JP5602580B2 - 寒冷時打込み用コンクリート素材、当該素材を用いたコンクリート構造物 - Google Patents
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かかるコンクリート構造物の高耐久化を図るためには、初期欠陥となるひび割れを防止しなければならないが、このひび割れは、特に、コンクリート構造物の壁やスラブ等の面部材において発生し易く、その発生主要因は、乾燥収縮や温度応力等である。
従って、これらの面部材においては、初期の養生過程における乾燥収縮や温度応力に起因するひび割れを主として抑制もしくは防止する必要がある。
また、乾燥収縮を低減するために、「コンクリートの自己収縮研究委員会報告書」2002年9月、(社)日本コンクリート工学協会、p.207−210(非特許文献2)には、膨張材や収縮低減剤が提案され、実用に供されている。
この場合、コンクリート構造物の収縮を補償するために、(社)土木学会の「膨張コンクリートの設計施工指針」では、膨張材を添加したコンクリートの拘束膨張率を150×10−6〜250×10−6と規定している。
特に、乾燥収縮が顕著なコンクリート構造物の場合、そのひび割れの発生を抑制もしくは防止するために、コンクリート素材中に含有される膨張材の使用量を増加させる方法があり、この場合、鉄筋等の拘束があれば、ケミカルプレストレスや硬化体組織の緻密化などが図られるために、ひび割れに対して本来の効果を十分に発揮することが可能であるが、かかる場合においても、配筋する鉄筋の方向性により拘束が小さいまたは無いに等しい場合には、過度な膨張が生じて硬化体組織が緩み、微細なひび割れが生じることがある。
即ち、10℃以下の寒冷時では、低熱ポルトランドセメントの硬化が極端に遅延することにより、セメントに含有される膨張剤の膨張による応力が発現し、かかる応力を、セメント硬化により得られる強度によって補償することができずに、膨張によるひび割れを起こすことがあり、更に、低発熱型セメントの強度発現性が悪化することにより、コンクリート構造物の施工工期が長期になる等の問題があった。
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
(Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲である)を満足する関係であることを特徴とする。
好適には、本発明のコンクリート素材は、更に、減水剤を含有することを特徴とする。
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
(Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲である)を満足する関係であることを特徴とする。
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
(Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲である)を満足するように調製されたコンクリート材料を用いて、10℃以下の寒冷時で打ち込むことによりコンクリート構造物を建造する。
本発明のコンクリート素材は、寒冷時に打ち込むのに用いるコンクリート素材であって、中庸熱ポルトランドセメントと、低添加型膨張材と、骨材とを含むものである(但し、脂肪酸及び/又はそれらの塩類、高炉徐冷スラグは含まない)。
一般に、中庸熱ポルトランドセメントは常温域においてひび割れ抵抗性に劣っており、膨張材を組み合わせても所望するひび割れ低減効果は得られにくいとされている。
しかしながら、本発明においては、寒冷時、特に10℃以下の寒冷域で、中庸熱ポルトランドセメントの強度発現の時期と膨張材の膨張発現の時期とが一致することにより、常温域では得られない、優れたひび割れ抑制または防止を得ることが可能となった。
また、コンクリート素材に用いられる低添加型膨張材は、打込み後のコンクリート構造物の収縮を補償するもので、例えば、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、エトリンガイト−石灰複合系膨張材等の1種以上が例示されるが、本発明においては、エトリンガイト−石灰複合系膨張材を用いる。
前記エトリンガイト−石灰複合系膨張材としては、例えば、遊離石灰を50質量%、アーウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)を20質量%、無水石膏を30質量%含む膨張材を好適に挙げられる。
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
(Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲である)を満足する関係であることが必要である。
ここで、コンクリート構造物とは、上記コンクリート素材と水等とを混練して得られるコンクリート材料を用いて打ち込み、養生硬化した状態仕上がりのコンクリート構造物をいうものである。
例えば、前記コンクリート素材と水とを配合し、次いで混練してコンクリート材料を調製する際に、前記中庸熱ポルトランドセメントと低添加型膨張材との総質量に対する水の配合質量比が0.5(50質量%)のときは、コンクリート素材中に含有される低添加型膨張材の配合量は、仕上がりコンクリート構造物単位容積(m3)あたり15〜25kg/m3であり、また。それぞれ0.4(40質量%)のときは17.5〜27.5kg/m3とすることが好ましい。
かかるコンクリート素材には、必要に応じて減水剤等の添加剤を添加してもかまわない(但し、脂肪酸及び/又はそれらの塩類、高炉徐冷スラグは含まない)。
前記減水剤としては、例えば、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤等が好適に用いられる。
当該コンクリート素材中に含有される中庸熱ポルトランドセメントと低添加型膨張材との総質量に対する水の質量割合X(質量%)と、仕上がりコンクリート構造物単位容積(m3)あたりに含有される低添加型膨張材の単位量Y(kg/m3)とが、次式;
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
(Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲である)を満足するものである。
当該図1においては、2本の直線により低添加型膨張材量Yの上限値と下限値を示している。
また、図1中の直線L1は上限を、直線L2は下限を、それぞれ示している。
なお、直線L1(上限)を上回る領域でのひび割れは、コンクリートの膨張に起因するものであり、直線L2(下限)を下回る領域でのひび割れは、コンクリートの乾燥収縮に起因するものである。
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
を満足するものであれば、初期欠陥となる膨張もしくは乾燥収縮に起因するひび割れが全く認められないことがわかる。
このようにしてこのコンクリート構造物の材齢7日、すなわち、寒冷時でのコンクリート材料の打込み後、養生7日目以降における膨張率が150×10−6以上であり、養生14日目における膨張率が600×10−6以下の範囲内であることが好ましい。
この膨張率の範囲は、一軸拘束膨張試験方法(「日本工業規格JIS A 6202の付属書2 膨張コンクリートの拘束膨張および収縮試験方法」のうち、B法「膨張及び収縮を対象とした試験方法」に準拠)により測定した場合、コンクリート材料の硬化体の5℃湿潤養生7日目の一軸拘束膨張率が150×10−6以上であり、養生14日目における膨張率が600×10−6以下の範囲内であることを意味するものである。
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
(Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲である)を満足するように、中庸熱ポルトランドセメントと、低添加型膨張材と、骨材と、水とを、また、必要に応じて減水剤を、それぞれ秤量し、これらをミキサ内に投入し、これらが十分に均一分散するまで十分に混練し、コンクリート材料を調製する。
望ましくは、当該養生に必要な期間は、養生期間を寒冷時である外気温度を考慮して温暖時に比較して養生期間をより長く、少なくとも7日間とすることが好ましい。
かかる養生により、低添加型膨張材が膨張効果を発揮し、コンクリートの乾燥収縮を補償し、これにより、コンクリート構造物は、過度の乾燥収縮や過度の膨張が生じることなく、所望の形状を保持しつつ、機械的強度を十分発現することができることとなる。
A.コンクリートの一軸拘束膨張率及び膨張ひび割れ
(1)「セメントの種類と膨張特性の評価」
表1に示すように、セメントの種類、コンクリート素材中の水/(セメント+低添加型膨張材)X(質量%)及び、コンクリート構造物単位容積あたりに含有される単位膨張材量Y(kg/m3)を様々に設定して得られた20種類のコンクリート材料のうち、セメントの種類と低添加型膨張材の組み合わせによる膨張特性を確認するため、No.3およびNo.16〜19のコンクリート材料を用いて5℃で打ち込み、次いで5℃の水中で養生したコンクリート構造物供試体の一軸拘束膨張率を測定した。
なお、一軸拘束膨張率の測定は「日本工業規格JIS A 6202の付属書2 膨張コンクリートの拘束膨張および収縮試験方法」のうち、B法「膨張及び収縮を対象とした試験方法」に養生温度以外を準拠させて行った。
図2より、セメントの種類と低添加型膨張材の組み合わせにおいて、打込み時と比較して適切な膨張が得られ、しかもその後の乾燥収縮の少ないコンクリート構造物供試体はNo.3(セメント種類;中庸熱ポルトランドセメント)およびNo.19(セメント種類;低熱ポルトランドセメント)であった。
<コンクリートの一軸拘束膨張率・強度発現性試験>
上記表1のNo8(セメント種類;中庸熱ポルトランドセメント)及びNo20(セメント種類;低熱ポルトランドセメント)のコンクリート材料を用いて、寒冷時の打込みにおけるコンクリート構造物供試体の膨張量および強度の発現性について、気温5℃で打ち込んだコンクリート構造物供試体を5℃の水中養生にて試験した。
上記2種類のコンクリート供試体No8とNo20の一軸拘束膨張率を測定し、その結果を図3に示す。なお、一軸拘束膨張率は前記試験方法と同様の方法にて測定した。
また、かかるコンクリート構造物供試体No8とNo20の強度発現性を試験した。
強度発現性は、JIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」により試験した。その結果を図4に示す。
なお、養生条件として、5℃の水中養生をおこなった各供試体の各材齢における一軸拘束膨張率を測定した。
また、これらの供試体の圧縮強度も同時に測定した。
また、図8は、No.1〜5各々の各材齢(日)における圧縮強度を示す図であり、図9は、No.6〜10各々の各材齢(日)における圧縮強度を示す図であり、図10は、No.11〜15各々の各材齢(日)における圧縮強度を示す図である。
寒冷条件でコンクリートを打ち込んだ場合でも、膨張に起因するひび割れ、および乾燥収縮によるひび割れが生じないことが要求される。
収縮によるひび割れを防止するには、150×10−6以上の膨張量が打込み後7日までに発生していれば、収縮ひび割れによる抵抗性を有するものであり、このことは前述の(社)土木学会の「膨張コンクリートの設計施工指針」にも示唆されている。
このことから、供試体No1及び6は、7日の膨張率が150×10−6以下であり、寒冷時におけるコンクリートとしては、不適切であることがわかる。
寒冷時に打ち込むコンクリートにおいては、上記試験結果から14日目の膨張率が600×10−6以下であれば膨張によるひび割れはおきないことが確認された。
ここで、14日目の膨張率を目安として設定したのは、寒冷時であっても14日以降には膨張の増加がほとんどないことに依るものである。
試体No10及び15は、14日目の膨張率が600×10−6以上あり、膨張によるひび割れが確認された。
したがって、低添加型膨張材の配合範囲を前記とすることによって乾燥収縮に起因するひび割れに対し、抵抗性を有するものとなる。
かかる確認試験では、各コンクリート材料(No.1〜15)を用いて5℃で打ち込んで各3個ずつ、外径10cm、高さ20cmの大きさの円柱状のコンクリート構造物試供体を作製した後、当該温度で湿潤養生1日目で型枠を脱型し、この各コンクリート構造物供試体を5℃の水中に浸漬させ、その後1日毎に各コンクリート構造物供試体の表面を目視にて観察し、膨張ひび割れの有無を調べたものである。
また、かかるコンクリート構造物供試体の強度発現性を試験した。
強度発現性は、JIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」により試験した。その結果を図9及び図10に示す。
従って、図5〜7、図9及び10並びに表2より、寒冷時のコンクリート材料の打込みにおいて、膨張ひび割れを発生させない単位膨張材量(kg/m3)の添加量の上限の膨張率は、材齢14日において600×10−6以下であればよいことがわかる。
現実に建造されたコンクリート構造物では、コンクリート中に埋設される鉄筋や既存のコンクリート構造物に収縮が拘束されることによって引張応力が発生し、この引張応力がコンクリート構造体の引張強度を上回った場合に、コンクリート構造体にひび割れが生じる現象が発生する。
前記に記載する通り打込み後材齢7日における一軸拘束膨張率が150×10−6未満であると、鉄筋などに拘束されたコンクリート構造物であっては、乾燥収縮によるひび割れの可能性があり、(社)土木学会の「膨張コンクリートの設計施工指針」をクリアできないことは、寒冷時も常温時も同じである。
Claims (3)
- 寒冷時打込み用コンクリート素材と水とを含んで混練して得られるコンクリート材料を打ち込んだ後の膨張率が、5℃水中養生7日目以降で150×10 −6 以上であり、かつ養生14日目で600×10 −6 以下の範囲内にあるコンクリート構造物を得るための寒冷時打込み用コンクリート素材であって、中庸熱ポルトランドセメントと、エトリンガイト−石灰複合系膨張材である低添加型膨張材と、骨材とを含み(但し、脂肪酸及び/又はそれらの塩類、高炉徐冷スラグは含まない)、当該コンクリート素材中に含有される中庸熱ポルトランドセメント及び低添加型膨張材の総質量に対して混合される水の質量割合X(質量%)と、仕上がりコンクリート構造物単位容積(m3)あたりに含有される低添加型膨張材の単位量Y(kg/m3)とが、次式;
27.5−0.25X≦Y≦37.5−0.25X
を満足する関係であり、Xは40≦X≦50、Yは15≦Y≦27.5の範囲であることを特徴とする、寒冷時打込み用コンクリート素材。 - 請求項1記載の寒冷時打込み用コンクリート素材において、更に、減水剤を含有することを特徴とする、寒冷時打込み用コンクリート素材。
- 請求項1または2記載の寒冷時打込み用コンクリート素材と水とを含んで混練して得られるコンクリート材料を打ち込むことにより建造することを特徴とする、コンクリート構造物。
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