JP6285188B2 - 水中コンクリート - Google Patents

Description

本発明は、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。従来、水中コンクリートには、セルロース系やポリアクリルアミド系などの増粘剤が添加されている。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。

特許文献１には、水溶性セルロースエーテル、水溶性金属硫酸塩または金属塩化物、および消泡剤よりなる水中コンクリート用混和剤が記載されている。
特許文献２には、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたセメント系混合物を所定の順序で混練して製造する方法が記載されている。
特許文献３には、セルロースエーテルとアルカリ金属の炭酸塩とからなるモルタル混和剤が記載されている。
また、特許文献４，５には、流動性およびセルフレベリング性の高いコンクリートが開示されており、特許文献６，７には、不分離性の高いコンクリートが開示されている。そして、特許文献８には、コンクリートの凝結開始時間を遅延させる方法が開示されている。

また、特許文献９には、少なくとも水、セメント、細骨材、起泡剤、増粘剤及び可塑化材が含まれていて（請求項１）、水に対する増粘剤の重量百分率が０．７〜１．２％であり、モルタル１リットル当たりの可塑化材の量が３０〜９０ｇであり、セメントに対する起泡剤の重量百分率が３．０〜１２．０％である水中不分離型透水性モルタル（請求項２）が記載されている。

また、特許文献１０には、セメントに対する水の重量割合が４０／１００〜６０／１００であり、水に対する架橋アクリル系高分子粒子の重量割合が１／４００〜１／１００であり、かつ水に対するアルキルエーテル変性セルロース樹脂の重量割合が１／１０００〜１／１００である水中施工用グラウト材が記載されている。

特開昭５８−１１５０５１号公報 特開２００６−２４０９６５号公報 特開昭５９−１８１４１号公報 特開平７−２６７７１４号公報 国際公開２００３／０２４８８４号公報 特開２００１−２６１４１９号公報 特開平２−３０７８５１号公報 特開平４−１１９９５３号公報 特開２００４−１６８５７３号公報 特開２００７−２６１９２１号公報

しかし、上述の特許文献１〜１０に記載された水中コンクリートは、せいぜい水深数百メートル以下の水中で施工されることを想定されたものであり、水深数千メートルの海底で施工しても濁りや材料分離を発生させない程の水中不分離性を有するものではない。また、水深数千メートルの海底では水深数百メートル以下の水中よりも水圧が高く、反応が加速して凝結開始時間が早まる傾向にある一方、水深が数千メートルまであると水中コンクリートが海底まで到達するのに時間がかかるので、凝結開始時間を遅らせる必要があった。

本発明の目的の１つは、水深数千メートルの海底で打設しても濁りや材料分離を発生させない水中不分離性を有する水中コンクリートを提供することである。

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は、１％希釈率における粘性が１５００ミリパスカル秒以上、かつ、５５００ミリパスカル秒以下の範囲内にある水溶性セルロースを主剤とするＪＳＣＥ−Ｄ１０４規格に準じる混和剤を、水に対し４．０重量％以下（３．０重量％以下を除く）の範囲内の添加率で添加したことを特徴とする。
また、本発明に係る水中コンクリートは、上述した態様において、凝結開始までの時間が４８時間以上であ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は、上述した態様において、凝結開始前に水中を６メートルにわたって自由落下する間に目視による濁りが確認できないことを特徴とする。

本発明の水中コンクリートによれば、水深数千メートルの海底で打設しても濁りや材料分離を発生させない。

本発明の水中コンクリートには、増粘剤として水溶性セルロースを主剤とするＪＳＣＥ−Ｄ１０４規格に準じる混和剤を添加する。水溶性セルロースは、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなど多くの原料が製品化されている。製品化されている水溶性セルロースのうち、本発明の水中コンクリートには、１％希釈率における粘性が１５００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）以上、かつ、５５００ミリパスカル秒以下の範囲内にあり、２％希釈率における粘性が１００００ミリパスカル秒以上、かつ、１０００００ミリパスカル秒以下の範囲内にあるものを用いる。上述した粘性を示す水溶性セルロースには、例えばアスカクリーン（信越化学工業株式会社製）、アクアセッター（竹本油脂株式会社製）、ニッショウオーシャンＳＰ（安藤ハザマ興業株式会社製）、ハイドロクリート（三井化学産資株式会社製）、セルクリートＨ（株式会社ダイセル製）、マリンベールＡＳＫ１、ＡＳＫ２（五洋建設株式会社製）などがある。
本発明の水中コンクリートは、上述した粘性を示す水溶性セルロースを主剤とする混和剤を水に対し２．４重量％以上、かつ、４．０重量％以下の添加率で添加して製造される。
なお、ＪＳＣＥ−Ｄ１０４規格とは、コンクリート標準示方書［規準編］土木学会規準および関連規準（２０１０年制定）に示すコンクリート用水中不分離性混和剤品質規格であり、本発明で用いる混和剤は、同規格の表１に示す標準形または遅延形のいずれかの性能規定を満たす。すなわち、本発明で用いる混和剤は、例えば標準形の性能規定を満たすのであれば、ブリーディング率が０．０１以下で実質的に認められず、空気量が４．５％以下、スランプフローの経時低下量が３０分後において３．０ｃｍ以下、水中分離度試験における懸濁物質料が５０ｍｇ／ｌ以下かつｐＨが１２．０以下、凝結時間の始発が５時間以上、終結が２４時間以内、水中作成供試体の圧縮強度が材齢７日において１５．０Ｎ／ｍｍ２以上、材齢２８日において２５．０Ｎ／ｍｍ２以上、水中気中強度比（気中作成供試体の圧縮強度に対する水中作成供試体の圧縮強度の比率）が材齢７日および２８日でいずれも８０％以上である。

本発明の水中コンクリートは、現地の施工においてワーカビリティを増加させるために減水剤を添加してもよい。また、本発明の水中コンクリートは、水、セメント、および増粘剤を含むが、これらのほか、砂や骨材が添加されてもよい。
従来の技術では、水中コンクリートに添加されるセルロース系の増粘剤の添加率は、取り扱いの容易さなどの観点から水に対して１．０重量％以上、かつ、１．３重量％以下であることが一般的であった。本発明において、水深数千メートルの海底で施工することを目的とするため、水に対する増粘剤の添加率を変化させて、練り混ぜ時の状態から判断される撹拌性、水中落下時における濁りの発生状況、および凝結開始時間について実験を行い、増粘剤の添加率の範囲を特定した。
なお、本発明の水中コンクリートは海底で施工するものであるが、用途はこれに限られるものではなく、例えば、グラウト材として用いられてもよい。

（１）練り混ぜ時の状態
次に示す表１は、水に対する増粘剤の添加率に応じた水中コンクリートの練り混ぜ時の状態を示すものである。増粘剤には２種類のものを用いた。増粘剤Ａは、セルクリートＨ（株式会社ダイセル製）であり、増粘剤Ｂは、マリンベールＡＳＫ１（五洋建設株式会社製）である。練り混ぜの方法は、家庭調理用品の汎用品である２軸の回転ミキサーにより５分間程度かき混ぜた。練り混ぜ時の状態を目視により評価した。表１に示すように、水に対する増粘剤の添加率が４．２重量％まで達すると、練り混ぜ時に固化が起こり、撹拌が不可能となった。この固化はセメントの凝結反応ではなく、増粘剤自体の粘度によるものである。

（２）濁りの発生状況
次に示す表２は、水に対する増粘剤の添加率に応じた濁りの発生状況を示すものである。増粘剤には、上述した増粘剤Ｂ、すなわち、マリンベールＡＳＫ１を用いた。実験は、水中に練混ぜた材料を落下させる水槽の高さ（水中落下高さ）を変化させ、それぞれ濁りの発生状況を判定して行った。表２に示すように、水中落下高さが２．０ｍ以下では増粘剤の水に対する添加率の違いによる濁りの発生状況には大きく差はなかった。しかし、水中落下高さを４．０ｍ以上とすると、その高さが高くなるほど、増粘剤の添加率の違いによる差が生じることがわかった。

表２に示すように、水に対する増粘剤の添加率が２．４重量％以上、かつ、４．０重量％以下である場合、水中落下高さが６．０ｍであっても水中の濁りが生じないことが分かる。なお、水中コンクリートが水槽の底に着床する直前の落下速度（終端速度）は、水中落下高さが６．０ｍのケースで５ｍ／ｓであった。抗力係数を用いたコンクリートの落下速度の予測計算において、重力と落下時の海水の粘性抵抗による抵抗力が吊り合って落下速度が一定になるときの最高値は５．３ｍ／ｓであるから、本実験の結果は、水深数千メートルの海底に水中コンクリートが落下する直前の速度と見なすことができる。

（３）凝結開始時間
次に示す表３は、水に対する増粘剤の添加率に応じた水中コンクリートの凝結開始時間を示すものである。増粘剤には、上述した増粘剤Ｂ（マリンベールＡＳＫ１）を用いた。試験は、コンクリートの圧縮強度試験方法（ＪＩＳＡ１１０８：２００６）に従って行った。表３に示すように、水に対する増粘剤の添加率が２．４重量％以上である場合、凝結開始時間は４８時間以上となることが分かった。

（４）スランプフローの経時変化
次に示す表４は、水に対する増粘剤の添加率に応じたスランプフローの経時変化を示すものである。試験は、コンクリートのスランプフロー試験方法（日本工業規格ＪＩＳＡ１１５０：２００７）に従って行ったが、スランプフロー値の定義については以下のとおりに修正した。すなわち、この試験では、水中コンクリートの材料を練混ぜた後にスランプフロー値を計測し、その後、材料をそのまま広げた状態で放置し、所定の時間が経過するごとにその時点におけるスランプフロー値をそれぞれ再度計測して、計測値の変化を記録した。
表４に示すように、水に対する増粘剤の添加率が２．４重量％以上、かつ、４．０重量％以下である場合、凝結開始時間が長いため、練混ぜた材料は重力の影響を受けてスランプフロー値が少しずつ継続して伸びてくる傾向が認められた。なお、水に対する増粘剤の添加率が１．１重量％のケースではスランプフロー値の変化は少なく、水中コンクリートは、２日後には完全に固化したことが分かった。

Claims (3)

1. １％希釈率における粘性が１５００ミリパスカル秒以上、かつ、５５００ミリパスカル秒以下の範囲内にある水溶性セルロースを主剤とするＪＳＣＥ−Ｄ１０４規格に準じる混和剤を、水に対し４．０重量％以下（３．０重量％以下を除く）の範囲内の添加率で添加した
   ことを特徴とする水中コンクリート。
2. 凝結開始までの時間が４８時間以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の水中コンクリート。
3. 凝結開始前に水中を６メートルにわたって自由落下する間に目視による濁りが確認できない
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の水中コンクリート。