JP6308581B2

JP6308581B2 - コンクリート組成物

Info

Publication number: JP6308581B2
Application number: JP2013251915A
Authority: JP
Inventors: 誠古城; 大祐末益; 純一伊原
Original assignee: 株式会社トクヤマエムテック
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: JP2015107893A

Description

本発明はコンクリート組成物に関する。詳しくは、超速硬性を有しながら、長時間経過後に過度に硬くならない硬化物を与えるコンクリート組成物に関する。

道路橋梁は、車両の継続的な通行などによって床版の全面または一部が損傷を受けることから、定期的または臨時的な補修が予定される建造物である。コンクリート床版における路面の補修は、路面表層のアスファルトを除去し、損傷した既設コンクリートを切削・研掃した後に、新規にコンクリート組成物を敷設し、これを硬化することによって行われ、再度アスファルト舗装を施して完了するのが一般的である。
路面の補修は、必然的に車両の通行止めを伴うから、高速道路などの集中工事のような大規模修繕などの例外的な場合を除いて、夜間などに短時間で完了する必要がある。さらに、補修部分の床版の硬度が既設部分（未修繕部分）の床版の硬度と略同一であることが求められる。床版上に硬度の異なる領域が共存すると、車両通行の際に両領域の境界近傍に応力が集中し、該部分が早晩痛むことに帰すからである。
路面補修において特に短縮すべき時間として、補修用コンクリート組成物の硬化に要する時間が挙げられる。具体的には、施工後３時間において、車両の通行が可能な程度の硬度を具備することが必要である。この目的を達成するため、超速硬セメントが一般的に使用されている。超速硬セメントを用いた公知の超速硬コンクリート組成物の硬化物は、例えば敷設後３時間で２４Ｎ／ｍｍ^２程度の強度を発現することができる。しかしながら敷設後２８日が経過すると、圧縮強度が４０Ｎ／ｍｍ^２程度となり、静弾性係数は４０ｋＮ／ｍｍ^２程度にまで至る。例えば橋梁部の床版における既設コンクリートは、圧縮強度が２７Ｎ／ｍｍ^２程度、静弾性係数が２５〜３０ｋＮ／ｍｍ^２程度であるから、前記超速硬コンクリート組成物の硬化物は硬すぎることとなる。

経時的に硬くなり過ぎない超速硬コンクリート組成物は、今までにいくつか提案されている。例えば特許文献１には、超速硬セメントと、粗骨材と、超軽量細骨材と、発泡体と、を所定の割合で含有するセメント養生物（補修用コンクリート組成物）が提案されている。特許文献２には、樹脂材料、高靱性ＦＲＰ材料などを必須的に使用する道路床版の補修方法が提案されている。
しかしながら、上記特許文献１の技術によると、得られる硬化物の強度が不十分であるため、実用的な技術であるとはいえず；
特許文献２の技術は、使用する材料の幾つかは路面補修材料として考えると過度に高価であるから、路面補修のコストを考慮した場合には、やはり実用的な技術であるとはいえない。
以上のとおり、超速硬性を示すとともに経時的に硬くなり過ぎない特性を有し、且つ安価であって、床版補修材として好適なコンクリート組成物は、従来技術において知られていないのである。

特開２０００−２３９０７５号公報特開２０１３−９１９８２号公報

本発明は、上記の現状を打開しようとしてなされたものである。
従って本発明の目的は、超速硬性を示すとともに経時的に硬くなり過ぎない特性を有し、且つ安価であって、床版補修材として好適なコンクリート組成物を提供することである。

本発明によると、本発明の上記目的および利点は、第１に、
セメント、絶乾比重が２．５〜３．０である粗骨材および細骨材を含有するコンクリート組成物であって、
前記細骨材が、ガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリアまたはこれらの複数種からなる複合体からなり且つ絶乾比重が１．１以下である無機中空バルーンおよび絶乾比重２．３以上の細骨材からなり、各成分の配合割合がそれぞれ以下のとおりであることを特徴とする、前記コンクリート組成物によって達成される。
セメント：１００重量部
絶乾比重が２．５〜３．０である粗骨材：１００〜３５０重量部
無機中空バルーン：３〜４０重量部
絶乾比重２．３以上の細骨材：５０〜３００重量部
本発明の上記目的および利点は、第２に、
補修用コンクリート組成物として上記のコンクリート組成物を使用することを特徴とする、路面の補修方法によって達成される。

本発明によると、超速硬性を示すとともに経時的に硬くなり過ぎない特性を有し、且つ安価であって、路面補修材として好適なコンクリート組成物が提供される。本発明のコンクリート組成物は、床版、特に橋梁のコンクリート床版の補修材として好適である。

本発明のコンクリート組成物は、少なくともセメント、粗骨材および細骨材を含有する。本発明のコンクリート組成物は、好ましくは、セメント、粗骨材および細骨材、ならびに必要に応じて使用されるその他の成分が、水中に分散または溶解してなる水性の液状組成物として調製される。
以下、本発明のコンクリート組成物が含有する各成分について説明する。

＜セメント＞
本発明のコンクリート組成物に含有されるセメントとしては、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、低硫酸塩ポルトランドセメント、エコセメント、超速硬セメント、アルミナセメントなどを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
本発明のコンクリート組成物を路面補修に用いる場合、速硬性が重要となるため、セメントとして早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、超速硬セメントまたはアルミナセメントを使用するか、アルミナセメントおよび他のセメントからなる混合物を使用することが好ましく、超速硬セメントを使用することがさらに好ましい。

＜粗骨材＞
本発明のコンクリート組成物に含有される粗骨材としては、例えば砂利、砕石、再生粗骨材などを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
粗骨材の粒径としては、５〜２０ｍｍであることが好ましく、５〜１３ｍｍであることがより好ましく；
密度は、絶乾比重として、２．５〜３．０である。２．５〜２．７であることがより好ましい。
本発明のコンクリート組成物における粗骨材の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１００〜３５０重量部であることが好ましく、１５０〜２８０重量部であることがより好ましい。

＜細骨材＞
本発明のコンクリート組成物は、細骨材として、無機中空バルーンおよび絶乾比重２．３以上の細骨材（普通細骨材）を含有する。

［無機中空バルーン］
本発明のコンクリート組成物に含有される無機中空バルーンは、好ましくは粒子状の無機成分からなり、該粒子内に気泡を含むことによって、密度（絶乾比重）が小さい値に調整されたものをいう。この無機中空バルーンは、無機成分からなるシェル内に気泡を１個だけ有するバルーン状の中空体であってもよく、無機成分からなるシェル内に気泡を複数個有する態様であってもよく、あるいは多孔質の無機成分からなっていてもよい。これらのうち、シェル内に気泡を１個だけ有する場合またはシェル内に気泡を複数個有する場合が好ましく、シェル内に気泡を１個だけ有する場合がより好ましい。
無機中空バルーンのシェルを構成する無機成分は、ガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリアまたはこれらの複数種からなる複合体である。上記複合体は、複合酸化物および混合物のいずれであってもよい。無機酸化物の複合体としては、シリカ―アルミナ複合酸化物が好ましい。
本発明における無機中空バルーンのシェルを構成する無機成分として、特に好ましくは、ガラス、シリカ、アルミナおよびシリカ−アルミナ複合酸化物であり、就中ガラスを使用することが好ましい。
無機中空バルーンの密度は、絶乾比重として、１．１以下であり、より好ましくは０．７〜１．０である。
無機中空バルーンの粒径は、メジアン径として、３．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１〜２．５ｍｍであることがより好ましく、０．１５〜２．０ｍｍであることがさらに好ましい。
本発明のコンクリート組成物において好適に使用される無機中空バルーンの市販品としては、例えばレックス（リサイクルガラスバルーン、巴工業（株）製）、セノライト（フライアッシュバルーン、巴工業（株）製）などを挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における無機中空バルーンの含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、３〜４０重量部である。８〜３５重量部であることがより好ましい。

［普通細骨材］
本発明における普通細骨材とは、絶乾比重２．３以上の細骨材をいう。この絶乾比重は、好ましくは２．５〜３．０であり、より好ましくは２．５〜２．８である。このような普通細骨材としては、例えば川砂、山砂、海砂、砕砂、高炉スラグ細骨材などから選択される１種以上を使用することができる。
普通細骨材の粒径としては、０．１〜５．０ｍｍであることが好ましく、０．１５〜２．５ｍｍであることがより好ましい。
本発明のコンクリート組成物における普通細骨材の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、５０〜３００重量部であることが好ましく、６０〜２００重量部であることがより好ましい。

［軽量細骨材］
本発明のコンクリート組成物は、一般に軽量細骨材として知られている骨材（ただし、上記無機中空バルーンを除く。）を、実質的に含有しないことが好ましい。ここで軽量細骨材とは、絶乾比重が１．２未満の細骨材をいい、例えばウレタン発泡体、ポリスチレン発泡体、天然軽量細骨材、人工軽量細骨材などである。
本発明のコンクリート組成物が上記のような軽量細骨材を「実質的に含有しない」とは、該軽量細骨材の含有割合が細骨材の全量に対して、例えば５重量％以下、好ましくは３重量％以下であることをいい、最も好ましくはこれを全く含有しないことである。

＜その他の成分＞
本発明のコンクリート組成物は、上記のようなセメント、粗骨材、無機中空バルーンおよび普通細骨材を必須の構成成分として含有するが、本発明の効果を損なわない範囲で、これら以外のその他の成分を含有してもよい。このようなその他の成分としては、例えば減水剤、凝結遅延剤、繊維、膨張剤、消泡剤、石膏、消石灰、炭酸カルシウム、シリカヒュームなどを挙げることができる。

［減水剤］
本発明のコンクリート組成物は、減水剤を含有することができる。
上記減水剤としては、例えばポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸などを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。これらのうち、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物およびメラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物よりなる群から選択される１種以上を使用することが好ましい。
このような減水剤の市販品としては、例えばマイティ２１ＨＦ（メタクリル酸系ポリマー、花王（株）製）、メルメントＦ４０００（メラミンスルホン酸、（株）ＳＫＷ製）、マイティ１００、マイティ１５０（ナフタレンスルホン酸、花王（株）製）などを挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における減水剤の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、３．０重量部以下であることが好ましく、０．０５〜２．５重量部であることがより好ましく、さらに０．１〜２．０重量部であることが好ましい。

［凝結遅延剤］
本発明のコンクリート組成物は、凝結遅延剤を含有することができる。
上記凝結遅延剤としては、例えば無機酸のナトリウム塩、有機酸のナトリウム塩、オキシカルボン酸、オキシカルボン酸の無水物、オキシカルボン酸塩などを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
上記無機酸のナトリウム塩としては、例えば硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどを；
上記有機酸のナトリウム塩としては、例えばＬ−酒石酸ナトリウム、ＤＬ−酒石酸ナトリウム、酒石酸水素ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム類、グルコン酸ナトリウムなどを、それぞれ挙げることができる。
上記オキシカルボン酸としては、例えば脂肪族オキシ酸、芳香族オキシ酸などを挙げることができ、その具体例としては、脂肪族オキシ酸として、例えばクエン酸、グルコン酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、ヒドロアクリル酸、α−オキシ酪酸、グリセリン酸、タルトロン酸、リンゴ酸などを；
芳香族オキシ酸として、例えばサリチル酸、ｍ−オキシ安息香酸、ｐ−オキシ安息香酸、没食子酸、マンデル酸、トロパ酸などを、それぞれ挙げることができる。
上記オキシカルボン酸無水物としては、例えば上記に例示したオキシカルボン酸の無水物を；
上記オキシカルボン酸塩としては、例えば上記に例示したオキシカルボン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などを、それぞれ挙げることができる。上記アルカリ金属としては、例えばナトリウム、カリウムなどを；
上記アルカリ土類金属としては、例えばマグネシウム、カルシウム、バリウムなどを、それぞれ挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における凝結遅延剤の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１．０重量部以下であることが好ましく、０．１５〜０．９５重量部であることがより好ましく、さらに０．２〜０．９重量部とであることが好ましい。

［繊維］
本発明のコンクリート組成物は、繊維を含有することができる。
この繊維としては、有機繊維が好ましく、例えばポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維およびナイロン繊維よりなる群から選択される１種以上を使用することが好ましい。前記ポリオレフィン樹脂の具体例としては、例えばポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などを挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における繊維は、その直径が、２０〜１，０００μｍであることが好ましく、３０〜８００μｍであることがより好ましく；
その長さが、１０〜３６ｍｍであることが好ましく、１２〜３０ｍｍであることがより好ましい。
このような繊維の市販品としては、例えばバルリンク（ポリプロピレン繊維、萩原工業（株）製）、バルチップ（ポリプロピレン繊維、萩原工業（株）製）、アミランタフバインダー（ナイロン繊維、東レ・アムテックス（株）製）、ユニチカビニロンＡＢＩ（ビニロン繊維、ユニチカ（株）製）などを挙げることができる。
本発明のコンクリート組成物における繊維の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、３．０重量部以下であることが好ましく、０．３〜２．５重量部であることがより好ましく、さらに０．５〜２．０重量部であることが好ましい。

［膨張剤］
本発明のコンクリート組成物は、さらに膨張剤を含有していてもよい。
本発明における膨張剤としては、石灰系膨張剤を好ましく使用することができ、その具体例としては、例えば生石灰、生石灰−石膏混合系、生石灰−カルシウムサルフォアルミネート混合系、仮焼ドロマイトなどを挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。
本発明のコンクリート組成物における膨張剤の含有割合は、上記セメント１００重量部に対して、１０重量部以下であることが好ましく、８重量部以下であることがより好ましい。

＜コンクリート組成物の調製方法＞
本発明のコンクリート組成物は、上記のようなセメント、粗骨材および細骨材（無機中空バルーンおよび普通細骨材）、ならびに必要に応じて上記その他の成分、ならびに水を適宜に混合することにより、調製することができる。
本発明において、水は、上記セメント１００重量部に対し、好ましくは３５〜４３重量部、より好ましくは３６〜４２重量部使用される。
本発明のコンクリート組成物が繊維を含有するものである場合、各成分の分散の均一性を確保し、繊維の飛散を防止するとの観点から、
先ず、繊維以外の各成分を水中に分散または溶解してなる前駆スラリーを調製したうえ、
該前駆スラリーに繊維を添加する方法によることが好ましい。
本発明のコンクリート組成物における各成分の好ましい配合割合を、フレッシュコンクリート１ｍ^３あたりの配合量として表すと、以下のとおりである。
セメント：好ましくは３６０〜６００ｋｇ、より好ましくは３８０〜５５０ｋｇ
粗骨材：好ましくは６００〜１，２００ｋｇ、より好ましくは８００〜１，１００ｋｇ
無機中空バルーン：好ましくは１８．６〜１３４．２ｋｇ、より好ましくは３０〜１２５ｋｇ
普通細骨材：好ましくは３２５〜７２１ｋｇ、より好ましくは３５０〜６５０ｋｇ
減水剤：好ましくは１０ｋｇ以下、より好ましくは０．５〜９．０ｋｇ
凝結遅延剤：好ましくは５．５ｋｇ以下、より好ましくは０．８〜５．１ｋｇ
繊維：好ましくは３５ｋｇ以下、より好ましくは２〜２５ｋｇ
上記以外の添加剤の合計重量：好ましくは８０ｋｇ以下、より好ましくは７０ｋｇ以下

＜橋梁床版の補修方法＞
上記のような本発明のコンクリート組成物は、橋梁上の路面の補修における床版補修用コンクリート組成物として好適に使用することができる。
路面の補修は、必要に応じて事前にアスファルトを除去したうえで、損傷した既設コンクリートを切削・研掃して生じた凹没部分に本発明のコンクリート組成物を敷設し、これを硬化することによって行うことができる。その後、必要に応じてさらにアスファルト敷設を行ってもよい。
本発明のコンクリート組成物を使用して補修された床版は、敷設後３時間の時点で、例えば２４Ｎ／ｍｍ^２以上、好ましくは２７Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を発現することができるから、補修のための通行止め時間を極めて短くすることができる。一方で、敷設後２８日の時点における静弾性係数が、例えば２５〜３２ｋＮ／ｍｍ^２、好ましくは２９〜３１ｋＮ／ｍｍ^２程度に抑制されているから、既設の床版との硬度の差が極めて小さい。従って、車両の通行時に既設床版／補修床版の境界領域に発生する応力集中の程度が小さいから、補修部分が優先的に痛む事態を避けることができる。

以下の実施例および比較例で使用した成分の詳細は以下のとおりである。
セメント：スーパージェットセメント、太平洋セメント（株）製
粗骨材：砕石１３０５、密度２．６９
細骨材；
普通細骨材：珪砂（４号珪砂および５号珪砂の混合砂、密度２．６０）
無機中空バルーン：レックス（商品名、リサイクルガラスバルーン、比重０．８６、巴工業（株）製）
減水剤：マイティ２１ＨＦ（商品名、メタクリル酸系ポリマー、花王（株）製）
凝結遅延剤：無水クエン酸
繊維：ポリプロピレン繊維、密度＝０．９１ｇ／ｃｍ^３、直径＝４３μｍ、長さ＝１２ｍｍ、萩原工業（株）製
ゴム；
Ｂ−２．５：商品名、ゴムチップ、粒度１．０〜２．５ｍｍ、（株）新生ゴム製
Ｐ−１６：商品名、粉末ゴム、粒度１ｍｍ（＃１６）アンダー、（株）新生ゴム製
Ｐ−１００：商品名、粉末ゴム、粒度０．１５ｍｍ（＃１００）アンダー、（株）新生ゴム製

実施例１〜４および比較例１〜１１
（１）コンクリート組成物の調製
繊維および水を除く各成分を表１に記載の割合となるように計量し、オムニミキサーで混合して粉体混合物を調製した。
ペール缶に所定量の水を秤りとり、これをハンドミキサーで撹拌しながら上記の粉体混合物を加えた。粉体混合物の全量を加え終わった後、１分間撹拌を継続して前駆スラリーとした。次いで該前駆スラリーの１００容量部に対して表１に示した種類および割合の繊維を添加し、さらに３０秒間撹拌を継続することにより、各コンクリート組成物を製造した。
なお、表１に示した各成分の割合はフレッシュコンクリート１ｍ^３あたりの配合量（単位：ｋｇ）である。成分欄の「−」は、当該欄に該当する成分を使用しなかったことを示す。
（２）評価方法
硬化物の圧縮強度および静弾性係数は、それぞれ、練混ぜ直後から３時間、７日および２８日経過後の試料を用いて、ＪＩＳＡ１１０８およびＪＩＳＡ１１４９に準拠して測定した。
評価結果は表２に示した。

Claims

セメント、絶乾比重が２．５〜３．０である粗骨材および細骨材を含有するコンクリート組成物であって、
前記細骨材が、ガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリアまたはこれらの複数種からなる複合体からなり且つ絶乾比重が１．１以下である無機中空バルーンおよび絶乾比重２．３以上の細骨材からなり、各成分の配合割合がそれぞれ以下のとおりであることを特徴とする、前記コンクリート組成物。
セメント：１００重量部
絶乾比重が２．５〜３．０である粗骨材：１００〜３５０重量部
無機中空バルーン：３〜４０重量部
絶乾比重２．３以上の細骨材：５０〜３００重量部
上記セメントが超速硬セメントである、請求項１に記載のコンクリート組成物。
補修用コンクリート組成物として請求項１または２に記載のコンクリート組成物を使用することを特徴とする、橋梁床版の補修方法。
橋梁床版がコンクリートである、請求項３に記載の橋梁床版の補修方法。