JP5649780B2 - コンクリート組成物の製造方法及びコンクリート成形体 - Google Patents
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Description
しかしながら、コンクリート成形体の高強度化の手段として、水/結合材比を低くすると、粉体の量が増加するため、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製するのに時間が掛かるという問題があり、これについては、減水剤を配合することで効率化を図っている。
高強度コンクリートにおいては、水/結合材比を低減して、セメントとともにシリカフュームや石灰石微粉などの微粉末の含有量をも増加させるが、粉末量が多く、且つ、粉末のかさ容積が大きいために、水/結合材比が0.3以下、特に、0.2以下のものを調製する場合、粉体間に減水剤を含んだ水が均一に行きわたらず、均一なスラリーとなるのに長時間かかる、或いは、10分間以上練り混ぜても、スラリー形成の前段階である、各固体粒子間の一部に水が侵入して塊状となるペンデュラー状態が形成されず、均一なスラリーとならないといった問題がある。
また、本発明のさらなる目的は、前記コンクリート組成物の製造方法により得られる組成物を用いてなる、水/結合材比が低く、高圧縮強度のコンクリート成形体を提供することにある。
即ち、本発明の構成は以下に示すとおりである。
<1> 水/結合材比が0.05以上0.15以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を100質量部としたときに、結合材の50質量部から90質量部と水と細骨材とポリカルボン酸コポリマーを含む減水剤とを、ミキサー中で練り混ぜて練り混ぜられる混合物がスラリー状態となり流動性が向上したことを練り混ぜに用いるミキサーの負荷電流がピークを過ぎたことにより確認することでスラリーを調整する第1の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第2の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
<2> 前記第1の練り混ぜ工程において、練り混ぜ開始からスラリー状となるまでに掛かる時間が15秒〜2分間である<1>記載のコンクリート組成物の製造方法。
<3> 前記第1の練り混ぜ工程において、練り混ぜられる混合物がスラリー状態となり流動性が向上したことを確認した後、さらに、混合物を1分間〜3分間練り混ぜる<1>又は<2>記載のコンクリート組成物の製造方法。
<5> 前記第1の練り混ぜ工程に用いられる、結合材が、セメント、シリカフューム、スラグ、石灰石微粉末、フライアッシュから選択される1種以上を含有する<1>〜<4>のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
<7> <1>〜<6>のいずれか1項に記載のコンクリート組成物の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる、圧縮強度が80N/mm2以上であるコンクリート成形体。
また、打設に適したコンクリート組成物を短時間で効率よく調整しうるために、スラリー調製時の巻き込み空気が少なくなり、スラリー調製に時間とエネルギーとを本態様よりも多く必要とする一括練りに比べて、このコンクリート組成物を硬化させて得られる成形体の圧縮強度も向上するものと考えられる。
一般に、水/結合材比が低いほど練り混ぜによる均一なスラリー状混合物の調製が困難であるため、本発明の製造方法は、水結合材比が0.05〜0.15のコンクリート組成物の調製に用いて、その効果が著しいといえる。
また、本発明のコンクリート組成物の製造方法により得られる組成物を用いることで、水/結合材比が低く、高圧縮強度のコンクリート成形体を提供することができる。
本発明のコンクリート組成物の製造方法は、水/結合材比が0.05以上0.15以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を100質量部としたときに、結合材の50質量部から90質量部と水と細骨材とポリカルボン酸コポリマーを含む減水剤とを練り混ぜてスラリーを調整する第1の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第2の練り混ぜ工程とを有することを特徴とする。
以下、本発明の製造方法について詳細に説明する。
水/結合材比は、0.05〜0.15、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が87質量%〜95質量%、の範囲であることを要する。
なお、本発明における結合材は、コンクリートの主成分であるセメント及び一般にセメントと共に用いられるシリカフューム、スラグやフライアッシュなどの微粉末を包含するものである。
本発明に用いうるセメント以外の結合材としては、具体的には、高炉スラグ微粉末などのスラグ、石灰石微粉末、フライアッシュやシリカフュームなどが好ましく挙げられる。
本発明において「結合材」とは、セメント及び添加材としての他の結合材粉末を包含するものである。
本発明に用いられるコンクリート組成物は、水/結合材比が0.05以上0.15以下であることを要するが、本発明において「水/結合材比」と表記した場合の結合材の量は、セメント類及びセメント以外の上述した結合材の総量を基準とするものである。
第1の練り混ぜ工程では、まず、水全量に対し、結合材のうち、全体の50〜90質量部を量り取り、これを添加して練り混ぜる。
用いられる細骨材としては、山砂や砕砂など、公知のものを用いることができる。粗骨材は配合される全量を第1の練り混ぜ工程において添加することが好ましい。
減水剤としては、公知のものを適宜選択できるが、リグニンスルホン酸などを主成分とするAE減水剤、高級脂肪酸のスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩を含む減水剤、及び、実施例で使用されたチューポールSSP(商品名:竹本油脂社製)であるポリカルボン酸コポリマーを主成分とする減水剤などから選択される界面活性剤を主成分とする減水剤などが挙げられる。本発明においては、第1の練り混ぜ工程において、好ましい減水剤の一つであるポリカルボン酸コポリマーを含む減水剤を添加する。
減水剤の添加量としては、第1の練り混ぜ工程に用いられる結合材の総量を100質量部としたとき、0質量部を超え10質量部以下の範囲で添加することができる。
減水剤を添加する場合、第1の練り混ぜ工程において添加するかぎり、添加の時期は任意であり、また、減水剤の一部を第2の練り混ぜ工程において添加してもよい。
練り混ぜに用いるミキサーは公知のものを適宜使用することができる。
練り混ぜ開始からスラリー状となるまでに掛かる時間は、通常15秒間〜5分間であることが好ましく、15秒〜2分間であることがより好ましい。
また、スラリー状態となった後、均一性向上のため、さらに、1〜3分間程度練り混ぜることが好ましい。
本工程では、第1の練り混ぜ工程で調製されたスラリー状の混合物(モルタル或いはセメントペースト)に残余の結合材を添加してさらに練り混ぜを行う。
この工程は、第1の練り混ぜ工程に引き続き、同じミキサーを用いて行うことができる。すなわち、第1の練り混ぜ工程の終了後、ミキサーを一旦停止し、スラリー状態となった混合物に対して、残余の結合材を添加してさらに練り混ぜを行うことができる。
この工程では、スラリー状態となった混合物に対して、結合材のみを添加するが、すでにスラリー状態が形成されたものに対し、粉末を添加することで、粉末はスラリー中に速やかに分散され、均一なコンクリート組成物が形成される。結合材を添加すると、直後には、混合物中に凝集体であるフェニキュラー状態が形成され、1〜5分間、好ましくは、1〜3分間ほど練り混ぜると、均一なスラリー状態となり、たとえば、ミキサーの負荷電流が一旦上昇し、その後、下降する。
第2の練り混ぜ工程においても、スラリー状態となった後、さらに、1〜3分間程度練り混ぜを続けることが好ましい。
こうして、所定の水/結合材比を有する流動状のコンクリート組成物を短時間で製造することができる。
例えば、強度、靭性、耐火性などの向上を目的として、コンクリート組成物に炭素繊維、鋼繊維などの補強繊維を添加することもできる。
コンクリート組成物においては、水、セメント、混和材料、骨材、化学混和剤などの各種材料の重量比を適宜調整することで強度や物性を調整することもできる。
また、第2の練り混ぜ工程の終了後に添加することが好ましい成分としては、鋼繊維、有機繊維などが挙げられる。
細骨材及び粗骨材は、必要とする総添加量を一度に添加してもよく、また、これを2分割から3分割して、異なる工程で添加してもよい。
細骨材及び粗骨材添加の態様としては、第1の練り混ぜ工程において総量を添加する態様、第2の練り混ぜ工程において総量を添加する態様。第1及び第2の練り混ぜ工程の終了後に総量を添加する態様、さらには、粗骨材を2分割して、第1の練り混ぜ工程と第2の練り混ぜ工程においてそれぞれを添加する態様、第2の練り混ぜ工程と第1及び第2の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様、第1の練り混ぜ工程と第1及び第2の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様、粗骨材を3分割して、第1の練り混ぜ工程、第2の練り混ぜ工程、及び、第1及び第2の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様などのいずれの態様をとってもよい。
細骨材及び粗骨材を2分割、3分割する際の量比は任意である。
これらの条件は、コンクリート組成物に用いる材料や目的とする組成物の物性に従って適宜選択すればよい。
これらのなかでも、細骨材は第1の練り混ぜ工程中に添加することが好ましく、粗骨材は第2の練り混ぜ工程の終了後に添加することが好ましいことは前述したとおりである。
前記本発明の製造方法により調製されたコンクリート組成物は水結合材比が0.05以上0.15以下と低いものではあるが、流動性に優れた均一なスラリー状態であることから、このような組成物を硬化させて得られる本発明のコンクリート成形体硬化体は、圧縮強度が高く、圧縮強度が80N/mm2以上を達成する。
水結合材比をさらに低くすることにより圧縮強度をさらに向上させることができ、本発明のコンクリート成形体の圧縮強度は好ましくは、100N/mm2以上であり、さらに好ましくは、150N/mm2以上である。
〔実施例1〕
(コンクリート組成物の調製)
[使用材料]
セメント:低熱ポルトランドセメント(三菱マテリアル社製)比重3.24
混和材:シリカフューム(エルケム社製)比重2.2
水:水道水
細骨材:大月産安山岩砕砂 比重2.6
粗骨材:大月産安山岩砕石 最大寸法15mm 比重2.6
減水剤:チューポールSSP(竹本油脂社製)添加量:セメント総量の5質量%
単位水量:126kg/m3、水結合材比が0.11となるコンクリート組成物を調製する。また、粗骨材は、かさ容積が0.5m3/m3となる量で添加する。コンクリートの練り量は80Lとした。
まず、水の全量、及び混和剤の全量、セメントと混和材を合わせた結合材のうち50質量%に相当する45.76kg、及び、細骨材の50質量%に相当する17.56kg、粗骨材の細骨材の50質量%に相当する29.72kgを100L練強制2軸ミキサー中に投入して練り混ぜた。
練り混ぜ後、23秒間で均一なスラリー状態が形成された。
(第2の練り混ぜ工程)
その後、ミキサーを一旦止めて残余の結合材45.76kg及び残余の細骨材17.56、粗骨材29.72kgをミキサーに投入してさらに練りまぜたところ、49秒後に均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得た。
即ち、本実施形態では、練り混ぜは、第1の練り混ぜで、水全量+混和剤全量+(結合材+粗骨材+細骨材)のそれぞれ半量を添加し、第2の練り混ぜで、(結合材+粗骨材+細骨材)のそれぞれ半量を追加して行った。
均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得るまでに要したエネルギーは、1611A・秒であった。
得られたコンクリート組成物を直径100mm、高さ200mmの型枠に打設し、標準水中養生を行って、材齢28日間のコンクリート成形体を得た。得られたコンクリート成形体の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定したところ、155.1N/mm2であり、高強度の成形体であることが確認された。また、同様の成形体を90℃3日間の蒸気養生にて硬化させたところ、圧縮強度は259.4N/mm2であり、蒸気養生によっても高強度の成形体が得られることが確認された。
実施例1と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例1で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して1工程で練り混ぜを行い、比較例1のコンクリート組成物を調整した。
図2は、比較例1のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。1工程の練り混ぜによれば、実施例1におけるよりも、均一なスラリー状態の組成物を得るまでに1.5倍ほどの時間が掛かることがわかる。
均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得るまでに要したエネルギーは、2252A・秒であり、実施例1に比べ、より多くのエネルギーを要することがわかる。
得られたコンクリート組成物を実施例1と同様の型枠に打設し、標準水中養生を行って、材齢28日間のコンクリート成形体を得た。得られたコンクリート成形体の圧縮強度を測定したところ、161.8N/mm2であり、高強度の成形体であることが確認された。また、同様の成形体を90℃3日間の蒸気養生にて硬化させたところ、圧縮強度は252.7N/mm2であり、蒸気養生によっても高強度の成形体が得られることが確認された。
実施例1と比較例1との対比より、実施例1の製造方法によれば、水/結合材比の低いコンクリート組成物を用いて、従来品と同等の優れた圧縮強度を有する成形体を、より短時間で、より低エネルギーで製造しうることがわかる。
(コンクリート組成物の調製)
[使用材料]
セメント:シリカフュームセメント(三菱マテリアル社製)比重3.08
水:水道水
細骨材:山梨県大月産 安山岩砕砂 密度2.61 吸水率2.48
減水剤:チューポールSSP(竹本油脂社製)
単位水量:162kg/m3、水結合材比が0.10となるコンクリート組成物を調製する。
第1の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の混合物を得るのに要した時間を測定したところ、45秒であり、第2の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の組成物を得るように要した時間は75秒であり、均一なコンクリート組成物を得るのに要した時間は、120秒であった。
また、得られたコンクリート組成物を用い、実施例1と同様の条件にて、標準水中養生及び蒸気養生にて硬化させ、コンクリート組成物を得て、成形体の圧縮強度を測定した。
実施例2と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例1で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して1工程で練り混ぜを行い、比較例2のコンクリート組成物を調整した。
比較例2において、均一なコンクリート組成物を得るのに要した練り混ぜ時間は、150秒であった。
比較例2により得られたコンクリート組成物について、実施例1と同様に評価した。結果を下記表1に記載する。
(コンクリート組成物の調製)
[使用材料]
セメント:シリカフュームセメント(三菱マテリアル社製)比重3.08
水:水道水
細骨材:山梨県大月産 安山岩砕砂 密度2.61 吸水率2.48
減水剤:チューポールSSP(竹本油脂社製)
単位水量:149kg/m3、水結合材比が0.09となるコンクリート組成物を調製する。
第1の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の混合物を得るのに要した時間を測定したところ、51秒であり、第2の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の組成物を得るように要した時間は84秒であり、均一なコンクリート組成物を得るのに要した時間は、135秒であった。
また、得られたコンクリート組成物を用い、実施例1と同様の条件にて、標準水中養生及び蒸気養生にて硬化させ、コンクリート組成物を得て、成形体の圧縮強度を測定した。
実施例3と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例1で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して1工程で練り混ぜを行い、比較例3のコンクリート組成物を調整した。
比較例3において、均一なコンクリート組成物を得るのに要した練り混ぜ時間は、180秒であった。
比較例3により得られたコンクリート組成物について、実施例1と同様に評価した。結果を下記表1に記載する。
また、本発明の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる成形体は、比較例により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる成形体に比べ、標準的な水中養生のもの、蒸気養生のもののいずれも、圧縮強度がより高いことがわかる。
Claims (7)
- 水/結合材比が0.05以上0.15以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を100質量部としたときに、結合材の50質量部から90質量部と水と細骨材とポリカルボン酸コポリマーを含む減水剤とを、ミキサー中で練り混ぜて、練り混ぜに用いるミキサーの負荷電流がピークを過ぎたことにより、練り混ぜられる混合物がスラリー状態となり流動性が向上したことを確認することでスラリーを調整する第1の練り混ぜ工程と、
該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第2の練り混ぜ工程と、を有するコンクリート組成物の製造方法。 - 前記第1の練り混ぜ工程において、練り混ぜ開始からスラリー状となるまでに掛かる時間が15秒〜2分間である請求項1記載のコンクリート組成物の製造方法。
- 前記第1の練り混ぜ工程において、練り混ぜられる混合物がスラリー状態となり流動性が向上したことを確認した後、さらに、混合物を1分間〜3分間練り混ぜる請求項1又は請求項2記載のコンクリート組成物の製造方法。
- 前記第1の練り混ぜ工程において使用される水と結合材との混合比率が、0.1〜0.3である請求項1から請求項3のいずれか1項記載のコンクリート組成物の製造方法。
- 前記第1の練り混ぜ工程に用いられる、結合材が、セメント、シリカフューム、スラグ、石灰石微粉末、フライアッシュから選択される1種以上を含有する請求項1から請求項4のいずれか1項記載のコンクリート組成物の製造方法。
- 前記第2の練り混ぜ工程の後に、さらに、粗骨材を添加して練り混ぜる第3の練り混ぜ工程を有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のコンクリート組成物の製造方法。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のコンクリート組成物の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる、圧縮強度が80N/mm2以上であるコンクリート成形体。
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