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
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
C2S量=(2.87×SiO2)−(0.754×C3S)
C3A量=(2.65×Al2O3)−(1.69×Fe2O3)
C4AF量=3.04×Fe2O3
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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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