JP6217513B2 - 円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、超高強度繊維補強コンクリートからなる構造体の圧縮強度を評価するための円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法に関する。
近年、構造体の軽量化、鉄筋使用量の削減などの要求に伴って、超高強度繊維補強コンクリートが普及しつつある。超高強度繊維補強コンクリートは、補強用繊維を混入した圧縮強度１５０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強度８．８Ｎ／ｍｍ２以上、ひび割れ発生強度８．０Ｎ／ｍｍ２以上の超高強度材料である。
超高強度繊維補強コンクリートは、上述した１５０Ｎ／ｍｍ２以上の高い圧縮強度を有する。超高強度繊維補強コンクリートの圧縮強度を測定するためには、通常のコンクリートの圧縮強度測定方法を適用することが考えられる。
通常のコンクリートの圧縮強度測定方法としては、例えば、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」、及びＪＩＳ Ａ １１０７の「コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法」がある。
ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」は、コンクリート製の円柱供試体の上下端面に、一様の速度で荷重を加える。そして、円柱供試体が破壊されるまでに測定された最大荷重（Ｎ）及び円柱供試体の直径（ｍｍ）に基づいて、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を算出する。
一方、ＪＩＳ Ａ １１０７の「コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法」では、実際の構造体の各部分からコア供試体を採取する。そして、ＪＩＳ Ａ １１０８と同様に、コア供試体の最大荷重（Ｎ）を測定し、補正前の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を算出する。その後、所定の補正係数を用いて、補正前の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を補正する。
その他の圧縮強度測定方法として、例えば、特公平１−１４５３９公報（特許文献１）に提案されているような、マスコンクリート供試体の管理方法がある。このマスコンクリート供試体の管理方法は、マスコンクリート供試体を水槽内に入れ、実際に施工した実施工マスコンクリート又はこれを模した模擬マスコンクリートの履歴温度に合わせて、水槽の温度を制御することを特徴とする。
しかし、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」を超高強度繊維補強コンクリートに適用した場合は、実際の構造体と、これと同じ材齢の円柱供試体との圧縮強度に大きな差が生じてしまうという問題があった。すなわち、通常のコンクリートと比較して、超高強度繊維補強コンクリートには、非常に多くの結合材が含まれている。このため、超高強度繊維補強コンクリートからなる実際の構造体の内部は、結合材の水和発熱による温度上昇量の増大によって強度が促進される。この結果、実際の構造体の圧縮強度と、これと同じ材齢の円柱供試体の圧縮強度とに大きな差が生じてしまい、構造体の圧縮強度を正確に測定することができなかった。
ＪＩＳ Ａ １１０７「コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法」は、実際に施工した構造体の各部分からコア供試体を採取しなければならず、構造体の損傷を補修しなければならないという問題があった。また、構造体のコンクリート強度が低い場合には、採取時にコア供試体が損傷してしまうおそれがあった。さらに、コア供試体を採取するには、コンクリートの打継ぎ面、型枠際、鉄筋などを回避しなければならない。
そこで、ＪＩＳ Ａ １１０７の方法に準じて、実際に施工した構造体を模した模擬平板からコア供試体を採取することが考えられる。しかし、模擬平板からコア供試体を採取するには、ＪＩＳ Ａ １１０７の方法と同様に、コアドリルを用いて模擬平板から円柱状のコア供試体を切り取らなければならなかった。このため、コア供試体の採取に手間を要するとともに、コア供試体を破損させない程度の熟練した技術を要するという問題があった。また、コアドリルの使用は、手間以外にコストも掛かる。
特公平１−１４５３９公報（特許文献１）に提案されているマスコンクリート供試体の管理方法は、水槽、制御装置、電源などを含む試験装置が必要である。このため、試験装置の設置に手間と時間を要するとともに、試験装置自体が高価であり、簡単に実施することができないという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成、簡単な手順により、超高強度繊維補強コンクリートからなる構造体の圧縮強度を正確に測定することができる円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法の提供を目的とする。
本発明者らが鋭意研究した結果、模擬平板となる超高強度繊維補強コンクリートの中で、円柱供試体となる超高強度繊維補強コンクリートを分離して成形するとともに、これら超高強度繊維補強コンクリートどうしの熱伝導を良好にすることを見出した。本発明者らが見出した手段によれば、円柱供試体となる超高強度繊維補強コンクリートの水和発熱によって発現される強度を、実際に施工した構造体となる超高強度繊維補強コンクリートの水和発熱によって発現される強度と近似させることが可能となる。さらに、超高強度繊維補強コンクリートの硬化後に、コアドリルを用いることなく、模擬平板から円柱供試体を簡単に取り出すことが可能となれば、上述した従来技術の問題点は全て解決される。
（１）上記目的を達成するために、本発明の円柱供試体の製造装置は、超高強度繊維補強コンクリートからなる構造体を模した模擬平板から取り出された円柱供試体を製造するための装置であって、前記超高強度繊維補強コンクリートにより前記模擬平板を形成するための第１型枠と、前記第１型枠内に配置され、前記超高強度繊維補強コンクリートにより前記円柱供試体を形成するための少なくとも一つの円筒状の第２型枠と、前記第１型枠内において前記第２型枠に隣接して配置される少なくとも一つの楔と、を備えた構成としてある。
（２）好ましくは、上記（１）の円柱供試体の製造装置において、前記第２型枠が金属材料によって構成される構成にするとよい。
（３）好ましくは、上記（１）又は（２）の円柱供試体の製造装置において、前記第２型枠の直径と高さとの比率が１：２である構成にするとよい。
（４）好ましくは、上記（１）〜（３）のいずれかの円柱供試体の製造装置において、前記第１型枠内に複数の前記第２型枠が並んで配置され、隣り合う前記第２型枠どうしの間に前記楔がそれぞれ配置される構成にするとよい。
（５）好ましくは、上記（１）〜（４）のいずれかの円柱供試体の製造装置において、前記楔の表面に剥離剤が塗布された構成にするとよい。
（６）上記目的を達成するために、本発明の円柱供試体の製造方法は、上記（１）〜（５）のいずれかの円柱供試体の製造装置を用いた円柱供試体の製造方法であって、前記第１型枠内に、前記楔を配置する第１工程と、前記第２型枠内に、前記超高強度繊維補強コンクリートを流し込む第２工程と、前記第１型枠内に、前記第２型枠を配置する第３工程と、前記第１型枠内に、前記超高強度繊維補強コンクリートを流し込む第４工程と、前記超高強度繊維強化コンクリートの硬化後に、前記模擬平板から前記楔を抜き取る第５工程と、前記楔を抜き取ることで前記模擬平板に形成された穴に、工具を打ち込んで前記模擬平板を割裂させ、前記第２型枠を取り出す第６工程と、前記前記第２型枠から前記円柱供試体を取り出す第７工程と、を含み、前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程、前記第４工程は、少なくとも前記第５工程よりも前に任意の順序で行われる方法としてある。
（７）上記目的を達成するために、本発明の圧縮強度測定方法は、上記（６）の円柱供試体の製造方法により製造された前記円柱供試体を用いて、前記超高強度繊維補強コンクリートの圧縮強度を測定する方法としてある。
円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法によれば、簡単な構成、簡単な手順により、超高強度繊維補強コンクリートからなる構造体の圧縮強度を正確に測定することが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法について、図面を参照しつつ説明する。
＜円柱供試体の製造装置＞
まず、本発明の実施形態に係る円柱供試体の製造装置について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施形態に係る円柱供試体の製造装置について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
本発明の第１実施形態に係る円柱供試体の製造装置を図１（ａ）〜（ｃ）に示す。これら図面において、本実施形態の製造装置１は、超高強度繊維補強コンクリート３からなる構造体（図示せず）を模した模擬平板３Ａから取り出された円柱供試体３Ｂを製造するための装置である。製造装置１は、第１型枠１０と、複数の第２型枠２０と、複数の楔３０と、楔ホルダ４０とを備えた構成となっている。
＜＜第１型枠＞＞
第１型枠１０は、超高強度繊維補強コンクリート３により模擬平板３Ａを形成するためのものである。本実施形態の第１型枠１０は、型枠本体１１と、底板１２とで構成されている。型枠本体１１は、正方形の枠体である。底板１２は、型枠本体１１とほぼ同じ縦横幅の正方形の板部材である。底板１２は、型枠本体１１の底面を塞ぐ。型枠本体１１は、四方を壁部に囲まれた正方形のキャビティ１３を形成する。
第１型枠１０は、超高強度繊維補強コンクリート３により模擬平板３Ａを形成するためのものである。本実施形態の第１型枠１０は、型枠本体１１と、底板１２とで構成されている。型枠本体１１は、正方形の枠体である。底板１２は、型枠本体１１とほぼ同じ縦横幅の正方形の板部材である。底板１２は、型枠本体１１の底面を塞ぐ。型枠本体１１は、四方を壁部に囲まれた正方形のキャビティ１３を形成する。
型枠本体１１及び底板１２の素材は、超高強度繊維補強コンクリート３の成形に耐え得る強度を有するものであれば、特に限定されるものではない。型枠本体１１及び底板１２の素材として、例えば、金属、木材、合成樹脂などを適用することができる。本発明の実施例として、鋼製の第１型枠を図３（ａ）に例示する。また、合板製の第１型枠を図３（ｂ）に例示する。
ここで、実際の構造物が模擬平板３Ａよりも大きい場合には、発泡ポリスチレンなどを用いて、型枠本体１１を断熱することが望ましい。型枠本体１１を断熱することで、模擬平板３Ａが成形されるまでの超高強度繊維補強コンクリート３の温度履歴を、実際の構造物が形成されるまでの超高強度繊維補強コンクリート３の温度履歴により近づけることが可能となる。例えば、型枠本体１１の四方の壁部を発泡ポリスチレン製の断熱材で囲み、型枠本体１１内の超高強度繊維補強コンクリート３を養生させるとよい。発泡ポリスチレン製の断熱材として、例えば、厚さ５ｃｍ程度の板材を用いることができる。
＜＜第２型枠＞＞
第２型枠２０は、超高強度繊維補強コンクリート３により円柱供試体３Ｂを形成するためのものである。本実施形態の製造装置１は、４つの第２型枠２０、２０、２０、２０を備えている。各第２型枠２０は、いずれも第１型枠１０のキャビティ１３内に一列に並んで配置される。各第２型枠２０は、いずれも鋼製の円筒状部材である。各第２型枠２０は、円筒の内外における熱伝導率を良好にするために、壁部を可能な限り薄肉とすることが好ましい。第２型枠２０の熱伝導率が良好な壁部の厚さとして、例えば、０．０５〜５．００ｍｍの範囲内とすることが考えられ、０．２ｍｍ前後の範囲内が好ましい。
第２型枠２０は、超高強度繊維補強コンクリート３により円柱供試体３Ｂを形成するためのものである。本実施形態の製造装置１は、４つの第２型枠２０、２０、２０、２０を備えている。各第２型枠２０は、いずれも第１型枠１０のキャビティ１３内に一列に並んで配置される。各第２型枠２０は、いずれも鋼製の円筒状部材である。各第２型枠２０は、円筒の内外における熱伝導率を良好にするために、壁部を可能な限り薄肉とすることが好ましい。第２型枠２０の熱伝導率が良好な壁部の厚さとして、例えば、０．０５〜５．００ｍｍの範囲内とすることが考えられ、０．２ｍｍ前後の範囲内が好ましい。
また、各第２型枠２０の直径と高さとの比率を１：２とすることが好ましい。ＪＩＳ Ａ １１３２の「コンクリート強度試験用供試体の作り方」には、「供試体は、直径の２倍の高さをもつ円柱形とする。」と規定されている。各第２型枠２０の直径と高さとの比率を１：２とすることで、本実施形態の製造装置１によって製造した円柱供試体３Ｂを、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に適用することが可能となる。
なお、本実施形態では、各第２型枠２０を有底の円筒状部材としたが、この構成に限定されるものではない。各第２型枠２０は、上下が両方とも開口する円筒状部材であってもよい。各第２型枠２０内に超高強度繊維補強コンクリート３を流し込んだ後に、各第２型枠２０を第１型枠１０のキャビティ１３内に配置する場合は、例えば、各第２型枠２０の底面を予め薄いビニルシートでシールすればよい。また、各第２型枠２０を第１型枠１０のキャビティ１３内に配置した後に、各第２型枠２０内に超高強度繊維補強コンクリート３を流し込む場合は、各第２型枠２０の底面は開口したままでもよい。
さらに、各第２型枠２０の高さは、第１型枠１０のキャビティ１３の深さとほぼ同一にすることが好ましい。第１型枠１０のキャビティ１３内で成形される模擬平板３Ａと、各第２型枠２０内で成形される円柱供試体３Ｂとの諸条件を同じにするためである。
＜＜楔・楔ホルダ＞＞
楔３０は、超高強度繊維補強コンクリート３の硬化後に、模擬平板３Ａを割裂させるための穴を形成するものである。本実施形態の製造装置１は、５つの楔３０、３０、３０、３０、３０を備えている。各楔３０は、いずれも楔本体３１と、基部３２とで構成されている。楔本体３１は、先端側ほど肉厚が薄くなり、後端側ほど肉厚が厚くなる、２つの傾斜面を有する板部材である。基部３２は、長方形の板部材であり、楔本体３１の後端に取り付けられている。
楔３０は、超高強度繊維補強コンクリート３の硬化後に、模擬平板３Ａを割裂させるための穴を形成するものである。本実施形態の製造装置１は、５つの楔３０、３０、３０、３０、３０を備えている。各楔３０は、いずれも楔本体３１と、基部３２とで構成されている。楔本体３１は、先端側ほど肉厚が薄くなり、後端側ほど肉厚が厚くなる、２つの傾斜面を有する板部材である。基部３２は、長方形の板部材であり、楔本体３１の後端に取り付けられている。
各楔３０の素材として、例えば、金属又は合成樹脂などを適用することができる。各楔３０は、超高強度繊維補強コンクリート３の硬化後に、模擬平板３Ａから抜き取られる。模擬平板３Ａからの抜き取りを容易にするために、各楔３０の表面に剥離剤を塗布するとよい。このような構成により、超高強度繊維補強コンクリート３の各楔３０への付着を低減することができる。
図１（ａ）〜（ｃ）に示す本実施形態の製造装置１は、各楔３０を第１型枠１０の上方に配置した構成となっている。製造装置１は、各楔３０を第１型枠１０の上方に配置するための楔ホルダ４０を備えている。本実施形態の楔ホルダ４０は、断面略Ｕ字形の溝形鋼からなる。楔ホルダ４０の中央には、長手方向に沿って５つの取付孔が一列に並んで設けてある。隣り合う２つの取付孔どうしの間隔は、第２型枠２０の直径より若干大きい。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、５つの取付孔に各楔３０の楔本体３１を挿通させると、第１型枠１０のキャビティ１３内において、５つの楔本体３１が、それぞれ４つの第２型枠２０に隣接して配置される。
ここで、本発明の第２実施形態に係る円柱供試体の製造装置を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。これら図面において、第２実施形態の製造装置２は、５つの楔３０、３０、３０、３０、３０を第１型枠１０の下方に配置した構成となっている。
第２実施形態の製造装置２では、第１型枠１０の底板１２の中央に、長手方向に沿って５つの取付孔が一列に並んで設けてある。図１に示す第１実施形態と同様に、隣り合う２つの取付孔どうしの間隔は、第２型枠２０の直径より若干大きい。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、５つの取付孔に各楔３０の楔本体３１を挿通させると、第１型枠１０のキャビティ１３内において、５つの楔本体３１が、それぞれ４つの第２型枠２０に隣接して配置される。図２（ａ）〜（ｃ）に示す第２実施形態の構成とした場合には、図１（ａ）〜（ｃ）に示すような楔ホルダ４０を省略することができる。
＜超高強度繊維補強コンクリート＞
次に、上述した第１又は第２実施形態の製造装置１、２に用いられる超高強度繊維補強コンクリート３の好適な実施形態について説明する。本実施形態の超高強度繊維補強コンクリート３は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末と、高張力繊維とを含む。
次に、上述した第１又は第２実施形態の製造装置１、２に用いられる超高強度繊維補強コンクリート３の好適な実施形態について説明する。本実施形態の超高強度繊維補強コンクリート３は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末と、高張力繊維とを含む。
＜＜セメント＞＞
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、さらに好ましくは５０．０〜６８．０質量％である。Ｃ３Ａ量は、好ましくは２．３質量％未満であり、より好ましくは２．１質量％未満であり、さらに好ましくは１．９質量％未満である。Ｃ３Ｓ量が４０．０質量％未満では、圧縮強度が低くなる傾向がある。一方、Ｃ３Ｓ量が７５．０質量％を超えると、セメントの焼成自体が困難となる傾向がある。また、Ｃ３Ａ量が２．７質量％以上では、流動性が悪くなる。なお、Ｃ３Ａ量の下限値は、特に限定されるものではないが、０．１質量％程度が好ましい。
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、さらに好ましくは５０．０〜６８．０質量％である。Ｃ３Ａ量は、好ましくは２．３質量％未満であり、より好ましくは２．１質量％未満であり、さらに好ましくは１．９質量％未満である。Ｃ３Ｓ量が４０．０質量％未満では、圧縮強度が低くなる傾向がある。一方、Ｃ３Ｓ量が７５．０質量％を超えると、セメントの焼成自体が困難となる傾向がある。また、Ｃ３Ａ量が２．７質量％以上では、流動性が悪くなる。なお、Ｃ３Ａ量の下限値は、特に限定されるものではないが、０．１質量％程度が好ましい。
また、セメントのＣ２Ｓ量は、好ましくは９．５〜４０．０質量％、より好ましくは１０．０〜３５．０質量％であり、さらに好ましくは１２．０〜３０．０質量％である。Ｃ４ＡＦ量は、好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％であり、さらに好ましくは１１．０〜１５．０質量％である。このようなセメントの鉱物組成の範囲であれば、超高強度繊維補強コンクリート３の高い圧縮強度と高い流動性とを確保できる。
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で２５．０質量％未満であり、好ましくは２０．０質量％であり、より好ましくは１８．０質量％であり、さらに好ましくは１６．０質量％である。４５μｍふるい残分の下限は、０．０質量％であり、好ましくは１．０質量％であり、より好ましくは２．０質量％である。セメントの粒度がこの範囲であれば、超高強度繊維補強コンクリート３の高い圧縮強度を確保できる。また、このようなセメントを使用して調製したコンクリートスラリーは、適度な粘性があるため、繊維を添加した場合に十分な分散性が確保できる。
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは３１００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満では、超高強度繊維補強コンクリート３の強度が低くなる傾向がある。一方、セメントのブレーン比表面積が４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向がある。
本実施形態の超高強度繊維補強コンクリート３に適用するセメントの製造は、通常のセメントを製造する場合と比較して、特に異なる操作を行う必要は無い。セメントは、石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、高炉ダスト等の原料の調合を目標とする鉱物組成に応じて変え、実機キルンで焼成した後、得られたクリンカーに石膏を加えて所定の粒度に粉砕することによって製造することができる。焼成するキルンには、一般的なＮＳＰキルンやＳＰキルン等を使用することができ、粉砕には一般的なボールミル等の粉砕機が使用可能である。また、必要に応じて、２種以上のセメントを混合することもできる。
＜＜シリカフューム＞＞
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に、発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、さらに好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、超高強度繊維補強コンクリート３の高い圧縮強度と高い流動性とを確保できる。
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に、発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、さらに好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、超高強度繊維補強コンクリート３の高い圧縮強度と高い流動性とを確保できる。
本実施形態の超高強度繊維補強コンクリート３において、セメントを基準としたシリカフューム含有量は、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、さらに好ましくは１０〜１８質量％である。また、コンクリート１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは３５〜３８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５８〜２５３ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１１６〜２２８ｋｇ／ｍ３である。
＜＜減水剤＞＞
減水剤としては、例えば、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、減水剤を、好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、さらに好ましくは１．８〜３．０質量部である。また、コンクリート１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは７〜８６ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１３〜５８ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは１８〜４３ｋｇ／ｍ３である。
減水剤としては、例えば、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、減水剤を、好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、さらに好ましくは１．８〜３．０質量部である。また、コンクリート１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは７〜８６ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１３〜５８ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは１８〜４３ｋｇ／ｍ３である。
＜＜消泡剤＞＞
消泡剤として、例えば、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、さらに好ましくは０．０３〜１．０質量部である。また、コンクリート１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１３〜２９ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．２６〜２２ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは０．３９〜１５ｋｇ／ｍ３である。
消泡剤として、例えば、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、さらに好ましくは０．０３〜１．０質量部である。また、コンクリート１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１３〜２９ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．２６〜２２ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは０．３９〜１５ｋｇ／ｍ３である。
＜＜細骨材＞＞
細骨材として、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。なお、細骨材の粒度は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過する。
細骨材として、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。なお、細骨材の粒度は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過する。
＜＜無機質微粉末＞＞
無機質微粉末として、例えば、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、細骨材の微粒分を補う目的で配合され、超高強度繊維補強コンクリートの流動性を改善することができる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることがさらに好ましい。
無機質微粉末として、例えば、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、細骨材の微粒分を補う目的で配合され、超高強度繊維補強コンクリートの流動性を改善することができる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることがさらに好ましい。
本実施形態に係る細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、好ましくは４５〜８０質量％含み、より好ましくは５０〜７５質量％含む。また、上記混合物は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％、好ましくは３５〜７０質量％含み、より好ましくは４０〜６５質量％含む。無機質微粉末の含有量が３０質量％以下では、コンクリートスラリーの粘性が低すぎるため高張力繊維が十分に分散しない恐れがある。無機質微粉末の含有量が９０質量％を超えると、微粉量が多すぎて粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため強度低下に繋がる恐れがある。
セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことが好ましく、細骨材を１５〜５０質量部、無機質微粉末を１５〜５０質量部含むことがより好ましく、細骨材を１５〜３０質量部、無機質微粉末を１５〜３０質量部含むことがさらに好ましい。また、コンクリート１ｍ３当たりの細骨材及び無機質微粉末の単位量は、好ましくは１４０〜９８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは３００〜９００ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは６００〜９００ｋｇ／ｍ３である。
＜＜高張力繊維＞＞
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３は、高張力繊維をさらに含む。高張力繊維として、例えば、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。金属繊維として、例えば、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３は、高張力繊維をさらに含む。高張力繊維として、例えば、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。金属繊維として、例えば、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。
高張力繊維の繊維径は、０．０５〜１．２０ｍｍが好ましく、０．０８〜０．７０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．３５ｍｍがさらに好ましく、０．１２〜０．２０ｍｍが特に好ましい。
高張力繊維の繊維長は、３〜６０ｍｍが好ましく、５〜３５ｍｍがより好ましく、７〜２０ｍｍがさらに好ましく、９〜１５ｍｍが特に好ましい。高張力繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は、４０〜２５０が好ましく、５０〜２００がより好ましく、６０〜１７０がさらに好ましく、７０〜１４０が特に好ましい。
高張力繊維の引張強度は、１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２が好ましく、５００〜５０００Ｎ／ｍｍ２より好ましく、２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２がさらに好ましく、１５００〜２５００Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。
高張力繊維の密度は、１〜２０ｇ／ｃｍ３が好ましく、３〜１５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、５〜１０ｇ／ｃｍ３がさらに好ましい。
このような高張力繊維を用いることで、超高強度繊維補強コンクリート３に高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
また、高張力繊維は、超高強度繊維補強コンクリート３に対して外割りで（すなわち、超高強度繊維補強コンクリート３における、高張力繊維を除いた組成物１００体積％に対して）、好ましくは０．３〜５．０体積％、より好ましくは０．５〜３．０体積％、さらに好ましくは１．０〜２．５体積％含むことによって、超高強度繊維補強コンクリート３の高いじん性が得られる。なお、高張力繊維が５．０体積％を超えると、コンクリートの練混ぜが困難になる場合がある。また、コンクリート１ｍ３に対する高張力繊維の配合量は、好ましくは２３〜３９３ｋｇ、より好ましくは３９〜２３６ｋｇ、さらに好ましくは７９〜１９６ｋｇである。
＜＜水＞＞
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３は、水を含む。水の配合量は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、さらに好ましくは１３〜１８質量部である。コンクリート１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１８０〜２８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１９０〜２７０ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは２００〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３は、水を含む。水の配合量は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、さらに好ましくは１３〜１８質量部である。コンクリート１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１８０〜２８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１９０〜２７０ｋｇ／ｍ３、さらに好ましくは２００〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
＜＜その他の添加剤、粗骨材＞＞
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３には、必要に応じて、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、有機繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３には、必要に応じて、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、有機繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
さらに、本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３に、粗骨材を適量組み合わせてもよいが、粗骨材を入れずにモルタルとしてもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプに応じて適時変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
＜＜超高強度繊維補強コンクリートの製造方法＞＞
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、水及び減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、繊維を配合する場合は、コンクリートを製造した後にミキサに添加し、さらに練り混ぜる。コンクリートの練混ぜに使用するミキサは、特に限定されず、コンクリート用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
本実施形態に係る超高強度繊維補強コンクリート３の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、水及び減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、繊維を配合する場合は、コンクリートを製造した後にミキサに添加し、さらに練り混ぜる。コンクリートの練混ぜに使用するミキサは、特に限定されず、コンクリート用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
上述した本実施形態の超高強度繊維補強コンクリート３は、例えば、高強度が求められるＰＣ梁、高耐久性パネル、ブロック耐震壁などに有効である。高張力繊維を添加することによって、橋梁等の鉄筋量を減らすことが可能となる。また、本実施形態の超高強度繊維補強コンクリート３は、橋梁の補修・補強等にも有効である。
＜円柱供試体の製造方法＞
次に、上述した円柱供試体の製造装置１、２を用いた円柱供試体３Ｂの製造方法について、図１、図２を参照しつつ説明する。なお、図１（ａ）〜（ｃ）に示す製造装置１と、図２（ａ）〜（ｃ）に示す製造装置２とは、楔３０の上下の配置、楔ホルダ４０の有無が相違するだけであり、以下の円柱供試体３Ｂの製造方法の説明は、図１及び図２の両方に適合する。
次に、上述した円柱供試体の製造装置１、２を用いた円柱供試体３Ｂの製造方法について、図１、図２を参照しつつ説明する。なお、図１（ａ）〜（ｃ）に示す製造装置１と、図２（ａ）〜（ｃ）に示す製造装置２とは、楔３０の上下の配置、楔ホルダ４０の有無が相違するだけであり、以下の円柱供試体３Ｂの製造方法の説明は、図１及び図２の両方に適合する。
＜＜第１工程＞＞
第１工程として、第１型枠１０のキャビティ１３内に、５つの楔３０、３０、３０、３０、３０を配置する。図１に示す製造装置１の場合は、楔ホルダ４０の５つの取付孔に、各楔３０の楔本体３１を挿通させ、楔ホルダ４０を第１型枠１０の上方に設置すればよい。これにより、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、各楔３０の楔本体３１が、第１型枠１０のキャビティ１３内において一列に等間隔で配置される。一方、図２に示す製造装置２の場合は、第１型枠１０の底板１２に設けられた５つの取付孔に、各楔３０の楔本体３１を下方から挿通さればよい。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各楔３０の楔本体３１が、第１型枠１０のキャビティ１３内において一列に等間隔で配置される。第１工程の実施例を、図３（ａ）、（ｂ）に示す。
第１工程として、第１型枠１０のキャビティ１３内に、５つの楔３０、３０、３０、３０、３０を配置する。図１に示す製造装置１の場合は、楔ホルダ４０の５つの取付孔に、各楔３０の楔本体３１を挿通させ、楔ホルダ４０を第１型枠１０の上方に設置すればよい。これにより、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、各楔３０の楔本体３１が、第１型枠１０のキャビティ１３内において一列に等間隔で配置される。一方、図２に示す製造装置２の場合は、第１型枠１０の底板１２に設けられた５つの取付孔に、各楔３０の楔本体３１を下方から挿通さればよい。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、各楔３０の楔本体３１が、第１型枠１０のキャビティ１３内において一列に等間隔で配置される。第１工程の実施例を、図３（ａ）、（ｂ）に示す。
＜＜第２工程＞＞
第２工程として、４つの第２型枠２０、２０、２０、２０内に、それぞれ超高強度繊維補強コンクリート３を流し込む。この第２工程の超高強度繊維補強コンクリート３は、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３と同じものである。超高強度繊維補強コンクリート３を流し込んだ後に、例えば、各第２型枠２０の上部開口をビニルシートでシールしてもよい。このような構成とした場合は、超高強度繊維補強コンクリート３を流し込んだ各第２型枠２０の取り扱いが容易となる。第２工程の各第２型枠の実施例を、図３（ｃ）に示す。
第２工程として、４つの第２型枠２０、２０、２０、２０内に、それぞれ超高強度繊維補強コンクリート３を流し込む。この第２工程の超高強度繊維補強コンクリート３は、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３と同じものである。超高強度繊維補強コンクリート３を流し込んだ後に、例えば、各第２型枠２０の上部開口をビニルシートでシールしてもよい。このような構成とした場合は、超高強度繊維補強コンクリート３を流し込んだ各第２型枠２０の取り扱いが容易となる。第２工程の各第２型枠の実施例を、図３（ｃ）に示す。
＜＜第３工程＞＞
第３工程として、第１型枠１０のキャビティ１３内に、４つの第２型枠２０、２０、２０、２０を、それぞれ一列に等間隔で配置する。上述した第１工程において、第１型枠１０のキャビティ１３内に、５つの楔本体３１、３１、３１、３１、３１が一列に等間隔で配置されている。この第３工程では、隣り合う２つの楔本体３１の間に、それぞれ第２型枠２０を配置すれば、各第２型枠２０は、第１型枠１０のキャビティ１３内において一列に等間隔で配置される。第３工程の実施例を、図３（ｃ）に示す。
第３工程として、第１型枠１０のキャビティ１３内に、４つの第２型枠２０、２０、２０、２０を、それぞれ一列に等間隔で配置する。上述した第１工程において、第１型枠１０のキャビティ１３内に、５つの楔本体３１、３１、３１、３１、３１が一列に等間隔で配置されている。この第３工程では、隣り合う２つの楔本体３１の間に、それぞれ第２型枠２０を配置すれば、各第２型枠２０は、第１型枠１０のキャビティ１３内において一列に等間隔で配置される。第３工程の実施例を、図３（ｃ）に示す。
＜＜第４工程＞＞
第４工程として、第１型枠１０のキャビティ１３内に、超高強度繊維補強コンクリート３を流し込む。この第３工程の超高強度繊維補強コンクリート３は、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３と同じものである。第１型枠１０のキャビティ１３内に流し込んだ超高強度繊維補強コンクリート３の高さは、各第２型枠２０の高さと同じになるようにする。第１型枠１０のキャビティ１３内で成形される模擬平板３Ａと、各第２型枠２０内で成形される円柱供試体３Ｂとの諸条件を同じにするためである。第４工程の実施例を、図３（ｃ）、（ｄ）に示す。
第４工程として、第１型枠１０のキャビティ１３内に、超高強度繊維補強コンクリート３を流し込む。この第３工程の超高強度繊維補強コンクリート３は、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３と同じものである。第１型枠１０のキャビティ１３内に流し込んだ超高強度繊維補強コンクリート３の高さは、各第２型枠２０の高さと同じになるようにする。第１型枠１０のキャビティ１３内で成形される模擬平板３Ａと、各第２型枠２０内で成形される円柱供試体３Ｂとの諸条件を同じにするためである。第４工程の実施例を、図３（ｃ）、（ｄ）に示す。
この第４工程の後、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３と同じ養生期間、第１型枠１０のキャビティ１３内の超高強度繊維補強コンクリート３と、各第２型枠２０内の超高強度繊維補強コンクリート３とを養生させる。
＜＜第５工程＞＞
第５工程として、超高強度繊維強化コンクリート３の硬化後に、第１型枠１０のキャビティ１３内で成形された模擬平板３Ａから各楔３０を抜き取る。その後、第１型枠１０のキャビティ１３内から模擬平板３Ａを取り外す。
第５工程として、超高強度繊維強化コンクリート３の硬化後に、第１型枠１０のキャビティ１３内で成形された模擬平板３Ａから各楔３０を抜き取る。その後、第１型枠１０のキャビティ１３内から模擬平板３Ａを取り外す。
＜＜第６工程＞＞
第６工程として、各楔３０を抜き取ることで模擬平板３Ａに形成された５つの穴に、順番に工具を打ち込んで、模擬平板３Ａを割裂させる。第６工程で用いる工具は、例えば、楔又は鏨である。各楔３０を抜き取ることで模擬平板３Ａに形成された５つの穴に、これら穴よりも少し大きいサイズの楔又は鏨をハンマーで打ち込むことで、手作業により簡単に模擬平板３Ａを割裂させることができる。すなわち、各楔３０を抜き取ることで模擬平板３Ａに形成された５つの穴は、それぞれ各第２型枠２０に隣接して一列に形成される。これらの穴に楔又は鏨をハンマーで打ち込むことで、模擬平板３Ａが、各第２型枠２０を境にして直線的に割裂される。その後、模擬平板３Ａの割れ目に付着した状態の各第２型枠２０を容易に取り出すことができる。第６工程の実施例を、図３（ｅ）、（ｆ）に示す。
第６工程として、各楔３０を抜き取ることで模擬平板３Ａに形成された５つの穴に、順番に工具を打ち込んで、模擬平板３Ａを割裂させる。第６工程で用いる工具は、例えば、楔又は鏨である。各楔３０を抜き取ることで模擬平板３Ａに形成された５つの穴に、これら穴よりも少し大きいサイズの楔又は鏨をハンマーで打ち込むことで、手作業により簡単に模擬平板３Ａを割裂させることができる。すなわち、各楔３０を抜き取ることで模擬平板３Ａに形成された５つの穴は、それぞれ各第２型枠２０に隣接して一列に形成される。これらの穴に楔又は鏨をハンマーで打ち込むことで、模擬平板３Ａが、各第２型枠２０を境にして直線的に割裂される。その後、模擬平板３Ａの割れ目に付着した状態の各第２型枠２０を容易に取り出すことができる。第６工程の実施例を、図３（ｅ）、（ｆ）に示す。
＜＜第７工程＞＞
第７工程として、各第２型枠から円柱供試体３Ｂを取り出す。各第２型枠から取り出した円柱供試体３Ｂは、例えば、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じた圧縮強度測定方法に用いることができる。
第７工程として、各第２型枠から円柱供試体３Ｂを取り出す。各第２型枠から取り出した円柱供試体３Ｂは、例えば、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じた圧縮強度測定方法に用いることができる。
＜＜第１〜４工程の順序＞＞
本実施形態では、上述のとおり、第１工程、第２工程、第３工程、第４工程の順序で、円柱供試体３Ｂの製造方法を行うこととした。しかし、第１〜４工程は、第５工程よりも前に行われることが必須であり、その順序は特に限定されるものではない。上述した第１工程、第２工程、第３工程、第４工程の順序を任意に入れ替えても、本実施形態と同様の円柱供試体３Ｂを製造することができる。
本実施形態では、上述のとおり、第１工程、第２工程、第３工程、第４工程の順序で、円柱供試体３Ｂの製造方法を行うこととした。しかし、第１〜４工程は、第５工程よりも前に行われることが必須であり、その順序は特に限定されるものではない。上述した第１工程、第２工程、第３工程、第４工程の順序を任意に入れ替えても、本実施形態と同様の円柱供試体３Ｂを製造することができる。
＜圧縮強度測定方法＞
実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３の圧縮強度は、例えば、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて測定することができる。すなわち、本実施形態の製造装置１、２によれば、最終的に製造される円柱供試体３Ｂを、ＪＩＳ Ａ １１３２の「コンクリート強度試験用供試体の作り方」に規定された条件に合致させることができる。この円柱供試体３Ｂを用いて、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」を行えば、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３の圧縮強度を測定することが可能である。具体的には、円柱供試体３Ｂの上下端面に、一様の速度で荷重を加える。そして、円柱供試体が破壊されるまでに測定された最大荷重（Ｎ）及び円柱供試体の直径（ｍｍ）に基づいて、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を算出する。
実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３の圧縮強度は、例えば、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて測定することができる。すなわち、本実施形態の製造装置１、２によれば、最終的に製造される円柱供試体３Ｂを、ＪＩＳ Ａ １１３２の「コンクリート強度試験用供試体の作り方」に規定された条件に合致させることができる。この円柱供試体３Ｂを用いて、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」を行えば、実際に施工した構造体に用いた超高強度繊維補強コンクリート３の圧縮強度を測定することが可能である。具体的には、円柱供試体３Ｂの上下端面に、一様の速度で荷重を加える。そして、円柱供試体が破壊されるまでに測定された最大荷重（Ｎ）及び円柱供試体の直径（ｍｍ）に基づいて、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を算出する。
＜作用効果＞
上述した本実施形態の円柱供試体３Ｂの製造装置１、２、円柱供試体３Ｂの製造方法、及び円柱供試体３Ｂを用いた圧縮強度測定方法によれば、簡単な構成、簡単な手順により、超高強度繊維補強コンクリート３からなる構造体の圧縮強度を正確に測定することが可能となる。
上述した本実施形態の円柱供試体３Ｂの製造装置１、２、円柱供試体３Ｂの製造方法、及び円柱供試体３Ｂを用いた圧縮強度測定方法によれば、簡単な構成、簡単な手順により、超高強度繊維補強コンクリート３からなる構造体の圧縮強度を正確に測定することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、第１型枠１０のキャビティ１３内に、熱伝導の良好な金属からなる第２型枠２０を配置し、模擬平板３Ａとなる超高強度繊維補強コンクリート３の中で、円柱供試体３Ｂとなる超高強度繊維補強コンクリート３を分離して成形している。これにより、円柱供試体３Ｂとなる超高強度繊維補強コンクリート３の水和発熱によって発現される強度を、実際に施工した構造体となる超高強度繊維補強コンクリート３の水和発熱によって発現される強度と近似させることが可能となる。したがって、円柱供試体３Ｂを用いた圧縮強度測定方法の結果が、より正確なものとなる。
また、本実施形態によれば、超高強度繊維補強コンクリート３の硬化後に、コアドリルを用いることなく、模擬平板３Ａを手作業で簡単に割裂させて、円柱供試体３Ｂを極めて容易に取り出すことができる。したがって、コアドリルを用いてコア供試体を損傷なく採取するための熟練した技術、コアドリルの設置の手間、コアドリル自体のコストが、全て不要となる。
さらに、本実施形態の円柱供試体３Ｂの製造装置１、２及び製造方法は、構造体の施工現場に存在する各種鋼材、合板、円筒管、工具などの汎用品を利用して実施することができる。したがって、装置を構成するための特別な要素、供試体を採取するための特別な機材を準備する必要がなく、極めて安価に実施することが可能である。
以上、本発明の円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法の実施形態について説明したが、本発明の円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法は、上述した実施形態の構成又は方法に限定されるものではない。
以下、本発明の円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法の実施例について、図３（ａ）〜（ｆ）及び図４を参照しつつ説明する。
１．超高強度繊維補強コンクリート
＜使用材料＞
模擬平板及び円柱供試体を製造するための超高強度繊維補強コンクリートには、以下の材料を用いた。
＜使用材料＞
模擬平板及び円柱供試体を製造するための超高強度繊維補強コンクリートには、以下の材料を用いた。
＜＜セメント＞＞
石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ等の原料を調合した。調合した原料をキルンで焼成した後、石膏を加えて粉砕することにより、ポルトランドセメントを調製した。得られたセメントの化学成分を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２−２０１０「セメントの化学分析方法」に従って測定し、鉱物組成を下記のボーグ式により算出した。
石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ等の原料を調合した。調合した原料をキルンで焼成した後、石膏を加えて粉砕することにより、ポルトランドセメントを調製した。得られたセメントの化学成分を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２−２０１０「セメントの化学分析方法」に従って測定し、鉱物組成を下記のボーグ式により算出した。
Ｃ３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）−（２．８５×ＳＯ３）
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
得られたセメントのブレーン比表面積をＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。また、得られたセメントの４５μｍふるい残分をセメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｋ−０２「４５μｍ網ふるいによるセメントの粉末度試験方法」に準じて測定した。
上述したセメントの鉱物組成、ブレーン比表面積、及び４５μｍふるい残分の測定結果を、下記の表１に示す。
＜＜シリカフューム＞＞
シリカフュームの平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、商品名「ＬＡ−９５０Ｖ２」）を用いて測定した粒子径分布より、粒子径−通過分積算％曲線を算出し、粒子径−通過分積算％曲線より通過分積算が５０体積％となる粒子径を求めた。その結果、シリカフュームの平均粒子径は、０．２４μｍであった。シリカフュームの平均粒子径の測定には、試料分散媒として０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用いた。測定前に、出力６００Ｗのホモジナイザーにて１０分間の分散処理を行った。粒度分布の演算は、Ｍｉｅ散乱理論に従った。粒子屈折率は１．４５−０．００ｉ、溶媒屈折率は１．３３３とした。各粒度の通過分積算（体積％）を、下記の表２に示す。
シリカフュームの平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、商品名「ＬＡ−９５０Ｖ２」）を用いて測定した粒子径分布より、粒子径−通過分積算％曲線を算出し、粒子径−通過分積算％曲線より通過分積算が５０体積％となる粒子径を求めた。その結果、シリカフュームの平均粒子径は、０．２４μｍであった。シリカフュームの平均粒子径の測定には、試料分散媒として０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用いた。測定前に、出力６００Ｗのホモジナイザーにて１０分間の分散処理を行った。粒度分布の演算は、Ｍｉｅ散乱理論に従った。粒子屈折率は１．４５−０．００ｉ、溶媒屈折率は１．３３３とした。各粒度の通過分積算（体積％）を、下記の表２に示す。
＜＜無機質微粉末＞＞
無機質微粉末として、密度２．７１ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積３８５０ｃｍ２／ｇの石灰石微粉末を用いた。
無機質微粉末として、密度２．７１ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積３８５０ｃｍ２／ｇの石灰石微粉末を用いた。
＜＜細骨材＞＞
細骨材として、粒径５ｍｍ以下、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０の安山岩砕砂を用いた。
細骨材として、粒径５ｍｍ以下、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０の安山岩砕砂を用いた。
＜＜減水剤、水、高張力繊維＞＞
減水剤として、ポリカルボン酸系高性能減水剤を用いた。水は、上水道水を用いた。高張力繊維として、密度７．８５ｇ／ｃｍ３の鋼繊維を用いた。
減水剤として、ポリカルボン酸系高性能減水剤を用いた。水は、上水道水を用いた。高張力繊維として、密度７．８５ｇ／ｃｍ３の鋼繊維を用いた。
＜＜第１型枠、第２型枠、楔＞＞
第１型枠は、厚さ１２ｍｍの合板（コンクリートパネル、いわゆる「コンパネ」）によって構成した。第２型枠には、φ５×１０ｃｍの鋼製の軽量モールドサミットを用いた。第２型枠の壁部の厚さは、０．２ｍｍとした。楔には、鋼材を用いた。
第１型枠は、厚さ１２ｍｍの合板（コンクリートパネル、いわゆる「コンパネ」）によって構成した。第２型枠には、φ５×１０ｃｍの鋼製の軽量モールドサミットを用いた。第２型枠の壁部の厚さは、０．２ｍｍとした。楔には、鋼材を用いた。
＜超高強度繊維補強コンクリートの調合及び練り混ぜ＞
セメント１００質量部に対して、シリカフュームを１４質量部、細骨材を２５質量部、無機質微粉末を２６質量部、混和剤を２質量部、水を１７質量部の割合で混合し、強制二軸ミキサで練混ぜてモルタルを製造した。練りあがったモルタルに、鋼繊維をほぐしながら加えた。セメント１００質量部に対して、鋼繊維を１２質量部添加した。
セメント１００質量部に対して、シリカフュームを１４質量部、細骨材を２５質量部、無機質微粉末を２６質量部、混和剤を２質量部、水を１７質量部の割合で混合し、強制二軸ミキサで練混ぜてモルタルを製造した。練りあがったモルタルに、鋼繊維をほぐしながら加えた。セメント１００質量部に対して、鋼繊維を１２質量部添加した。
＜円柱供試体の製造＞
本実施例では、図３（ｂ）に示す第１型枠を使用した。図３（ｂ）に示す第１型枠は、厚さ１２ｍｍの合板（コンパネ）によって構成した。第１型枠の底板に、一列に等間隔で５つの取付孔を設けた。
本実施例では、図３（ｂ）に示す第１型枠を使用した。図３（ｂ）に示す第１型枠は、厚さ１２ｍｍの合板（コンパネ）によって構成した。第１型枠の底板に、一列に等間隔で５つの取付孔を設けた。
＜＜第１工程＞＞
図３（ｂ）に示す第１型枠の底板の各取付孔に、下方から５つの楔をそれぞれ挿通させ、第１型枠のキャビティ内に、各楔を一列に等間隔で配置した。
図３（ｂ）に示す第１型枠の底板の各取付孔に、下方から５つの楔をそれぞれ挿通させ、第１型枠のキャビティ内に、各楔を一列に等間隔で配置した。
＜＜第２工程＞＞
φ５×１０ｃｍの有底円筒状の第２型枠を４つ用意した。上述した方法で製造した超高強度繊維補強コンクリートを、各第２型枠にそれぞれ流し込んだ。超高強度繊維補強コンクリートは、各第２型枠の上部開口に達する量を流し込んだ。その後、各第２型枠の上部開口をビニルシートでシールした（図３（ｃ）を参照）。
φ５×１０ｃｍの有底円筒状の第２型枠を４つ用意した。上述した方法で製造した超高強度繊維補強コンクリートを、各第２型枠にそれぞれ流し込んだ。超高強度繊維補強コンクリートは、各第２型枠の上部開口に達する量を流し込んだ。その後、各第２型枠の上部開口をビニルシートでシールした（図３（ｃ）を参照）。
＜＜第３工程＞＞
第２工程で準備した４つの第２型枠を、第１型枠のキャビティ内に配置した。各第２型枠は、キャビティ内で隣り合う２つの楔の間に１つずつ配置した。これにより、各第２型枠は、キャビティ内において一列に等間隔で並ぶ（図３（ｃ）を参照）。
第２工程で準備した４つの第２型枠を、第１型枠のキャビティ内に配置した。各第２型枠は、キャビティ内で隣り合う２つの楔の間に１つずつ配置した。これにより、各第２型枠は、キャビティ内において一列に等間隔で並ぶ（図３（ｃ）を参照）。
＜＜第４工程＞＞
図３（ｃ）に示すように、上述した方法で製造した超高強度繊維補強コンクリートを、第１型枠のキャビティ内に流し込んだ。図３（ｄ）に示すように、超高強度繊維補強コンクリートは、各第２型枠とほぼ同じ高さに達する量を流し込んだ。その後、所定の養生期間が経過するまで、第１型枠及び第２型枠内の超高強度繊維補強コンクリートを養生させた。
図３（ｃ）に示すように、上述した方法で製造した超高強度繊維補強コンクリートを、第１型枠のキャビティ内に流し込んだ。図３（ｄ）に示すように、超高強度繊維補強コンクリートは、各第２型枠とほぼ同じ高さに達する量を流し込んだ。その後、所定の養生期間が経過するまで、第１型枠及び第２型枠内の超高強度繊維補強コンクリートを養生させた。
＜＜第５工程＞＞
所定の養生期間が経過した後、第１型枠の底板の裏側から５つの楔を抜き取った。その後、その後、第１型枠のキャビティ内から模擬平板を取り外した。
所定の養生期間が経過した後、第１型枠の底板の裏側から５つの楔を抜き取った。その後、その後、第１型枠のキャビティ内から模擬平板を取り外した。
＜＜第６工程、第７工程＞＞
図３（ｅ）に示すように、各楔を抜き取ることで模擬平板に形成された５つの穴に、順番に鏨を打ち込んで、模擬平板を割裂させた。模擬平板は、各第２型枠を境にして真っ直ぐに割裂された。その後、図３（ｆ）に示すように、模擬平板の割れ目に付着した状態の各第２型枠を取り出した。そして、各第２型枠からそれぞれ円柱供試体を回収した。
図３（ｅ）に示すように、各楔を抜き取ることで模擬平板に形成された５つの穴に、順番に鏨を打ち込んで、模擬平板を割裂させた。模擬平板は、各第２型枠を境にして真っ直ぐに割裂された。その後、図３（ｆ）に示すように、模擬平板の割れ目に付着した状態の各第２型枠を取り出した。そして、各第２型枠からそれぞれ円柱供試体を回収した。
＜＜圧縮強度測定＞＞
回収した円柱供試体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じた圧縮強度測定を実施した。一方、比較例として、模擬平板の各第２型枠を埋設した近傍の部位から、本実施例の円柱供試体と同寸法のコア供試体を採取した。採取したコア供試体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１０７の「コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法」に準じた圧縮強度測定を実施した。実施例の円柱供試体と、比較例のコア供試体との圧縮強度測定の結果を、下記の表３に示す。また、実施例の円柱供試体と、比較例のコア供試体との圧縮強度測定の結果の比較を、図４に示す。
回収した円柱供試体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１０８の「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じた圧縮強度測定を実施した。一方、比較例として、模擬平板の各第２型枠を埋設した近傍の部位から、本実施例の円柱供試体と同寸法のコア供試体を採取した。採取したコア供試体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１０７の「コンクリートからのコアの採取方法及び圧縮強度試験方法」に準じた圧縮強度測定を実施した。実施例の円柱供試体と、比較例のコア供試体との圧縮強度測定の結果を、下記の表３に示す。また、実施例の円柱供試体と、比較例のコア供試体との圧縮強度測定の結果の比較を、図４に示す。
表３の測定結果、及び図４の測定結果の比較によれば、実施例の円柱供試体は、比較例のコア供試体とほぼ同一の圧縮強度を示しており、模擬平板とともに成形した円柱供試体の圧縮強度を、模擬平板の圧縮強度と同等に評価できることが判明した。
１、２ 円柱供試体の製造装置
１０ 第１型枠
１１ 枠本体
１２ 底板
１３ キャビティ
２０ 第２型枠
２１ キャビティ
３０ 楔
３１ 楔本体
３２ 基部
４０ 楔ホルダ
３ 超高強度繊維補強コンクリート
３Ａ 模擬平板
３Ｂ 円柱供試体
１０ 第１型枠
１１ 枠本体
１２ 底板
１３ キャビティ
２０ 第２型枠
２１ キャビティ
３０ 楔
３１ 楔本体
３２ 基部
４０ 楔ホルダ
３ 超高強度繊維補強コンクリート
３Ａ 模擬平板
３Ｂ 円柱供試体
Claims (7)
- 超高強度繊維補強コンクリートからなる構造体を模した模擬平板から取り出された円柱供試体を製造するための装置であって、
前記超高強度繊維補強コンクリートにより前記模擬平板を形成するための第１型枠と、
前記第１型枠内に配置され、前記超高強度繊維補強コンクリートにより前記円柱供試体を形成するための少なくとも一つの円筒状の第２型枠と、
前記第１型枠内において前記第２型枠に隣接して配置される少なくとも一つの楔と、
を備える円柱供試体の製造装置。 - 前記第２型枠が金属材料によって構成される請求項１に記載の円柱供試体の製造装置。
- 前記第２型枠の直径と高さとの比率が１：２である請求項１又は２に記載の円柱供試体の製造装置。
- 前記第１型枠内に複数の前記第２型枠が並んで配置され、隣り合う前記第２型枠どうしの間に前記楔がそれぞれ配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の円柱供試体の製造装置。
- 前記楔の表面に剥離剤が塗布された請求項１〜４のいずれか１項に記載の円柱供試体の製造装置。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の円柱供試体の製造装置を用いた円柱供試体の製造方法であって、
前記第１型枠内に、前記楔を配置する第１工程と、
前記第２型枠内に、前記超高強度繊維補強コンクリートを流し込む第２工程と、
前記第１型枠内に、前記第２型枠を配置する第３工程と、
前記第１型枠内に、前記超高強度繊維補強コンクリートを流し込む第４工程と、
前記超高強度繊維強化コンクリートの硬化後に、前記模擬平板から前記楔を抜き取る第５工程と、
前記楔を抜き取ることで前記模擬平板に形成された穴に、工具を打ち込んで前記模擬平板を割裂させ、前記第２型枠を取り出す第６工程と、
前記第２型枠から前記円柱供試体を取り出す第７工程と、
を含み、前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程、前記第４工程は、少なくとも前記第５工程よりも前に任意の順序で行われる円柱状供試体の製造方法。 - 請求項６に記載の円柱供試体の製造方法により製造された前記円柱供試体を用いて、前記超高強度繊維補強コンクリートの圧縮強度を測定する圧縮強度測定方法。
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