であるため圧送が可能となり、現場打ちにおける材料運搬工程が簡略化される。
【００１８】
本発明のポーラスコンクリートでは、粗骨材としては、特に限定はなく一般的なコンクリート用の粗骨材が使用可能である。例えば、川砂利、陸砂利、砕石等を用いることができる。粗骨材の粒径については、空隙率が高く、空隙径が大きいポーラスコンクリートを製造する場合には、通常、最大寸法２５ｍｍ程度以上のものを用いることが好ましいが、空隙率がより低く空隙径がより小さくても良い場合には、これを下回る粒径の粗骨材を用いても良い。
【００１９】
セメントとしては、ＪＩＳに定められたポルトランドセメント、混合セメント等の水硬性セメントを用いることができる。その他、必要に応じて、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、シリカフューム、石灰石粉、珪石粉等のその他の粉体も使用できる。本発明では、セメントと、必要に応じて用いるその他の粉体を合計したものを粉体として用いる。粉体中に占めるセメントの割合は、６０重量％程度以上とすることが好ましい。
【００２０】
本発明のポーラスコンクリートでは、細骨材として、スラグ細骨材を用いることが必要である。スラグ細骨材としては、潜在水硬性を示すものであればよく、特に、ＪＩＳＡ５０１１で規定される高炉スラグ細骨材が好ましい。また、スラグ細骨材は、川砂、陸砂、海砂、砕砂等の一般的な細骨材と混合使用することも可能である。本発明では、細骨材としては、土木建築学会で規定される、５ｍｍふるいを８５重量％以上通過するものを用いることができる。
【００２１】
細骨材に含まれるスラグ細骨材の割合は、５０〜１００重量％程度の範囲とすることが好ましく、スラグ細骨材の割合が多くなる程、ポーラスコンクリートの強度が高くなる傾向にある。
【００２２】
本発明では、更に、必要に応じて、減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の各種の混和剤を用いることも可能である。
【００２３】
本発明のポーラスコンクリートでは、粗骨材の配合割合は、使用する粗骨材の種類に応じて、その実積率（％）を上限として、下限は実積率より１０％程度少ない量とすることが好ましい。この様な配合割合の範囲内では、粗骨材の種類にもよるが、コンクリート１ｍ³に含まれる粗骨材量として換算すると、通常、４３０〜６００リットル程度の範囲となる。粗骨材の使用量が少なすぎると、所定の空隙率とするために必要なモルタル量が多くなり過ぎて、施工時にダレが生じて空隙部が埋められやすくなるので好ましくない。
【００２４】
本発明のポーラスコンクリートでは、細骨材の使用量は、セメントと必要に応じて用いるその他の粉体からなる粉体１００重量部に対して５０〜２００重量部程度とすることが好ましい。細骨材の量が少なすぎる場合には、モルタルとして用いることによる施工性の向上等の効果が充分には得られず、また、コンクリートの強度が充分に向上しない。一方、細骨材の量が多すぎると、粗骨材の接点部分の接合力が不足して、充分な強度が得られないので好ましくない。また、モルタルフロー値（ＪＩＳＲ５２０１）は、１７０〜２８０程度の範囲内にあることが好ましく、必要に応じて、混和剤によりモルタルフロー値を調整すればよい。混和剤の配合量は、通常、粉体１００重量部に対して４重量部程度以下とすることが好ましい。
【００２５】
水の使用量は、通常、セメントと必要に応じて用いるその他の粉体からなる粉体１００重量部に対して、水と混和剤の合計量として、１５〜３５重量部程度となる量とすることが好ましい。水の使用量が少なすぎる場合には、粗骨材表面に均質にバインダーを付着させることが難しく、強度が低下しやすい。一方、水の使用量が多過ぎると、チクソトロピー性が低くなってバインダーのダレが生じ易くなり、施工性が低下し、ポーラスコンクリートの強度も低下し易いので好ましくない。
【００２６】
本発明のポーラスコンクリートは、空隙率が２０〜３５％程度の範囲、即ち、コンクリート１ｍ³中に２００〜３５０リットル程度の空隙が存在することが好ましい。空隙率が低すぎると、充分な量の連続空隙を形成できず、緑化コンクリートとして不適切である。一方、空隙率が高すぎると、モルタル量が不足することになり、充分な強度が得られないので好ましくない。
【００２７】
従って、本発明のポーラスコンクリートでは、粗骨材と空隙部を除いた残部が、粉体、細骨材、水及び必要に応じて用いる混和剤からなるモルタルの容積となる。通常は、使用する粗骨材の種類にもよるが、コンクリート１ｍ³中に、粉体、細骨材、水及び混和剤が合計量として６０〜２５０リットル程度の範囲で含まれることになる。
【００２８】
本発明のポーラスコンクリートは、上記した粗骨材、粉体、細骨材、水及び混和剤を混練し型枠内に入れて、養生し硬化させる方法や、生コンクリートプラント、現場プラント等で各成分を練り混ぜて、アジテータ車、ポンプ車等により運搬後、所定位置にて現場施工し、養生し硬化させる方法によって製造することができる。
【００２９】
混練には、通常のコンクリートの混練に用いられるミキサー、例えば、オムニタイプミキサー、パンタイプミキサー、２軸ミキサー等を用いることができる。混練方法は、特に限定されないが、一般的には、材料を一括してミキサーに投入して、混練すればよい。また、モルタルを先練りし、これを粗骨材にまぶす方法によって混練物としてもよい。
【００３０】
この様にして得られる混練物では、モルタルをバインダーとしていることによって、バインダーがチクソトロピー性を示し、施工時の振動等に対して抵抗性が付加されて、粗骨材表面にバインダーが均質に付着したものとなる。また、粗骨材表面の粘着性が低く圧送が可能であり、運搬及び打設が容易である。
【００３１】
この混練物を所定の形状とした後、養生して硬化させることによって、ポーラスコンクリートを得ることができる。
【００３２】
得られるポーラスコンクリートは、２０〜３５％程度の空隙率を有するものとなり、圧縮強度は、１８Ｎ／ｍｍ²程度以上という高い値を示す。空隙径は、使用する粗骨材の径に依存するが、最大寸法２５ｍｍ程度以上の粒径の粗骨材を用いる場合には、通常、平均粒径１０ｍｍ以上の大きい空隙径を有するポーラスコンクリートとなる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のポーラスコンクリートは、施工性が良好であり、運搬及び打設が容易である。しかも、空隙率を高くし、空隙径を大きくした場合にも充分な強度を有するものとなる。
【００３４】
この様な特徴を有する本発明のポーラスコンクリートは、特に、緑化コンクリートとして有用性が高いものである。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例を示し本発明を更に詳細に説明する。
【００３６】
実施例１〜３及び比較例１
以下に示す材料を表１に示す重量割合で用い、これらの材料を２軸ミキサー（５５リットル）を用いて一括混練し、直径１２５ｍｍ、高さ２５０ｍｍの円柱型枠に充填し、室温で２８日間養生してポーラスコンクリートを作製した。表中の水セメント重量比の項では、水の量は、混錬水と混和剤の合計量である。
【００３７】
（材料の種類）
セメント：高炉セメントＢ種（住友大阪セメント（株）製）
細骨材：高炉スラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１）
粗骨材：単粒度砕石３号（粒径：３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）、実績率５８％
混和剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
混練水：上水道水
得られたポーラスコンクリートの圧縮強度を下記表１に示す。
【００３８】
表１において、Ｖｇは、コンクリート１ｍ³当たりに占める粗骨材の絶対容積を容積百分率で示したものであり、残部を空隙とモルタルが占めるものとする。空隙率は、コンクリート１ｍ³当たりに占める空隙の容積を容積百分率で示したものであり、単位モルタル量は、コンクリート１ｍ³当たりに占めるモルタル量（リットル）である。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１から判るように、高炉スラグ細骨材を用いたポーラスコンクリートであって、空隙率２０〜３５％の範囲のものは、高い強度を示した。
【００４１】
これに対して、高炉スラグ細骨材を用いた場合であっても、空隙率が３５％を上回ると、セメントモルタルの量が不足して、充分な強度のポーラスセメントを得ることができなかった。
【００４２】
実施例４〜７及び比較例２
実施例１と同じ材料を下記表２に示す重量割合で用いて、実施例１と同様にしてポーラスコンクリートを作製した。
【００４３】
得られたポーラスコンクリートの圧縮強度とフレッシュ時における粗骨材表面のモルタル付着状況について目視観察の結果を下記表２に示す。モルタルの付着状況については、粗骨材表面に充分な量のモルタルが均質に付着した場合を◎印で示し、モルタル付着量が若干少ないが所定の強度が得られた場合や、ダレは生じていないがモルタル付着量が多く施工性が若干低下した場合を○印で示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
以上の結果から明らかなように、粗骨材の使用量が、実績率より１０％少ない量を下回ると空隙率を所定の範囲にするために必要なモルタル量が多くなって打ち込み時にダレが生じ易くなり、施工性が低下した。実施例４では、モルタルの付着量が若干少なかったが、得られたポーラスセメントは、充分な強度を有するものであった。実施例７では、モルタルの付着量が多く施工性は若干低下したがダレが生じることはなかった。
【００４６】
実施例８〜１０及び比較例３〜４
実施例１と同じ材料を下記表３に示す重量割合で用いて、実施例１と同様にしてポーラスコンクリートを作製した。尚、比較例３以外では、モルタルフローが２００ｍｍ程度になるように混和剤量で調整した。
【００４７】
得られたポーラスコンクリートの圧縮強度を下記表３に示す。
【００４８】
【表３】

【００４９】
以上の結果から明らかなように、水セメント比が０．１５〜０．３５程度の範囲内で良好な結果が得られたが、水の使用量の少ない比較例３では、水セメント比が低すぎるために、混和剤の添加では、モルタルフローを２００ｍｍに調整することが出来ず、また、粗骨材表面にバインダーを付着させることが難しく、得られたポーラスコンクリートの強度が非常に低かった。また、比較例４では、水の使用量が多過ぎてチクソトロピー性が低く、バインダーのダレが多く見られ、得られたポーラスコンクリートの強度も不十分であった。
【００５０】
実施例１１〜１５及び比較例５〜７
実施例１で用いた材料の他に、細骨材として野州川産川砂を用い、これらの材料を下記表４に示す重量割合で用いて、実施例１と同様にしてポーラスコンクリートを作製した。尚、各実施例及び比較例では、モルタルフローが２００ｍｍ程度になるように混和剤量で調整した。
【００５１】
得られたポーラスコンクリートの圧縮強度を下記表４に示す。
【００５２】
【表４】

【００５３】
以上の結果から明らかなように、セメントに対する細骨材重量比が０．５〜２の範囲において高強度のポーラスセメントが得られた（実施例１１〜１５）。これらの例では、施工性も良好であった。
【００５４】
これに対して、比較例５は、バインダーがペーストであり、強度を向上させ、ダレを防止するために、水セメント比を低くしたが、うまく粗骨材にペーストをまぶすことができず、ポーラスコンクリートが不均質となって強度が不十分であった。また、比較例６は、細骨材量が多すぎるために強度が不十分であったと思われる。比較例７は、細骨材として普通骨材を用いたために、得られたポーラスコンクリートの強度は不十分であった。

Claims

（１）セメントを６０重量％以上含む粉体１００重量部、（２）スラグ細骨材を５０重量％以上含む細骨材５０〜２００重量部、及び（３）混和剤が４重量部以下であって、水と混和剤の合計量として１５〜３５重量部からなるモルタルと粗骨材を混練し、その後、養生して硬化させることを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法であって、
粗骨材の配合割合の上限が実積率、下限が実積率より１０％少ない量であり、モルタルの配合割合が、空隙率が２０〜３５％となる量である、ポーラスコンクリートの製造方法。
請求項１の方法で得られる硬化体であって、空隙率が２０〜３５％であることを特徴とするポーラスコンクリート。