JP5863031B2 - コンクリート - Google Patents

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Description

本発明は、コンクリートに関し、具体的には、超速硬セメント、細骨材、粗骨材、及び、水を備えているコンクリートに関する。
橋は、通常、車両等が通行するための路面となる床版と、その車両等の荷重を下部に伝える桁または梁,およびそれらの桁または梁を介して該床版を下側から支え且つ鉛直方向に延びる複数の橋脚とを備えて構成されている。該床版は、アスファルトやコンクリートで構成された複数の板状部材を備えており、該板状部材が桁または梁上に設けられている。また、該床版は、床版の橋軸方向に、板状部材の面が水平面となり、且つ、桁または梁および床版への荷重による変形や、温度変化による変形等の影響を後述のフィンガージョイントで吸収すべく、特定の橋脚上の橋軸方向の板状部材どうしの間には隙間ができるように前記部材が並べられた構成となっている。さらに、該床版は、該隙間に、該床版の橋軸方向に対する部材の伸縮を吸収するための鋼製のフィンガージョイントを備えており、該フィンガージョイントと前記板状部材とを繋ぐように前記隙間にコンクリート(以下、「間詰めコンクリート」ともいう。)が打設されて形成されている。
このように構成されている橋は、荷重や気温の変化等によって前記部材が伸縮しても前記フィンガージョイントがその伸縮によって生じる変形を吸収できるので、変形が拘束されることによって生じる応力が低減され,板状部材にひび割れが生じ難くなる。
しかるに、前記フィンガージョイントは、車両の通行等により劣化されて、部材の伸縮を吸収する機能が損なわれるので、数年から十数年に一度程度交換する必要がある。この劣化したフィンガージョイントを交換するには、前記板状部材どうしの間に打設された間詰めコンクリートをコンクリートブレーカー等により破壊してこの劣化したフィンガージョイントを外し、新たなフィンガージョイントを板状部材どうしの間の隙間に配し、この新たなフィンガージョイントと前記板状部材とを繋ぐように前記隙間に新たな間詰めコンクリートを打設し、該間詰めコンクリートが所望の強度(例えば、圧縮強度:24N/mm2 )になるまで該間詰めコンクリートを養生する作業が必要となる。
このようなフィンガージョイントの交換作業中には、車両等が橋を通行することができないという問題がある。
このようなことから、間詰めコンクリートの養生時間を短縮すべく、間詰めコンクリートとしては、超速硬セメントを含有するコンクリートが用いられている。
超速硬セメントを含有するコンクリートは、下記特許文献1に記載されているように比較的短い材齢で所定強度以上に到達するので、このコンクリートを用いることで養生時間を短縮できる。
特許第4307187号公報
しかしながら、昨今に於いては、橋は物流等の大きな基盤となるので、フィンガージョイントの交換のために橋の通行を停止する時間をより一層短くすることが要望されている。
また、間詰めコンクリートをコンクリートブレーカー等で破壊する際に、騒音や振動が生じることがあるが、騒音や振動が大きすぎる場合には近隣住民の健康を害する虞が考えられる。
ところで、フィンガージョイントの交換のために定期的に間詰めコンクリートが取り除かれるので、橋は、フィンガージョイントの交換時においても強度を保つべく、間詰めコンクリートが打設される箇所の真下が橋脚により支えられた構成となっている。よって、間詰めコンクリートは、板状部材の材料ほど高い強度が求められていない。
従って、間詰めコンクリートは、それほど高強度である必要がないので、間詰めコンクリートをコンクリートブレーカー等で破壊するのに要する時間を短縮でき、且つ騒音や振動を抑制することができるようにすべく、該間詰めコンクリートは、打設して所望の強度(例えば、圧縮強度:24N/mm2 )を確保しつつ、材齢が長くなっても強度、特に引張強度が高くなりすぎないことが望ましい。
しかるに、本発明者らが検討したところ、従来の超速硬セメントを含有するコンクリートは、比較的短い材齢で所望の強度以上に到達する一方で、その後も時間が経過するにつれて徐々に圧縮強度と引張強度とが共に高まり、その結果、必要以上に強度、特に引張強度が高いものとなってしまっていることがわかった。
本発明は、上記問題点に鑑み、短い材齢で十分に強度が高くなり且つ材齢が長くなっても強度、特に引張強度が高くなりすぎないコンクリートを提供することを課題とする。
本発明者らが鋭意研究したところ、コンクリートは、前記粗骨材に占める人工軽量粗骨材の体積割合、及び、前記細骨材に占める人工軽量細骨材の体積割合が所定の関係を満足することにより、短い材齢で十分に強度が高くなり、且つ、材齢が長くなっても強度、特に引張強度が高くなりすぎないことを見出し、本発明を想到するに至った。
すなわち、本発明は、超速硬セメント、細骨材、粗骨材、及び、水を備え、前記細骨材のコンクリート中の体積割合が0.235〜0.335m3 /m3 であり、前記粗骨材のコンクリート中の体積割合が0.360〜0.445m3 /m3 であり、前記粗骨材に占める人工軽量粗骨材の体積割合をX%、前記細骨材に占める人工軽量細骨材の体積割合をY%としたときに、X及びYが下記式の関係を満足することを特徴とするコンクリートにある。
50≦X≦100、且つ、−X+100≦Y≦100
本発明によれば、短い材齢で十分に強度が高くなり且つ材齢が長くなっても強度、特に引張強度が高くなりすぎないコンクリートを提供し得る。
すなわち、本発明のコンクリートをフィンガージョイントの設置のための間詰めコンクリートとして用いれば、劣化したフィンガージョイントを取り外すために、間詰めコンクリートをコンクリートブレーカー等で破壊するのに要する時間を短縮でき、且つ騒音や振動を抑制することができる。また、新たなフィンガージョイントを設置する際に、新たな間詰めコンクリートを打設してから設計基準強度(例えば、圧縮強度24N/mm2 )に到達する時間が短い(例えば、3時間)ので、新たな間詰めコンクリートを打設してから橋を解放するまでの時間を短縮できる。
以下、本発明の一実施形態について、橋脚上の板状部材どうしの間の隙間にフィンガージョイントを設置するために、該フィンガージョイントと前記板状部材とを繋ぐ間詰めコンクリートを例に説明する。
本実施形態のコンクリートは、超速硬セメント、細骨材、粗骨材、及び、水を備えている。
本明細書における超速硬セメントは、カルシウムアルミネートを備えている。好ましくは、カルシウムアルミネートを20〜60質量%備えている。具体例の超速硬セメントとしては、カルシウムアルミネート20〜60質量%、ポルトランドセメント20〜70質量%、II型無水石こう0.5〜30質量%、消石灰2〜10質量%、炭酸リチウム0.1〜3.0質量%を含み、SO3 /AL2 3 のモル比が1.4〜0.8であり、前記炭酸リチウムの平均粒径が10μm以下でかつ結晶度指数が半値幅で0.20以上であるセメントが挙げられる。ただし、本発明に係る超速硬セメントは、上記具体例の超速硬セメントを用いたコンクリートが材齢3時間の強度が同等ならば使用可能である。本発明に係る超速硬セメントは、JIS R 5201:1997に準じて測定された硬化時間(終結時間)が1分〜60分の超速硬セメントであることが好ましい。
本実施形態のコンクリートは、前記細骨材のコンクリート中の体積割合が0.235〜0.335m3 /m3 、好ましくは0.250〜0.315m3 /m3 、より好ましくは0.270〜0.295m3 /m3 である。なお、前記細骨材のコンクリート中の体積割合は、作製直後のコンクリートに占める表面乾燥状態の細骨材の体積割合を意味する。前記細骨材のコンクリート中の体積割合は、配合から計算によって求める。
また、本実施形態のコンクリートは、前記粗骨材のコンクリート中の体積割合が0.360〜0.445m3 /m3 、好ましくは0.375〜0.430m3 /m3 、より好ましくは0.395〜0.415m3 /m3 である。なお、前記粗骨材のコンクリート中の体積割合は、作製直後のコンクリートに占める表面乾燥状態の粗骨材の体積割合を意味する。前記粗骨材のコンクリート中の体積割合は、配合計算によって求める。
また、本実施形態のコンクリートは、前記粗骨材に占める人工軽量粗骨材(人工軽量骨材の粗骨材)の体積割合をX%、前記細骨材に占める人工軽量細骨材(人工軽量骨材の細骨材)の体積割合をY%としたときに、X及びYが下記式の関係を満足するコンクリートである。
50≦X≦100、且つ、−X+100≦Y≦100
前記人工軽量骨材は、JIS A 5002「構造用軽量コンクリート骨材」の「3.1 種類」で分類された「人工軽量骨材」を意味し、膨張頁岩、膨張粘土、膨張スレート、及びフライアッシュからなる群より選ばれた1種以上の原料を主原料とするものである。
本実施形態のコンクリートは、前記人工軽量骨材の他に、JIS A 5002「構造用軽量コンクリート骨材」の「3.1 種類」で分類された「天然軽量骨材」及び「副産軽量骨材」に属する粗骨材を備えてもよい。
前記人工軽量粗骨材は、好ましくは、強熱減量が0.3質量%以下である。該強熱減量が0.3質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、車両の通行等によって、曝露された表面部分に轍掘れが生じるのを抑制できるというという利点を有する。
また、前記人工軽量粗骨材は、好ましくは、三酸化硫黄(SO3 として)の含有量が0.15質量%以下である。該三酸化硫黄の含有量が0.15質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、フィンガージョイントや内部に設置された鉄筋などの鋼材を腐食させ難くすることできるという利点を有する。
さらに、前記人工軽量粗骨材は、好ましくは、塩化物イオン(NaClとして)の含有量が0.01質量%以下である。該塩化物イオンの含有量が0.01質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、フィンガージョイントや内部に設置された鉄筋などの鋼材を腐食させ難くすることできるという利点を有する。
また、前記人工軽量粗骨材は、好ましくは、絶乾密度が1.25〜1.35g/cm3 である。該絶乾密度が1.25g/cm3 以上であることにより、本実施形態のコンクリートは、短い材齢でより一層十分に強度が高くなるという利点を有する。該絶乾密度が1.35g/cm3 以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、過大な強度の発現をより一層抑制できるという利点を有する。
また、前記人工軽量粗骨材は、好ましくは、24時間吸水率が7〜11質量%である。該24時間吸水率が7質量%以上であることにより、本実施形態のコンクリートは、過大な強度の発現をより一層抑制するという利点を有する。また、該24時間吸水率が11質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、短い材齢でより一層十分に強度が高くなるという利点を有する。
なお、本明細書において、強熱減量、三酸化硫黄の含有量、塩化物イオンの含有量、絶乾密度、及び24時間吸水率は、JIS A 5002 :2003に規定された方法に従って測定したものを意味する。
本実施形態のコンクリートは、JIS A 5002「構造用軽量コンクリート骨材」の「3.1 種類」で分類された「天然軽量骨材」及び「副産軽量骨材」に属する細骨材を備えてもよい。
前記人工軽量細骨材は、好ましくは、強熱減量が0.5質量%以下である。該強熱減量が0.5質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、車両の通行等によって、曝露された表面部分に轍掘れが生じるのを抑制できるというという利点を有する。
また、前記人工軽量細骨材は、好ましくは、三酸化硫黄(SO3 として)の含有量が0.15質量%以下である。該三酸化硫黄の含有量が0.15質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、フィンガージョイントや内部に設置された鉄筋などの鋼材を腐食させ難くすることできるという利点を有する。
さらに、前記人工軽量細骨材は、好ましくは、塩化物イオン(NaClとして)の含有量が0.003質量%以下である。該塩化物イオンの含有量が0.003質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、フィンガージョイントや内部に設置された鉄筋などの鋼材を腐食させ難くすることできるという利点を有する。
また、前記人工軽量細骨材は、好ましくは、絶乾密度が1.6〜1.7g/cm3 である。該絶乾密度が1.6g/cm3 以上であることにより、本実施形態のコンクリートは、短い材齢でより一層十分に強度が高くなるという利点を有する。該絶乾密度が1.7g/cm3 以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、過大な強度の発現をより一層抑制できるという利点を有する。
さらに、前記人工軽量細骨材は、好ましくは、24時間吸水率が9〜11質量%である。該24時間吸水率が9質量%以上であることにより、本実施形態のコンクリートは、過大な強度の発現をより一層抑制するという利点を有する。また、該24時間吸水率が11質量%以下であることにより、本実施形態のコンクリートは、短い材齢でより一層十分に強度が高くなるという利点を有する。
また、本実施形態のコンクリートは、必要に応じて、本発明の効果が損なわれない範囲内において、各種の混和材料を含有してもよい。該混和材料としては、高性能減水剤、AE剤、AE減水剤、補強繊維等が挙げられる。前記高性能減水剤としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物等が挙げられる。前記補強繊維としては、ポリプロピレン繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等が挙げられる。
さらに、本実施形態のコンクリートは、水/セメント比が、好ましくは30〜50質量%であり、より好ましくは35〜45質量%となるように混合する。
また、本実施形態のコンクリートは、好ましくは、前記人工軽量粗骨材の実積率が63体積%以上となるように、前記人工軽量粗骨材を含有する。前記人工軽量粗骨材の実積率が63体積%以上であることにより、本実施形態のコンクリートは、所定の流動性を付与するのに必要な単位水量が少なくなり、その結果、含まれる水の量を抑制でき、打設後にひび割れが生じるのを抑制することができるという利点がある。
さらに、本実施形態のコンクリートは、好ましくは、モルタル中の前記人工軽量細骨材の実積率が52体積%以上となるように、前記人工軽量細骨材を含有する。モルタル中の前記人工軽量細骨材の実積率が52体積%以上であることにより、本実施形態のコンクリートは、所定の流動性を付与するのに必要な単位水量が少なくなり、その結果、含まれる水の量を抑制でき、打設後にひび割れが生じるのを抑制することができるという利点がある。
なお、本明細書において、実積率は、JIS A 5002 :2003に規定された方法に従って測定したものを意味する。
本実施形態のコンクリートは、橋脚上の板状部材どうしの間の隙間にフィンガージョイントを設置するために、該フィンガージョイントと前記板状部材とを繋ぐ間詰めコンクリートとして好適に用いられる。本実施形態のコンクリートは、短い材齢で十分に強度が高くなり且つ材齢が長くなっても強度、特に引張強度が高くなりすぎないので、劣化したフィンガージョイントを取り外すために、間詰めコンクリートをコンクリートブレーカー等で破壊するのに要する時間を短縮でき、且つ騒音や振動を抑制することができる。また、新たなフィンガージョイントを設置する際に、新たな間詰めコンクリートを打設してから設計基準強度(例えば、圧縮強度24N/mm2 )に到達する時間が短い(例えば、3時間)ので、新たな間詰めコンクリートを打設してから橋を解放するまでの時間を短縮できる。
また、本実施形態のコンクリートは、橋梁におけるフィンガージョイントの設置のための間詰めコンクリートとしてだけでなく、コンクリートやアスファルトなどで構成された一般構造物どうしの隙間を埋め且つ構造物よりも頻繁に交換が必要となる間詰めコンクリートとしても好適に用いられる。
なお、本実施形態のコンクリートは、上記構成に限定されず、適宜設計変更可能である。
次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。
(実施例1)
実施例1のコンクリートの作製には、下記材料を用いた。
超速硬セメント(C):マイルドジェットスーパーセメント(住友大阪セメント(株)製)、密度2.98g/cm3
細骨材(S):人工軽量細骨材(アサノライト、太平洋マテリアル(株)製)、表乾密度1.90g/cm3、絶乾密度1.68g/cm3
粗骨材(G):人工軽量粗骨材(アサノライト、太平洋マテリアル(株)製)、表乾密度1.65g/cm3、絶乾密度1.26g/cm3、最大寸法15mm
高性能減水剤(Ad):(マイティー150、花王(株)製、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物)
まず、上記材料及び水(W)を表1に示す割合で混合して、表1の割合のコンクリートを得た。なお、表1では、「W/C」は、水セメント比を意味し、「s/a」は、細骨材率(全骨材に占める細骨材の体積割合)を意味する。
(実施例2)
細骨材として、人工軽量細骨材の代わりに、川砂(栃木県鬼怒川産)(密度2.59g/cm3 、F.M.(粗粒率)2.20)を用いたこと、及び、配合割合を表1の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
(実施例3)
細骨材として、人工軽量細骨材、及び川砂(栃木県鬼怒川産)(密度2.59g/cm3 、F.M.(粗粒率)2.20)を用いたこと、並びに、配合割合を表1の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
(実施例4)
粗骨材として、人工軽量粗骨材、及びJIS A 5005:2009「コンクリート用砕石及び砕砂」に規定の砕石2005(栃木県佐野産)(密度2.74g/cm3 、F.M.(粗粒率)6.87)を用いたこと、並びに、配合割合を表1の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
(実施例5)
粗骨材として、人工軽量粗骨材、及びJIS A 5005:2009「コンクリート用砕石及び砕砂」に規定の砕石2005(栃木県佐野産)(密度2.74g/cm3 、F.M.(粗粒率)6.87)を用いたこと、細骨材として、人工軽量細骨材、及び川砂(栃木県鬼怒川産)(密度2.59g/cm3 、F.M.(粗粒率)2.20)を用いたこと、並びに、配合割合を表1の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
(実施例6)
補強繊維(バルチップPW・Jr、荻原工業(株)製、規格:30dt(g/10km)、繊維長:12mm、繊維径:0.065mm、引張強度:530MPa、引張弾性率:5000MPa)を0.05体積%含有すること以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
(比較例1)
細骨材として、人工軽量細骨材の代わりに、川砂(栃木県鬼怒川産)(密度2.59g/cm3 、F.M.(粗粒率)3.04)を用いたこと、粗骨材として、人工軽量粗骨材の代わりに、JIS A 5005:2009「コンクリート用砕石及び砕砂」に規定の砕石2005(栃木県佐野産)(密度2.74g/cm3 、F.M.(粗粒率)6.87)を用いたこと、並びに、配合割合を表1の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
(比較例2)
粗骨材として、人工軽量粗骨材の代わりに、JIS A 5005:2009「コンクリート用砕石及び砕砂」に規定の砕石2005(栃木県佐野産)(密度2.74g/cm3 、F.M.(粗粒率)6.87)を用いたこと、並びに、配合割合を表1の割合にしたこと以外は、実施例1と同様にしてコンクリートを得た。
実施例及び比較例のコンクリートの作製直後のスランプ、空気量、及びコンクリート温度を測定した。スランプ及び空気量は、それぞれJIS A 1101:2005「コンクリートのスランプ試験方法」及びJIS A 1128:2005「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法−空気室圧力方法」に従って測定した。また、粗骨材のコンクリート中の体積割合、細骨材のコンクリート中の体積割合は、配合計算によって求めた。結果を表1に示す。
また、JIS A 1132:1999「コンクリート強度試験用供試体の作り方」に従い、実施例及び比較例のコンクリートを用いて供試体を作製し、材齢3時間、7日、28日及び91日の供試体の圧縮強度及び割裂引張強度を測定した。圧縮強度及び割裂引張強度は、それぞれJIS A 1108:1999「コンクリートの圧縮強度試験方法」及びJIS A 1113:1999「コンクリートの割裂引張強度試験方法」に従って測定した。結果を表2、3に示す。
Figure 0005863031
Figure 0005863031
Figure 0005863031
表2、3に示すように、本発明の範囲内である実施例1〜5のコンクリートは、比較例1、2に比して、材齢が3時間と短い場合には圧縮強度が同程度であったが、材齢が91日以上と長い場合には圧縮強度が低い値を示した。
また、本発明の範囲内である実施例1〜5のコンクリートは、材齢が3時間と短くても、圧縮強度が28N/mm2 以上となり、設計基準強度である24N/mm2 を超える値を示した。
また、本発明の範囲内である実施例1〜5のコンクリートは、比較例1、2に比して、材齢が3時間と短い場合には割裂引張強度がやや低い値であるが略同程度である一方で、材齢が91日以上と長い場合には割裂引張強度が低い値を示した。
以上のことからも、本発明のコンクリートは、短い材齢で十分に強度が高くなり且つ材齢が長くなっても強度、特に引張強度が高くなりすぎないコンクリートであることがわかる。
すなわち、本発明のコンクリートをフィンガージョイントの設置のための間詰めコンクリートとして用いれば、劣化したフィンガージョイントを取り外すために、間詰めコンクリートをコンクリートブレーカー等で破壊するのに要する時間を短縮でき、且つ騒音や振動を抑制することができる。また、新たなフィンガージョイントを設置する際に、新たな間詰めコンクリートを打設してから設計基準強度(例えば、圧縮強度24N/mm2 )に到達する時間が短い(例えば、3時間)ので、新たな間詰めコンクリートを打設してから橋を解放するまでの時間を短縮できる。
また、補強繊維を用いた実施例6のコンクリートは、補強繊維を用いていない実施例1と圧縮強度及び割裂引張強度が同程度であった。このことから、実施例6のコンクリートは、本願発明の効果があるとともに、補強繊維を有することで、硬化したコンクリートに関し供用中などにひび割れが発生したとしても、コンクリートの塊の飛散を抑制することができるという利点もある。

Claims (2)

  1. 超速硬セメント、細骨材、粗骨材、及び、水を備え、前記細骨材のコンクリート中の体積割合が0.270〜0.295/mであり、前記粗骨材のコンクリート中の体積割合が0.395〜0.415/mであり、前記粗骨材に占める人工軽量粗骨材の体積割合をX%、前記細骨材に占める人工軽量細骨材の体積割合をY%としたときに、X及びYが下記式の関係を満足し、材齢3時間における圧縮強度が24N/mmを超えることを特徴とするコンクリート。
    50≦X≦100、且つ、−X+100≦Y≦100
  2. X及びYが下記式の関係を満足する請求項1に記載のコンクリート。
    X=100、且つ、Y=100
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