JP6325837B2

JP6325837B2 - 初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート、および初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP6325837B2
Application number: JP2014027411A
Authority: JP
Inventors: 石田　征男; 征男石田; 亮一高木; 梶尾　聡; 聡梶尾; 佐藤　嘉昭; 嘉昭佐藤; 俊浩大谷
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION OITA UNIVERSITY; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION OITA UNIVERSITY; Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: JP2015151318A

Description

本発明は、改質フライアッシュを含み、かつ、初期ひび割れが少なく曲げ強度が高い舗装用コンクリートに関する。

コンクリートの打設後、まだコンクリートが十分に硬化していないプラスティックな状態でコンクリート表面が乾燥すると、該表面に不規則なひび割れが発生する場合がある。この初期ひび割れは、混練水の急激な蒸発によるコンクリートの乾燥収縮が主な原因である。したがって、初期ひび割れは、ブリーディングが少ないコンクリートで発生し易く、特に、コンクリート舗装では施工直後から発生する場合がある。

一般に、コンクリートから水の蒸発を防止する方法として、被膜養生、シート養生、湛水養生、散水養生、および湿布養生等がある。これらの中でも、表面積が大きなコンクリート舗装に対しては、被膜養生は比較的作業が容易で養生効果が高いため一般的である。
しかし、被膜養生では、ブリーディング水による膜養生剤の希釈や流動を防止するため、ブリーディング水の消失を待って散布や塗布を行う必要があり、その分作業が遅延していた。

そこで、特許文献１では、有機溶剤に樹脂またはパラフィン類を溶解させてなる膜養生剤であって、ブリーディング水の消失を待たずに散布等できるとされる膜養生剤と、これを用いた養生方法が提案されている。
しかし、有機溶剤は、作業員の健康を害するおそれがあること、火災の危険や悪臭があること、およびセメントの水和を阻害すること等の問題がある。これらの問題について、特許文献１の出願人は、「使用する有機溶剤の可燃性、毒性等については十分に留意して適宜に対処することが必要である。」（段落０００７）としている。したがって、特許文献１に記載の膜養生剤等は実用的とはいえない。

特開平１１−２１１８４号公報

そこで、本発明は、膜養生剤を用いなくても、初期ひび割れの発生が少ない舗装用コンクリートを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的にかなう舗装用コンクリートを検討したところ、下記の構成を有する舗装用コンクリートは、初期ひび割れの発生が少なく、かつ曲げ強度が高いことを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の通りである。
［１］単位水量が１３０〜１７０ｋｇ／ｍ^３、および水／セメント比が３６〜５０％、並びに、強熱減量が１質量％以下、ＳｉＯ _２の含有率が７１．６質量％以上、ブレーン比表面積が４４６０〜５５００ｃｍ ^２／ｇ、および４５μｍふるい残分が１２質量％以下である改質フライアッシュをコンクリート１ｍ^３当たり５０〜１５０ｋｇ含む、初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート。
［２］単位セメント量が３００〜４００ｋｇ／ｍ^３、単位粗骨材量が１０００〜１４００ｋｇ／ｍ^３、単位細骨材量が３５０〜８００ｋｇ／ｍ^３、および細骨材率が２５〜４０％である、前記［１］に記載の初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート。
［３］改質フライアッシュが、フライアッシュを６００〜１０００℃で加熱処理して得られる加熱処理物である、前記［１］または［２］に記載の初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの製造方法。

本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートは、初期ひび割れの発生が少なく、かつ曲げ強度が高い。また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートは、フライアッシュを原料としてなる改質フライアッシュを含むため、フライアッシュの再資源化に資することができる。

コンクリートのひび割れ試験に用いた鋼製拘束型枠を示す図である。

以下、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートについて詳細に説明する。
本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートは、前記の通り、所定の単位水量と所定の水／セメント比を有し、かつ、強熱減量が１質量％以下である改質フライアッシュをコンクリート１ｍ^３当たり５０〜１５０ｋｇ含むものである。なお、水／セメント比とは、セメントに対する水の質量の比を百分率（％）で表わした値である。
改質フライアッシュの強熱減量が１質量％を超えると、ＡＥ剤等の化学混和剤が未燃カーボンに吸着するため、所要の作業性を確保するのに必要な単位水量が多くなり、初期ひび割れの低減効果が小さく、空気量等の調節も困難になる。なお、強熱減量を極端に小さくすることは困難であるので、前記強熱減量は好ましくは０．１〜０．９質量％、より好ましくは０．２〜０．８質量％、特に好ましくは０．３〜０．７質量％である。
また、前記改質フライアッシュの単位量が５０ｋｇ未満では、初期ひび割れの低減効果が小さく、１５０ｋｇを超えると作業性が悪くなり、コンクリートの曲げ強度が低下する場合がある。なお、前記単位量は、好ましくは５０〜１２０ｋｇ、より好ましくは５０〜１００ｋｇ、さらに好ましくは５０〜９０ｋｇ、特に好ましくは５０〜８０ｋｇである。
前記強熱減量と改質フライアッシュの単位量が前記範囲内にあれば、コンクリートの初期ひび割れの低減効果と曲げ強度を高く維持できる。

（１）改質フライアッシュ
次に、本発明に用いる改質フライアッシュについて説明する。
前記改質フライアッシュとは、火力発電所等から発生するフライアッシュに対し、静電分級、浮遊選鉱、篩い分級、湿式分級、破砕分級自燃還元法、振動分級、ジェットミル分級、または加熱処理等により分級と未燃カーボンの除去処理を行って得たフライアッシュである。
これらのうち、静電分級は、２種類以上の粒子が混在する粉体を帯電させて、異なる粒子を選別して未燃カーボンの除去を行う方法である。
前記浮遊選鉱は、フライアッシュに水と界面活性剤を添加してスラリーとし、該スラリーに空気を吹き込みながら攪拌し、泡に付着して浮上した未燃カーボンを除去する方法である。
前記破砕分級自燃還元法は、強熱減量が数％のフライアッシュに対し、改良型気流粉砕装置を用いて強熱減量の低い一次処理灰と未燃カーボン凝集灰に分級した後、未燃カーボン凝集灰中の未燃カーボンを自燃する温度で燃焼して除去し、さらに一次処理灰と混合して低未燃カーボン灰を得る方法である。
また、前記ジェットミル分級は、ジェットミル（微粉砕機）を用いて、フライアッシュの粒子同士を衝突させて粉砕した後、分級する方法である。
これらの中で、フライアッシュをロータリーキルンや流動床炉等の加熱装置で加熱して、未燃カーボンを除去し、さらに粒度を調整する必要があれば分級する加熱処理方法が、未燃カーボンの除去効率が高く、装置のコストや運転コストが低いため好ましい。

（i）ＳｉＯ_２の含有率
前記改質フライアッシュ中のＳｉＯ_２の含有率は、好ましくは４５質量％以上である。該値以上であれば、改質フライアッシュのポゾラン活性が高く、舗装用コンクリートの曲げ強度がより高くなる。なお、前記ＳｉＯ_２の含有率は、より好ましくは６０質量％以上である。

（ii）ブレーン比表面積
前記改質フライアッシュのブレーン比表面積は、好ましくは１５００〜１００００ｃｍ^２／ｇである。該値が１５００ｃｍ^２／ｇ未満では曲げ強度が低くなる場合があり、１００００ｃｍ^２／ｇを超えるとコンクリートのコンシステンシーが低下する場合がある。なお、前記ブレーン比表面積は、より好ましくは３５００〜５５００ｃｍ^２／ｇである。
（iii）ふるい残分
前記改質フライアッシュの４５μｍ（呼び寸法）ふるい残分は、好ましくは７０質量％以下である。該値以下であれば、コンクリートのコンシステンシーが向上する。なお、該残分は、より好ましくは６０質量％以下、さらに好ましくは５０質量％以下、特に好ましくは４０質量％以下である。

（iｖ）加熱温度
前記改質フライアッシュは、好ましくはフライアッシュを６００〜１０００℃で加熱処理して得られるものである。
なお、前記強熱減量は、フライアッシュの加熱装置への仕込み量や加熱時間により影響されるため、前記強熱減量の範囲内になるように、前記加熱時間に応じて、仕込み量や加熱時間を調整するとよい。

（２）改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの配合
本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートは、単位水量が１３０〜１７０ｋｇ／ｍ^３で、水／セメント比が３６〜５０％である。
さらに、好ましくは単位セメント量が３００〜４００ｋｇ／ｍ^３、単位粗骨材量が１０００〜１４００ｋｇ／ｍ^３、単位細骨材量が３５０〜８００ｋｇ／ｍ^３、および細骨材率が２５〜４０％である。
ここで単位量とは、コンクリート１ｍ^３当たりに含まれる前記構成材料の質量をいう。
次に、前記改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの構成材料に分けて説明する。

（i）水
本発明に用いる水は、改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの凝結や強度に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、水道水、下水処理水、および生コンクリートの上澄水等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの単位水量は１３０〜１７０ｋｇ／ｍ^３である。単位水量が１３０ｋｇ／ｍ^３未満ではコンクリートの施工性が低下し、１７０ｋｇ／ｍ^３を越えると初期ひび割れの低減効果が小さくなる。なお、前記単位水量は、より好ましくは１４０〜１６０ｋｇ／ｍ^３である。
また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの水／セメント比は３６〜５０％である。水／セメント比が３６％未満ではコンクリートの施工性が低下し、５０％を越えると、初期ひび割れの低減効果が小さくなるうえ、曲げ強度が低下する。なお、水／セメント比は、より好ましくは４０〜４7％である。
（ii）セメント
本発明に用いるセメントは、特に制限されず、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、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、石炭灰含有セメント、シリカセメント、白色セメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの単位セメント量は、好ましくは３００〜４００ｋｇ／ｍ^３である。単位セメント量が該範囲内であれば、コンクリートのコンシステンシーが良好で、高い曲げ強度が得られる。

（iii）粗骨材
本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートに用いる粗骨材は、特に限定されず、川砂利、山砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記粗骨材は天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。
また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの単位粗骨材量は、好ましくは１０００〜１４００ｋｇ／ｍ^３である。該範囲内であれば、コンクリートのワーカビリティは良好である。なお、前記単位粗骨材量は、より好ましくは１０５０〜１３００ｋｇ／ｍ^３である。
（iｖ）細骨材
本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートに用いる細骨材は、特に限定されず、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記細骨材は、天然骨材のほかに再生骨材も用いることができる。
本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの単位細骨材量は、好ましくは３５０〜８００ｋｇ／ｍ^３である。該範囲内であれば、コンクリートのワーカビリティはより良好である。なお、前記単位細骨材量は、より好ましくは４００〜７００ｋｇ／ｍ^３である。
また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの細骨材率は、好ましくは２５〜４０％である。細骨材率が該範囲内にあれば、コンクリートのコンシステンシーは良好である。なお、細骨材率は、より好ましくは３０〜３５％である。

（ｖ）その他の任意の構成材料
本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートは、さらに、コンクリートの硬化後の乾燥収縮によるひび割れを防止するために膨張材や収縮低減剤等を含んでもよい。
前記膨張材は、水和により水酸化カルシウムやエトリンガイト等の水和物の結晶が成長して、嵩体積が大きくなる材料であればよく、例えば、生石灰、カルシウムサルホアルミネート、石膏、マグネシア、石灰系膨張材、およびエトリンガイト系膨張材等から選ばれる１種以上が挙げられる。前記膨張材の単位量は、好ましくは１０〜３０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１５〜２５ｋｇ／ｍ^３である。前記単位量が１０ｋｇ／ｍ^３未満ではコンクリートの乾燥収縮の低減効果が低く、３０ｋｇ／ｍ^３を超えるとコスト高になる。

また、前記収縮低減剤は、コンクリートの硬化後におけるひび割れの発生抑制効果が高いことから、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが好適である。該ポリオキシアルキレンアルキルエーテルは、例えば、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノエチルエーテル、ポリエチレングリコールモノエチルエーテル、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ポリエチレングリコールモノプロピルエーテル、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノブチルエーテル、およびポリエチレングリコールモノブチルエーテル等から選ばれる１種以上が挙げられる。
前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの含有割合は、セメント１００質量部に対し好ましくは１〜１０質量部、より好ましくは３〜７質量部である。前記含有率が１質量部未満ではひび割れの発生抑制効果が低く、１０質量部を超えるとコスト高になる。
なお、前記膨張材や収縮低減剤は、コンクリートの硬化後の乾燥収縮によるひび割れの抑制に有効であっても、初期ひび割れの抑制には効果がない。これは、乾燥収縮によるひび割れと初期ひび割れの発生メカニズムが、全く異なることに起因している。

また、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートは、流動性の向上や水／セメント比の低減による強度の向上のため減水剤を含んでもよい。該減水剤は、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤等から選ばれる１種以上の減水剤が挙げられる。また、該減水剤の種類は、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、およびこれらの塩等から選ばれる１種以上が挙げられる。

さらに、ひび割れの発生を抑制するために、水性養生剤を本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート表面に施工することができる。ここで、施工とは、水性養生剤でコンクリート表面の全部または一部を覆う行為をいい、例えば、水性養生剤をコンクリート表面に噴霧、散布または塗布等する行為が挙げられる。水性養生剤を施工する量は、コンクリートの表面１ｍ²当たり、好ましくは固形分換算で５〜２００ｇ、より好ましくは５〜１００ｇ、さらに好ましくは１０〜７０ｇである。該値が５〜２００ｇの範囲であれば、ひび割れ抑制効果が高く費用対効果に優れている

本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの用途は、特に限定されず、普通コンクリート舗装、連続鉄筋コンクリート舗装、繊維補強コンクリート舗装、転圧コンクリート舗装、およびアスファルト舗装の上にコンクリート舗装を重ねたホワイトトッピング舗装等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料とコンクリートの配合
使用材料を表１に、コンクリートの配合を表２に示す。なお、実施例は、改質フライアッシュを含む本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートであり、比較例は改質フライアッシュを含まない通常の舗装用コンクリートである。

２．初期ひび割れ試験および曲げ強度試験
目標スランプは６．５±１．５ｃｍ、目標空気量は４．５±１．５％として、表２に示す配合の舗装用コンクリートを、公称容積が１００Ｌの強制練りミキサー水平２軸形（大平洋機工社製）を用いて混練して調製した。該混練手順は、具体的には、セメント、改質フライアッシュ、細骨材、および粗骨材を、前記ミキサーに投入して１５秒間空練りした後、化学混和剤（ＡＥ減水剤とＡＥ剤）を溶解した水を投入して６０秒間混練し、ミキサーの側壁等に付着したコンクリートを掻落とし、再度６０秒間混練した。
次に、前記調製した舗装用コンクリートを、図１に示す鋼製拘束型枠に打設して、コンクリートの締固めとコテを用いて表面仕上げを行った後、白熱電球を用いてコンクリート表面に光を照射するとともに、気温４０℃、相対湿度３０％、および風速約４ｍ／秒の条件下で送風してひび割れの発生を促進させた。そして、前記打設後２４時間経過した時に、クラックスケールを用いてコンクリート表面に発生したひび割れの幅および長さを測定し、ひび割れの総面積を求めた。
また、前記調製した舗装用コンクリートは、ＪＩＳＡ１１０６「コンクリートの曲げ強度試験方法」に準拠して、縦１０ｃｍ、横１０ｃｍ、長さ４０ｃｍの角柱供試体を材齢１日で脱型して得た後、材齢２８日まで標準養生して、材齢２８日における前記供試体の曲げ強度を測定した。
前記初期ひび割れと曲げ強度の試験結果は表３に示す。

３．試験結果について
実施例に示すとおり、最大ひび割れ幅と単位面積当たりのひび割れ総面積は、改質フライアッシュの混入量が多いほど小さくなり、本発明の改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート（実施例）は比較例と比べて、初期ひび割れの発生が格段に少ない。また、実施例の曲げ強度は、フライアッシュの混入量が１５０ｋｇ／ｍ^２程度までの範囲では十分高いことから、舗装用コンクリートとして十分な強度を有していることが分かる。

Claims

単位水量が１３０〜１７０ｋｇ／ｍ^３、および水／セメント比が３６〜５０％、並びに、強熱減量が１質量％以下、ＳｉＯ _２の含有率が７１．６質量％以上、ブレーン比表面積が４４６０〜５５００ｃｍ ^２／ｇ、および４５μｍふるい残分が１２質量％以下である改質フライアッシュをコンクリート１ｍ^３当たり５０〜１５０ｋｇ含む、初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート。
単位セメント量が３００〜４００ｋｇ／ｍ^３、単位粗骨材量が１０００〜１４００ｋｇ／ｍ^３、単位細骨材量が３５０〜８００ｋｇ／ｍ^３、および細骨材率が２５〜４０％である、請求項１に記載の初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリート。
改質フライアッシュが、フライアッシュを６００〜１０００℃で加熱処理して得られる加熱処理物である、請求項１または２に記載の初期ひび割れの発生が少ない改質フライアッシュ含有舗装用コンクリートの製造方法。