JP6285161B2 - 水中コンクリート用混和剤、水中コンクリート、および水中コンクリートの製造方法 - Google Patents
水中コンクリート用混和剤、水中コンクリート、および水中コンクリートの製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、水中コンクリート用混和剤、および水中コンクリートに関する。
水中コンクリートは海洋土木などの水中構造物工事に多く用いられている。一般に水中コンクリートには、コンクリート中の骨材が水中で分離することを防止するために混和剤が用いられる。この混和剤には、コンクリートの粘度を上げる増粘剤が含まれており、増粘剤の働きによって施工時における水中不分離性が向上するため、水中コンクリートの品質は向上する。しかし、増粘剤はコンクリートの凝結を遅らせるため、工事期間が長くなり、経済的損失を招くなどの問題があった。
水中不分離性を維持しつつ工事期間の短縮をするための技術が検討されている。特許文献１には、無水セッコウを含む水中コンクリート組成物が記載されている。特許文献２には、アルミノケイ酸カルシウムガラスを含むセメント混和剤が記載されている。
しかし、特許文献１の水中コンクリート組成物は、無水セッコウに含まれる硫酸イオンがコンクリートと反応してコンクリートの劣化を引き起こす可能性があり、製品コンクリートの長期安定性を阻害する場合があった。また、特許文献２のセメント混和剤にも、二水の硫酸カルシウムやII型無水セッコウなどが用いられるため、硫酸イオンによって製品コンクリートの長期安定性が阻害される場合があった。
本発明は、水中コンクリートの不分離性を向上させるとともに凝結の遅延を抑制し、かつ、製品コンクリートの長期安定性を維持する水中コンクリート用混和剤、この混和剤を用いた水中コンクリート、およびこの混和剤を用いた水中コンクリートの製造方法を提供する。
上述した課題を解決するため、本発明に係る水中コンクリート用混和剤は、（Ａ）水溶性セルロースと、１価のアルカリ金属の（Ｂ）炭酸塩と、シリコンオイルを主剤としないシリカを含む有機系の（Ｃ）消泡剤と、アルミン酸ナトリウム又はアルミン酸カルシウムである（Ｄ）硬化促進剤とを含むことを特徴とする。
上述の態様において、前記（Ｃ）消泡剤は、シリカを含み、かつ、ポリエーテル化合物を含んでもよい。
上述の態様において、前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｂ）炭酸塩の重量比が５％以上かつ２５％以下であり、前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｃ）消泡剤の重量比が５％以上かつ１５％以下であり、前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｄ）硬化促進剤の重量比が５０％以上かつ１００％以下であることが望ましい。
上述の態様において、前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｂ）炭酸塩の重量比が５％以上かつ２５％以下であり、前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｃ）消泡剤の重量比が５％以上かつ１５％以下であり、前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｄ）硬化促進剤の重量比が５０％以上かつ１００％以下であることが望ましい。
また、本発明に係る水中コンクリートは、上述の水中コンクリート用混和剤と、セメント、骨材、および水とを配合してなる水中コンクリートであって、前記水に対する前記水中コンクリート用混和剤の添加率を１．２％以上３．０％以下とすることを特徴とする。
また、本発明に係る水中コンクリートの製造方法は、予め決められた配合比で配合されるセメント、骨材、水のうち、予め決められた量の水を除いたセメント材料を作成する工程と、上述の水中コンクリート用混和剤を、前記配合比における水に対し１．２％以上３．０％以下の添加率で、前記除いた量の水に添加して混和剤水溶液を作成する工程と、前記セメント材料と前記混和剤水溶液とを混合し、水中コンクリートを作成する工程とを有することを特徴とする。
本発明により、水中コンクリートの不分離性を向上させるとともに凝結の遅延を抑制し、かつ、製品コンクリートの長期安定性を維持することができる。
本発明の水中コンクリート用混和剤は、（Ａ）水溶性セルロース、（Ｂ）アルカリ炭酸塩、（Ｃ）消泡剤、および（Ｄ）硬化促進剤を含む。
（Ａ）水溶性セルロースとしては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどが挙げられる。（Ａ）成分において、ここで例示した化合物は単独で用いられてもよいし、２つ以上のものが混合して用いられてもよい。
（Ａ）成分を水により２重量％に希釈した希釈液は、２０℃で粘性が３５０００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）以上であることが望ましく、４５０００ｍＰａ・ｓ以上であることがより望ましい。また、この希釈液は、２０℃で粘性が６５０００ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましく、５５０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより望ましい。
（Ｂ）アルカリ炭酸塩としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カルシウムなどの炭酸塩が挙げられる。（Ｂ）成分には、水溶性が高く、水に溶けた状態で炭酸イオンを遊離しやすい物質が望ましく、特に、１価のアルカリ金属の炭酸塩を用いることが望ましい。（Ａ）成分に対する（Ｂ）成分の重量比は、５％以上かつ２５％以下である。
（Ｃ）消泡剤としては、例えば、シリコンオイルを主剤とするシリコン系、エーテル化合物からなる有機系、ひまし油などの界面活性効果によるものなどが挙げられるが、シリカを含む有機系の消泡剤が望ましく、ポリエーテルポリオールなど、ポリエーテル化合物を含むものがより望ましい。
（Ｃ）成分は、コンクリート打設時の空気混練量を抑制する。（Ｃ）成分には、泡膜の表面張力を局部的に低下させて泡を破壊するタイプや、泡膜自体の表面張力を全体的に低下させて泡を不安定化させておき、少しの衝撃で消泡させるタイプなどを用いてもよい。（Ａ）成分に対する（Ｃ）成分の重量比は、５％以上かつ１５％以下である。
（Ｃ）成分は、コンクリート打設時の空気混練量を抑制する。（Ｃ）成分には、泡膜の表面張力を局部的に低下させて泡を破壊するタイプや、泡膜自体の表面張力を全体的に低下させて泡を不安定化させておき、少しの衝撃で消泡させるタイプなどを用いてもよい。（Ａ）成分に対する（Ｃ）成分の重量比は、５％以上かつ１５％以下である。
（Ｄ）硬化促進剤としては、炭酸ナトリウム、無機電解質の水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを用いてもよいが、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カルシウムなど、セメント由来の水酸化カルシウムとの反応によりアルミネート系水和物を生成するものや、カルシウムアルミネートなどを用いることが望ましい。（Ａ）成分に対する（Ｄ）成分の重量比は、５０％以上かつ１００％以下である。
（１）消泡剤の重量比
（Ａ）水溶性セルロースに対する（Ｃ）消泡剤の重量比を２８日強度に基づいて評価した。実験例１〜６では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を１０重量部、（Ｄ）成分を５０重量部、それぞれ配合し、（Ｃ）成分の配合量を、０，３，５，１０，１５，２０重量部とそれぞれ変化させた。
（Ａ）水溶性セルロースに対する（Ｃ）消泡剤の重量比を２８日強度に基づいて評価した。実験例１〜６では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を１０重量部、（Ｄ）成分を５０重量部、それぞれ配合し、（Ｃ）成分の配合量を、０，３，５，１０，１５，２０重量部とそれぞれ変化させた。
（Ａ）水溶性セルロースについては関東化学株式会社製のメチルセルロース（試薬品：CAS9004-67-5）を用いた。このメチルセルロースの２重量％水溶液は２０℃で粘度が４５０００ｍＰａ・ｓ以上、５５０００ｍＰａ・ｓ以下であった。
（Ｂ）アルカリ炭酸塩には、和光試薬工業株式会社製の炭酸ナトリウム（試薬品：CAS497-19-18）を用いた。（Ｃ）消泡剤には、東邦化学株式会社製の消泡剤であるプロナールを用いた。（Ｄ）硬化促進剤には、関東化学株式会社製のアルミン酸カルシウム（試薬品：CAS12042-68-1）を用いた。
水中コンクリートの試験体は、土木学会から刊行された「コンクリート標準示方書[規準編]」において規定されているコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（ＪＳＣＥ−Ｄ１０４−２００７）に従って作成した。この規格における、水セメント比は５５％であり、細骨材率は４０％である。また、この規格における単位セメント量および単位水量は原則として、それぞれ４００ｋｇ／ｍ３、および２００ｋｇ／ｍ３である。
水中コンクリートの供試体は以下の手順で作成された。まず、表１に示す重量比で調整された６種類の水中コンクリート用混和剤を作成する。そして、上述した規格において決められた配合比で配合されるセメント、骨材、水のうち、水を数１０〜５０ｋｇ／ｍ３程度除いたセメント材料Ｘを作成する。そして、上述した配合比における水（全量）に対してそれぞれ２％の添加率となるように、上記水中コンクリート用混和剤を、除いた量の水に添加して混和剤水溶液Ｙを作成する。セメント材料Ｘと混和剤水溶液Ｙとを混合し、水中コンクリートを作成する。
２８日強度はＪＩＳ Ａ１１０８に基づいて材齢２８日の供試体に対して圧縮強度試験を行なうことにより測定した。供試体の寸法は直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍとした。供試体の評価は、上述した規格に従い、２８日強度が２５．０以上のものを可とし、２５．０未満のものを不可とした。次に示す表１は、実験例１〜６の結果を示すものである。
表１において２８日強度が閾値に満たなかったものについては太枠で表記した。この実験の結果、（Ｃ）消泡剤の（Ａ）成分に対する重量比が５％以上１５％以下の範囲で、水中コンクリートの評価が可となった。（Ｃ）消泡剤の（Ａ）成分に対する重量比が２０％以上添加すると強度が低下することがわかった。
（２）硬化促進剤の重量比
（Ａ）水溶性セルロースに対する（Ｄ）硬化促進剤の重量比を５時間強度および２８日強度に基づいて評価した。実験例７〜１４では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を５重量部、（Ｃ）成分を５重量部、それぞれ配合し、（Ｄ）成分の配合量を、０，１０，２５，５０，７５，１００，１２５，１５０重量部とそれぞれ変化させた。
（Ａ）水溶性セルロースに対する（Ｄ）硬化促進剤の重量比を５時間強度および２８日強度に基づいて評価した。実験例７〜１４では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を５重量部、（Ｃ）成分を５重量部、それぞれ配合し、（Ｄ）成分の配合量を、０，１０，２５，５０，７５，１００，１２５，１５０重量部とそれぞれ変化させた。
（Ａ）〜（Ｄ）成分の選定、試験体の作成手順、および評価は実験例１〜６に準じて行った。ただし、強度試験については２８日強度に加えて５時間強度および１日強度を測定し、評価については２８日強度の評価に加えて、５時間強度が９．０以上のものを可とし、９．０未満のものを不可とした。次に示す表２は、実験例７〜１４の結果を示すものである。
また、実験例１５〜２２は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｂ）成分を１０重量部配合した点を除き、実験例７〜１４と同条件で行った。次に示す表３は、実験例１５〜２２の結果を示すものである。
また、実験例２３〜３０は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｂ）成分を１５重量部配合した点を除き、実験例７〜１４と同条件で行った。次に示す表４は、実験例２３〜３０の結果を示すものである。
また、実験例３１〜３８は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｃ）成分を１０重量部配合した点を除き、実験例７〜１４と同条件で行った。次に示す表５は、実験例３１〜３８の結果を示すものである。
また、実験例３９〜４６は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｂ）成分を１０重量部、（Ｃ）成分を１０重量部、それぞれ配合した点を除き、実験例７〜１４と同条件で行った。次に示す表６は、実験例３９〜４６の結果を示すものである。
また、実験例４７〜５４は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｂ）成分を１５重量部、（Ｃ）成分を１０重量部、それぞれ配合した点を除き、実験例７〜１４と同条件で行った。次に示す表７は、実験例４７〜５４の結果を示すものである。
表２〜７において、５時間強度および２８日強度がそれぞれ閾値に満たなかったものについては太枠で表記した。以上の結果から、（Ｄ）硬化促進剤の（Ａ）成分に対する重量比が５０％以上１００％以下の範囲で、水中コンクリートの評価が可となった。
（３）アルカリ炭酸塩の重量比
（Ａ）水溶性セルロースに対する（Ｂ）アルカリ炭酸塩の重量比を５時間強度および２８日強度に基づいて評価した。実験例５５〜５８では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｃ）成分を配合せず（０重量部）、（Ｄ）成分を７５重量部配合し、（Ｂ）成分の配合量を、５，１５，２５，３５重量部とそれぞれ変化させた。
（Ａ）水溶性セルロースに対する（Ｂ）アルカリ炭酸塩の重量比を５時間強度および２８日強度に基づいて評価した。実験例５５〜５８では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｃ）成分を配合せず（０重量部）、（Ｄ）成分を７５重量部配合し、（Ｂ）成分の配合量を、５，１５，２５，３５重量部とそれぞれ変化させた。
（Ａ）〜（Ｄ）成分の選定、試験体の作成手順、および評価は実験例７〜５４に準じて行った。次に示す表８は、実験例５５〜５８の結果を示すものである。
また、実験例５９〜６２は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｃ）成分を５重量部配合した点を除き、実験例５５〜５８と同条件で行った。次に示す表９は、実験例５９〜６２の結果を示すものである。
また、実験例６３〜６６は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｃ）成分を１５重量部配合した点を除き、実験例５５〜５８と同条件で行った。次に示す表１０は、実験例６３〜６６の結果を示すものである。
表８〜１０において、５時間強度および２８日強度がそれぞれ閾値に満たなかったものについては太枠で表記した。以上の結果から、（Ｃ）消泡剤の（Ａ）成分に対する重量比が５％以上１５％以下の範囲内にある条件下において、（Ｂ）アルカリ炭酸塩の（Ａ）成分に対する重量比が５％以上２５％以下の範囲で、水中コンクリートの評価が可となった。（Ｂ）アルカリ炭酸塩の（Ａ）成分に対する重量比が３５％になると、２８日強度が閾値を満たさなかった。ただし、（Ｃ）消泡剤が配合されていない場合には、（Ａ）成分に対する（Ｂ）アルカリ炭酸塩の重量比を５％以上３５％以下のどの値としても、５時間強度および２８日強度のいずれもが条件を満たさなかった（表８参照）。
（４）水に対する水中コンクリート混和剤の添加量
水中コンクリートに用いられる水中コンクリートに用いられる水量に対する水中コンクリート混和剤の添加量の重量百分率（以下、添加率という）を懸濁物質量および２８日強度に基づいて評価した。実験例６７〜７３では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を１５重量部、（Ｃ）成分を５重量部、（Ｄ）成分を５０重量部、それぞれ配合して水中コンクリート用混和剤を作成した。そして、作成した水中コンクリート混和剤の水に対する添加率を、０．８，１．０，１．２，１．５，２．０，３．０，５．０％とそれぞれ変化させた。
水中コンクリートに用いられる水中コンクリートに用いられる水量に対する水中コンクリート混和剤の添加量の重量百分率（以下、添加率という）を懸濁物質量および２８日強度に基づいて評価した。実験例６７〜７３では、（Ａ）成分１００重量部に対し、（Ｂ）成分を１５重量部、（Ｃ）成分を５重量部、（Ｄ）成分を５０重量部、それぞれ配合して水中コンクリート用混和剤を作成した。そして、作成した水中コンクリート混和剤の水に対する添加率を、０．８，１．０，１．２，１．５，２．０，３．０，５．０％とそれぞれ変化させた。
（Ａ）〜（Ｄ）成分の選定、試験体の作成手順、および評価は実験例７〜６６に準じて行った。ただし、強度試験については２８日強度を測定し、加えて上述したコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格における水中分離度試験を行って懸濁物質量（ｍｇ／ｌ）を測定した。評価については２８日強度の評価に加えて、懸濁物質量が５０ｍｇ／ｌ以下のものを可とし、５０ｍｇ／ｌを超えるものを不可とした。次に示す表１１は、実験例６７〜７３の結果を示すものである。
また、実験例７４〜８０は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｃ）成分を１０重量部、（Ｄ）成分を７５重量部、それぞれ配合した点を除き、実験例６７〜７３と同条件で行った。次に示す表１２は、実験例７４〜８０の結果を示すものである。
また、実験例８１〜８７は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｃ）成分を１０重量部、（Ｄ）成分を１００重量部、それぞれ配合した点を除き、実験例６７〜７３と同条件で行った。次に示す表１３は、実験例８１〜８７の結果を示すものである。
また、実験例８８〜９４は、（Ａ）成分１００重量部に対し（Ｂ）成分を２５重量部、（Ｃ）成分を１５重量部、（Ｄ）成分を７５重量部、それぞれ配合した点を除き、実験例６７〜７３と同条件で行った。次に示す表１４は、実験例８８〜９４の結果を示すものである。
表１２〜１４において、懸濁物質量および２８日強度がそれぞれ条件を満たさなかったものについては太枠で表記した。以上の結果から、水に対する水中コンクリート混和剤の添加率が１．２％以上３．０％以下の範囲で、水中コンクリートの評価が可となった。
Claims (5)
- （Ａ）水溶性セルロースと、１価のアルカリ金属の（Ｂ）炭酸塩と、シリコンオイルを主剤としないシリカを含む有機系の（Ｃ）消泡剤と、アルミン酸ナトリウム又はアルミン酸カルシウムである（Ｄ）硬化促進剤とを含む
ことを特徴とする水中コンクリート用混和剤。 - 前記（Ｃ）消泡剤は、シリカを含み、かつ、ポリエーテル化合物を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の水中コンクリート用混和剤。 - 前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｂ）炭酸塩の重量比が５％以上かつ２５％以下であり、
前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｃ）消泡剤の重量比が５％以上かつ１５％以下であり、
前記（Ａ）水溶性セルロースに対する前記（Ｄ）硬化促進剤の重量比が５０％以上かつ１００％以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水中コンクリート用混和剤。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載の水中コンクリート用混和剤と、セメント、骨材、および水とを配合してなる水中コンクリートであって、
前記水に対する前記水中コンクリート用混和剤の添加率を１．２％以上３．０％以下とする
ことを特徴とする水中コンクリート。 - 予め決められた配合比で配合されるセメント、骨材、水のうち、予め決められた量の水を除いたセメント材料を作成する工程と、
請求項１から３のいずれか１項に記載の水中コンクリート用混和剤を、前記配合比における水に対し１．２％以上３．０％以下の添加率で、前記除いた量の水に添加して混和剤水溶液を作成する工程と、
前記セメント材料と前記混和剤水溶液とを混合し、水中コンクリートを作成する工程と
を有することを特徴とする水中コンクリートの製造方法。
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