JP6411083B2 - セメントコンクリートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、土木・建築分野で使用されるセメントコンクリートの製造方法に関する。

セメントペースト、モルタル、及びコンクリートなどに膨張性を付与し、かつ収縮量を抑制し、ひび割れを抑制できるセメント組成物として、乾燥収縮低減剤と膨張材の組み合わせが知られている（特許文献１）。
また、コンクリートのひび割れ低減を目的に、膨張材を液体収縮低減剤でスラリー化してなるセメント混和剤が知られている（特許文献２）。
しかしながら、いずれにも、膨張材と非水系溶液でスラリーを調製し、膨張材が必要な箇所に調製したスラリーを現場で添加し、使いたい場所にだけ自在に打設することについての記載はない。

特開２００２−０６８８１３号公報 特開２００２−３５６３５５号公報

すべてのコンクリート構造物に膨張材や乾燥収縮低減剤が使用されることが、コンクリートの高耐久化、長寿命化の観点から好ましいが、建設コストなどの観点から難しい場合もある。
そこで、ひび割れが特に問題となるスラブや梁等に限定して、膨張材や収縮低減剤を使用したいというニーズがある。
しかしながら、レディミクストコンクリート工場（生コンプラント）で練り混ぜを行った場合、きめの細かい出荷が難しく、所定の打設箇所にだけ膨張材や収縮低減剤が配合されたコンクリートを的確に打設することが難しい場合があった。このため、建設現場でコンクリート打設の進捗状況を確認しながら、必要な時に、必要な量の膨張材や収縮低減剤を添加して、建設現場で膨張性や低乾燥収縮性を有するコンクリートを製造する方法が求められていた。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）生コンプラントでレディミクストセメントコンクリートを調製し、アジテータ車で現場まで搬送した後に、該現場でコンクリート打設の進捗状況を確認しながら、膨張材と非水系溶液で調製した、スラリー粘度0.4〜9.0Pa・sのスラリーを、前記アジテータ車のうち、ひび割れを抑制したい場所に使用するセメントコンクリートを積載したものに投入し、混合撹拌する膨張低収縮のセメントコンクリートの製造方法である。
（２）前記非水系溶液が、収縮低減剤である前記（１）のセメントコンクリートの製造方法である。
（３）前記膨張材が、膨張材と非水系溶液の合計100質量部中、50〜80質量部である前記（１）又は（２）のセメントコンクリートの製造方法である。
（４）さらに流動化材を配合した前記（１）〜（３）のうちのいずれか一つのセメントコンクリートの製造方法である。
（５）さらに消泡剤を配合した前記（１）〜（４）のうちのいずれか一つのセメントコンクリートの製造方法である。
（６）前記混合攪拌の時間が、60〜180秒である前記（１）〜（５）のうちのいずれか一つのセメントコンクリートの製造方法である。
（７）前記（１）〜（６）のセメントコンクリートの製造方法を用いたセメントコンクリート構造物の製造方法である。

本発明方法を用いることによって、セメントコンクリート構造物を構築する際、品質の安定した膨張性や低乾燥収縮性を有するセメントコンクリートを、建設現場で製造することが可能となり、使いたい場所にだけ自在に打設することができるという効果を奏する。また、アジテータ車での混合攪拌時間が短くても、コンクリートの品質が安定する効果も奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
また、本発明のセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。

本発明に係る膨張材は特に限定されるものではないが、市販のエトリンガイト系、石灰系、エトリンガイト−石灰系膨張材等が適用可能である。
膨張材のCaO原料としては石灰石や消石灰等が、Al₂O₃原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が、Fe₂O₃原料としては銅カラミや市販の酸化鉄等が、そしてCaSO₄原料としては二水石膏、半水石膏、及び無水石膏等が挙げられ、本発明の膨張材は、これら原料を所定の割合になるように配合し、電気炉やロータリーキルンなどを用いて、一般的には1,100〜1,600℃で熱処理をして製造される。
膨張材の粉末度は、適正なスラリー粘度や膨張性能を得る面から、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で2,000〜6,000cm²/gが好ましい。
膨張材の使用量は、セメント100部中、内割で２〜30部が好ましく、５〜25部がより好ましい。

本発明に係る非水系溶液とは特に限定されるものではなく、アルコールや油等が挙げられ、中でも、低級アルコールアルキレンオキシド付加物、アルコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、ポリエーテル系、及び低分子量アルキレンオキシド共重合体系等コンクリート用の収縮低減剤が挙げられ、特に膨張材と混合してスラリーにすることから、水分を含まないことが好ましい。
また、セメントコンクリート中への分散性の観点から、非水系溶液の粘度は10〜50ｍPa・sが好ましい。
非水系溶液は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製商品名「エスケーガード」、エフ・ピー・ケー社製商品名「ヒビガード」、竹本油脂社製商品名「ヒビタン」、及び太平洋セメント社製商品名「テトラガード」などが挙げられる。

膨張材と非水系溶液からなるスラリー中の膨張材と非水系溶液の配合割合は、通常、膨張材と非水系溶液の合計100部中、膨張材は50〜80部が好ましく、60〜75部がより好ましい。また、非水系溶液は50〜20部が好ましく、40〜25部がより好ましい。この範囲内では、材料分離は生じず、均一に混合でき、粘性が大きくなることもなく、取り扱いが良好である。

スラリー粘度はセメントコンクリート中への分散性の観点から、0.4〜9.0Pa・sであり、0.8〜3.0Pa・sが好ましい。スラリー粘度がこれより低いと、材料分離して所定の割合で膨張材が投入できない場合があり、スラリー粘度がこれより高いと、コンクリート中への分散性が悪くなる場合がある。

本発明のスラリーの使用量は、セメントコンクリート配合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメントコンクリート１m³あたり５〜35kgが好ましく、10〜30kgがより好ましい。前記範囲内では、良好な膨張性が得られ、収縮抑制効果も充分得られる。

本発明で使用するスラリーには、流動化材を併用することが、膨張材や収縮低減剤の分散性の観点から好ましい。

流動化材としては、減水剤、ＡＥ減水剤等が使用可能である。
減水剤やＡＥ減水剤はセメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性改善や強度増進するものの総称であり、具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、メラミンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、及びポリカルボン酸系減水剤等が挙げられるが、特には限定されるものではない。本発明で併用すると、スラリーの分散性が向上する。
本発明において、流動化材の使用量は、一般的にセメント100部に対して、0.1〜５部程度が使用されるが、本発明では、セメント100部に対して、0.5〜1.5部が好ましい。

スラリーを後添加したコンクリートは、空気量が増加する場合があるため、必要に応じて消泡剤で空気量を制御することが好ましい。
消泡剤としては、高級アルコール系、脂肪酸エステル系、リン酸エステル系、エーテル系、非イオン界面活性剤系、及びエマルジョン系等が挙げられるが、特に限定されるものではない。本発明で使用すると、コンクリート中の空気量を調整することができる。
消泡剤を使用する場合、その使用量は、セメント100部に対して、0.0045〜0.008部程度である。

本発明で使用するセメントコンクリート練り混ぜ装置は特に限定されることは無いが、コンクリートの運搬と混合を兼ねることができるコンクリートアジテータ車を用いることが好ましい。
セメントコンクリートを積載したアジテータ車に、本発明の膨張材と非水系溶液のスラリーを投入して、高速撹拌して混合させる。
攪拌速度は１〜60rpmが好ましく、３〜30rpmがより好ましい。前記範囲内では、膨張材と非水系溶液がセメントコンクリート中に充分分散する。

また撹拌時間は60〜180秒が好ましい。60〜180秒では、膨張材と非水系溶液が均一に分散し、セメントコンクリートの膨張率、乾燥収縮率、及び空気量の変動が小さい。

膨張材と非水系溶液で調製したスラリーのセメントコンクリートへの添加時間は、セメントコンクリート混練後１時間半までが好ましい。
また、スラリー調製後の練り置き時間は２日以内で、早い方が好ましい。

以下に実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。

実験例１
単位水量187kg/m³、単位セメント量358kg/m³、単位細骨材１量467kg/m³、単位細骨材２量312kg/m³、ｓ／ａ45.3％をコンクリートの基本配合とした。
目標スランプを18cm、目標空気量を4.5％とし、スランプと空気量は流動化材と消泡剤の添加量で調整してコンクリートを調製した。
調製したコンクリートをアジテータ車に積載し、30分後に膨張材と非水系溶液からなるスラリーをアジテータ車に投入した。
スラリーは、膨張材10kgに対して、表１に示す非水系溶液４kgの割合とし、合計14kg/m³添加した。なお、膨張材はセメントに置換して、非水系溶液は水に置換して配合し、あらかじめコンクリートの配合を調整した。
スラリーを投入後、アジテータ車による撹拌を表１に示すように60〜180秒間行った後、スラリーを添加したコンクリートを排出し、スラリーを添加したコンクリートと普通コンクリートとの使い分けの可能性を確認するとともに、膨張率と乾燥収縮率を測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較のため、非水系溶液の代わりに水を使用してスラリーを調製した条件についても同様に試験をした。

＜使用材料＞
水 ：水道水
セメント ：普通ポルトランドセメント、密度3.16g/cm³、市販品
膨張材 ：エトリンガイト−石灰複合型膨張材、電気化学工業社製商品名「デンカパワ−ＣＳＡタイプＳ」、密度3.05g/cm³、ブレーン値3,500cm²/g
非水系溶液ａ：ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレンモノアルキルエーテル系、粘度30mPa・s、密度1.00g/cm³、市販品^。
非水系溶液ｂ：グリコールエーテル系誘導体、粘度60mPa・ｓ、密度0.98g/cm³、市販品
細骨材１ ：山砂、千葉県市原産、５mm下、密度2.60g/cm³
細骨材２ ：石灰岩砕砂、栃木県佐野産、５mm下、密度2.66g/cm³
粗骨材 ：石灰岩砕石、栃木県佐野産、20mm下、密度2.70g/cm³
流動化材 ：ＡＥ減水剤、リグニンスルホン酸化合物とポリカルボン酸エーテルの複合体、市販品
消泡剤 ：ポリアルキレングリコール誘導体

＜測定方法＞
スラリー粘度：Ｂ型粘度計使用
膨張率 ：JCI規準「円筒型枠を用いた膨張コンクリートの拘束膨脹試験方法：JCI-S-009-2012」に準拠
乾燥収縮率：JIS A 1129付属書Ａ（モルタル及びコンクリートの乾燥による自由収縮ひずみ試験方法）に準拠

表１より、膨張材と水でスラリーを調製した場合は、膨張率は小さく、アジテータ車での攪拌時間60秒と180秒の差が大きく、乾燥収縮率は大きいものであったが、膨張材と非水系溶液を特定の割合で用いることで、アジテータ車での撹拌時間60秒と180秒の膨張率や乾燥収縮率の差が小さく、攪拌時間が60秒と短くても、コンクリートの品質が安定することが分かる。スラリー粘度が高いと、膨張率や乾燥収縮率の値が60秒と180秒で変動しており、コンクリートの品質安定に攪拌時間を要することがわかる。
さらに、スラリーに流動化材を配合することによって、より短時間で膨張材と非水系溶液をコンクリート中に分散させ、安定した膨張率と収縮低減効果を持ったコンクリートが調製可能である。
また、本発明の手法によって、ひび割れを抑制したい場所には、膨張材と非水系溶液を配合したコンクリートを、ひび割れが発生しにくい場所には普通コンクリートを使用するなど使い分けが可能となる。

実験例２
流動化材を使用せず、コンクリートに配合するスラリーの添加量や、膨張材と非水系溶液の配合割合を表２に示すように変えたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。

表２より、スラリーの添加量が増えるにつれて、コンクリートの膨張率が増加し、乾燥収縮が小さくなることが分かる。また、スラリー中に含まれる膨張材の割合が多すぎるとアジテータ車での撹拌に時間がかかったり、非水系溶液の割合が多くなりすぎると膨張率が小さくなるなどの不具合を生じる場合があることが分かる。

本発明を用いることで、ひび割れの少ないコンクリート構造物を構築可能となる。

Claims (7)

1. 生コンプラントでレディミクストセメントコンクリートを調製し、アジテータ車で現場まで搬送した後に、該現場でコンクリート打設の進捗状況を確認しながら、膨張材と非水系溶液で調製した、スラリー粘度0.4〜9.0Pa・sのスラリーを、前記アジテータ車のうち、ひび割れを抑制したい場所に使用するセメントコンクリートを積載したものに投入し、混合撹拌することを特徴とする膨張低収縮のセメントコンクリートの製造方法。
2. 前記非水系溶液が、収縮低減剤であることを特徴とする請求項１に記載のセメントコンクリートの製造方法。
3. 前記膨張材が、膨張材と非水系溶液の合計100質量部中、50〜80質量部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセメントコンクリートの製造方法。
4. さらに流動化材を配合することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のセメントコンクリートの製造方法。
5. さらに、消泡剤を配合することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載のセメントコンクリートの製造方法。
6. 前記混合攪拌の時間が、60〜180秒であることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載のセメントコンクリートの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のセメントコンクリートの製造方法を用いてなるセメントコンクリート構造物の製造方法。